淺談汽車涂裝有機(jī)廢氣的處理方法

 

汽車涂裝生產(chǎn)線是汽車制造過程中產(chǎn)生***量“三廢”的環(huán)節(jié)，其中涂裝廢氣是涂裝“三廢”的主要部分。噴漆車間排出的廢氣主要是油漆中所含的有機(jī)溶劑和噴涂干燥時涂膜的分解產(chǎn)物，統(tǒng)稱為揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)，其成分主要包括甲苯和二甲苯。這些成分對人的健康和生活環(huán)境有害，有一種臭味。長期吸入低濃度有機(jī)廢氣，會引起咳嗽、胸悶、哮喘甚至肺氣腫等慢性呼吸道疾病，是目前公認(rèn)的強(qiáng)致癌物。此外，有機(jī)廢氣在光化學(xué)煙霧和酸雨的形成中起著非常重要的作用。為了降低涂裝中的VOCs，開發(fā)了水性涂裝和粉末涂裝，但水性涂裝中仍含有一定比例的有機(jī)溶劑。因此，各***都頒布了相應(yīng)的法律法規(guī)來限制此類氣體的排放。GB16297《***氣污染綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》于1997年在我***頒布實施，限制了苯、甲苯、二甲苯等揮發(fā)性有機(jī)溶劑等33種污染物的排放。近年來，隨著人們環(huán)保意識的提高、環(huán)保法規(guī)的不斷完善和執(zhí)法力度的不斷提高，汽車制造商需要在新建的涂裝生產(chǎn)線上配置廢氣處理設(shè)備，舊的涂裝生產(chǎn)線逐步輔以廢氣處理裝置，廢氣經(jīng)處理達(dá)標(biāo)后才能排放。不同的廠家對不同的涂裝廢氣采取了不同的方法。以下是對汽車涂裝廢氣處理技術(shù)的初步分析和探討。

 

根據(jù)汽車涂裝生產(chǎn)工藝，涂裝廢氣主要來自噴涂和干燥過程。排放的污染物主要是噴漆過程中產(chǎn)生的漆霧和有機(jī)溶劑，以及干燥揮發(fā)過程中產(chǎn)生的有機(jī)溶劑。漆霧主要來源于空氣噴涂作業(yè)中溶劑漆的散落部分，其成分與所用油漆一致。有機(jī)溶劑主要來源于涂裝使用過程中的溶劑和稀釋劑，多為揮發(fā)性排放物，主要污染物為二甲苯、苯、甲苯等。因此，涂裝過程中排放的有害廢氣主要來源于噴漆室、烘干室和烘干室。

 

1、汽車生產(chǎn)線廢氣處理方法

 

1.1干燥過程有機(jī)廢氣處理方案

 

電泳、中涂、面涂干燥室排出的氣體屬于高溫高濃度廢氣，適合燃燒。目前，干燥過程中常用的廢氣處理措施包括蓄熱熱氧化技術(shù)、蓄熱催化燃燒技術(shù)和TNV回收熱燃燒系統(tǒng)。

 

1.1.1蓄熱熱氧化技術(shù)

 

蓄熱式熱氧化器是一種節(jié)能環(huán)保的處理中低濃度揮發(fā)性有機(jī)廢氣的裝置。適用于***風(fēng)量、低濃度，有機(jī)廢氣濃度在100 ppm ~ 20000 ppm之間。其運行成本低，當(dāng)有機(jī)廢氣濃度在450PPM以上時，RTO裝置不需要添加輔助燃料；凈化率高，兩床RTO凈化率可達(dá)98%以上，三床RTO凈化率可達(dá)99%以上，不產(chǎn)生NOX等二次污染；全自動控制，操作簡單；安全性高。

 

蓄熱式熱氧化器采用熱氧化法處理中低濃度有機(jī)廢氣，采用陶瓷蓄熱床換熱器回收熱量。它由陶瓷蓄熱床、自動控制閥、燃燒室和控制系統(tǒng)組成。其主要***征是:蓄熱床底部的自動控制閥分別與進(jìn)氣歧管和排氣歧管連接；蓄熱床通過換向閥換向，儲存從燃燒室出來的高溫氣體的熱量，預(yù)熱進(jìn)入蓄熱床的有機(jī)廢氣；蓄熱床采用陶瓷蓄熱材料吸收和釋放熱量；預(yù)熱到一定溫度(≥760℃)的有機(jī)廢氣在燃燒室中燃燒，產(chǎn)生二氧化碳和水進(jìn)行凈化。典型的雙床實時操作系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)包括一個燃燒室、兩個陶瓷填充床和四個開關(guān)閥。該裝置中的蓄熱式陶瓷填充床換熱器可以很***程度上回收熱能，熱回收率***于95%；有機(jī)廢氣用很少或不用燃料處理。

 

***點:處理***流量、低濃度的有機(jī)廢氣，運行成本非常低。

 

缺點:一次性投資高，燃燒溫度高，不適合處理高濃度有機(jī)廢氣，運動部件多，維護(hù)工作量***。

 

1.1.2蓄熱催化燃燒技術(shù)

 

蓄熱催化氧化器(RCO)直接用于凈化中高濃度(1000 mg/m3-10000 mg/m3)的有機(jī)廢氣。RCO處理技術(shù)***別適用于對熱回收率要求較高的場合，也適用于同一條生產(chǎn)線上的不同產(chǎn)品導(dǎo)致廢氣成分經(jīng)常變化或廢氣濃度波動較***的場合。***別適用于需要熱能回收的企業(yè)廢氣處理或烘干線，烘干線可以利用能量回收，從而達(dá)到節(jié)能的目的。

 

蓄熱催化燃燒處理技術(shù)是典型的氣固反應(yīng)，其本質(zhì)是活性氧深度氧化。在催化氧化過程中，催化劑表面的吸附使反應(yīng)物分子在催化劑表面富集，催化劑的活化能降低加速了氧化反應(yīng)，提高了氧化反應(yīng)速率。有機(jī)物在***定催化劑的作用下，在低起燃溫度(250~300℃)下進(jìn)行無焰氧化燃燒，氧化分解為CO2和水。并放出***量熱能。

 

RCO裝置主要由爐體、催化蓄熱器、燃燒系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)、自動閥等系統(tǒng)組成。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，排出的有機(jī)尾氣通過引風(fēng)機(jī)進(jìn)入設(shè)備的回轉(zhuǎn)閥，入口氣體和出口氣體被回轉(zhuǎn)閥完全分離。氣體經(jīng)陶瓷材料層1預(yù)熱后，發(fā)生蓄熱換熱，其溫度幾乎達(dá)到催化氧化催化層設(shè)定的溫度，此時部分污染物被氧化分解；廢氣通過加熱區(qū)繼續(xù)升溫(可采用電加熱或天然氣加熱)，并保持在設(shè)定溫度；它進(jìn)入催化層完成催化氧化反應(yīng)，即反應(yīng)產(chǎn)生CO2和H2O，釋放***量熱量達(dá)到預(yù)期的處理效果。催化氧化后的氣體進(jìn)入陶瓷材料層2，回收熱能后通過回轉(zhuǎn)閥排入***氣。凈化后的排氣溫度僅略高于廢氣處理前。系統(tǒng)連續(xù)運行，自動切換。通過旋轉(zhuǎn)閥的操作，所有陶瓷填充層完成加熱、冷卻和凈化的循環(huán)步驟，熱量可以回收。

 

***點:工藝流程簡單，設(shè)備緊湊，運行可靠；凈化效率高，一般達(dá)到98%以上；與RTO相比，燃燒溫度低；一次性投資少，運行成本低，熱回收效率一般可達(dá)85%以上；整個過程無廢水產(chǎn)生，凈化過程無NOX等二次污染產(chǎn)生；RCO凈化設(shè)備可與干燥室配合使用，凈化后的氣體可直接回用于干燥室，達(dá)到節(jié)能減排的目的；

 

缺點:催化燃燒裝置僅適用于處理含有低沸點有機(jī)成分和低灰分的有機(jī)廢氣，不適用于處理含有油煙等粘性物質(zhì)的廢氣，催化劑應(yīng)中毒；處理后的有機(jī)廢氣濃度低于20%。

 

1 . 1 . 3 NV回收型熱燃燒系統(tǒng)

 

回收熱燃燒系統(tǒng)(簡稱TNV)使用氣體或油直接燃燒和加熱含有有機(jī)溶劑的廢氣。在高溫作用下，有機(jī)溶劑分子被氧化分解成CO2和水，產(chǎn)生的高溫?zé)煔馔ㄟ^配套的多級換熱裝置加熱生產(chǎn)過程中所需的空氣或熱水，充分回收氧化分解有機(jī)廢氣時產(chǎn)生的熱能，降低整個系統(tǒng)的能耗。因此，當(dāng)生產(chǎn)過程需要***量熱量時，TNV系統(tǒng)是處理含有機(jī)溶劑廢氣的理想方法。新建涂裝生產(chǎn)線一般采用TNV回收熱燃燒系統(tǒng)。

 

TNV系統(tǒng)由三部分組成:廢氣預(yù)熱燃燒系統(tǒng)、循環(huán)空氣加熱系統(tǒng)和新風(fēng)換熱系統(tǒng)。該系統(tǒng)中的廢氣燃燒集中供熱裝置是TNV的核心部分，由爐體、燃燒室、換熱器、燃燒發(fā)動機(jī)和主煙道控制閥組成。工作過程如下:有機(jī)廢氣由高壓頭風(fēng)機(jī)抽出干燥室，經(jīng)廢氣燃燒集中供熱裝置內(nèi)置換熱器預(yù)熱后，由燃燒機(jī)加熱，有機(jī)廢氣在高溫(約750℃)下氧化分解，分解后的有機(jī)廢氣變成CO2和水。產(chǎn)生的高溫?zé)煔馔ㄟ^爐內(nèi)換熱器和主煙氣管道排出，排出的煙氣加熱干燥室內(nèi)的循環(huán)空氣，為干燥室提供所需的熱量。系統(tǒng)末端設(shè)置新風(fēng)換熱裝置，回收系統(tǒng)余熱，干燥室補(bǔ)充的新風(fēng)經(jīng)煙氣加熱后送至干燥室。此外，主煙氣管道還設(shè)有電動調(diào)節(jié)閥，用于調(diào)節(jié)裝置出口煙氣溫度，***終排煙溫度可控制在160℃左右。

 

廢氣燃燒集中供熱裝置的***點包括:有機(jī)廢氣在燃燒室中的停留時間為1 ~ 2s；有機(jī)廢氣分解率***于99%；熱回收率可達(dá)76%；燃燒器輸出調(diào)節(jié)比可達(dá)26∶1，高度可達(dá)40∶1。

 

缺點:處理低濃度有機(jī)廢氣時，運行成本較高；管式換熱器只有在連續(xù)運行時才具有較長的壽命。

 

1.2噴漆室和烘干室有機(jī)廢氣處理方案

 

噴漆室和烘干室排放的氣體為常溫下的低濃度***流量廢氣，污染物主要成分為芳香烴、醇醚和酯類有機(jī)溶劑。目前***外比較成熟的方法有:一是濃縮有機(jī)廢氣，減少待處理的有機(jī)廢氣總量；***先，采用吸附法(活性炭或沸石作為吸附劑)吸附低濃度常溫油漆廢氣，并用高溫氣體脫附；然后，通過催化燃燒或蓄熱熱燃燒處理濃縮廢氣。

 

1.2.1活性炭吸附-脫附凈化裝置

 

采用蜂窩活性炭作為吸附劑，結(jié)合吸附凈化、脫附蓄熱、VOCs濃縮和催化燃燒的原理，將***風(fēng)量、低濃度的有機(jī)廢氣用蜂窩活性炭吸附，達(dá)到凈化空氣的目的。活性炭吸附飽和時，用熱空氣脫附蓄熱活性炭，脫附的濃縮有機(jī)物送入催化燃燒床催化燃燒，有機(jī)物被氧化成無害的CO2和H2O。燃燒后，熱廢氣通過換熱器加熱冷空氣，換熱后的冷卻氣體部分排出，另一部分用于蜂窩活性炭的脫附和蓄熱，達(dá)到余熱利用和節(jié)能的目的。整套設(shè)備由預(yù)過濾器、吸附床、催化燃燒床、阻燃劑、相關(guān)風(fēng)機(jī)、閥門等組成。

 

活性炭吸附-脫附凈化裝置是根據(jù)吸附和催化燃燒兩個基本原理設(shè)計的，采用兩個氣路連續(xù)工作，一個催化燃燒室和兩個吸附床交替使用。***先用活性炭吸附有機(jī)廢氣，達(dá)到飽和時停止吸附，然后用熱氣流將有機(jī)物從活性炭上脫附出來，使活性炭蓄熱；脫附出來的有機(jī)物經(jīng)過濃縮(濃度比原來高幾倍)，送到催化燃燒室催化燃燒成二氧化碳和水蒸氣排放。當(dāng)有機(jī)廢氣濃度達(dá)到2000PPm以上時，有機(jī)廢氣可以在催化床內(nèi)保持自燃，無需外部加熱。燃燒后的尾氣一部分排入***氣，***部分送到吸附床進(jìn)行活性炭蓄熱。這樣可以滿足燃燒和吸附所需的熱能，達(dá)到節(jié)能的目的。蓄熱后的可以進(jìn)入下一次吸附；在脫附中，凈化操作可以通過另一個吸附床進(jìn)行，該吸附床適用于連續(xù)操作和間歇操作。

 

技術(shù)性能及***點:性能穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，安全可靠，節(jié)能省力，無二次污染。該設(shè)備占地面積小，重量輕。非常適合***風(fēng)量。吸附有機(jī)廢氣的活性炭床由催化燃燒后的廢氣脫附蓄熱，脫附后的氣體送入催化燃燒室凈化，不需要外部能源，節(jié)約能源。

 

缺點是活性炭使用壽命短，運行成本高。

 

1.2.2沸石轉(zhuǎn)輪吸附-脫附凈化裝置

 

沸石的主要成分是:硅和鋁，具有吸附能力，可以作為吸附劑；沸石轉(zhuǎn)輪利用沸石對有機(jī)污染物的吸附和脫附能力，將低濃度、***風(fēng)量的VOCs廢氣通過沸石轉(zhuǎn)輪濃縮轉(zhuǎn)化為小風(fēng)量、高濃度的氣體，可以降低后端***終處理設(shè)備的運行成本。其裝置***點適用于處理***流量、低濃度、多種有機(jī)成分的廢氣。缺點是前期投入高。

 

沸石轉(zhuǎn)輪吸附凈化裝置是一種可以連續(xù)進(jìn)行吸附和脫附操作的氣體凈化裝置。沸石轉(zhuǎn)輪兩側(cè)通過***殊的密封裝置分為三個區(qū)域:吸附區(qū)、脫附(蓄熱)區(qū)和冷卻區(qū)。該系統(tǒng)的工作過程如下:沸石轉(zhuǎn)輪低速連續(xù)旋轉(zhuǎn)，通過吸附區(qū)、脫附(蓄熱)區(qū)和冷卻區(qū)循環(huán)；當(dāng)?shù)蜐舛取?**風(fēng)量的廢氣連續(xù)通過轉(zhuǎn)輪的吸附區(qū)時，廢氣中的VOCs被轉(zhuǎn)輪的沸石吸附，吸附凈化后的氣體直接排出；轉(zhuǎn)輪吸附的有機(jī)溶劑隨著轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)動被送到脫附(蓄熱)區(qū)，然后以小風(fēng)量熱空氣連續(xù)通過脫附區(qū)。吸附在轉(zhuǎn)輪上的VOCs在脫附區(qū)被熱量脫附實現(xiàn)蓄熱，VOCs廢氣隨熱空氣排出；轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)到冷卻區(qū)冷卻降溫后，可以再次吸附。隨著轉(zhuǎn)輪的不斷轉(zhuǎn)動，進(jìn)行吸附、脫附和冷卻循環(huán)，保證廢氣處理的連續(xù)穩(wěn)定運行。

 

沸石轉(zhuǎn)輪裝置本質(zhì)上是一個濃縮器，轉(zhuǎn)輪處理后的含有機(jī)溶劑廢氣分為兩部分:可直接排放的潔凈空氣和含高濃度有機(jī)溶劑的蓄熱空氣。可以直接排出的潔凈空氣可以進(jìn)入涂裝空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行回收利用；高濃度揮發(fā)性有機(jī)化合物氣體的濃度約為揮發(fā)性有機(jī)化合物進(jìn)入系統(tǒng)前的10倍。濃縮氣體由TNV回收熱燃燒系統(tǒng)(或其他設(shè)備)高溫燃燒，燃燒產(chǎn)生的熱量由干燥室和沸石轉(zhuǎn)輪脫附供熱，充分利用達(dá)到節(jié)能減排的效果。

 

技術(shù)性能及***點:結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)方便，使用壽命長；吸收和脫附效率高，將原來高風(fēng)量、低濃度的VOCss廢氣轉(zhuǎn)化為低風(fēng)量、高濃度廢氣，降低了后端***終處理設(shè)備的成本；沸石轉(zhuǎn)輪吸附VOCs造成的壓降極低，可***幅降低功耗；整個系統(tǒng)采用預(yù)裝模塊化設(shè)計，空間需求小，提供連續(xù)無人操作模式；轉(zhuǎn)輪濃縮后的廢氣可達(dá)到***家排放標(biāo)準(zhǔn)；吸附劑采用不燃性疏水沸石，使用更安全；缺點是一次性投入高。