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前言(yan)
汽(qi)(qi)車涂(tu)裝(zhuang)生(sheng)產過程中所產生(sheng)的揮發性(xing)(xing)有機化合物(簡稱VOCs)的排(pai)放,是大(da)氣污(wu)染防治的重點,國家(jia)及地方環(huan)保部門針對汽(qi)(qi)車生(sheng)產的特(te)殊性(xing)(xing),出臺了(le)越來越嚴(yan)格的排(pai)放標(biao)準。2015版江蘇省《表面涂(tu)裝(zhuang)(汽(qi)(qi)車制造業)揮發性(xing)(xing)有機物排(pai)放標(biao)準》中明確(que)規定:汽(qi)(qi)車涂(tu)裝(zhuang)生(sheng)產線的噴(pen)漆室(shi)(shi)和烘干(gan)(gan)室(shi)(shi)應安裝(zhuang)VOCs污(wu)染治理(li)設(she)備,且烘干(gan)(gan)室(shi)(shi)VOCs廢氣處理(li)效率應當在90%以上(shang),并對涂(tu)裝(zhuang)VOCs排(pai)放限值做出了(le)明確(que)規定(見表一):
表一 排氣筒(tong)VOCs排放限值
項目(mu)
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排氣筒排放濃度限值(mg/m3)
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VOCs*高允許排放速率(Kg/h)
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污(wu)染物排(pai)放監控(kong)位置(zhi)
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苯
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1
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0.6
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車間(jian)或生產設(she)施(shi)排(pai)氣筒
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甲苯
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3
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1.2
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二甲苯
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12
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3.6
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苯系物
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20
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8
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TVOCs
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乘用車
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30
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32
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其他(ta)車(che)型汽車(che)
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60
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2 汽車涂裝VOCs排放概算
汽(qi)車涂裝生產(chan)中(zhong)的(de)VOCs來源(yuan)于(yu)涂料中(zhong)的(de)溶(rong)劑,主要通(tong)過(guo)噴漆(qi)、油漆(qi)晾(liang)干(gan)(水性漆(qi)預烘(hong)干(gan))和烘(hong)干(gan)工序(xu)產(chan)生排(pai)放(fang)。烘(hong)干(gan)工序(xu)產(chan)生的(de)有機廢(fei)氣(qi)(qi)(qi),由于(yu)VOCs濃度(du)和溫度(du)較高,可直(zhi)接進入焚燒爐(lu)(TNV)或者蓄(xu)熱式熱力(li)焚化(hua)(hua)爐(lu)(RTO)處(chu)(chu)理(li),凈化(hua)(hua)率(lv)可達到98%以(yi)上(shang)。而噴漆(qi)室(shi)排(pai)出的(de)廢(fei)氣(qi)(qi)(qi),由于(yu)風量大(da)(da)、VOCs濃度(du)低、濕度(du)大(da)(da),常規的(de)過(guo)濾、吸附等工藝措施難(nan)以(yi)有效(xiao)處(chu)(chu)理(li),目前(qian),國內大(da)(da)多數的(de)汽(qi)車涂裝車間(jian)都(dou)不作(zuo)處(chu)(chu)理(li),與(yu)晾(liang)干(gan)區的(de)廢(fei)氣(qi)(qi)(qi)一(yi)起(qi)經(jing)集中(zhong)排(pai)氣(qi)(qi)(qi)筒,直(zhi)接高空(kong)排(pai)放(fang)。
以生產(chan)節拍為(wei)(wei)16JPH,采取3C2B水性漆(qi)(qi)(qi)工藝的廂式商用車涂裝為(wei)(wei)例,中(zhong)涂漆(qi)(qi)(qi)及(ji)底面漆(qi)(qi)(qi)為(wei)(wei)水性漆(qi)(qi)(qi),罩光清漆(qi)(qi)(qi)為(wei)(wei)1K溶(rong)劑型。水性漆(qi)(qi)(qi)預烘干(gan)產(chan)生的廢(fei)氣直(zhi)排,清漆(qi)(qi)(qi)晾干(gan)區的排風補至噴(pen)漆(qi)(qi)(qi)室(shi)循環(huan)利(li)用,再與噴(pen)漆(qi)(qi)(qi)室(shi)的廢(fei)氣一(yi)起經集中(zhong)排氣筒排放(fang)(fang);中(zhong)涂及(ji)面漆(qi)(qi)(qi)烘干(gan)區廢(fei)氣經RTO凈化處理后排放(fang)(fang)。 其(qi)VOCs排放(fang)(fang)速率(lv)概算(suan)見表(biao)二;噴(pen)漆(qi)(qi)(qi)室(shi)風量及(ji)VOCs排放(fang)(fang)濃(nong)度(du)概算(suan)見表(biao)三:
表(biao)二 涂裝VOCs排放速率(lv)概算
項目
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油漆(qi)溶劑(ji)含量
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噴涂上漆(qi)率(lv)
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涂(tu)層干膜(mo)厚(hou)度(um)
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油漆密(mi)度
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噴(pen)涂面積
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單臺噴漆耗量(Kg/h)
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小(xiao)時噴(pen)漆耗(hao)量(Kg/h)
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區域VOCs排放速率
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集中排氣(qi)筒VOCs速(su)率
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烘房VOCs排放(fang)速(su)率
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(g/ml)
|
(m2)
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(Kg/h)
|
(Kg/h)
|
(Kg/h)
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VOC%
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η
|
d
|
ρ
|
s
|
Q
|
Qh
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噴漆(qi)室
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晾干區
|
烘干區
|
水性(xing)中涂
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15%
|
80%
|
25
|
1.3
|
40
|
1.53
|
24.5
|
2.1
|
0.6
|
1.0
|
36.6
|
0.24
|
水(shui)性素色底漆(內表(biao)面)
|
12%
|
40%
|
18
|
1.1
|
9
|
0.51
|
8.1
|
0.76
|
0.53
|
11.2
|
水(shui)性素色底(di)漆(qi)(外表面)
|
12%
|
80%
|
18
|
1.1
|
40
|
1.125
|
18
|
1.21
|
清漆(內表面)
|
50%
|
40%
|
25
|
1.02
|
9
|
1.15
|
18.4
|
6.98
|
7.45
|
清漆(外表(biao)面)
|
50%
|
80%
|
40
|
1.02
|
40
|
4.08
|
65.3
|
17
|
注:水(shui)性(xing)中涂、水(shui)性(xing)素色底漆VOCs揮發比(bi)例按噴(pen)漆室:預烘(hong)干(gan):烘(hong)干(gan)區=45%:20%:35%計算
清漆VOCs揮發(fa)比例(li)按噴漆室:晾干區:烘干區=40%:25%:35%計算
中涂及面漆烘(hong)房VOCs經RTO處理,凈(jing)化率按98%計算
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表(biao)三(san) 噴漆室風量(liang)及VOCs排放濃度(du)概算
項目
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室體(ti)截(jie)面(mian)尺寸
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風速
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區域(yu)排風量
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VOCs揮(hui)發速率(lv)
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VOCs區域排放濃度(du)
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長(m)
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寬(m)
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m/s
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m3/h
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Kg/h
|
mg/m3
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中涂噴涂段
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中涂噴漆(qi)室
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12
|
5
|
0.3
|
70000
|
2.1
|
30.0
|
中涂預烘干
|
33.5
|
4.5
|
10
|
19000
|
0.6
|
31.6
|
水性底漆噴涂段(duan)
|
水性素色底漆(內表面(mian))手工噴涂段
|
12
|
6
|
0.45
|
120000
|
0.76
|
6.32
|
水(shui)性素色底漆(qi)(外表面(mian))自動噴涂(tu)段
|
14
|
5
|
0.3
|
77000
|
1.21
|
15.71
|
水性底漆預烘干
|
33.5
|
4.5
|
10
|
19000
|
0.53
|
28.84
|
清漆噴涂段
|
清漆(內表面(mian))手(shou)工噴涂段
|
9
|
6
|
0.45
|
92000
|
6.98
|
178.6
|
清漆(外表面)自動噴(pen)涂(tu)段
|
14
|
5
|
0.3
|
84000
|
17.0
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清漆晾干段
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31
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3.5
|
0.1
|
7.45
|
集中(zhong)排(pai)氣筒合計
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|
|
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481000
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36.6
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76.2
|
根據概算:集中排氣筒的VOCs排放速率36.6Kg/h,排放濃度76.2mg/m3,均超過了(le)(le)排(pai)(pai)放(fang)(fang)標(biao)準。其中清(qing)漆(qi)(qi)噴漆(qi)(qi)室及晾干區的(de)VOCs排(pai)(pai)放(fang)(fang)量達到了(le)(le)31.4Kg/h,占到了(le)(le)排(pai)(pai)放(fang)(fang)總(zong)量的(de)86%。由此可見,即(ji)使采取(qu)水性漆(qi)(qi)工藝,使用常規配套的(de)溶(rong)劑型清(qing)漆(qi)(qi),仍具有較多的(de)VOCs排(pai)(pai)放(fang)(fang),為了(le)(le)達到排(pai)(pai)放(fang)(fang)要求,需要對清(qing)漆(qi)(qi)噴涂段的(de)廢氣進行凈化處理。
目前,對于大風量、低濃度的有機廢氣,常規*有效的方法是通過蓄熱式熱力焚化爐(RTO)來進行處理。 其工作原理是:系統將有機廢氣加熱升溫至750℃以上,在燃燒室內停留0.7~1.0 s,使廢氣中的有機污染物氧化分解,成為無害的C02和H2O。廢氣燃燒產生的熱量被蓄熱體“貯存”起來,用于預熱新進入的有機廢氣,從而節省廢氣升溫所需要的燃料消耗,降低運行成本。RTO的*大處理風量一般低于100000 m3/h,廢氣VOCs處理濃度為1000~20000mg/m3,當廢氣濃度低于1500mg/m3時,廢氣燃燒產生的熱量較少,設備需額外增加較多的燃料消耗,用于對新進入的有機廢氣升溫。而需處理的清漆噴涂段廢氣總排風量達到176000m3/h,VOCs濃度僅有178.6mg/m3,由此可(ke)見,RTO設備并不直接(jie)適用于(yu)這(zhe)樣的廢(fei)氣處理。
3 沸石轉輪濃縮系統在噴漆室廢氣治理中的應用
近年來,一(yi)種適(shi)合處(chu)理高流量(liang)(大風(feng)量(liang))、低濃度、高濕度、多成分(fen)VOCs廢(fei)氣的(de)(de)凈(jing)化(hua)設備——沸石轉輪濃縮系統,在歐美及日本等經濟發達國家的(de)(de)汽車涂裝廢(fei)氣處(chu)理方面取得了較多的(de)(de)應用(yong)和(he)良好的(de)(de)效果。
系統設(she)(she)備由兩大主要部(bu)分所組成,即疏水性沸石(shi)轉輪(lun)串連(lian)蓄熱式焚化爐(lu)。它的(de)工作原(yuan)理(li)(li)是利用(yong)沸石(shi)分子(zi)篩所具備的(de)的(de)高(gao)吸附性能(neng),對有(you)機廢(fei)氣進行吸附濃縮(suo),再由RTO設(she)(she)備凈化處理(li)(li)濃縮(suo)后的(de)有(you)機廢(fei)氣。
3.1 沸石分子篩的性能特點
沸石分子篩是一種鋁硅酸金屬鹽的多微孔晶體,由硅氧四面體和鋁氧四面體通過共享氧原子相互連接形成骨架結構,其表面為固體骨架,內部為多微孔的篩狀構造。內部孔穴之間有孔道相互連接,其孔徑相同,分布非常均一,分子篩依據其內部孔穴的大小,可對分子進行選擇性吸附。沸石分子篩具有很大的比表面積(300~1000m2/g),內部孔(kong)穴(xue)有強大的(de)庫侖場(chang)和極(ji)性,因此,對吸附質(zhi)分子的(de)吸附能(neng)力很強,遠超過其他類型的(de)吸附劑,即使在較高(gao)的(de)溫度(du)和較低(di)的(de)吸附質(zhi)分壓(或濃度(du))下,仍有很高(gao)的(de)吸附容量,是一(yi)種高(gao)性能(neng)的(de)分離(li)吸附材料(liao)。
通過對沸(fei)石(shi)分子(zi)篩(shai)進(jin)行表面改(gai)性,去除結(jie)晶中的(de)鋁(lv)原子(zi),可(ke)消除其親水(shui)的(de)極(ji)性,從而形(xing)成疏(shu)水(shui)性沸(fei)石(shi)分子(zi)篩(shai)。它不僅具(ju)(ju)有一般沸(fei)石(shi)分子(zi)篩(shai)的(de)共性,在相(xiang)對濕度(du)達(da)到(dao)80 %時(shi),都能保(bao)持幾乎(hu)不吸(xi)(xi)附(fu)(fu)水(shui)的(de)特點,即使(shi)對于含水(shui)的(de)空氣,也能夠選擇地吸(xi)(xi)附(fu)(fu)所需的(de)物質,并且吸(xi)(xi)附(fu)(fu)量幾乎(hu)不受影響。疏(shu)水(shui)性沸(fei)石(shi)由無(wu)機氧化物組成,具(ju)(ju)有不可(ke)燃性,在900 ℃下焙燒(shao)2 h ,其結(jie)晶度(du)仍(reng)保(bao)持不變,故熱穩定性極(ji)高(gao),可(ke)反復通過加(jia)熱來實現脫(tuo)附(fu)(fu)再(zai)生,并保(bao)證較長的(de)使(shi)用壽(shou)命。
3.2 沸石轉輪濃縮系統的原理及構成
沸(fei)(fei)石轉(zhuan)(zhuan)輪(lun)(lun)(lun)濃縮系統的(de)關鍵部件是吸(xi)附(fu)輪(lun)(lun)(lun)(轉(zhuan)(zhuan)輪(lun)(lun)(lun)), 轉(zhuan)(zhuan)輪(lun)(lun)(lun)由(you)疏水性(xing)沸(fei)(fei)石吸(xi)附(fu)介質(zhi)與陶瓷纖維加(jia)工(gong)成波紋狀(zhuang)膜片(pian),再卷制形成蜂巢狀(zhuang)的(de)圓筒形框架結構,其中部安裝有旋轉(zhuan)(zhuan)軸承。轉(zhuan)(zhuan)輪(lun)(lun)(lun)的(de)機械結構上,裝有耐(nai)VOCs腐蝕、耐(nai)高溫的(de)材料制成的(de)氣體密封墊,將轉(zhuan)(zhuan)輪(lun)(lun)(lun)隔離成三(san)個區域(yu):吸(xi)附(fu)處(chu)理區、再生脫附(fu)區、冷卻(que)區。
全套設(she)備主要由以下部(bu)分(fen)組成:廢氣過濾器(qi)、沸(fei)石轉輪、排氣風機、RTO焚化系(xi)統、熱交換器(qi)、自(zi)動控制系(xi)統。
目前,*大型號的單只沸石轉輪,廢氣處理量可達到100000m3/h,能夠將廢氣中的VOCs濃度提高5~20倍。
3.3 沸石轉輪濃縮系統工藝流程
3.3.1 廢氣的除濕、過濾處(chu)理:
沸石轉輪在吸附濃縮過程中(zhong),待處(chu)理(li)廢氣的(de)相(xiang)對(dui)濕(shi)度低于(yu)80%時(shi),對(dui)VOCs的(de)吸附率可達(da)到90%以上(shang),當廢氣濕(shi)度大于(yu)90%時(shi),吸附效(xiao)率則(ze)下(xia)降至(zhi)80%左右。
目(mu)前,國內(nei)汽車涂裝噴(pen)漆(qi)室采取水旋處(chu)理(li)的濕(shi)式噴(pen)房較多,其排出(chu)的廢(fei)(fei)氣(qi)(qi),相(xiang)對濕(shi)度超過90%,因此在廢(fei)(fei)氣(qi)(qi)進入沸(fei)石轉(zhuan)(zhuan)輪之(zhi)前,需要進行加熱除(chu)濕(shi)。同時,由于廢(fei)(fei)氣(qi)(qi)中(zhong)含有(you)少量漆(qi)霧等顆(ke)粒雜質,需進行過濾處(chu)理(li),避免影響轉(zhuan)(zhuan)輪的吸附效率。
3.3.2 轉輪吸附(fu)濃縮VOCs與再生脫附(fu):
過(guo)濾后的(de)大流量的(de)低濃度有(you)機廢氣(qi)(qi)(qi)被(bei)送至(zhi)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)輪(lun)(lun)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)區(qu),轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)輪(lun)(lun)可根(gen)據廢氣(qi)(qi)(qi)處(chu)理量,以(yi)1~6轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)/小時的(de)速度持續緩慢(man)旋轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)。廢氣(qi)(qi)(qi)中含有(you)的(de)VOCs被(bei)截留吸(xi)(xi)(xi)附(fu)在轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)輪(lun)(lun)上的(de)沸石分(fen)子篩(shai)內部(bu),凈(jing)化后的(de)潔凈(jing)空氣(qi)(qi)(qi)則直(zhi)接排(pai)放至(zhi)大氣(qi)(qi)(qi)。轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)輪(lun)(lun)持續旋轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)VOCs,逐漸趨(qu)向吸(xi)(xi)(xi)附(fu)飽(bao)和(he),當轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)輪(lun)(lun)旋轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)進入至(zhi)脫(tuo)附(fu)區(qu)時,脫(tuo)附(fu)風機提供200℃左右的(de)高溫熱空氣(qi)(qi)(qi),穿過(guo)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)飽(bao)和(he)的(de)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)輪(lun)(lun)區(qu)域,將其中吸(xi)(xi)(xi)附(fu)的(de)VOCs脫(tuo)附(fu)并帶走(zou),轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)輪(lun)(lun)從而恢復(fu)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)能力。脫(tuo)附(fu)后的(de)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)輪(lun)(lun)進入冷(leng)卻區(qu),經冷(leng)卻空氣(qi)(qi)(qi)吹掃,恢復(fu)至(zhi)常溫,再次旋轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)至(zhi)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)區(qu) ,重(zhong)新開始下一輪(lun)(lun)的(de)工作。
3.3.3 有機廢氣凈化處理:
轉輪吸附的VOCs經脫附后,隨脫附熱空氣送往RTO進行凈化處理。由于,脫附熱空氣風量僅為5000~20000 m3/h,廢氣(qi)(qi)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)VOCs被濃縮了5~20倍(bei),因此,需要(yao)*終處(chu)理的(de)(de)(de)(de)有機廢氣(qi)(qi)具備了濃度(du)高、風(feng)量(liang)小、溫度(du)高的(de)(de)(de)(de)特點(dian),能(neng)夠(gou)與烘干室的(de)(de)(de)(de)廢氣(qi)(qi)合并后(hou)進(jin)入RTO集中(zhong)(zhong)處(chu)理,VOCs的(de)(de)(de)(de)凈化率(lv)可達(da)到95%以上。RTO焚燒產生(sheng)的(de)(de)(de)(de)一(yi)部(bu)風(feng)熱(re)能(neng)可用于轉輪脫附(fu)空氣(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)加熱(re);末端(duan)排放的(de)(de)(de)(de)高溫煙氣(qi)(qi)可進(jin)行余熱(re)回收,進(jin)一(yi)步做(zuo)到節能(neng)、環(huan)保。
4 沸石濃縮轉輪系統技術特點:
-
特別適用于(yu)處理大(da)風量、低(di)濃度的有(you)機(ji)廢氣,凈化(hua)效(xiao)率穩定(ding)、VOCs去除率達到90%以上。
-
轉(zhuan)輪(lun)低壓損、無吸(xi)附損耗、對(dui)于高沸點的(de)揮發性有機氣體(ti)(ti),也能夠能有(you)效處理(li)。
-
沸(fei)石轉(zhuan)輪(lun)由無機氧化物組成,具有不燃性,使用(yong)**。
-
轉(zhuan)輪(lun)熱穩定(ding)性極高,反復通過加熱脫附(fu)來實現(xian)再(zai)生,理論(lun)使用(yong)壽命可達(da)到10年左右。
-
濃縮后進入RTO處理的(de)廢氣風量小,故可以與烘房共(gong)享一套RTO設備,減少了設備投資,降低了RTO運行能(neng)耗。
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沸石(shi)轉輪可適應較高濕度的有機廢氣吸附,對于濕式噴漆室(shi)廢氣處理,可減少除(chu)濕的設備(bei)投資(zi)及運行能(neng)耗。
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可采(cai)取單只(zhi)或(huo)多只(zhi)轉輪并(bing)聯組合(he)的方式,以(yi)適應(ying)不同風量的廢氣(qi)處理。
5 結束語
目(mu)前,國內(nei)的北(bei)京奔馳、沈陽寶馬、大眾寧波、廣(guang)汽(qi)日產、北(bei)汽(qi)增城(cheng)等(deng)涂(tu)裝項(xiang)目(mu)均開(kai)(kai)始(shi)使(shi)用(yong)沸(fei)石濃縮(suo)轉輪系統對噴漆室(shi)廢氣進(jin)行處理(li),通過(guo)使(shi)用(yong)的信息反饋,均達到了(le)設(she)計(ji)要求(qiu)。北(bei)汽(qi)鎮江、南京依(yi)維(wei)柯橋林、北(bei)汽(qi)昌河(he)等(deng)新建(jian)涂(tu)裝項(xiang)目(mu),也規劃(hua)投(tou)入(ru)該設(she)備。國內(nei)部分設(she)備制造(zao)企(qi)業,也開(kai)(kai)始(shi)具備了(le)沸(fei)石濃縮(suo)轉輪系統設(she)備的設(she)計(ji)、安裝能力。
隨著國家對大(da)氣污染防(fang)治(zhi)的(de)(de)(de)要求(qiu)越(yue)來越(yue)嚴格,汽(qi)車涂裝VOCs排(pai)(pai)放(fang)限值必然將逐年下(xia)調,對于涂裝噴(pen)漆室廢氣排(pai)(pai)放(fang)的(de)(de)(de)治(zhi)理迫在(zai)眉(mei)睫。沸石濃(nong)縮轉輪技(ji)術,是(shi)現有技(ji)術條件(jian)下(xia),處理大(da)風量、低濃(nong)度、高濕度有機廢氣的(de)(de)(de)*佳選擇(ze),在(zai)汽(qi)車涂裝廢氣治(zhi)理中(zhong)的(de)(de)(de)應用將會越(yue)來越(yue)廣泛。