汽車廠涂裝車間VOCs處理工藝簡介

相關(guān)術(shù)語
揮發(fā)性有機物：參與大氣光化學(xué)反應(yīng)的有機化合物，或者根據(jù)規(guī)定的方法測量或核算確定的有機物。
苯系物：苯、甲苯、二甲苯（對-二甲苯、間-二甲苯、鄰-二甲苯）、苯乙烯及三甲苯（1,3,5-三甲苯、1，2,4-三甲苯和1,2,3-三甲苯）等的合計。
政策規(guī)定
法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)
根據(jù)《揮發(fā)性有機物排放標(biāo)準(zhǔn)第一部分：汽車制造業(yè)》（DB37/2801.1-2016）電動汽車為M類、N類汽車，其涂裝生產(chǎn)線VOCs排放濃度規(guī)定值，見表1。

涂裝車間現(xiàn)狀
涂裝車間生產(chǎn)線介紹
涂裝車間生產(chǎn)線有：前處理電泳線、電泳烘干、打磨涂膠線、中涂噴漆線、中涂烘干、中涂打磨、面漆噴涂線、面漆烘干、精飾、塑料件噴涂線、塑料件烘干，其中VOCS產(chǎn)生環(huán)節(jié)為電泳烘干、涂膠PVC噴涂、中涂噴漆線、中涂烘干、面漆噴涂線、面漆烘干、塑料件噴涂線、塑料件烘干。
涂裝車間VOCs
涂裝車間VOCs成分
目前涂裝車間普遍使用油漆物料成分比較復(fù)雜，其大致成分詳見表2。

根據(jù)表2中涂裝車間VOCS成分得：涂裝車間VOCS成分復(fù)雜，且成分物質(zhì)沸點溫度較高，沸點區(qū)間范圍較廣（111-196.8℃）。
涂裝車間VOCs的特點
1）噴漆室、流平室處理氣量非常大、溫度低、濕度高、VOCS濃度低；塑料烘干室、中涂烘干室、面漆烘干室和電泳烘干室處理氣量小、溫度高、VOCS濃度高。
2）廢氣含易燃易爆揮發(fā)性有機物，安全方面應(yīng)重點考慮。
3）廢氣中VOCS的成分主要有二甲苯、三甲苯、四甲苯、醋酸丁酯等，組分比較復(fù)雜，且沸點大多比較高（117.6-196.8℃）。
4）PVC底涂室、點修補室由于溶劑使用量小，經(jīng)測算其排放濃度能達到山東省《揮發(fā)性有機物排放標(biāo)準(zhǔn)第一部分：汽車制造業(yè)》的規(guī)定，為降低設(shè)備投資，可單獨排放。
廢氣處理方案
為保證涂裝車間排放廢氣濃度達到《揮發(fā)性有機物排放標(biāo)準(zhǔn)第一部分：汽車制造業(yè)》（DB37/2801.1-2016）規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，需進行一定的廢氣處理措施。通過了解現(xiàn)在制造業(yè)中存在的廢氣處理工藝有：UV光解催化氧化、活性炭吸附-脫附+催化燃燒、沸石轉(zhuǎn)輪吸附+RTO。
1.UV光解催化氧化
工藝流程
UV催化氧化廢氣處理基本工藝流程：

廢氣收集→過濾器→UV光解→風(fēng)機→達標(biāo)排放
系統(tǒng)原理
UV光解氧化廢氣凈化裝置采用高強度納米紫外線破壞、分解大分子鏈為小分子鏈，再利用臭氧和烴基自由基、催化劑進行催化氧化，使有機物變?yōu)槎趸己退?br /> Ⅰ破壞裂解階段：采用特制高強度納米紫外線光管在處理裝置內(nèi)產(chǎn)生高能C波段（253.7波段）紫外線，破壞破壞、裂解有機物分子鏈，改變物質(zhì)結(jié)構(gòu)，將大分子物質(zhì)裂解、氧化成為低分子物質(zhì)或無害物質(zhì)，如水、二氧化碳。
Ⅱ催化氧化階段：采用高強度納米紫外線光管在處理裝置內(nèi)產(chǎn)生高能C波段（185波段）紫外線，此波段紫外線光束可分解空氣中的氧分子產(chǎn)生游離的活性氧，游離氧因電子狀態(tài)不穩(wěn)定極易與氧分子結(jié)合產(chǎn)生臭氧。臭氧對有機物具有極強的氧化作用，可裂解惡臭氣體分子鍵、破壞細菌的DNA，達到脫臭殺菌的目的。
UV光解處理能力
根據(jù)UV光解廢氣處理原理得，此處理方案的處理關(guān)鍵點為通過特制納米紫外燈管發(fā)射的輻射能量破壞裂解有機物分子鍵鏈接。
根據(jù)相關(guān)化學(xué)計算破壞裂解階段使用的253.7波段紫外線能量為：471.35KJ/mol，催化氧化階段使用的185波段紫外線能量為：676.37KJ/mol。涂裝車間排放污染物質(zhì)中有機物分子鍵能詳見表3。
根據(jù)表3數(shù)據(jù)得，UV光解裝置中253.7波段的紫外線能量不能破壞大部份物質(zhì)的一個分子鍵，無法將污染物分子中的C、H破解單出，同時無法在催化階段與氧分子結(jié)合為CO2和H2O。因此UV光解催化氧化工藝無法完全處理涂裝車間的VOCs。
執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)
UV光解催化氧化廢氣處理執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB16297-1996)。
活性炭吸附-脫附+催化燃燒
1材料介紹
活性炭是用木材、煤、果殼等含碳物質(zhì)在高溫缺氧條件下活化制成，它具有巨大的比表面積（500-1700m2/g）。
2系統(tǒng)原理
活性炭吸附：經(jīng)預(yù)處理過濾處理的廢氣通過活性炭微孔吸附在活性炭表面，去除廢氣中的有機物，達到凈化氣體的作用。
活性炭脫附：當(dāng)吸附床吸附飽和后，切換脫附風(fēng)閥和吸附風(fēng)閥，啟動脫附風(fēng)機對該吸附床脫附。脫附新鮮空氣首先經(jīng)過新風(fēng)入口的換熱器和電加熱室進行加熱，將新空氣加熱到120℃左右進入活性炭床，炭床受熱后，活性炭吸附的溶劑揮發(fā)出來。
催化燃燒：溶劑經(jīng)風(fēng)機送入到催化燃燒室前的換熱器，然后進入催化燃燒室中的預(yù)熱器，在電加熱的作用下，使氣體溫度提高到250-300℃左右，再進入催化燃燒床，有機物質(zhì)在催化劑的作用下無焰燃燒，被分解為CO2和H2O，同事放出大量的熱氣體溫度進一步提高，該高溫氣體再次經(jīng)過換熱器預(yù)熱未經(jīng)處理的有機氣體，回收一部分熱量。從換熱器出來的氣體再通過新風(fēng)入口的換熱器對脫附新鮮空氣進行加熱，經(jīng)過換熱后的氣體通過煙囪引高排放。
3工藝流程
活性炭吸附-脫附+催化燃燒的工藝流程：

廢氣→過濾→活性炭吸附→催化燃燒→風(fēng)機→達標(biāo)排放

4工藝處理
1）過濾裝置
為了防止廢氣中的漆霧進入到吸附凈化裝置系統(tǒng)，以確保吸附處理系統(tǒng)的氣源干凈、干燥、無顆粒，在活性炭吸附裝置前增加過濾裝置對廢氣進行預(yù)清理工作。目前常用的過濾方式有兩種：一種采用二級過濾方式，一種采用干式過濾材料。
二級過濾方式分為一級過濾為初效過濾器，二級過濾為袋式過濾器。干式過濾材料是由玻璃纖維多層復(fù)合而成。這兩種方式均需定期清理更換，同時過濾裝置將會產(chǎn)生固體廢棄物，造成二次污染。
2）活性炭裝置
含有機物的廢氣經(jīng)風(fēng)機的作用，經(jīng)過活性炭吸附層，有機物質(zhì)被活性炭特有的作用力截留在其內(nèi)部，潔凈氣體排出；經(jīng)過一段時間后，活性炭達到飽和狀態(tài)時，停止吸附，此時有機物已被濃縮在活性炭內(nèi)。隨使用時間增長活性炭吸附能力下降，需進行定期更換。更換后的活性炭為固體廢棄物，造成二次污染，需通過第三方處理公司進行處理。
3）催化燃燒
活性炭脫附時，啟動催化凈化裝置，使熱氣流進入內(nèi)部循環(huán)，當(dāng)熱氣源達到有機物的沸點時，有機物從活性炭內(nèi)解析出來，進入催化室進行催化分解成CO2和H2O。催化燃燒采用陶瓷蜂窩體的貴金屬作為催化劑，需定期更換，同時廢棄的催化劑為貴金屬污染物，需第三方處理公司進行處理。

沸石轉(zhuǎn)輪吸附+RTO
1核心裝置介紹
疏水性沸石：其為硅鋁堿氫氧化合物，是由無數(shù)個四面體以三度空間所組成，藉由SiO2和AlO2來連接，其中心組成是鋁原子和硅原子，四周則有氧原子連接（AlSiO4）。鍵結(jié)后的沸石會形成不同形狀的孔隙。
蓄熱式燃燒爐（RTO）：利用高溫氧化原理，將含揮發(fā)性有機物的廢氣在足夠溫度以及反應(yīng)時間的條件下，經(jīng)由燃燒過程而分解成CO2和H2O。
2系統(tǒng)原理
含揮發(fā)性有機物的廢氣通過空氣過濾器等預(yù)處理后，再經(jīng)過疏水性沸石濃縮轉(zhuǎn)輪，廢氣中的VOCs能被有效吸附于沸石中，達到去除的目的。經(jīng)過沸石轉(zhuǎn)輪吸附后的凈化氣體，直接通過煙囪達標(biāo)排放到大氣中。
沸石濃縮轉(zhuǎn)輪分為三個區(qū)：吸附區(qū)、脫附區(qū)和冷卻區(qū)。沸石轉(zhuǎn)輪以每小時1-6轉(zhuǎn)的速度持續(xù)旋轉(zhuǎn)，與此同時將吸附的揮發(fā)性有機物傳送到轉(zhuǎn)輪的脫附區(qū)。在脫附區(qū)中利用小股加熱氣體（180-220℃）將揮發(fā)性有機物進行脫附。脫附后的沸石轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)到冷卻區(qū)，經(jīng)冷卻后旋轉(zhuǎn)至脫附區(qū)，持續(xù)吸附揮發(fā)性有機氣體。
脫附后的濃縮有機廢氣送到RTO燃燒爐進行燃燒，轉(zhuǎn)化成水和二氧化碳后排放到大氣中。利用熱交換將燃燒產(chǎn)生的熱量用來預(yù)熱脫附用氣體，并提供廢氣在燃燒爐燃燒前的預(yù)熱，使系統(tǒng)達到節(jié)能的功效。
3工藝流程
沸石轉(zhuǎn)輪+RTO處理工藝流程見圖3。

來源:現(xiàn)代涂料與涂裝