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【揚州綠之源環保】涂裝車間VOCs治理技術研究分析

作者: 來源: 日期:2019/12/6 18:03:57 人氣:260

在實際的發展過程中,工業產品制造行業的耗能大戶就是工業涂裝車間,同時也是最大的污染源之一。如汽車制造業,其涂裝車間生產階段,其自身的能耗占生產的百分之七十,同時產生相當多的有機廢氣。所以,為了可以更好的對環境污染問題進行改善,在今后的發展過程中,應該加大重視,采用科學且合理的手段對涂裝車間有機廢氣進行治理。

涂裝有機廢氣的主要來源分析

汽車制造業中涂裝技術是通過噴涂的形式在底材上覆蓋一層涂膜,這層涂膜將會起到保護材料、外觀裝飾以及其他特殊功能性。現階段,在涂裝的過程中,應用的材料主要包括樹脂、溶劑等。汽車用涂裝材料一般指的是涂裝和修補汽車、摩托車和其他機動車及其零部件所用的涂料及其輔助材料(例如涂裝前表面處理材料和涂裝后處理材料等) 涂裝行業有機廢氣中最主要的污染物為苯系物等,主要來自噴漆工段和烘干工段。

2 涂裝車間有機廢氣治理方案分析

當前,以汽車制造產業為例,涂裝車間在工作的過程中能源消耗占整個汽車行業生產總消耗的70%,同時產生的污染物也占到了汽車制造整個過程的85%以上,其中尤以廢氣污染為重。針對汽車涂裝車間產生的廢氣污染治理問題,可以從以下幾個方面進行解決。


2.1 活性炭吸附技術

活性炭是由含碳材料構成,其外觀主要為黑色。活性炭材料中的孔隙結構十分發達,因此具有表面積大、吸附能力高的特點,是微晶質碳素物質中十分常見的一種材料。每克活性炭展開后的比表面積可以達到800~1 500m2,而這些細小的孔隙結構,保證活性炭有著十分優秀的吸附性能。正是這些高度發達的孔隙結構,使活性炭擁有了優良的吸附性能。活性炭比表面積大以及孔隙發達等特點,可以有效地將廢氣中的有機污染物吸附在表面上,從而實現廢氣的凈化。

活性炭的吸附效率會隨著吸附量的不斷增加而日益減少,當活性炭的吸附容量接近飽和時,需要對活性炭進行及時的更換,讓其重新具備吸附的效果。該工藝設備簡單,適合濃度較低的噴涂廢氣。

2.2 UV光解技術

UV光解技術就是對烴、醇、醛、酮、氨、惡臭氣體等氣體進行一定程度的降解。其機理主要是光催化劑吸收光子,與表面的水反應產生羥基自由基和活性氧物質,羥基自由基具有很高的反應能(120 kJ/mol),高于有機廢氣中各類污染物的化學鍵能。因而光催化可迅速有效地分解揮發性有機物。這一技術的反應條件相對比較溫和,而且光解速度較快,工藝產物主要是CO2以及H2O或其他無害的小分子物質,但是這一技術工藝的處理效率相對較低,有二次污染臭氧產生,一般情況下需要與其他技術協同使用。

2.3 低溫等離子體技術

低溫等離子技術通常適合處理一些低濃度的噴涂廢氣,其對污染物的凈化效率相對較低,經常會和其他處理技術協同使用。此外,等離子體通常會被稱為物質的第四種形態,主要包括電子、離子、自由基和中性粒子。低溫等離子技術主要是通過介質放電過程中產生等離子體以高速不斷的轟擊有機廢氣中的異味的氣體分子,從而激活、電離以及裂解污染物質,通過氧化等一系列復雜的化學反應,打開污染物分子內部的化學鍵,使大分子污染物轉化成低毒、低害甚至是無毒無害的小分子。

2.4 組合技術

當前較為單一的有機廢氣處理技術很難達到噴漆廢氣處理的標準,所以需要使用多種技術組合工藝進行有機廢氣處理。其中應用最多的組合工藝就是吸附濃縮和蓄熱燃燒的組合。將預處理后的有機廢氣通過吸附床,有機物被吸附,廢氣得到凈化后排入大氣。吸附劑吸附飽和后,利用熱空氣將吸附在吸附劑內的有機物質吹脫出來,通過控制脫附過程流量可將有機廢氣濃度濃縮。脫附濃縮后的有機廢氣再利用熱氧化技術分解生成CO2和H2O并釋放出大量熱量,該熱量通過熱交換器或蓄熱體可用于吸附劑脫附再生和加熱濃縮后的高濃度有機廢氣。系統運行一段時間后有機物分解釋放的熱量可維持吸附劑再生,即達到再生過程熱量平衡,極大地減少能耗。凈化噴漆廢氣最常用的吸附劑主要有蜂窩活性炭以及沸石分子篩。此外為脫附提供能量的工段主要有蓄熱式燃燒和蓄熱式催化燃燒。

(1)蜂窩活性炭

蜂窩式活性炭是活性炭的一種,外形蜂窩狀。是指把粉末狀活性炭、水溶性粘合劑、潤滑劑和水等經過配料、捏合后擠出成型,再經過干燥、碳化活化后制成的蜂窩狀吸附劑。蜂窩式活性炭同樣具有強度高、比表面積較大、吸附容量高、吸附速度快、孔隙結構發達等特點。當在噴漆廢氣處理過程中若采用蜂窩式活性炭作為吸附劑時,氣體流速不應大于1.20 m/s。

(2)沸石分子篩

沸石分子篩具有吸附性、離子交換性等特性,在噴漆廢氣處理中常被用作吸附劑。轉輪濃縮機的濃縮轉輪就是以沸石(Zeolite) 分子篩作為吸附劑。分子篩轉輪分為三個區域,即吸附處理區、再生區和冷卻區。廢氣通過吸附處理區凈化VOCs后達標排放,吸附了VOCs的再生區逆向通以少量熱空氣,將有機物吹脫出來。可根據具體需要濃縮5~25倍,濃縮后的有機廢氣可采用熱氧化技術分解化成無害的CO2和H2O。沸石轉輪更適合大風量、連續作業的噴漆廢氣凈化。

(3)蓄熱式燃燒

蓄熱式氧化法原理是在800 ℃高溫下將有機廢氣(VOCs) 氧化成無害的CO2和H2O,去除效率高達97%以上,熱回收率高達95%以上。RTO的熱回收是利用陶瓷材料的高熱傳導系數特性作為熱交換介質。有機廢氣首先經過已經“蓄熱”的陶瓷填充層預熱后,廢氣繼續通過燃燒室加熱到800 ℃左右,氧化成無害的CO2和H2O,同時釋放大量熱量。

(4)蓄熱式催化燃燒

蓄熱式催化氧化法(RCO)原理是以250 ℃~400 ℃溫度在催化劑的作用下將污染物氧化成無害的CO2和H2O,去除效率可達97%以上,熱回收率高達95%以上。

RCO的熱回收是利用陶瓷材料的高熱傳導系數特性作為熱交換介質。有機廢氣首先經過已經“蓄熱”的陶瓷填充層預熱后,廢氣繼續通過加熱室加熱到300 ℃左右,在催化劑的作用下氧化成無害的CO2和H2O,同時釋放大量熱量。經催化氧化分解后的廢氣導入低溫的蓄熱體填充層,回收熱能后排到大氣中,其排放溫度僅略高于廢氣處理前的溫度。通過切換閥的工作,所有的陶瓷蓄熱體完成放熱、吸熱的循環步驟,熱量得以充分利用。

3 減少涂裝車間有機廢氣問題的具體方案分析

在實際的發展過程中,為了可以進一步對生態環境進行改善,有效推動社會發展的可持續進程,在具體的發展過程中,應該在積極響應國家節能環保號召的同時,依照實際情況,采用合理的手段,對涂裝車間有機廢氣問題進行有效的減少,進而從根本上對環境的質量進行提升。

第一,應該強化對新材料的應用。面對現階段有機廢氣問題,除了要對傳統環保材料進行應用之外,

還應該加大對先進材料的應用。通常情況下,針對涂裝行業來說,其有機廢氣的主要來源就是涂料,所以,在具體的發展過程中,如果對低揮發性涂料進行有效的應用,可以在一定程度上對有機廢氣的排放量進行降低[6]。新時期下,在具體的進步階段,各個涂裝供應商也強化了對技術的升級,并逐步開發了高固含材料,有效對溶劑的使用量進行降低[。同時,為可以更好地滿足當前排放標準,在工作中,也加大了對水性材料的開發和利用,通過水來對溶劑進行替代,保證可以限度地對有機廢氣濃度進行降低。此外,對于涂裝車間內部所應用的防銹蠟等材料,也應該實現低排放,通過采用無害的水來對傳統材料進行代替,進而達到全過程減排的目的,真正意義上實現綠色涂裝。

第二,強化對新工藝的應用。在具體的發展期間,為了減少涂裝車間有機廢氣排放量,除了要對廢氣收集方式進行優化外,還應該加大對新工藝的選擇和應用。一般情況下,可以對涂噴方式進行合理的優化和改革。

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