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塗裝車間VOCs處理工藝方案選擇

作者: 来源: 日期:2018-4-3 13:05:46 人气:0

塗裝車間廢氣主要是塗料所含的有機溶劑和塗膜在烘幹時的分解物,統稱爲揮發性有機物(VOCs),對人的健康和生活環境有害,並且有惡臭,其中包含苯、甲苯、二甲苯、非甲烷總烴等以及其他有害氣體。這些VOCs廢氣不僅威脅著車間生産作業人員的健康,對大氣生態環境的損害也是不可逆轉的。因此,對于塗裝車間的VOCs處理刻不容緩。


1廢氣處理政策

1.1相關術語

揮發性有機物:參與大氣光化學反應的有機化合物,或者根據規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。


1.2政策背景

2016年7月6日山東省環境保護廳與山東省質量技術監督局聯合發布《揮發性有機物排放標准第一部分:汽車制造業》(DB37/2801.1-2016)于2017年1月1日實施。本部分規定了山東省汽車制造業揮發性有機物排放控制和監測要求,以及標准的實施與監督等有關要求。山東省汽車制造業排放水汙染物、除揮發性有機物外的其他大氣汙染物、惡臭汙染物、環境噪聲適用相應的國家和地方標准,産生固體廢物的鑒別、處理和處置適用相應的國家固體廢物汙染控制標准。

此標准適用于現有汽車制造企業揮發性有機物排放管理,以及汽車制造業建設項目的環境影響評價、環境保護設施設計、竣工環境保護驗收、排汙許可證核發及其投産後的大氣汙染物排放管理。


1.3政策規定

1.3.1法規標准

根據《揮發性有機物排放標准第一部分:汽車制造業》(DB37/2801.1-2016)電動汽車爲M類、N類汽車,其塗裝生産線VOCs排放濃度規定值,見下表:



1.3.2山東省大氣排汙收費政策

大氣排汙收費征收範圍:2017年1月1日起,在試點亚洲AV基礎上,結合山東省排放制定進程,對汽車制造業、家具制造業和鋁型材工業開征VOCs排汙費。

爲更有效的控制以及激勵企業VOCs排放治理,現企業VOCs排汙收費將按照不同級別進行征收:企業VOCs排放濃度值在規定排放限值75-100%(含)的,排汙費按收費標准征收;VOCs排放濃度值在50-75%(含)的,按標准的75%征收;VOCs排放濃度值低于50%(含)的,排汙費減半征收。

企業VOCS排放濃度高于國家或山東省規定排放限值,或者VOCs排放量高于規定排放總量指標的,按山東省規定的征收標准加一倍征收排汙費。企業生産工藝裝備或亚洲AV屬于國家規定的淘汰類的,按山東省規定的征收標准加一倍征收排汙費。


2塗裝車間現狀

2.1塗裝車間生産線介紹

塗裝車間生産線有:前處理電泳線、電泳烘幹、打磨塗膠線、中塗噴漆線、中塗烘幹、中塗打磨、面漆噴塗線、面漆烘幹、精飾、塑料件噴塗線、塑料件烘幹,其中VOCS産生環節爲電泳烘幹、塗膠PVC噴塗、中塗噴漆線、中塗烘幹、面漆噴塗線、面漆烘幹、塑料件噴塗線、塑料件烘幹。


2.2塗裝車間VOCs

2.2.1塗裝車間VOCs成分

目前塗裝車間普遍使用油漆物料成分比較複雜,油漆物料的不同,其成分也各不相同。其中電泳漆主要包含環氧樹脂、乙二醇單丁醚、正乙基丙二醇、封閉型異氰酸酯;面漆則包含聚酯樹脂、氨基樹脂、二甲苯、醋酸丁酯、丙二醇、甲醚醋酸酯、三甲苯、四甲苯、丁酮、環己酮等成分。

由以上油漆物料成分可知:塗裝車間VOCS成分複雜,且成分物質沸點溫度較高,沸點區間範圍較廣(111-196.8℃)。


2.2.2塗裝車間VOCs的特点

1)噴漆室、流平室處理氣量非常大、溫度低、濕度高、VOCS濃度低;塑料烘幹室、中塗烘幹室、面漆烘幹室和電泳烘幹室處理氣量小、溫度高、VOCS濃度高。

2)廢氣含易燃易爆揮發性有機物,安全方面應重點考慮。

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,組分比較複雜,且沸點大多比較高(117.6-196.8℃)。

4)PVC底塗室、點修補室由于溶劑使用量小,經測算其排放濃度能達到山東省《揮發性有機物排放標准第一部分:汽車制造業》的規定,爲降低設備投資,可單獨排放。


2.3VOC排汙收費

2017年1月1日山東省將實施《揮發性有機物排放標准第一部分:汽車制造業》(DB37/2801.1-2016)。根據現場初步計算:

1)目前涂装车间VOCS含量远超标准规定限值,如不进行相关废气处理,根据排汙收費政策,每年将交付数百万元排污费;

2)增加相關廢氣處理措施後,根據不同的處理效果會産生不同的排放量,較未處理前節省約數百萬元/年。


3廢氣處理方案

爲保證塗裝車間排放廢氣濃度達到《揮發性有機物排放標准第一部分:汽車制造業》(DB37/2801.1-2016)規定標准,需進行一定的廢氣處理措施。通過了解現在制造業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、沸石轉輪吸附+RTO,結合工藝原理、處理能力、處理效率、使用壽命等多方面考慮對這三種處理工藝進行介紹對比。


3.1UV光解催化氧化

3.1.1工藝流程

UV催化氧化废气处理基本工藝流程如下图.



3.1.2系統原理

UV光解氧化廢氣淨化裝置采用高強度納米紫外線破壞、分解大分子鏈爲小分子鏈,再利用臭氧和烴基自由基、催化劑進行催化氧化,使有機物變爲二氧化碳和水。


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産生高能C波段(253.7波段)紫外線,破壞破壞、裂解有機物分子鏈,改變物質結構,將大分子物質裂解、氧化成爲低分子物質或無害物質,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産生高能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産生遊離的活性氧,遊離氧因電子狀態不穩定極易與氧分子結合産生臭氧。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。


3.1.3UV光解處理能力

根據UV光解廢氣處理原理得,此處理方案的處理關鍵點爲通過特制納米紫外燈管發射的輻射能量破壞裂解有機物分子鍵鏈接。

根據相關化學計算破壞裂解階段使用的253.7波段紫外線能量爲:471.35KJ/mol,催化氧化階段使用的185波段紫外線能量爲:676.37KJ/mol。

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的一個分子鍵,無法將汙染物分子中的C、H破解單出,同時無法在催化階段與氧分子結合爲CO2和H2O。因此UV光解催化氧化工藝無法完全處理塗裝車間的VOCs。


3.1.4方案結論

根據UV光解處理原理能力以及其執行標准方面得:UV催化氧化處理工藝只能處理塗裝廢氣中小部分汙染物質,無法完全處理塗裝車間排放的廢氣,廢氣排放濃度無法達到標准要求。UV催化氧化不適于塗裝車間VOC處理,建議汽車塗裝亚洲AV廢氣處理工藝不予采納UV催化氧化處理技術。


3.2活性炭吸附-脫附+催化燃燒

3.2.1材料介紹

活性炭是用木材、煤、果殼等含碳物質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)。


3.2.2系統原理

活性炭吸附:經預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,達到淨化氣體的作用。

活性炭脫附:當吸附床吸附飽和後,切換脫附風閥和吸附風閥,啓動脫附風機對該吸附床脫附。脫附新鮮空氣首先經過新風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,炭床受熱後,活性炭吸附的溶劑揮發出來。

催化燃燒:溶劑經風機送入到催化燃燒室前的換熱器,然後進入催化燃燒室中的預熱器,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,有機物質在催化劑的作用下無焰燃燒,被分解爲CO2和H2O,同事放出大量的熱氣體溫度進一步提高,該高溫氣體再次經過換熱器預熱未經處理的有機氣體,回收一部分熱量。從換熱器出來的氣體再通過新風入口的換熱器對脫附新鮮空氣進行加熱,經過換熱後的氣體通過煙囪引高排放。


3.2.3工藝流程

活性炭吸附-脫附+催化燃燒的工藝流程如下图:



3.2.4工藝處理

1)過濾裝置

爲了防止廢氣中的漆霧進入到吸附淨化裝置系統,以確保吸附處理系統的氣源幹淨、幹燥、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,一種采用幹式過濾材料。

二級過濾方式分爲一級過濾爲初效過濾器,二級過濾爲袋式過濾器。幹式過濾材料是由玻璃纖維多層複合而成。這兩種方式均需定期清理更換,同時過濾裝置將會産生固體廢棄物,造成二次汙染。


2)活性炭裝置

含有機物的廢氣經風機的作用,經過活性炭吸附層,有機物質被活性炭特有的作用力截留在其內部,潔淨氣體排出;經過一段時間後,活性炭達到飽和狀態時,停止吸附,此時有機物已被濃縮在活性炭內。隨使用時間增長活性炭吸附能力下降,需進行定期更換。更換後的活性炭爲固體廢棄物,造成二次汙染,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,啓動催化淨化裝置,使熱氣流進入內部循環,當熱氣源達到有機物的沸點時,有機物從活性炭內解析出來,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爲催化劑,需定期更換,同時廢棄的催化劑爲貴金屬汙染物,需第三方處理公司進行處理。


3.3沸石轉輪吸附+RTO

3.3.1核心裝置介紹

疏水性沸石:其爲矽鋁堿氫氧化合物,是由無數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矽原子,四周則有氧原子連接(AlSiO4)。鍵結後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,將含揮發性有機物的廢氣在足夠溫度以及反應時間的條件下,經由燃燒過程而分解成CO2和H2O。


3.3.2系統原理

含揮發性有機物的廢氣通過空氣過濾器等預處理後,再經過疏水性沸石濃縮轉輪,廢氣中的VOCs能被有效吸附于沸石中,達到去除的目的。經過沸石轉輪吸附後的淨化氣體,直接通過煙囪達標排放到大氣中。

沸石濃縮轉輪分爲三個區:吸附區、脫附區和冷卻區。沸石轉輪以每小時1-6轉的速度持續旋轉,與此同時將吸附的揮發性有機物傳送到轉輪的脫附區。在脫附區中利用小股加熱氣體(180-220℃)將揮發性有機物進行脫附。脫附後的沸石轉輪旋轉到冷卻區,經冷卻後旋轉至脫附區,持續吸附揮發性有機氣體。

脫附後的濃縮有機廢氣送到RTO燃燒爐進行燃燒,轉化成水和二氧化碳後排放到大氣中。利用熱交換將燃燒産生的熱量用來預熱脫附用氣體,並提供廢氣在燃燒爐燃燒前的預熱,使系統達到節能的功效。


3.3.3工藝流程

沸石转轮+RTO处理工藝流程如下图:



4方案對比總結

在塗裝車間VOCs相关排放标准理解的基础上,结合涂装车间废气特点,在废气处理的相关方面对UV光解催化氧化、活性炭吸附-脫附+催化燃燒、沸石轉輪吸附+RTO三种处理工艺进行对比。其对比情况详见下表:



結合上述方案對比,塗裝車間廢氣(VOCs)處理工藝結論爲:

1)UV光解催化氧化在理論處理能力方面無法達到廢氣處理效果,不予采用;

2)活性炭吸附-脫附+催化燃燒在日常亚洲AV中随时间推移处理效率下降,且产生固体废弃物造成二次污染,在投资成本与运行成本的考虑下,对此处理工艺不予采用;

3)沸石吸附+RTO在廢氣處理能力及效率方面達到標准要求,建議塗裝車間廢氣(VOCs)處理方案采用沸石吸附+RTO處理工藝。



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