談汽車涂裝VOCs有機(jī)廢氣處理技術(shù)研究

呂思浩

(中機(jī)中聯(lián)工程有限公司，400039)

在汽車生產(chǎn)中，涂裝是整個(gè)生產(chǎn)制造工藝的重要組成部分，是汽車裝飾、保護(hù)的主要措施，其技術(shù)質(zhì)量對企業(yè)后期運(yùn)行產(chǎn)生重要影響。而在傳統(tǒng)制造中，溶劑型涂料的主要成分——有機(jī)溶劑和稀釋劑不屬于成膜物質(zhì)，最終會(huì)以廢氣的形式進(jìn)入空氣，嚴(yán)重降低空氣質(zhì)量。目前，國家已經(jīng)出臺(tái)有關(guān)VOCs的治理辦法，但各地區(qū)的執(zhí)行效果不理想。因此需要進(jìn)一步加強(qiáng)對汽車涂裝VOCs有機(jī)廢氣處理技術(shù)的討論，為提高空氣質(zhì)量奠定基礎(chǔ)。

1.VOCs的危害及其處理原理

VOCs的危害巨大，若長期吸入會(huì)引發(fā)胸悶、肺氣腫等慢性病， 對人體健康產(chǎn)生巨大影響。而油漆溶劑中的苯類化合物與甲醛等也是公認(rèn)的強(qiáng)烈致癌物質(zhì)，若不能及時(shí)處理，將會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的社會(huì)問題。

從汽車生產(chǎn)過程來看，涂裝主要程序集中在電泳烘烤、烘烤、噴涂等恭維，因此在涂裝VOC控制中，主要是對噴涂室、涂層烘烤等部位進(jìn)行VOC處理（附圖：小型環(huán)境艙中VOCS釋放濃度變化圖）。

當(dāng)前處理VOCs的方法分為很多中，但其處理原理主要為分解有機(jī)成分，使其與空氣中的氧氣進(jìn)行分解，最終生成二氧化碳、水蒸氣等氣體。但在常溫作用下，有機(jī)成分與氧氣之間不會(huì)發(fā)生不良反應(yīng)，只有在設(shè)備高溫、催化等多種條件下才能達(dá)到空氣凈化的目的。

圖1：小型環(huán)境艙中VOCs 釋放濃度變化圖

2.汽車噴涂VOCS處理技術(shù)

2.1 減排技術(shù)

目前，汽車涂料主要被分為水性、粉末、溶劑型三種類型。其中，水性涂料溶劑以水為主，有機(jī)溶劑含量交底，約占總比重的（10±5）%；粉末涂料為粉末狀，主要由顏料、添加劑、聚合物等組成，所噴涂的涂料可再回收利用，所形成的VOCs數(shù)量較少；溶劑型涂料主要以甲苯、二甲苯、醇等為主要原料，約占涂料總量的（50±10）%，會(huì)以VOCs的形式進(jìn)入環(huán)境，是涂裝污染VOCs污染的主要來源。因此在使用環(huán)保型涂料中，使用水性涂料的VOCS排放量能顯著降低VOCs污染，而粉末涂料排放的VOCs明顯少于水性涂料。

以我國某企業(yè)為例，該企業(yè)在建成投產(chǎn)中，使用三土層涂裝工藝，所選擇的涂料均為溶劑型涂料。經(jīng)污染源監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，該廠噴漆室非甲烷排放量為 42kg/h，二甲苯排放量為 38kg/h。而在對上述工藝進(jìn)行優(yōu)化后，依然采用三涂層工藝，但中涂層與底色漆采用水性涂料，且改造前后車間的生產(chǎn)量基本相同。后經(jīng)污染源監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，該噴漆室的非甲烷排放量為26kg/h，二甲苯排放量為7.9kg/h，改造后VOCs排放量得到明顯控制，說明通過使用環(huán)保型涂料在處理VOCS中發(fā)揮著重要作用。

2.2 處理技術(shù)

2.2.1 吸附法技術(shù)

吸附法技術(shù)的核心就是通過吸附劑孔結(jié)構(gòu)的巨大表面積，實(shí)現(xiàn)對VOCs吸附，使其不能擴(kuò)散到空氣中，實(shí)現(xiàn)空氣保護(hù)。該技術(shù)常用于處理成分單一、氣流穩(wěn)定的尤其廢氣中（一般情況下廢氣濃度處于300-5000ppmm之間），能吸收部分酮類、酯類氣體，具有設(shè)備簡單，廢氣處理量大等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于企業(yè)涂裝生產(chǎn)中。

在技術(shù)開發(fā)應(yīng)用中，主要從材料入手，通過聚苯乙烯、聚丙烯酸酯等高聚物。同時(shí)，為獲得更好的VOCs處理效果可以在活性炭結(jié)構(gòu)改進(jìn)等方面進(jìn)行，從單純的粉狀逐漸擴(kuò)展到片狀、顆粒狀，其效果已經(jīng)得到多個(gè)地區(qū)得肯定。

2.2.2 沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮工藝

目前，沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮工藝作為一種常見的吸附裝置而被廣泛的應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中，與其他吸附裝置相比，該裝置在吸附體積、吸附循環(huán)周期等方面存在優(yōu)勢，是一種有效的吸附技術(shù)，其技術(shù)構(gòu)造如圖1所示。

圖2 沸石轉(zhuǎn)輪吸附技術(shù)濃縮工藝結(jié)構(gòu)圖

但在應(yīng)用過程中要注意以下幾點(diǎn)問題：（1）沸石轉(zhuǎn)輪吸附技術(shù)主要采用活性炭為主要吸附原材料，而由于活性炭在熱氣流再生時(shí)的安全性較差，當(dāng)溫度大于100℃時(shí)可能產(chǎn)生著火現(xiàn)象，因此在吸附過程中要重視對溫度的控制。（2）在采用熱氣流吹掃再生活性炭時(shí)，由于再生溫度較低，因此當(dāng)整個(gè)脫附周期結(jié)束后，部分高沸點(diǎn)化合物不能有效脫附，并逐漸依附在活性炭碳窗上，影響活性炭吸附能力，因此吸附過程中，通常再生溫度以100-110℃為佳，而對于沸點(diǎn)過高的有機(jī)物則不能予以凈化。

2.2.3 蓄熱式燃燒法開發(fā)

燃燒法的核心就是通過燃燒去除有機(jī)氣體中的有害物質(zhì)，降低其對空氣質(zhì)量的影響，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于化工、噴漆等行業(yè)，是處理有機(jī)廢氣的主要方法。目前，燃燒法主要可分為直接燃燒、熱力燃燒、催化燃燒三種形式。但考慮到該技術(shù)在應(yīng)用過程中的能源消耗較大，因此在原有技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步開發(fā)出多種新的基礎(chǔ)，包括熱力蓄熱式熱力焚燒技術(shù)、蓄熱式催化燃燒技術(shù)等。

（1）蓄熱式熱力焚燒技術(shù)

蓄熱式熱力焚燒技術(shù)的基本結(jié)構(gòu)如圖 2所示。蓄熱式熱力焚燒技術(shù)的核心就是通過RTO凈化有機(jī)廢氣，一般在技術(shù)應(yīng)用中，主要以耐熱性能良好的陶瓷材料為蓄熱體，蓄熱體的結(jié)構(gòu)、形狀等于陶瓷填料一致。

圖2 典型蓄熱式熱力焚燒技術(shù)結(jié)構(gòu)示意圖

在燃燒室內(nèi)設(shè)置輔助燃燒器，可以通過天然氣、油等直接燃燒。燃燒輔助器的功能就是加熱蓄熱體溫度，或當(dāng)廢氣中可燃物濃度較低時(shí)，需要持續(xù)加熱來使其達(dá)到反應(yīng)溫度。同時(shí)，由于耐火材料的蓄熱容量較高，當(dāng)廢氣可燃物熱值出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，也能保證燃燒室內(nèi)的溫度平均分布。該技術(shù)在有機(jī)廢氣凈化中的應(yīng)用已有30多年歷史，技術(shù)發(fā)展成熟、應(yīng)用普遍，應(yīng)該受到技術(shù)人員的重視。

（2）蓄熱式催化燃燒技術(shù)

除上述方法外，通過有機(jī)廢氣催化氧化也能有效處理廢氣中的有害物質(zhì)，同時(shí)通過催化劑也能控制氧化反應(yīng)活性，并提高反應(yīng)速率。一般情況下，當(dāng)熱力氧化溫度大于750℃時(shí)，催化燃燒就能在較低的溫度水平下進(jìn)行，其溫度水平為（300±100）℃。在經(jīng)過上述處理后，廢氣凈化裝置的操作費(fèi)用、投資費(fèi)用得到控制，也進(jìn)一步降低燃燒過程中的氮氧化合物數(shù)量，達(dá)到凈化空氣的作用。

蓄熱式催化燃燒技術(shù)一般采用兩室或三室結(jié)構(gòu)，工藝廢氣在經(jīng)過高溫處理后能直接進(jìn)入催化劑層凈化，并且反應(yīng)后所產(chǎn)生的為其直接作用于加熱蓄體，最后排出。在整個(gè)處理過程中，催化劑的性能與蓄熱效果對有機(jī)廢氣處理效果產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。因此對技術(shù)人員而言，為進(jìn)一步提高廢氣處理效果，則需要選擇高質(zhì)量的催化劑。

結(jié)束語：

主要討論了汽車涂裝VOCs有機(jī)廢氣處理技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容，并對其具體技術(shù)內(nèi)容進(jìn)行討論。對相關(guān)工作人員而言，在汽車涂裝VOCS有機(jī)廢氣處理技術(shù)研究中，需要正確認(rèn)識(shí)不同技術(shù)的應(yīng)用范圍與處理要點(diǎn)，并根據(jù)本地區(qū)的實(shí)際情況確定技術(shù)內(nèi)容，以進(jìn)一步改善本地區(qū)大氣污染現(xiàn)象，為提高空氣質(zhì)量奠定基礎(chǔ)。

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