一種噴漆廢氣治理回收技術(shù)

傅太平

（泉州天龍環(huán)境工程有限公司，福建 泉州 362332）

一種噴漆廢氣治理回收技術(shù)

傅太平

（泉州天龍環(huán)境工程有限公司，福建 泉州 362332）

介紹了一種噴漆廢氣處理的工藝及裝置，適用于處理油性涂料噴涂時(shí)產(chǎn)生的噴漆廢氣。該工藝采用三級(jí)除塵去除漆霧、活性炭吸附處理有機(jī)廢氣、水蒸汽脫附回收有機(jī)溶劑。論述了該工藝確立的理論根據(jù)；簡(jiǎn)要介紹了與之相適應(yīng)的裝置在設(shè)計(jì)中需要考慮的問(wèn)題。該裝置對(duì)有機(jī)污染物的去除率可達(dá)95%以上，回收的有機(jī)溶劑的純度達(dá)99.5%以上，可直接用于生產(chǎn)。實(shí)現(xiàn)了清潔生產(chǎn)和廢物資源化的要求，收到了較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

漆霧凈化；有機(jī)溶劑回收；設(shè)計(jì)原則；廢物資源化

1 前言

近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中VOCs（Volatile Organic Compounds — 揮發(fā)性有機(jī)化合物）的排放量驚人，預(yù)計(jì)達(dá)到了1200萬(wàn)噸／年以上。以集裝箱制造業(yè)為例，該行業(yè)需消耗大量的鋼材、木材、油漆等，是一個(gè)典型的高消耗、高污染產(chǎn)業(yè)。并且由于涂料及涂覆工藝等的限制，目前在集裝箱制造中使用最多的是以溶劑為主的油性涂料，產(chǎn)生的污染主要有油漆有機(jī)廢氣、焊接煙塵、打砂粉塵、噪聲和廢水等。

噴漆廢氣中的漆霧顆粒微小、黏度大、易黏附在物質(zhì)表面，凈化噴漆廢氣之前必須去除漆霧，然后再進(jìn)一步去除廢氣中的苯、甲苯、二甲苯、非甲烷總烴等揮發(fā)性有機(jī)物。傳統(tǒng)的漆霧去除方法一般是水洗式，該方法凈化效率低，無(wú)法達(dá)到前處理要求，給后續(xù)處理帶來(lái)諸如凈化器壽命短、凈化排放不達(dá)標(biāo)等一系列問(wèn)題。針對(duì)上述問(wèn)題，國(guó)內(nèi)企業(yè)開(kāi)發(fā)了一套噴漆有機(jī)廢氣吸附回收工藝及裝置，漆霧去除率在99.5%以上；有機(jī)溶劑的去除率可達(dá)到97%以上；回收的有機(jī)溶劑可直接用于生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了廢物資源化。

2 噴漆廢氣處理工藝及裝置簡(jiǎn)介

2.1 工藝流程的確定

噴漆廢氣產(chǎn)生于工件涂裝的噴漆工作臺(tái)，高壓空氣噴射出的油漆大部分留在工件上，其它的隨著廢氣帶出而形成漆霧，并在較短時(shí)間固化成漆粉。這些粉塵雖含量不高，但粒徑較小，絕大部分在10μm以下，若未經(jīng)處理，很快就會(huì)堵塞活性炭微孔，使活性炭失效。傳統(tǒng)的方式是采用霧化洗滌塔凈化處理，廢氣中的細(xì)小粉塵、未凝固的油漆顆粒及少量的有機(jī)廢氣被洗滌液吸收，廢氣由洗滌塔內(nèi)的絲網(wǎng)除沫器脫水后進(jìn)入干式超細(xì)過(guò)濾器，進(jìn)一步脫塵后轉(zhuǎn)入吸附工序。該方法對(duì)粉塵的凈化效率低，廢氣含水量高，直接影響了活性炭的使用壽命和廢氣的凈化率。而噴漆有機(jī)廢氣吸附回收工藝及裝置可有效克服上述弊端，具體工藝流程見(jiàn)下圖。

噴漆有機(jī)廢氣吸附回收工藝流程圖

漆霧首先進(jìn)入漆霧凈化器進(jìn)行一級(jí)除塵。漆霧凈化器由多重逐漸加密的阻燃玻璃纖維材料構(gòu)成，噴漆廢氣通過(guò)時(shí)，漆霧粒子在攔截、碰撞、吸收等作用下被容納在材料中，從而達(dá)到初步凈化漆霧，并逐步風(fēng)化成粉末狀，為后續(xù)除塵提供條件。然后進(jìn)入旋風(fēng)除塵器進(jìn)行二級(jí)除塵。

旋風(fēng)除塵器利用氣流旋轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的離心力，使粉塵從含塵氣流中分離出來(lái)。含塵氣流由除塵器進(jìn)口沿切線方向進(jìn)入除塵器后，一面沿內(nèi)壁旋轉(zhuǎn)一面下降，由于到達(dá)圓錐部后旋轉(zhuǎn)半徑減小，氣流旋轉(zhuǎn)速度逐漸增加，氣流中的塵埃粒子受到更大的離心力，使其從旋轉(zhuǎn)氣流中分離，沿著旋風(fēng)分離器的壁面落入灰斗。這股向下旋轉(zhuǎn)的氣流到達(dá)錐體底部附近后，轉(zhuǎn)而向上，沿軸心向上旋轉(zhuǎn)，最后從排出管排出。

由旋風(fēng)除塵器出來(lái)的廢氣進(jìn)入袋除塵器進(jìn)行第三級(jí)除塵。袋式除塵器裝置主要由上部箱體、中部箱體、下部箱體（灰斗）、清灰系統(tǒng)和排灰機(jī)構(gòu)等部分組成。含塵氣體由進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入，通過(guò)灰斗后進(jìn)入中箱體的濾袋過(guò)濾區(qū)，氣體穿過(guò)濾袋，粉塵被阻留在濾袋外表面，凈化后的氣體經(jīng)濾袋口進(jìn)入上箱體，并由出風(fēng)口排出。清灰裝置以脈沖形式利用壓縮空氣使濾袋膨脹變形產(chǎn)生振動(dòng)，并在逆向氣流沖刷的作用下，使附著在濾袋外表面上的粉塵被剝離落入灰斗中，通過(guò)灰斗口的卸灰裝置集中排出。

脫塵后的有機(jī)廢氣進(jìn)入活性炭吸附機(jī)組進(jìn)行有機(jī)組分的清除。兩個(gè)吸附罐通過(guò)氣動(dòng)閥門切換，交替進(jìn)行吸附和脫附單元操作，脫附后的混合氣經(jīng)冷凝器冷卻后進(jìn)入油水分離器進(jìn)行分離，溶劑進(jìn)行回收，冷凝水排放，冷卻水循環(huán)使用。系統(tǒng)運(yùn)行中的所有動(dòng)作均由PLC系統(tǒng)自動(dòng)完成，系統(tǒng)啟動(dòng)后的運(yùn)行無(wú)須人工值守。

2.2 活性炭的選擇

活性炭是一種多孔性的非結(jié)晶結(jié)構(gòu)，由石墨微晶與相關(guān)聯(lián)的碳?xì)湮飿?gòu)成，其內(nèi)部之間構(gòu)成孔隙，因而具有很強(qiáng)的吸附性能。通常活性炭吸附有機(jī)氣體主要以物理吸附為主，其主要的作用力是以色散力（由于組成分子的正、負(fù)微粒不斷運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生瞬間正、負(fù)電荷重心不重合，而出現(xiàn)瞬時(shí)偶極。這種瞬時(shí)偶極之間的相互作用力，叫做色散力）為主的范德華力（在物質(zhì)的聚集態(tài)中，分子間存在著一種較弱的吸引力，稱作范德華力，由色散力、取向力、誘導(dǎo)力三部分組成）。當(dāng)然，由于活性炭制備過(guò)程中一些殘存的官能團(tuán)及活性炭改性等因素，活性炭上也存在著靜電力、氫鍵及共價(jià)鍵等作用力。在活性炭對(duì)有機(jī)廢氣吸附的過(guò)程中，活性炭的孔徑就決定了有機(jī)氣體的吸附狀況?？紫对叫?，吸附性越強(qiáng)。另外，由于分子的熱運(yùn)動(dòng)，有機(jī)氣體分子的直徑與活性炭孔隙直徑要匹配，若分子直徑大于孔隙直徑，則分子碰到活性炭時(shí)，進(jìn)不了孔隙而被彈回來(lái)；若分子直徑遠(yuǎn)小于孔隙直徑，則分子即使碰到了孔隙，也有可能跑出來(lái)，孔徑越大，跑出來(lái)的概率也越大，吸附率越小；當(dāng)分子直徑略小于孔徑時(shí)，分子碰到孔以后難于跑出來(lái)，即被吸附了。被吸附的分子數(shù)量多，表明其吸附能力越強(qiáng)。所以活性炭孔隙的大小也決定了其吸附氣體的種類。一般有機(jī)廢氣的分子直徑都小于1nm， 所以只有孔隙直徑大于0.45nm而小于2.0nm的微孔活性炭才比較適宜做為溶劑回收吸附材料。

2.3 吸附劑的脫附

吸附達(dá)到或接近飽和時(shí)，需要脫附再生。從理論上講，吸附劑經(jīng)過(guò)脫附，吸附質(zhì)應(yīng)該全部被脫附出來(lái)，但實(shí)際上，脫附時(shí)總會(huì)有一部分吸附質(zhì)不能被解吸，存在著殘留吸附量，致使吸附曲線和脫附曲線不吻合，產(chǎn)生所謂“滯后現(xiàn)象”。不完善的脫附工藝，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的脫附滯后現(xiàn)象，當(dāng)脫附后吸附劑中殘留的有機(jī)溶劑濃度大于排放標(biāo)準(zhǔn)限定的濃度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生排放超標(biāo)現(xiàn)象。一些企業(yè)采用多級(jí)吸附的方法，試圖解決這一問(wèn)題，但不從完善脫附工藝著手，不改善脫附滯后現(xiàn)象，則很難達(dá)到預(yù)期目的。因此，為了盡可能減少這種情況，應(yīng)正確選擇脫附再生的方法。

吸附劑的脫附再生方法有很多，一般多選用水蒸汽作脫附劑。水蒸汽作脫附劑具有許多優(yōu)點(diǎn)：一是它的飽和溫度適中，不會(huì)破壞有回收價(jià)值的溶劑；二是載熱量大，尤其是潛熱大，許多有機(jī)溶劑不溶于水，冷凝后便于分離回收。水蒸汽與大多數(shù)溶劑不起反應(yīng)，故而用水蒸汽脫附十分安全。

3 部件設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題

3.1 旋風(fēng)除塵器的選型

旋風(fēng)除塵器的直徑是影響除塵器性能最主要的因素，其他參數(shù)都是直徑的關(guān)聯(lián)函數(shù)?？筛鶕?jù)下式算出旋風(fēng)除塵器直徑：

式中：

D0— 除塵器直徑，m；

Vp—除塵器筒體凈空橫截面平均流速，2.5～4m/s；

Q — 操作溫度和壓力下的氣體流量，m3/h。

或根據(jù)需要處理氣體量及選定的除塵器進(jìn)口氣流速度（一般為18～23m/s）算出除塵器入口截面積F，再根據(jù)除塵器入口高H = 0.5D0、入口寬B = 0.25D0的比例關(guān)系計(jì)算出除塵器直徑。

3.2 布袋除塵器的選型

（1）布袋總過(guò)濾面積。根據(jù)除塵器的總氣量和選定的過(guò)濾速度，按下式計(jì)算總過(guò)濾面積：

式中：

Ad— 過(guò)濾面積，m2；

Q — 處理氣體量，m3/min；

v — 過(guò)濾風(fēng)速，m/min。

求出總過(guò)濾面積后，就可以確定袋式除塵器總體規(guī)模和尺寸。

（2）單條除塵濾袋面積。在現(xiàn)有的除塵器樣本中，濾袋的過(guò)濾面積多數(shù)指的是公稱過(guò)濾面積，其有效過(guò)濾面積一般只有總面積的90%～95%，在設(shè)計(jì)選用中應(yīng)該注意。

（3）濾袋數(shù)量。求出總過(guò)濾面積和選定單條除塵布袋的面積后，就可以算出濾袋條數(shù)。如果每個(gè)濾袋室的濾袋條數(shù)是確定的，還可以由此計(jì)算出整個(gè)除塵器的室數(shù)。

（4）阻力計(jì)算。袋式除塵器的阻力由三部分組成：1）設(shè)備本體結(jié)構(gòu)的阻力，當(dāng)過(guò)濾風(fēng)速為0.5～3m/h時(shí)，本體阻力在50～500Pa之間；2）濾袋的阻力，為50～150Pa；3）濾袋表面粉塵層的阻力，為干凈濾袋阻力的7～10倍。

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果可以選擇設(shè)備型號(hào)。

3.3 吸附罐的設(shè)計(jì)

（1）吸附床中氣體的流速過(guò)大，不僅會(huì)增加壓力損失，還會(huì)造成有機(jī)溶劑分子與吸附劑接觸時(shí)間過(guò)短，不利于氣體吸附。通?？蓪⒘魉倏刂圃?.2m/s左右。因此吸附罐要有足夠的通過(guò)斷面和停留的時(shí)間，它們都是吸附罐尺寸的函數(shù)。椐此可確定每組吸附罐的數(shù)量。

（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)確保所有的過(guò)氣斷面都產(chǎn)生良好、均勻的氣流分布，避免死角，以增大傳質(zhì)速率，提高吸附效果。

（3）由于吸附過(guò)程也是一個(gè)放熱過(guò)程，吸附熱將使廢氣和炭床的溫度升高，使吸附率下降，且熱量的積累也將會(huì)帶來(lái)安全隱患。因此應(yīng)設(shè)置能有效控制和調(diào)節(jié)吸附操作溫度的機(jī)構(gòu)。吸附罐的表面溫度一般應(yīng)控制在不高于60℃。

4 結(jié)語(yǔ)

該套裝置對(duì)有機(jī)污染物的去除率可達(dá)到95%以上，回收的有機(jī)溶劑純度達(dá)到99.5%以上，可直接用于生產(chǎn)。實(shí)現(xiàn)了清潔生產(chǎn)和廢物資源化的要求，有效改善了大氣環(huán)境質(zhì)量，為企業(yè)降低環(huán)保設(shè)施運(yùn)行費(fèi)用，有較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 劉天齊.三廢處理工程技術(shù)手冊(cè)（廢氣卷）[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1999.

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Reclaiming Technique for A Sort of Spray-paint Exhaust Gas Treatment

FU Tai-ping

X701

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1006-5377（2015）04-0053-03