降VOC環(huán)保策略與控制

楊報軍，和軍強

（奇瑞汽車股份有限公司，安徽 蕪湖 241009）

前言

近年來，隨著對大氣污染治理，周邊環(huán)境有了明顯好轉和改善。在對環(huán)境治理的同時，日常提到最多是PM2.5、VOC，其中 VOC即易揮發(fā)的有機化合物（Volatile Organic Compounds），具體是指在標準大氣壓 101.3kPa下初沸點小于或等于 250℃且能對視覺感官產生刺激危害的有機化合物。

首先VOC會對健康產生不良影響，由于VOC一般以氣態(tài)存在，所以對有毒害性 VOC氣體的處理與不易揮發(fā)的混合物相比更加困難。人體可能通過接觸或食用攝入固態(tài)或液態(tài)有VOC成分的物質，或者吸入的氣體接觸到VOC等。

1 PM2.5、VOC的產生

PM2.5（細顆粒物)成因復雜：約50%來自燃煤、機動車、揚塵、生物質燃燒等直接排放的一次細顆粒物；約50%是空氣中二氧化硫、氮氧化物、揮發(fā)性有機物、氨等氣態(tài)污染物，經過復雜化學反應形成的二次細顆粒物。

VOC的產生自然情況下，VOC通過生物有機體例如新陳代謝化學反應產生。而工業(yè)生產中使用的有機燃料，有些在燃燒過程中直接產生 VOC氣體（例如汽油）或間接的由生產出來的產品產生 VOC氣體（例如汽車制造業(yè)的噴漆烘烤揮發(fā)出的廢氣）印刷、涂覆等利用有機溶劑溶解材料，醫(yī)藥合成等過程都會產生大量的VOC氣體。

2 環(huán)保策略與控制

國家推動汽車制造行業(yè)環(huán)保的策略，要求源頭治理和過程控制雙管齊下。使用環(huán)境友好型的涂料產品，如水性涂料、高固體份涂料、粉末和UV型；減少生產過程中的排放，采用國內最先進的涂裝工藝和技術。

加強表面涂裝工藝揮發(fā)性有機物排放控制，推進汽車、船舶、集裝箱、電子產品、家用電器、家具制造、裝備制造、電線電纜等行業(yè)表面涂裝工藝VOC的污染控制；提高水性、高固份等低揮發(fā)性有機物含量涂料的使用比例；推廣汽車行業(yè)先進涂裝工藝技術的使用；表面涂裝工序密閉作業(yè)，有機廢氣凈化率達到 90%以上；“十二五”共計 352家企業(yè)的表面涂裝工序完成VOC綜合治理。

3 VOC削減主要手段

目前公司針對涂裝與環(huán)保策略主要體現(xiàn)在現(xiàn)有傳統(tǒng)型涂裝生產線上改造，采用高固體份溶劑型色漆和清漆涂料體系；在全球新建的涂裝車間實施3C2B水性涂裝工藝；采用全面分析對比的方法來開發(fā)并管理涂裝工藝、重點考慮工藝可持續(xù)性、有機溶劑排放、溫室氣體排放的表現(xiàn)。

表1 中上涂層涂裝技術體系的VOC排放

圖1 汽車涂裝各涂層VOC比率

在舊線改造時，進行“水性漆涂裝工藝”或“高固含涂裝工藝”改造，可以有效降低VOC，如下表1所示。公司倡導通過對：溫室氣體排放（CO2排放）；有機溶劑排放（VOC）；漆膜性能（耐候性和耐久性）；投資效益（投資和運行成本）；資源消耗（能源和占地面積）等幾方面對精益涂裝來做整體的分析對比。因此，需一種既能滿足環(huán)保法規(guī)規(guī)定的VOC，又能減少資源、資金的巨大投入，適合在現(xiàn)有傳統(tǒng)型涂裝生產線上改造、推廣的新工藝。

關于汽車制造涂裝工藝 VOC的產生，由涂裝涂料（中涂／面漆／清漆）產生的量約占總量的80%（如圖1所示）。因此考慮 VOC削減關鍵是面漆層，著重抓住這一塊是最有效果。

4 溶劑性（中固、高固）體系與水性涂料體系的區(qū)別

目前汽車涂裝材料主要由溶劑材料向水溶性材料和高固溶劑材料轉換，可大幅度削減VOC。其中色漆中低固含色漆施工時的固體份為20%左右甚至更低，溶劑含量高達80%左右；而高固含色漆施工時的固體份含量為50%左右，溶劑含量為50%左右，如下表2所示。采用此兩種涂料噴涂同樣的涂層，釋放的VOC量約相差4倍。且高固含涂料的固體份高，噴涂時流量較低，減少了涂料的反彈，有效提高了涂料利用率，降低了涂料消耗，VOC和廢渣的產生量也相應降低，達到法規(guī)及標準要求，既利于環(huán)保，又節(jié)約了成本。

表2 涂料中固體系與高固體系的區(qū)別

當固體份達到45%，溶劑型的VOC排放量與水性涂料工藝相當，如下圖2所示。其次因高固含涂料仍是溶劑型涂料，其施工窗口與中低固含溶劑型涂料相當，生產線設備與中低固含涂裝生產線無差別。

圖2 溶劑型與水性漆排放對比

5 高固體份與水性涂料工藝生產線對比

采用高固體份涂裝工藝，VOC與廢渣產生量少，涂層質量穩(wěn)定且易控制，操作難度低，運行能耗及材料成本低，后處理簡單，改動量小，改造投資少，推廣型性強，是現(xiàn)有溶劑型涂裝生產線改造的優(yōu)良選擇。同時高固體份溶劑型涂裝工藝，是基于既考慮環(huán)境保護、同時帶來最好的產品質量、最低的成本而帶來的環(huán)保精益的新型涂裝技術。

高固體份與水性涂料工藝生產線相比存在諸多差異，具體如下所示：

5.1 環(huán)保方面

高固體份溶劑型涂料具體更低的溫室氣體和氮氧化物氣體排放；與水性材料的有機溶劑排放量相當；適合所有中低固體份溶劑型生產線 VOC達標改造；生產線設備、材料及工藝布局與中低固體份溶劑型工藝沒有大的差異。水性材料相對溶劑性材料更安全。

5.2 涂料成本

水性涂料與高固體份溶劑型涂料相比提高30%左右，同時高固體份溶劑型涂料具有更高的噴涂效率，單車涂料消耗量顯著降低。

5.3 設備投資

高固體份溶劑型與水性涂料相比節(jié)約投資，具體表現(xiàn)在自動噴涂機器人價格差異、溫濕度控制系統(tǒng)差異、預烘烤系統(tǒng)。

5.4 運行成本

水性涂料與溶劑型涂料相比主要表現(xiàn)在溫濕度控制系統(tǒng)能耗和預烘烤運行費用，高固體份工藝降低了能源消耗（更低的耗電量和天然氣）。

5.5 質量控制

高固體份溶劑型有好的質量等級（耐候性、耐久性）；工藝穩(wěn)定（施工范圍大），由可持續(xù)性的改善，消除浪費。水性材料由于水的特征對質量影響因素較多，如表面張力高，容易產生縮孔；易流掛、起泡等。

6 生產線實際降VOC案例

6.1 采用機器人清洗溶劑回收裝置，減少并控制清洗溶劑消耗

在汽車涂裝生產中，需要對機器人噴涂系統(tǒng)的換色閥、齒輪泵、噴杯中的針閥、螺旋管及旋杯等進行反復清洗，尤其顏色更換時，清洗更是不可避免。無論是水性涂料還是溶劑型涂料，清洗溶劑是揮發(fā)性有機化合物(VOC)排放中最主要的來源之一。清洗溶劑統(tǒng)一回收，降低清洗溶劑用量，是降低成本、減少 VOC的最直接有效措施。采用在線回收廢溶劑，不僅減少 VOC的排放，而且實現(xiàn)了降低成本和環(huán)保的雙重效益。

6.2 實現(xiàn)顏色分組功能

在色漆噴涂以前，顏色是雜亂的，色漆機器人需要做換色清洗。同樣的顏色提前分類，提高同色噴涂比例，同色噴涂后，色漆機器人只需做換色清洗。

提高同色噴涂主要措施：盡可能控制同色白車身進入涂裝，同時對前處理、PVC、中涂車身進行顏色分組；增加顏色自動分組功能；優(yōu)化排產，小顏色集中生產等。

6.3 優(yōu)化噴涂膜厚、參數(shù)

通過優(yōu)化機器人噴涂膜厚、參數(shù)，減少涂料的使用量；減少車身過噴區(qū)域膜厚，使車身膜厚均一性；控制色漆膜厚在規(guī)范標準的下限等。

7 結語

首先針對現(xiàn)場溶劑性涂裝工藝 VOC減排項目分別就水性和高固方案進行大量的分析和研究，VOC減排效果、改造難度和施工周期、投資成本及能源節(jié)約等各種數(shù)據(jù)比較，高固是最佳方案。

通過對現(xiàn)場中固體份溶劑型3C2B涂裝工藝中所生產主打顏色切換為高固體份溶劑型涂料，以及現(xiàn)場持續(xù)改善，如實現(xiàn)同色噴涂、清洗溶劑回收、減少清潔溶劑用量、優(yōu)化噴涂膜厚減少涂料消耗等措施；VOC排放得到持續(xù)改善和降低。在沒有噴房廢氣濃縮燃燒處理設備情況下，達到該工藝VOC排放的下限水平，滿足當?shù)丨h(huán)保法規(guī)，并積累了非常實用而有效的經驗。