集裝箱制造VOCs廢氣治理

王 毅

(上海嘉園環(huán)?？萍加邢薰?，上海 200333)

0 引言

集裝箱的生產(chǎn)流程主要包括：下料→拋丸→預(yù)處理→機(jī)加工→焊接→噴漆→ 烘干→美妝→出箱等工序。在這些工序中產(chǎn)生VOCs廢氣的工序主要有預(yù)處理、噴漆及烘干工段。在生產(chǎn)過(guò)程中，用大量油漆噴涂到鋼板表面，起到防腐、耐磨及美觀的作用。油漆中含有大量稀釋劑，稀釋劑的主要成分包括甲苯、二甲苯、丁醇、甲基異丁基酮、100#溶劑油等有機(jī)溶劑物[1]，這些有機(jī)物在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣排放形成VOCs的主要成分，如果未經(jīng)處理大量排放到環(huán)境中，會(huì)給環(huán)境及人類健康帶來(lái)極大的危害。

1 鋼板預(yù)處理工段

鋼板預(yù)處理是指在生產(chǎn)集裝箱的過(guò)程中，整卷鋼板經(jīng)開(kāi)卷、下料、拋丸后對(duì)鋼板表面進(jìn)行噴涂或者輥涂的過(guò)程。在這一工藝段中，因全程采用自動(dòng)化控制，因此針對(duì)廢氣的收集，可將房體做成相對(duì)密閉形式，用較小的風(fēng)量進(jìn)行抽風(fēng)排氣，廢氣中VOCs濃度會(huì)在1 200—2 500mg/m3之間，以上海某廠所測(cè)數(shù)據(jù)為例，見(jiàn)表1。

從表1所測(cè)數(shù)據(jù)可得，在集裝箱鋼板預(yù)處理工段的廢氣屬于小風(fēng)量、中高濃度的有機(jī)廢氣，選用的治理工藝為蓄熱式高溫氧化(RTO)[1]。這種工藝的特點(diǎn)為：凈化效率高、設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定；高溫分解的初始能源為天然氣，能耗大小取決于廢氣的濃度(簡(jiǎn)單工藝流程見(jiàn)圖1)。

表1鋼板預(yù)處理輥涂工藝及噴涂工藝廢氣濃度

說(shuō)明：Ⅰ、Ⅱ表示第一次樣和第二次樣。

車間生產(chǎn)廢氣經(jīng)密閉后收集。先經(jīng)過(guò)濾器，去除廢氣中的粉塵顆粒及漆霧；再經(jīng)風(fēng)機(jī)送到RTO設(shè)備進(jìn)行高溫分解。VOC氣體在750—850℃下，分解成CO2及H2O，并釋放出大量熱能。按照有機(jī)物燃燒放熱，甲苯熱值3 905.0kj/mol，二甲苯熱值2 500kj/mol，其他醇類、酯類等的VOC氣體熱值按2 300kj/mol來(lái)估算[2]，依據(jù)在廢氣治理行業(yè)內(nèi)的經(jīng)驗(yàn)及國(guó)內(nèi)外研究的結(jié)果可知，單純維護(hù)RTO的熱平衡濃度大約在1 000—1 500mg/m3。RTO的熱回收是用爐體內(nèi)的蓄熱體來(lái)進(jìn)行的，蓄熱體的熱回收效率大約在95%左右。從熱平衡角度來(lái)講，如果(Q入+Q釋)≤(Q離+Q損)(Q入：進(jìn)入系統(tǒng)的氣體熱量；Q釋：VOC氣體高溫反應(yīng)釋放出來(lái)的熱量；Q離：排氣帶走的熱量；Q損：爐體熱輻射損失的熱量)，則需額外補(bǔ)充熱量。預(yù)處理有機(jī)廢氣經(jīng)密閉收集后，氣體VOC濃度都在1 500mg/m3左右，在正常運(yùn)行過(guò)程中，無(wú)需增加額外的熱能就可以保持系統(tǒng)的熱平衡。

圖1 集裝箱鋼板預(yù)處理工段的廢氣治理工藝流程圖

在我國(guó)新的《揮發(fā)性有機(jī)物無(wú)組織排放控制標(biāo)準(zhǔn)》中(GB 37822-2019)對(duì)廠界VOCs監(jiān)控濃度限值和企業(yè)廠區(qū)內(nèi)大氣污染物監(jiān)控點(diǎn)VOCs監(jiān)控濃度限值都進(jìn)行了嚴(yán)格規(guī)定[2]。上海市也于2015年出臺(tái)了新的地方排放標(biāo)準(zhǔn)DB31/933-2015，在這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的污染物排放濃度限值：甲苯10mg/m3；二甲苯20mg/m3；非甲烷總烴70mg/m3。表2為設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中所測(cè)量的數(shù)據(jù)。

表2 RTO運(yùn)行時(shí)所測(cè)量的進(jìn)、出口濃度

由表2數(shù)據(jù)看出，用RTO工藝治理鋼板預(yù)處理的廢氣，排放數(shù)據(jù)均達(dá)到上海市地方排放標(biāo)準(zhǔn)，而且遠(yuǎn)低于這一標(biāo)準(zhǔn)，取得了較好的效果。

2 整箱噴涂車間

集裝箱經(jīng)材料拼裝焊接完成后，需對(duì)內(nèi)、外表面進(jìn)行噴涂。按噴涂工藝分為底漆、內(nèi)面漆、中間漆和外面漆4道油漆。根據(jù)集裝箱的生產(chǎn)特點(diǎn)，為避免廢氣對(duì)周邊環(huán)境的影響，整個(gè)生產(chǎn)線為封閉式，每個(gè)噴涂房排風(fēng)量在12 000—15 000m3/h，噴涂房?jī)?nèi)以自動(dòng)噴漆為主，每個(gè)噴房有10—15把噴槍。上海某集裝箱工廠各個(gè)噴房的廢氣排放參數(shù)見(jiàn)表3。

由表3可知，集裝箱整箱噴涂生產(chǎn)線的廢氣是大風(fēng)量低濃度的有機(jī)廢氣。針對(duì)這種有機(jī)廢氣的治理，一般采用沸石轉(zhuǎn)輪吸附+RTO工藝進(jìn)行治理[3]。沸石用于吸附濃縮，將大風(fēng)量的VOC氣體經(jīng)沸石吸附后，低濃度VOC在沸石表面富集，再用小風(fēng)量較高的溫度對(duì)沸石表面的VOC進(jìn)行解析，解析的高濃度VOC廢氣進(jìn)入蓄熱式焚燒爐內(nèi)進(jìn)行高溫?zé)o害化分解，在VOC分解過(guò)程中釋放的熱量再利用一部分用于對(duì)沸石的脫附[3]。簡(jiǎn)單工藝流程見(jiàn)圖2。

表3各噴漆房廢氣排放參數(shù)

圖2 集裝箱整箱噴涂生產(chǎn)線廢氣治理工藝流程圖

這種治理工藝的特點(diǎn)是：(1)凈化效率相對(duì)比較高，可達(dá)90%以上；(2)系統(tǒng)運(yùn)行安全、穩(wěn)定，沸石材料為硅鋁酸鹽，脫附溫度可到200℃；(3)運(yùn)行能耗比較低，RTO內(nèi)有大量蓄熱體，熱回收效率達(dá)到95%以上。

近年來(lái)國(guó)內(nèi)外對(duì)VOC排放的控制越來(lái)越重視。一個(gè)集裝箱工廠有機(jī)廢氣排放風(fēng)量按60萬(wàn)m3/h，廢氣濃度按700mg/m3，經(jīng)治理后的凈化效率按達(dá)到93%計(jì)算，則每年排放到大氣中的VOC量達(dá)到176t(年運(yùn)行時(shí)間按6 000h)，這個(gè)污染量是相當(dāng)驚人的。作為VOCs排放的重要行業(yè)，集裝箱噴漆行業(yè)的VOC治理日益緊迫，廣東省在2014年開(kāi)始在集裝箱行業(yè)推廣水性漆，同時(shí)也制定出了集裝箱制造行業(yè)的VOC排放標(biāo)準(zhǔn)DB44/1837-2016；從2017年開(kāi)始集裝箱制造行業(yè)采用水性漆全面替代原來(lái)使用的油性漆。表4所列為兩種漆的組分及占比情況。

表4水性漆、油性漆成分表

由表4可知，水性漆里面含的VOCs組分很少，占比不到5%，里面大部分VOC組分為醇類及醚類，可溶于水，而且稀釋劑為水；而油性漆所用的稀釋劑100%是VOC溶劑，油漆中也含大量的VOC組分。所以從2017年開(kāi)始，在集裝箱制造行業(yè)的整箱噴漆工段，水性漆開(kāi)始取代油性漆，VOC的排放量減少了95%[4]。表5為水性漆生產(chǎn)時(shí)所測(cè)排放口的VOC濃度。

表5水性漆各排口濃度表

由表5數(shù)據(jù)可知，改為水性漆后，噴漆線的有機(jī)廢氣濃度很低，特別是外面漆的廢氣濃度。從環(huán)保治理角度，所有的工業(yè)廢氣排放，都要有減排的措施。廢氣中含有大量漆霧，因此針對(duì)這類廢氣治理，建議采用的工藝：旋流板塔洗滌+過(guò)濾+活性炭吸附來(lái)治理。簡(jiǎn)單工藝流程見(jiàn)圖3：旋流板塔的作用一方面是去除大量的漆霧顆粒，另一方面是將水與VOC氣體充分接觸，將可溶于水的VOC去除，在后端設(shè)置活性炭吸附主要是針對(duì)前端一些不溶于水的有機(jī)廢氣用活性炭進(jìn)行凈化。經(jīng)過(guò)以上工藝路線治理后的排放濃度都能達(dá)到50mg/m3以下的標(biāo)準(zhǔn)，而外面漆的排放濃度只有個(gè)位數(shù)，整體對(duì)VOC廢氣的消減率達(dá)到60%以上。

圖3 噴漆線的有機(jī)廢氣治理工藝流程圖

3 結(jié)語(yǔ)

對(duì)集裝箱制造工廠排放VOCS的廢氣治理，在鋼板預(yù)處理工段，VOC廢氣濃度高、風(fēng)量小，選用直接蓄熱式焚燒(RTO)工藝進(jìn)行治理。經(jīng)跟蹤檢測(cè)，系統(tǒng)凈化效率達(dá)到98%以上，排放濃度遠(yuǎn)小于地方排放標(biāo)準(zhǔn)。在整箱噴涂車間，如若用油性漆，廢氣濃度在600—800mg/m3，但整條線排風(fēng)量每小時(shí)達(dá)到幾十萬(wàn)立方米，采用轉(zhuǎn)輪+RTO工藝，凈化效率可大于90%以上，排放指標(biāo)可達(dá)到地方排放標(biāo)準(zhǔn)；如果改為使用水性漆進(jìn)行噴涂作業(yè)，采用旋流板塔+活性炭吸附凈化工藝后，排放指標(biāo)也可達(dá)到遠(yuǎn)小于地方排放標(biāo)準(zhǔn)?？傊b箱制造VOCS廢氣的治理，針對(duì)不同的工段采用不同的工藝，都能做到投資成本低、運(yùn)行穩(wěn)定、運(yùn)行能耗低最終達(dá)標(biāo)排放的目標(biāo)。