浅谈汽车涂装有机废气处理方法

汽车涂装生产线是汽车制造过程中产生“三废”最多的环节，其中涂装废气是涂装“三废”的主要部分。涂装车间的废气主要是涂料中含有的有机溶剂和涂膜在喷涂及烘干时的分解物，统称为挥发性有机化合物(VOCs)，其成份主要有甲苯和二甲苯。这些成份对人的健康和生活环境有害，并且有恶臭，人如果长期吸入低浓度的有机废气，会引发咳嗽、胸闷、气喘甚至肺气肿等慢性呼吸道疾病，是目前公认的强烈致癌物。除此之外，有机废气对光化学烟雾、酸雨的形成起着非常重要的作用。为减少涂料中的VOCs,开发了水性涂料和粉末涂料，但水性涂料中仍含有一定比例的有机溶剂。为此，各国颁布了相应的法令，限制该类气体的排放，我国于1997年颁布并实施的GB16297《大气污染综合排放标准》，限定了33种污染物的排放限值，其中包括苯、甲苯、二甲苯等挥发性有机溶剂。近年来，随着人们环保意识提高，环保法规不断完善与执法力度不断提高，汽车生产厂在新建涂装线中需配置废气处理设备，对老的涂装线也在逐步补充废气处理装置，废气经过处理达标后才能排放。针对不同的涂装废气，不同的厂家采用了不同的方法，下面就汽车涂装废气处理技术进行初浅的分析探讨。
根据汽车涂装生产工艺，涂装废气主要来自于喷涂、干燥过程。所排放的污染物主要为：喷漆时产生的漆雾和有机溶剂，干燥挥发时产生的有机溶剂。漆雾主要来自于空气喷涂作业中溶剂型涂料飞散的部分，其成分与所使用的涂料一致。有机溶剂主要来自于涂料使用过程中的溶剂、稀释剂，绝大部分属挥发性排放，其主要的污染物为二甲苯、苯、甲苯等。故涂装中排放的有害废气的主要发生源为喷漆室、晾干室、烘干室。
1、汽车生产线废气处理方法
1.1烘干过程有机废气的治理方案
电泳、中涂、面涂烘干室排出的气体属于高温、高浓度废气，适合采用焚烧的方法进行处理。目前烘干过程常用的废气处理措施有：蓄热式热力氧化技术(RTO)、蓄热式催化燃烧技术(RCO)、TNV回收式热力焚烧系统1.1.1蓄热式热力氧化技术(RTO)
蓄热式热氧化器(RegenerativeThermalOxidizer,简称RTO)是一种用于处理中低浓度挥发性有机废气的节能型环保装置。适用于大风量、低浓度，适用于有机废气浓度在100PPM—20000PPM之间。其操作费用低,有机废气浓度在450PPM以上时，RTO装置不需添加辅助燃料;净化率高，两床式RTO净化率能达到98%以上，三床式RTO净化率能达到99%以上，并且不产生NOX等二次污染;全自动控制、操作简单;安全性高。
蓄热式热氧化器采用热氧化法处理中低浓度的有机废气，用陶瓷蓄热床换热器回收热量。由陶瓷蓄热床、自动控制阀、燃烧室和控制系统等组成。主要特征是：蓄热床底部的自动控制阀分别与进气总管和排气总管相连，蓄热床通过换向阀交替换向，将由燃烧室出来的高温气体热量蓄留，并预热进入蓄热床的有机废气，蓄热床采用陶瓷蓄热材料吸收、释放热量;预热到一定温度(≥760℃)的有机废气在燃烧室燃烧发生氧化反应，生成二氧化碳和水，得到净化。典型的两床式RTO主体结构一个燃烧室、两个陶瓷填料床和四个切换阀组成(见下图)。该装置中的蓄热式陶瓷填充床换热器可使热能得到最大限度的回收，热回收率大于95%;处理有机废气时不用或使用很少的燃料。
优点：在处理大流量低浓度的有机废气时，运行成本非常低。
缺点：较高的一次性投资，燃烧温度较高，不适合处理高浓度的有机废气，有很多运动部件，需要较多的维护工作。
1.1.2蓄热式催化燃烧技术(RCO)
蓄热式催化燃烧装置(RegenerativeCatalyticOxidizer简称RCO)直接应用于中高浓度(1000mg/m3—10000mg/m3)的有机废气净化。RCO处理技术特别适用于热回收率需求高的场合，也适用于同一生产线上，因产品不同，废气成分经常发生变化或废气浓度波动较大的场合。尤其适用于需要热能回收的企业或烘干线废气处理，可将能源回收用于烘干线，从而达到节约能源的目的。
蓄热式催化燃烧治理技术是典型的气-固相反应，其实质是活性氧参与的深度氧化作用。在催化氧化过程中，催化剂表面的吸附作用使反应物分子富集于催化剂表面，催化剂降低活化能的作用加快了氧化反应的进行，提高了氧化反应的速率。在特定催化剂的作用下，有机物在较低的起燃温度下(250——300℃)发生无焰氧化燃烧，氧化分解为CO2和水。并放出大量热能。
RCO装置主要由炉体、催化蓄热体、燃烧系统、自控系统、自动阀门等几个系统构成。在工业生产过程中，排放的有机尾气通过引风机进入设备的旋转阀，通过选转阀将进口气体和出口气体完全分开。气体首先通过陶瓷材料层1预热后发生热量的储备和热交换，其温度几乎达到催化层进行催化氧化所设定的温度，这时其中部分污染物氧化分解;废气继续通过加热区(可采用电加热方式或天然气加热方式)升温，并维持在设定温度;其再进入催化层完成催化氧化反应，即反应生成CO2和H2O，并释放大量的热量，以达到预期的处理效果。经催化氧化后的气体进入陶瓷材料层2，回收热能后通过旋转阀排放到大气中，净化后排气温度仅略高于废气处理前的温度。系统连续运转、自动切换。通过旋转阀工作，所有的陶瓷填充层均完成加热、冷却、净化的循环步骤，热量得以回收。
优点：工艺流程简单、设备紧凑、运行可靠;净化效率高，一般均可达98%以上;与RTO相比燃烧温度低;一次性投资低，运行费用低，其热回收效率一般均可达85%以上;整个过程无废水产生，净化过程不产生NOX等二次污染;RCO净化设备可与烘房配套使用，净化后的气体可直接回用到烘房利用，达到节能减排的目的;缺点：催化燃烧装置仅适用含低沸点有机成分、灰分含量低的有机废气的处理，对含油烟等粘性物质的废气处理则不宜采用，催化剂宜中毒;处理有机废气浓度在20%以下。
1.1.3TNV回收式热力焚烧系统
回收式热力焚烧系统(德语ThermischeNachverbrennung简称TNV)是利用燃气或燃油直接燃烧加热含有机溶剂的废气，在高温作用下，有机溶剂分子被氧化分解为CO2和水，产生的高温烟气通过配套的多级换热装置加热生产过程需要的空气或热水，充分回收利用氧化分解有机废气时产生的热能，降低整个系统的能耗。因此，TNV系统是生产过程需要大量热量时，处理含有机溶剂废气高效、理想的处理方式，对于新建涂装生产线，一般采用TNV回收式热力焚烧系统。
TNV系统由三大部分组成：废气预热及焚烧系统、循环风供热系统、新风换热系统。该系统中的废气焚烧集中供热装置是TNV的核心部分，它由炉体、燃烧室、换热器、燃烧机及主烟道调节阀等组成。其工作过程为：用一台高压头风机将有机废气从烘干室内抽出，经过废气焚烧集中供热装置的内置换热器预热后，到达燃烧室内，然后再通过燃烧机加热，在高温下(750℃左右)将有机废气进行氧化分解，分解后的有机废气变成CO2和水。产生的高温烟气通过炉内的换热器和主烟气管道排出，排出的烟气对烘干室的循环风进行加热，为烘干室提供所需的热量。在系统末端设置新风换热装置，将系统余热进行最后回收，将烘干室补充的新风用烟气加热后送入烘干室。另外，在主烟气管道上还设置有电动调节阀，用于调节装置出口的烟气温度，最终排放的烟气温度可以控制在160℃左右。
废气焚烧集中供热装置的特点包括：有机废气在燃烧室的逗留时间为1——2s;有机废气分解率大于99%;热回收率可达76%;燃烧器输出的调节比可达26∶1，最高可达40∶1。
缺点：在处理低浓度有机废气时，运行成本较高;管式热交换器只是在连续运行时，才有较长的寿命。
1.2喷漆室、晾干室有机废气的治理方案
喷漆室、晾干室排出的气体为低浓度、大流量常温废气，污染物的主要组成为芳香烃、醇醚类、酯类有机溶剂。目前，国外较为成熟的方法是：先将有机废气浓缩以减少需处理的有机废气总量，先采用吸附法(活性碳或沸石作吸附剂)对低浓度常温喷漆废气进行吸附，用高温气体脱附，浓缩的废气采用催化燃烧或蓄热式热力燃烧的方法进行处理。
1.2.1活性炭吸附--脱附净化装置
采用蜂窝状活性炭为吸附剂，结合吸附净化、脱附再生并浓缩VOCs和催化燃烧的原理,即将大风量、低浓度的有机废气通过蜂窝状活性炭吸附以达到净化空气的目的，当活性炭吸附饱和后再用热空气脱附使活性炭得到再生，脱附出浓缩的有机物被送往催化燃烧床进行催化燃烧，有机物被氧化成无害的CO2和H20，燃烧后的热废气通过热交换器加热冷空气，热交换后降温的气体部分排放,部分用于蜂窝状活性炭的脱附再生，达到废热利用和节能的目的。整套装置由预滤器、吸附床、催化燃烧床、阻燃器、相关的风机、阀门等组成。
活性炭吸附--脱附净化装置根据吸附和催化燃烧两个基本原理设计，采用双气路连续工作，一个催化燃烧室，两个吸附床交替使用。先将有机废气用活性炭吸附，当快达到饱和时停止吸附，然后用热气流将有机物从活性炭上脱附下来使活性炭再生;脱附下来的有机物已被浓缩(浓度较原来提高几十倍)并送往催化燃烧室催化燃烧成二氧化碳及水蒸气排出。当有机废气的浓度达到2000PPm以上时，有机废气在催化床可维持自燃，不用外加热。燃烧后的尾气一部分排入大气，大部分被送往吸附床，用于活性炭再生。这样可满足燃烧和吸附所需的热能，达到节能的目的。再生后的可进入下次吸附;在脱附时，净化操作可用另一个吸附床进行，既适合于连续操作，也适合于间断操作。
技术性能及特点：性能稳定，结构简便，安全可靠，节能省力，无二次污染。设备占地面积小，重量轻。极适用于大风量下使用。吸附有机物废气的活性炭床，用催化燃烧后的废气进行脱附再生，脱附后的气体再送催化燃烧室进行净化，不需外部能量，节能效果显著。缺点是，活性炭使用寿命短，运行成本高。
1.2.2沸石转轮吸附--脱附净化装置
沸石的主要成分为：硅、铝，具有吸附能力，可作为吸附剂使用;沸石转轮就是利用沸石特定孔径对于有机污染物具有吸附、脱附能力的特性，使原本具低浓度、大风量的VOCs废气，经沸石转轮浓缩转换成小风量、高浓度的气体，可以降低后端终处理设备的运行成本。其装置特性适合处理大流量、低浓度、含多种有机成分的废气。缺点是前期投资高。
沸石转轮吸附-净化装置是一种可连续进行吸附和脱附操作的气体净化装置。沸石转轮两侧由特制的密封装置分成三个区域：吸附区、解吸(再生)区及冷却区域。该系统的工作过程是：沸石转轮以较低的速度连续转动，循环通过吸附区和解吸(再生)区及冷却区域;低浓度、大风量的废气连续不断地通过转轮的吸附区时，废气中的VOCs被转轮的沸石吸附，被吸附净化后的气体直接排放;轮子吸附的有机溶剂随着转轮的转动被送到解吸(再生)区，再用小风量热风连续地通过解吸区，被吸附到转轮上的VOCs在解吸区受热脱附实现再生，VOCs废气随热风一起排出;转轮转至冷却区域进行冷却降温后可重新进行吸附，随着转轮的不断转动，吸附、解吸、冷却循环进行，确保废气处理持续稳定的运行。
沸石转轮装置实质上是一个浓缩器，经过转轮处理后的含有机溶剂的废气被分成两个部分：可以直接排放的洁净空气和含高浓度有机溶剂的再生空气。可以直接排放的洁净空气，可以进入喷漆空调通风系统进行循环使用;高浓度的VOCs气体，其浓度大约为进入系统前VOCs浓度的10倍左右，浓缩后的气体再通过TNV回收式热力焚烧系统(或其他设备)进行高温焚烧处理，焚烧产生的热量分别为烘干室供热和沸石转轮脱附供热，热量被充分利用，达到节能减排的效果。
技术性能及特点：结构简单，维护方便，使用寿命长;高吸、脱附效率,使原本高风量、低浓度的VOCss废气，转换成低风量、高浓度的废气,降低后端终处理设备的成本;沸石转轮吸附VOCs所产生的压降极低，可大大减少电力能耗;整体系统采预组及模块化设计，具备了最小的空间需求，且提供了持续性及无人化的操控模式;经过转轮浓缩后的废气，可达到国家排放标准;吸附剂使用不可燃性疏水沸石，使用更安全;缺点是一次性投资较高。 2、结语 减少涂装公害既是涂装技术发展方向，也是涂装行业的责任。随着国内对环境质量要求的不断提高，挥发性有机废气的治理工作正在逐步开展。对汽车涂装废气，应根据不同特点，分析废气处理技术的处理效果和处理成本，采取切实有效的技术方法处理，满足排放标准，保护地球环境，创建和谐社会。