汽車涂裝是油漆消耗的大戶，由于成本和技術(shù)的限制，我國汽車涂裝大部分使用電泳底漆+有機(jī)溶劑型漆

汽車涂裝是油漆消耗的大戶，由于成本和技術(shù)的限制，我國汽車涂裝大部分使用電泳底漆+有機(jī)溶劑型漆。以生產(chǎn)一輛小型轎車為例，消耗陰極電泳底漆10kg以上，有機(jī)溶劑型油漆(中涂、面漆、罩光漆等)5kg以上，商用車如卡車、客車等用量更大。電泳底漆烘干過程中產(chǎn)生大量具有刺激性惡臭氣味的油煙、有機(jī)溶劑型油漆噴漆及烘干過程中揮發(fā)的溶劑均為有機(jī)成分。在汽車涂裝過程中，除少量漆膜(占油漆總重量的40%以下)附著在車身表面外，其它有機(jī)成分均揮發(fā)于空氣中形成有機(jī)廢氣。以年產(chǎn)800萬輛汽車，車均用漆15kg，固化后成分占噴漆總量40%計(jì)算，每年有機(jī)成分排放量為7.2萬t，汽車涂裝有機(jī)廢氣的排放已經(jīng)成為一個(gè)突出的環(huán)境問題。

　　1有機(jī)廢氣的危害及處理原理

　　有機(jī)廢氣對環(huán)境的危害甚大。人如果長期吸入低濃度的有機(jī)廢氣會引發(fā)咳嗽、胸悶、氣喘甚至肺氣腫等慢性呼吸道疾病，油漆溶劑中的甲醛、苯類化合物等成分是目前公認(rèn)的強(qiáng)烈致癌物。除此之外，有機(jī)廢氣對光化學(xué)煙霧、酸雨的形成起著非常重要的作用。由于有機(jī)廢氣的危害性，我國對有機(jī)廢氣的排放一直有著嚴(yán)格的控制，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)為1997年1月1日實(shí)施的GB16297-1996《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(以簡稱《標(biāo)準(zhǔn)》)。

　　有機(jī)廢氣的處理，一般是通過將有機(jī)廢氣中的有機(jī)成分和空氣中的氧氣反應(yīng)發(fā)生分解，生成H2O、CO2和其他一些低毒的化合物(如鹵代烴和氧氣反應(yīng)后可以產(chǎn)后鹵酸)。常溫下廢氣中的有機(jī)成分和氧氣不反應(yīng)，在廢氣處理設(shè)備的高溫、催化等條件下，廢氣中的有機(jī)成分發(fā)生分解從而使廢氣得到凈化。

　　2烘干過程有機(jī)廢氣的治理方法

　　油漆烘干室產(chǎn)生的有機(jī)廢氣是涂裝廢氣治理的重點(diǎn)。涂裝烘干過程烘道中需要不斷抽出廢氣和補(bǔ)充新鮮空氣，以使烘道氣體中有機(jī)成分低于其爆炸極限，烘干有機(jī)廢氣中的有機(jī)成分主要為有機(jī)溶劑和油漆高溫固化反應(yīng)的產(chǎn)物，廢氣中有機(jī)成分含量一般達(dá)到1000mg/Nm3以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過《標(biāo)準(zhǔn)》要求，均需處理后才能排放。烘干有機(jī)廢氣常用的廢氣凈化設(shè)備有催化燃燒裝置、蓄熱式熱力焚燒裝置和廢氣焚燒爐，下面分別介紹。

　　2.1催化燃燒裝置

　　催化燃燒裝置，使廢氣中的有機(jī)成分在催化媒的作用下產(chǎn)生分解而得名。實(shí)驗(yàn)證明，在沒有催化媒的條件下，要使廢氣中有機(jī)成分和空氣中的氧氣反應(yīng)，其溫度要達(dá)到600℃以上。催化燃燒裝置在鉑、鈀等催化媒的作用下，在320℃以上廢氣中有機(jī)成分即和氧氣反應(yīng)發(fā)生分解。

　　2.1.1催化燃燒裝置原理

　　有機(jī)廢氣先經(jīng)過熱交換器預(yù)熱，再經(jīng)過電加熱器的加熱達(dá)到350℃左右，再進(jìn)入蜂窩陶瓷催化媒充填的催化床中，在催化媒的作用下，廢氣中有機(jī)成分充分分解，離開催化床凈化尾氣再與待處理的有機(jī)廢氣進(jìn)行熱交換降低溫度后排出。

　　2.1.2催化燃燒裝置優(yōu)點(diǎn)

　　催化燃燒裝置結(jié)構(gòu)簡單，占地面積小，價(jià)格便宜。以一套有機(jī)廢氣處理能力5000Nm3/h的催化燃燒裝置為例，占地僅需8m2，價(jià)格在20萬元以下。正是由于上述優(yōu)點(diǎn)，催化燃燒裝置在我國早期建設(shè)的小批量的汽車生產(chǎn)線烘干室有機(jī)廢氣的凈化中使用廣泛。

　　2.1.3催化燃燒裝置缺點(diǎn)

　　催化燃燒裝置在運(yùn)行一段時(shí)間后，催化媒被灰塵、油煙等覆蓋或和某些化合物如鉛、囟族元素結(jié)合從而失去催化作用，這種現(xiàn)象稱為催化媒中毒。催化媒中毒后，催化燃燒裝置便失去有機(jī)廢氣凈化作用，須更換催化媒。為保證凈化質(zhì)量，一般催化媒在使用一年左右就需更換。由于這個(gè)原因，催化燃燒裝置僅適用含低沸點(diǎn)有機(jī)成分、灰塵含量低的有機(jī)廢氣的處理，如有機(jī)溶劑型烤漆的中涂、面漆、罩光漆的烘干廢氣處理，而對于電泳漆烘干產(chǎn)生的廢氣(含油煙等粘性物質(zhì))處理則不宜采用。

　　催化燃燒裝置在運(yùn)行過程中凈化能力逐漸衰減，凈化效果不穩(wěn)定，凈化后氣體排放溫度一般在300℃以上能耗較大。由于上述原因，催化燃燒裝置僅適合小批量汽車烘干廢氣的處理，近來新建大批量汽車涂線中，催化燃燒裝置已經(jīng)逐漸被RTO和廢氣焚燒爐所取代。

　　2.2蓄熱式熱力焚燒爐(以下簡稱RTO)

　　近年來隨著我國汽車大批量汽車生產(chǎn)線的建設(shè)，RTO以其價(jià)格適中、節(jié)能、適用于大風(fēng)量有機(jī)廢氣處理的特點(diǎn)，在新建大批量汽車涂裝生產(chǎn)線中得到廣泛使用。

　　2.2.1RTO原理

　　RTO是利用有機(jī)廢氣在爐膛高溫環(huán)境下分解的方法。根據(jù)蓄熱室的數(shù)量不同，常用的RTO分為二室、三室結(jié)構(gòu)。下面簡要介紹二室RTO的原理。

　　每個(gè)蓄熱室中充填蓄熱陶瓷，其下方有一個(gè)進(jìn)氣口和一個(gè)排氣口。風(fēng)閥11打開時(shí)，風(fēng)閥22也打開，風(fēng)閥12、21處于關(guān)閉狀態(tài)，有機(jī)廢氣通過蓄熱室1時(shí)，和蓄熱室1中的蓄熱體放熱使有機(jī)廢氣溫度升高進(jìn)入爐膛，爐膛中的燃燒機(jī)可以確保爐膛內(nèi)的溫度在設(shè)定溫度(約800℃)，在爐膛的高溫環(huán)境下，廢氣中的有機(jī)成分充分分解后成為凈化尾氣，凈化尾氣經(jīng)過蓄熱體2時(shí)，蓄熱室2中的蓄熱體蓄熱使凈化尾氣溫度降低送入煙囪排放，在上述過程進(jìn)行中，蓄熱室2溫度不斷升高，蓄熱室1溫度不斷降低。上述過程進(jìn)行一段時(shí)間后，通過氣流方向切換(風(fēng)閥11，22關(guān)閉，風(fēng)閥12，21打開)，蓄熱室1由放熱轉(zhuǎn)為蓄熱狀態(tài)，蓄熱室2由蓄熱轉(zhuǎn)為放熱狀態(tài)。通過對風(fēng)閥的自動控制，每隔一定時(shí)間(約180秒)，氣流方向即發(fā)生一次轉(zhuǎn)換。

　　由于二室RTO在氣流方向切換時(shí)，處于放熱狀態(tài)的蓄熱室中的殘留有機(jī)廢氣尚未進(jìn)入爐膛分解直接排放，所以二室RTO對于有機(jī)廢氣的總體去除率在95%左右。

　　三室RTO通過一室蓄熱(轉(zhuǎn)換后為放熱)，一室放熱(轉(zhuǎn)換后為吹掃)，一室吹掃(轉(zhuǎn)換后為蓄熱)，能夠解決氣流方向切換時(shí)放熱狀態(tài)蓄熱室中的有機(jī)廢氣殘留問題，凈化率能達(dá)到99%以上。

　　2.2.2RTO優(yōu)點(diǎn)

　　經(jīng)過RTO處理后的有機(jī)廢氣，排氣溫度僅比進(jìn)氣溫度高50℃左右。由于廢氣中有機(jī)成分分解時(shí)產(chǎn)生熱量使廢氣溫度升高，當(dāng)廢氣中有機(jī)成分達(dá)到2000mg/Nm3以上時(shí)，爐膛的燃燒機(jī)不用開啟即可維持設(shè)定溫度，即達(dá)到不消耗燃料的情況下有機(jī)廢氣得到凈化的狀態(tài)。

　　RTO可用于所有涂裝烘干有機(jī)廢氣的凈化，涂裝車間的所有烘干廢氣可集中起來，由RTO統(tǒng)一處理。RTO對有機(jī)廢氣的處理效果穩(wěn)定，使用壽命可達(dá)10年，使用壽命主要取決于蜂窩狀蓄熱體的堵塞情況。當(dāng)蓄熱體堵塞造成廢氣流通不暢達(dá)從而使廢氣處理量降低時(shí)，只需要更換蓄熱體(占RTO總成本的25%以下)即可繼續(xù)使用。

　　2.2.3RTO缺點(diǎn)

　　由于RTO對于小風(fēng)量有機(jī)廢氣的處理時(shí)熱效率低，僅適用于5000Nm3/h以上有機(jī)廢氣的處理。RTO體積巨大，一般需要在涂裝車間外設(shè)置專用場地，以20000Nm3/h廢氣處理能力的二室RTO為例，占地面積約16m×10m。

　　2.3廢氣焚燒爐

　　在歐系汽車廠家(如一汽大眾、上海大眾、東風(fēng)神龍、華晨寶馬)，涂裝烘干的廢氣處理和烘房供熱多采用廢氣焚燒爐處理烘干廢氣和為烘干室供熱。

　　2.3.1焚燒爐原理

　　有機(jī)廢氣先經(jīng)過熱交換器升溫后作為燃燒機(jī)的助燃風(fēng)進(jìn)入焚燒爐膛焚燒，爐膛內(nèi)有機(jī)廢氣和火焰充分混合，混合氣體溫度達(dá)750℃左右，在焚燒爐膛中，有機(jī)廢氣分解成為凈化尾氣，凈化率達(dá)到98%以上，從焚燒爐膛出來的凈化尾氣再通過熱交換器降溫后離開焚燒爐。在熱交換器凈化尾氣的入口和出口設(shè)有旁通管和預(yù)熱風(fēng)閥，由于凈化尾氣通過換熱器的阻力較大，在預(yù)熱風(fēng)閥打開時(shí)，大部分凈化尾氣通過預(yù)熱風(fēng)閥直接離開焚燒爐，調(diào)節(jié)預(yù)熱風(fēng)閥的開啟程度可調(diào)節(jié)凈化尾氣進(jìn)入熱交換器的流量從而調(diào)節(jié)凈化尾氣離開焚燒爐的溫度，凈化尾氣溫度可調(diào)范圍在340℃(預(yù)熱風(fēng)閥全閉)到560℃(預(yù)熱風(fēng)閥全開)之間。凈化尾氣從焚燒爐出來后被送入烘房的各級加熱箱作為烘房的熱源使用，多級換熱后，排放溫度可降至200℃以下。

　　2.3.2焚燒爐優(yōu)點(diǎn)

　　廢氣焚燒爐在為烘房供熱的同時(shí)，對烘房產(chǎn)生有機(jī)廢氣進(jìn)行了凈化，一舉兩得。有機(jī)廢氣處理效果穩(wěn)定，使用壽命可達(dá)20年。

　　2.3.3焚燒爐缺點(diǎn)

　　由于技術(shù)所限，該類焚燒爐鮮有國產(chǎn)化應(yīng)用，主要由歐洲進(jìn)口，如WK，Durr，Envirotec等，以一臺8000Nm3/h的進(jìn)口廢氣焚燒爐為例，僅一套廢氣焚燒爐的價(jià)格就達(dá)20萬歐元以上，投資巨大。

　　3噴漆過程有機(jī)廢氣的形成和治理

　　3.1噴漆有機(jī)廢氣的水洗及排放

　　噴漆過程中產(chǎn)生含有大量漆霧的有機(jī)廢氣，這些漆霧由色漆和有機(jī)溶劑組成，色漆含有顏料等有毒成分，其毒性遠(yuǎn)大于有機(jī)溶劑，常用的凈化方法是通過水洗的方式先將漆霧中的色漆和溶劑分離。常用的水洗方法有水簾式、水旋式、文丘里式等，通過水洗，漆霧中的色漆成分去除率能達(dá)到98%以上。水洗用水循環(huán)使用，在循環(huán)水中加入油漆絮凝劑，色漆即以固體形式析出，再通過刮渣機(jī)、沉淀池等方將固體形態(tài)的色漆從循環(huán)水槽中撈出進(jìn)一步處理。

　　由于有機(jī)溶劑不溶于水，水洗過后的廢氣中仍含有機(jī)溶劑，為達(dá)到《標(biāo)準(zhǔn)》要求，我國一般采用高煙囪、大風(fēng)量排放的方法。

　　3.2沸石轉(zhuǎn)輪濃縮裝置

　　對于噴漆過程中水洗后有機(jī)廢氣的處理，目前西方國家部分采用了沸石轉(zhuǎn)輪濃縮+焚燒的方法。

　　3.2.1沸石轉(zhuǎn)輪原理

　　沸石轉(zhuǎn)輪利用沸石低溫吸附、高溫脫附的特性對有機(jī)廢氣進(jìn)行濃縮。

　　轉(zhuǎn)輪在轉(zhuǎn)動過程中，轉(zhuǎn)輪中的沸石通過吸附區(qū)-脫附區(qū)-冷卻區(qū)-吸附區(qū)形成循環(huán)。待處理有機(jī)廢氣在經(jīng)過轉(zhuǎn)輪時(shí)分兩部分，大部分有機(jī)廢氣經(jīng)過吸附區(qū)其有機(jī)成分被吸附后直接排放，小部分有機(jī)廢氣經(jīng)過冷卻區(qū)使沸石降低溫度重新具有吸附能力，這一小部分有機(jī)廢氣離開冷卻區(qū)后經(jīng)加熱器加熱到190℃左右進(jìn)入脫附區(qū)使沸石中有機(jī)成分隨之離開轉(zhuǎn)輪。濃縮后的廢氣有機(jī)成分含量達(dá)到待處理時(shí)10倍以上。

　　3.2.2沸石轉(zhuǎn)輪優(yōu)點(diǎn)

　　濃縮后的廢氣通過廢氣焚燒爐、RTO等處理后排放，由于濃縮后的廢氣量僅有待處理廢氣的十分之一以下，從而大大降低了能耗。沸石轉(zhuǎn)輪使用壽命較長，可達(dá)10年。

　　3.2.3沸石轉(zhuǎn)輪缺點(diǎn)

　　沸石轉(zhuǎn)輪投資巨大，以200000Nm3/h處理能力轉(zhuǎn)輪裝置為例，投資在1000萬元以上。美國蒙特公司是沸石轉(zhuǎn)輪的發(fā)明者，在市場方面居于領(lǐng)先地位。

　　4有機(jī)廢氣處理裝置的選擇

　　在選擇有機(jī)廢氣處理方法的時(shí)候，要根據(jù)其成分、濃度、溫度、濕度、有無其它雜質(zhì)等條件，參考有機(jī)廢氣處理設(shè)備的特性、價(jià)格、運(yùn)行費(fèi)用、處理效果、使用壽命等因素綜合考慮做出選擇，表1列舉了上述廢氣處理設(shè)備的特點(diǎn)，以供參考。