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涂裝行業(yè)VOCs排放,VOCs關(guān)鍵組分及控制*佳適用技術(shù)

日期:2024-08-25 12:31
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摘要:目前,國內(nèi)針對涂裝行業(yè)基于VOCs排放特征研究污染控制措施的研究較少。深入分析涂裝行業(yè)VOCs排放特征,識別VOCs關(guān)鍵組分,總結(jié)污染控制*佳適用技術(shù),為改善空氣質(zhì)量為目標(biāo)的涂裝行業(yè)VOCs控制策略提供科學(xué)可靠的技術(shù)支撐。

選取不同車型(轎車、客車)的典型企業(yè)開展VOCs全過程排放特征調(diào)查,篩選關(guān)鍵排放環(huán)節(jié),開展源排放特征與*佳適用技術(shù)研究。

1.1單位涂裝面積VOCs排放量估算

利用物料平衡法計(jì)算各車型單位涂裝面積VOCs排放量,了解不同車型單位面積VOCs排放總量特征,計(jì)算方式如式中E為單位涂裝面積VOCs排放總量,g/m2;I為各涂裝單元每月使用涂料、稀釋劑、密封膠及清洗溶劑中VOCs的量,kg/月;O1為每月回收VOCs的量(可再利用或進(jìn)行廢物處置),kg/月;O2為每月污染控制設(shè)備破壞掉的VOCs的量,kg/月;A為每月底涂面積,指車體底涂之總面積,計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的車身本體面積,m2/月。

1.2源排放測試

采用源排放測試了解企業(yè)排氣筒VOCs排放濃度水平與物種組成。企業(yè)類別、廢氣處理設(shè)施與采樣情況如表1所示,包括采用不同尾氣處理措施的兩家小轎車生產(chǎn)企業(yè),以及1家輕型客車生產(chǎn)企業(yè),重點(diǎn)針對排放量大的噴漆室和烘干室進(jìn)行采樣測試,采樣頻次每天3次,共2天,樣品通過煙囪采集。源排放樣品的測定采用固體吸附/熱脫附-氣相色譜法,用填充聚2,6-二苯基對苯醚(Tenax)采樣管,在常溫條件下,富集環(huán)境空氣或室內(nèi)空氣中的揮發(fā)性有機(jī)物,對于溫度較高的排氣筒采樣管連入熱脫附儀,加熱后將吸附成分導(dǎo)入帶有氫火焰離子化檢測器(FID)的氣相色譜儀進(jìn)行分析。2.1涂裝工藝與排污環(huán)節(jié)

轎車生產(chǎn)企業(yè)大部分采用電泳底漆、中涂、面漆傳統(tǒng)3層涂層體系,其底漆采用水性環(huán)氧樹脂陰極電泳底漆,基本不含有機(jī)溶劑,中涂和面漆主要使用氨酯漆、丙烯酸漆和聚酯漆等涂料,有機(jī)溶劑含量較高,使用量占50%以上。為減低VOCs排放,已有兩家企業(yè)率先采用了水性免中涂工藝,使單位涂裝面積的VOCs排放量從50-90g/m2降至小于25g/m2,對于削減VOCs排放量效果顯著??蛙嚭臀?、輕型貨車表面涂裝對銹蝕防護(hù)、抗石擊、耐候性和紫外線隔離性能的要求相對較低,故其普遍采用2C2B涂層體系省略了中涂層。目前,省內(nèi)客車和微、輕型貨車生產(chǎn)企業(yè)在底漆噴涂上基本實(shí)現(xiàn)了電泳噴涂,而面漆噴涂主要依據(jù)客戶需求,利用人工噴涂的方式進(jìn)行。根據(jù)典型企業(yè)調(diào)查結(jié)果,涂料中含VOCs組分主要包括甲乙酮、間,對-二甲苯、乙苯、甲苯、異丙醇、乙酸乙酯、丙酮、鄰-二甲苯、甲基異丁基酮、1,2,4-**苯、1,3,5-**苯、苯、苯乙烯以及正丁醇、異丁醇和乙酸丁酯。

汽車涂裝工藝過程中VOCs主要產(chǎn)生于:中涂和面漆的噴涂及烘干過程和塑料件加工的涂漆工序。車身密封和噴防護(hù)蠟兩個步驟中由于PVC和防護(hù)蠟中的VOCs含量相對較少,不是主要的排污環(huán)節(jié)。車身涂裝產(chǎn)生的有機(jī)廢氣具有大風(fēng)量、中低濃度的特點(diǎn)。(1)噴漆室:噴漆室排放廢氣中主要有害成分為噴漆過程中揮發(fā)的有機(jī)溶劑。噴漆室的排風(fēng)量很大,排放廢氣中的有機(jī)物總濃度很低,通常在100mg/m3以下。另外,噴漆室的排氣中經(jīng)常還含有少量未處理完全的漆霧。特別是干式漆霧捕集噴漆室,排氣中漆霧較多。(2)烘干室:烘干廢氣的成分比較復(fù)雜,除有機(jī)溶劑本身的成分外,還包含熱分解生成物和反應(yīng)生成物。電泳涂料雖然屬于水性涂料,但其烘干氣中仍含有較多的有機(jī)成分。除電泳涂料本身含有少量的醇醚類有機(jī)物外,還包含烘干過程中的熱分解生成物(如醛酮類小分子)。電泳烘干廢氣中的總有機(jī)物濃度一般在500-1000mg/m3,比溶劑型涂料的烘干廢氣低一些。(3)固廢儲存地:廢油漆桶以及漆霧收集后產(chǎn)生的漆渣如不能及時處理,常產(chǎn)生有機(jī)廢氣。

2.2單位涂裝面積排放總量

通過物料衡算法計(jì)算的單位面積VOCs排放總量結(jié)果如表2所示,不同車型的單位涂裝面積VOCs排放情況有較大差異,小轎車由于涂裝車間密閉設(shè)施好,涂料用量相對較低,單位涂裝面積的VOCs排放量低,在40-60g/m2之間,而客貨車特別是大客車采用人工噴涂,車間密閉等污染控制措施較為薄弱,排放量達(dá)到300g/m2以上。


2.3VOCs排放濃度與組分特征

典型VOCs排放的主要物種組成如表3,苯系物是汽車涂裝企業(yè)VOCs排放的重要組分,各企業(yè)排放*高占比在33.2%-64.6%之間。苯系物中*主要的物種是二甲苯,噴涂車間占比10.3%-22.9%。乙酸丁酯、異丙醇、丁醇等醇酯類物質(zhì)占比也相對較高,各企業(yè)排放*高占比在29.6%-61.2%之間。隨著溶劑行業(yè)的污染控制逐步加嚴(yán),排放成分產(chǎn)生了顯著的變化。酯類和醇類等物質(zhì)在近年來作為苯系物溶劑的代替成分,它們的使用量大大增加,特別是一些稀釋劑和清洗劑。總體來看,各家企業(yè)的排放物種大類有相似性,但具體物種組成與濃度貢獻(xiàn)仍存在較大的差異,一是由于使用涂料成分不同,稀釋比例也不一樣;二是由于使用不同的末端處理技術(shù)對尾氣排放組分產(chǎn)生影響,很難用統(tǒng)一的源譜代表整個汽車噴涂行業(yè)的排放特征。

2.4*佳適用技術(shù)

根據(jù)污染排放特征研究結(jié)果,汽車涂裝行業(yè)VOCs排放集中在噴涂與烘干環(huán)節(jié),主要來源于使用的涂料,排放組分基本與使用涂料中組分一致。污染控制措施可分為源頭控制和末端治理兩大類。

采用粉末涂料、水性涂料和高固體成分涂料等代替溶劑型涂料,能有效降低VOCs排放量。國內(nèi)轎車涂裝絕大多數(shù)采用陰極電泳+溶劑型中涂+溶劑型色漆+單組分罩光清漆工藝體系。轎車底漆已實(shí)現(xiàn)了**的更新?lián)Q代,但是中涂、面漆還是以溶劑型為主,VOCs排放量高于發(fā)達(dá)國家(地區(qū))的排放水平,距環(huán)保型(低VOCs化、水性化)涂料的應(yīng)用發(fā)展仍有一定的距離。目前,國內(nèi)少數(shù)大型汽車企業(yè)新建生產(chǎn)線采用了水性涂裝工藝,大大降低了汽車表面涂裝VOCs排放水平,接近或達(dá)到歐洲汽車涂裝VOCs排放標(biāo)準(zhǔn)。

采用先進(jìn)的涂裝工藝,可減少涂料使用量,配合使用低VOCs含量的涂料,可大幅度削減VOCs排放。目前先進(jìn)的涂裝工藝包括3C1B技術(shù)和水性免中涂工藝。3C1B涂裝工藝取消了3C2B工藝的中涂烘烤和打磨工序,待中涂、色漆、罩光漆三層涂裝后一起進(jìn)行烘干固化處理,可節(jié)省涂料使用量。水性免中涂工藝將經(jīng)濟(jì)型轎車和商用車車身由3涂層體系簡化為2涂層體系,與3C2B涂裝工藝相比,簡化了車身涂裝工藝,能減少20%的VOCs排放。

汽車噴涂行業(yè)的末端處理措施包括噴漆室漆霧收集措施、VOCs廢氣收集與治理措施。噴漆室內(nèi)的漆霧收集是汽車涂裝行業(yè)重要的廢氣前處理措施,對VOCs的末端治理效果起關(guān)鍵作用。漆霧處理方法主要有過濾法、冷凝法和液體吸收法等,其中過濾法(干式)和液體吸收法(濕式)適用性較廣,我國應(yīng)用*廣的文丘里型水旋(漩渦)漆霧分離技術(shù)是濕式處理法的一種。由于濕式(水洗)漆霧分離技術(shù)會產(chǎn)生漆渣等危險廢棄物,美國和歐洲已限制其使用,并逐漸采用干式漆霧分離技術(shù),有效降低能耗,且基本不產(chǎn)生化學(xué)凝結(jié)物。

經(jīng)漆霧處理后的噴漆廢氣和流平、烘干廢氣主要含有VOCs有機(jī)廢氣,普遍采取吸附、燃燒和一些組合方式進(jìn)行降解處理。采用直接燃燒法處理廢氣時,為提高廢氣處理的溫度、減少燃料的消耗,通常使燃燒后的廢氣與燃燒前的廢氣進(jìn)行熱交換,根據(jù)熱交換與廢熱利用形式的不同,常見的直接燃燒形式有RTO(蓄熱式熱力燃燒系統(tǒng))和TAR(回收式熱力燃燒系統(tǒng)),國內(nèi)大型汽車企業(yè)涂裝多采用RTO進(jìn)行VOCs廢氣末端治理。對于新建的汽車涂裝生產(chǎn)線,歐美汽車企業(yè)優(yōu)選TAR來進(jìn)行烘干室末端VOCs廢氣處理,處理效率可達(dá)到99%以上。采用吸附法-脫附再生技術(shù)如設(shè)備維護(hù)長長也可達(dá)到90%以上處理效率。由于噴漆室風(fēng)量大、濃度低,往往不能直接采用焚燒法處理,轉(zhuǎn)輪濃縮吸附-蓄熱式焚燒技術(shù)是目前噴涂廢氣治理效果*好的技術(shù)之一,采用吸附-脫附-濃縮焚燒等三項(xiàng)連續(xù)程序,將低濃度廢氣吸附濃縮,而后附采用焚燒技術(shù)處理,處理效率達(dá)到99%以上。

(1)汽車涂裝行業(yè)VOCs排放主要來自中涂和面漆噴涂、烘干過程,排放量主要受使用涂料、涂裝工藝、廢氣收集與處理措施影響。

(2)苯系物是汽車涂裝企業(yè)的重要組分,典型企業(yè)排放*高占比在33.2%-64.6%之間,其中*主要的成分是二甲苯,占噴涂車間占比10.3%-22.9%。近年來乙酸丁酯、異丙醇、丁醇等醇酯類等物質(zhì)廣泛用來代替苯系物溶劑,典型企業(yè)排放*高占比在29.6%-61.2%之間。

(3)大客車面漆普遍采用人工噴涂,車間密閉等污染控制措施較為薄弱,單位涂裝面積VOCs排放量達(dá)到300g/m2以上,而小轎車在40-60g/m2間。

(4)采用3C1B技術(shù)、水性免中涂等先進(jìn)涂裝工藝,并使用粉末涂料、水性涂料和高固體成分涂料等代替溶劑型涂料,能有效從源頭控制VOCs排放。采用干式漆霧分離技術(shù)、轉(zhuǎn)輪濃縮吸附-蓄熱式焚燒技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)VOCs去除率可達(dá)到99%以上。