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活性炭吸附濃縮-RCO催化氧化裝置在鋼桶涂裝生產線廢氣凈化系統中的應用
文/三哥
摘要
為了提高目前鋼桶涂裝生產線廢氣凈化工藝水平與凈化效率,針對活性炭吸附濃縮-RCO催化氧化裝置在處理涂裝有機廢氣領域的應用問題,結合某鋼桶生產公司已投運涂裝生產線改造項目進行了詳細的分析與研究。該生產線由于建設初期未設計凈化裝置,漆霧與VOCs廢氣經過一級漆霧過濾棉凈化后,通過下排風地溝、引風機及排氣筒直接排入大氣中,造成廠區及周邊環境污染。根據涂裝廢氣相關技術手冊及治理工程經驗,結合噴漆廢氣的排放特點,企業在原有排風系統的基礎上進行環保改造。設計采用了活性炭吸附濃縮-RCO催化氧化裝置凈化技術,改造后車間內作業環境得到顯著改善,噴漆廢氣排放濃度低于現行國家標準,系統凈化效率達95%以上,滿足當地環保要求。該項研究表明,在涂裝生產線正常工況條件下,活性炭吸附濃縮-RCO催化氧化裝置具有凈化效率高、無二次污染等技術優勢,適宜在鋼桶生產領域廣泛應用。
01、噴漆廢氣治理技術
1.1 噴漆廢氣產生來源
目前，噴漆工藝已廣泛應用于包括鋼桶在內的各個行業。鋼桶噴漆工藝中所采用的涂料由固份與揮發份組成，其中固份主要包括醇酸樹脂、丙烯酸樹脂、聚酯等成膜物質以及平流劑、增塑劑等助劑;揮發份主要包括溶劑與稀釋劑，一般常用的溶劑以醇類、脂肪烴類、醚類、脂類、芳香烴類為主。噴漆工序中產生的有機廢氣來自有機溶劑與稀釋劑的揮發，由于有機溶劑不會隨油漆附著在噴漆件表面，在噴涂與固化過程中將全部揮發出來形成濃度水平不等的有機廢氣。
鋼桶噴漆根據自動化程度可劃分為人工噴漆與自動噴漆，傳統的人工噴漆工藝即作業人員手持噴槍對噴漆物表面進行噴漆，該方式涂層的均勻性、涂膜質量穩定性以及涂料利用率與操作工人技術水平關系較大，且作業人員始終在噴漆室內活動，對個體防護要求較高。近年來隨工業自動化技術的發展，自動噴涂已逐漸應用于鋼桶行業。與人工噴漆相比，自動噴涂顯著提高了噴漆作業效率，可每天多班連續工作，且采用PLC系統對涂層厚度、噴劑使用量均可精準控制，噴漆效果較好。由于作業人員僅在噴漆控制室進行遠程操作，避免工人與噴漆污染物的直接接觸。我國正在大力推廣自動連續化噴涂線技術，但由于建設成本相對較高、設備運行維護工作相對復雜，目前國內不少小型企業仍以人工噴漆作業為主。
1.2 噴漆廢氣成分及特點
噴漆廢氣的成分主要為苯、甲苯、二甲苯、乙烷、庚烷、甲基乙基酮、乙酸乙酯、四氯化碳等，其中，苯系物危害較大，為主要污染物質。除了以上氣態污染物，噴漆廢氣還含有一定量漆霧(固份成膜物質)、環境粉塵等。
噴漆廢氣具有如下特點：
①根據使用的油漆種類不同，廢氣物質組成及含量各不相同。根據固份比例以及溶劑類型，目前市面上的油漆一般分為高固份漆、低固份漆、油性漆與水性漆等;
②噴漆廢氣中含有較多細小黏稠的油漆顆粒物，不易稀釋，易導致吸附材料的堵塞;
③噴漆廢氣VOCs污染物揮發性強，產生源擴散面積較大，必須在封閉空間內才能有效控制與收集，處理風量需根據封閉空間體積、控制截面面積、控制風速、換氣次數等參數確定;
④噴漆廢氣內污染物質一般不溶于水，傳統噴漆水簾柜存在清渣、污水處理等方面的困難;
⑤噴漆廢氣VOCs排放濃度隨有機溶劑或助劑添加量的多少有所變化，一般在50—300 mg/m3，屬于大氣量低濃度VOCs有機廢氣。
1.3 常用噴漆廢氣治理技術
我國噴漆廢氣治理行業發展較晚，技術基礎相對薄弱，目前市場上采用的治理工藝主要采用水旋/漆霧過濾棉預處理后，進入固定吸附床、光催化氧化裝置以及介質阻擋放電裝置等設備進行凈化。
吸附法(活性炭固定床)是最簡單有效的一種噴漆廢氣深度治理技術，該項技術的優點是凈化設備結構簡單、投資成本低、運營維護較方便，特別是針對中低濃度的VOCs有較高的凈化效率。但該技術的缺點也較為突出，由于活性炭吸附容量有限、用于吸附的填料需定期更換，且更換周期相對較短，導致運行成本較高。
光催化氧化裝置與低溫等離子體發生器等凈化裝置在除臭領域有較多成功應用案例，但針對噴漆行業的VOCs廢氣治理方面，存在凈化效率低、設備故障率高且存在安全風險等缺點，并未被廣泛認可。
隨著VOCs有機廢氣治理技術的發展，部分大型企業開始引進RTO蓄熱式焚燒爐凈化工藝，并采用沸石轉輪等新型吸附裝置。該工藝優點是凈化效率較高，焚燒溫度達800 oC時VOCs凈化效率可達99%以上。缺點是設備造價高昂、系統控制復雜、蓄熱陶瓷塊風阻大及運行費用高等。通過對以上各類技術優缺點的分析比較，結合目前國內涂裝行業生產特點，本文提出的活性炭吸附濃縮一RCO催化氧化裝置舊。作為一種VOCs深度處理新技術，在該凈化領域有較為廣闊的應用前景。
02、活性炭吸附濃縮-RCO催化氧化裝置的應用研究
2.1 活性炭吸附濃縮-RCO催化氧化裝置凈化過程
通過對現場生產設施的分析與測量，針對噴漆生產線設計采用活性炭吸附濃縮.RCO催化氧化裝置凈化噴漆VOCs有機廢氣，漆霧采用2級預處理凈化，即采用噴漆車間地溝鋪設漆霧過濾折板紙+漆霧過濾棉進行無塵處理。RCO催化氧化裝置選用鉑金貴金屬催化劑，為了使溫控準確，采用電加熱方式提供熱源，凈化工藝流程見圖1。
2.2 活性炭吸附濃縮-RCO催化氧化裝置設備
活性炭吸附濃縮.RCO催化氧化裝置主要由干式預過濾器、蜂窩活性炭吸附箱、RCO催化燃燒室、脫附風機系統、進出風管道及閥門控制組構成。考慮到設備運輸及安裝簡便，采用模塊式框架結構，結構示意見圖2。
2.3 活性炭吸附濃縮-RCO催化氧化裝置凈化工藝影響因素與對策
活性炭吸附一RCO協同凈化系統在凈化過程中，影響處理效果的主要因素有：
(1)顆粒物濃度。當噴漆廢氣中含有較多顆粒物時，該工藝對預過濾材料、過濾面積、更換周期都有較高要求，確保進入活性炭吸附濃縮段內顆粒物幾乎被清除，才能保證活性炭吸附性能不受影響。一般采用噴淋塔配合干式過濾棉進行預處理。
(2)進口溫度。當噴漆廢氣混入烘干等高溫廢氣時，活性炭吸附濃縮一RCO催化氧化裝置需考慮降溫措施，保證進人活性炭吸附濃縮段廢氣溫度低于40℃，溫度過高將直接影響活性炭填料的吸附性能，一般可采用水冷或風冷降溫措施。
(3)催化氧化床溫度。催化氧化床溫度宜控制在350～400℃，溫度過低VOCs催化氧化反應不徹底，溫度過高則能耗較大，運行費用過高。為保證較高的凈化效率及較低的能耗，可采用熱交換器進行換熱節能。
03、項目改造后的凈化效果
活性炭吸附濃縮-RCO催化氧化裝置投入運行后，噴漆有機廢氣凈化系統的排放濃度低于20mg/m3(非甲烷總烴計)，符合國家現行排放標準。凈化系統運行前后VOCs排放濃度檢測結果見表1。
04、結語
采用活性炭吸附濃縮.RCO催化氧化裝置對涂裝生產線有機廢氣進行深度處理，凈化效率遠高于濕式洗滌、低溫等離子體、光氧催化等處理工藝，同時避免了單純固定床吸附帶來的填料頻繁更換問題，且建設及運行成本遠低于RTO、TO等工藝，適用于處理低濃度大氣量的涂裝廢氣，在該領域有較為廣闊的應用前景。
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