喷漆作业项目的漆雾废气处理研究

2023-12-20梁丽贞

皮革制作与环保科技 2023年21期

梁丽贞

（广东凯特净环保工程有限公司，广东佛山 528000）

引言

近年来，我国制造领域呈现出迅猛态势，不少产品需要进行喷漆工艺处理。喷漆作业过程中，需要采用油漆、涂料等材料，这些材料会产生大量的漆雾有机废气，将其排放到生态环境后，会产生严重的环境污染问题。为此，现代制造领域生产运行过程中，应注重对漆雾废气的处理。

1 某喷漆作业项目概况

本文选择某体育用品有限公司作为研究对象。该公司旗下的台球桌诞生于1987年，30余年时间里，该品牌已经成为我国乃至全球知名台球桌品牌之一。当前，该公司为了进一步扩大业务，拟在江西新建一新生产线，该生产线运营期间内，会产生一定的含漆雾、VOCs等有害物质的废气，当这些废气进入到人体后，可对呼吸道、皮肤、消化道等系统造成危害，是一种低毒类废气。为此，新产线建立的同时，该公司按照国家相关规定要求，在厂区内构建一套漆雾废气处理系统，以加强对生产废气中漆雾、VOCs等有害成分的处理，确保排放烟气符合当地环保要求。

2 漆雾废气处理工艺的选择

2.1 常见漆雾废气处理工艺

现代工业领域内存在多种VOCs气体处理工艺，每种处理工艺具有不同的特点，需要根据产生废气的具体情况，选择一种或多种废气处理工艺，以有效对废气进行处理，提升废气处理效果。

2.1.1 吸收法

吸收法是工业有机废气处理较为常见的方法之一，即在产生的有机废气内，分别添加相应的液体吸收剂，以吸收废气中某种或多种有害气体，以降低废气中有害物质的含量。通过大量实践研究表明，对大气量、中等浓度VOCs废气处理时，吸收法具有较为良好的处理效果，常用吸收剂有高沸点、低蒸气压的油类有机质，利用这类有机质与其它有机物相互溶解的特性，从而达到清除有害气体的目的[1]。

2.1.2 吸附法

通过吸附法对VOCs有害废气处理时，主要是将多孔性固体吸附剂放置到混合气体内，通过吸附剂的吸附特性，吸附混合气体中的水分、有机溶剂蒸汽、恶臭与其它有害物质，从而降低气体中有害物质的含量。现代工业存在多种不同类型的吸附剂，如活性土、活性炭、硅酸等，其中，活性炭性能更加稳定，抗腐蚀性更加良好，因而在工业废气处理领域最为常见。同时，因为活性炭具有良好的疏水性，使其广泛应用到有害物质浓度较低的废气处理工艺当中。该处理工艺的优势为处理装置结构较为简单，操作较为方便，且吸附剂损耗较低，但处理装置一定时间后，需要对吸附剂进行更换。

2.1.3 冷凝法

对于不同物质来说，在相同温度条件下，存在不同的饱和蒸气压；对于同一物质来说，在不同温度条件下，也存在不同的饱和蒸气压，针对这一原理，可对VOCs废气中一种或多种有害成分进行处理，即冷凝法。该工艺常见于废气浓度超过10 000 ppm的有机废气处理当中。

在理论层面上，该处理工艺的净化程度非常高，但对有害物质处理时，受到技术水平的影响导致处理效果并不是很理想，依然需要采用两轮处理后，才可使排放废气符合规定要求。先进行水冷凝，再进行冷冻，导致处理成本大幅提升。因而在现代工业领域，很少将该工艺应用到有害成分浓度较低的废气当中，或是将该工艺作为吸附、燃烧等工艺的预处理，以提升废气处理效果[2]。

2.1.4 低温等离子处理法

工业领域逐渐出现了更多先进的废气处理工艺，低温等离子处理法是其中处理效果较为良好，且应用范围较为广泛的一种。该工艺主要材料为低温等离子体，又叫作物质存在的第四态，相对于传统固态、液态与气态，在气体外部施加一个强大的电场，该电场将气体击穿后，则会使区域内出含有电子、多种离子、原子与自由基的混合体，其中，正、负离子电荷完全一致，因而物质处于中性状态，即为等离子体。物质放电时，电子温度逐渐提升，而重离子的温度则不断下降，使物体处于低温状态，因而将其称作低温等离子体。加固低温等离子体放置到废气中后，可利用内部高能电子、自由基等活性粒对废气中的有害成分进行分析，使有害成分分解成清洁成分，如H2O、Cl2、Br2等从而达到降低污染物浓度的目的。在常压状态下，该工艺能够处理废气中大部分具有挥发性的有机物，但若废气浓度过高，或是流量较大，该工艺的处理效果则并不是很理想。

2.1.5 直接焚烧净化法

现代工业领域内，直接焚烧净化法最为常见，该方法不仅有害物质处理效率较高，可以达到99%以上，而且对污染物性质与排放流性质依赖性较低。该处理工艺常用于流量波动较小的工业废气处理当中，这是因为废气流量突然增加，因废气在处理装置的停留时间较短，加之有害物质分布不均匀，使废气无法彻底燃烧，进而影响污染物的处理效率。若废气排放流较稀，应向处理装置内添加更多燃料，确保处理装置内的燃烧温度符合要求。如果有机废气热值超过5 000 kJ/Nm3，则可将有机废气看作燃料处理。该处理工艺研究与应用时间较长，技术较为成熟，但预热器材料高温氧化等方面依然存在一些缺陷。

2.1.6 催化燃烧净化法

催化燃烧净化法处理废气的原理与直接焚烧净化法的原理基本相同，均是通过对废气中有机物质的燃烧，以此降低达到废气净化的目的，两者差异在于催化燃烧净化法中使用了各种催化剂，可加快有机物质燃烧速率，提升废气净化效果。

不论哪种焚烧净化法，均应注重废气处理的安全性，一般情况下，应将易燃气体浓度控制在爆炸下限（LEL）的25%（约490 kJ/m3发热量）若排放流量超过该安全值，则应提前对排放流稀释处理，以免出现爆炸事故[3]。相对于直接燃烧法，催化燃烧可在较低的温度下进行，加之催化剂使用年限通常在3～5年，因而对低浓度有机废气处理时，所需成本较低一些。若有机废气浓度较高时，则不可使用催化焚烧法。另外，废气中有机物含量波动尽可能较小，减少催化剂的损失。

2.2 漆雾废气处理工艺的确定

针对上述几种废气处理工艺的介绍，结合该公司江西新厂漆雾废气特点，制定出了“喷淋吸收塔+干式过滤器+活性炭吸附器+在线催化燃烧脱附再生”二级净化工艺。

2.3 RCO催化燃烧净化原理

本工程采取的漆雾废气处理工艺由多个环节构成，RCO催化燃烧是其中核心环节，主要是采用催化剂当作中间体，在温度较低的条件下，将有机物分解成H2O与CO2，化学公式为：

废气浓度处于2 000～3 000 mg/m3范围内时，由于浓度高，加之废气温度高，使得吸附法处理效果并不是很好；同时，若直接通过催化燃烧处理，因废气浓度相对较低，不符合催化燃烧所需的热量，应适当补充能量，从而提升处理成本。针对这种情况，本方案采用的是将初始废气脱附处理后，再次通过蓄热式催化燃烧（RO ）工艺进行处理。一般对热交换效率的设计要求：催化燃烧为30%，直接燃烧为50%，RCO则高达90%以上。RCO的热回收方式属于热再生型（Thermal Regenerative），是利用陶瓷材料的高热传导系数特性作为热交换介质，以得到较完整的热能传导率。ROC处理原理，见图1。

图1 RCO处理工艺原理图

蓄热催化床共由两部分构成，通过蓄热陶瓷加热处理后，废气温度提升，而蓄热陶瓷温度则下降，之后，在催化剂的作用下，将废气中的有机物质分解，并传输到排气区。有机物质分解时，将会释放出一定热量，这些热量被蓄热陶瓷所吸收，陶瓷温度提高，气体温度下降，最后将气体排出，其排放温度仅略高于废气处理前的温度，所有的陶瓷填充床均做加热、冷却、净化的循环步骤。

3 漆雾废气处理流程

生产车间喷涂作业产生漆雾废气后输送到吸气口内，通过排风管直接送入喷淋吸收塔，对废气进行一级过滤。之后将初步处理后的废气送入干式过滤器，用于清除其中铣削漆雾颗粒，避免污染活性炭，延长活性炭使用年限。然后将废气输送到活性炭吸附器内，通过多孔性活性炭吸附废气中的水、有机溶剂蒸汽与其它有害成分，最后，经过风机、烟囱将净化后的气体排出。若废气处于饱和状态，停止吸附处理，通过热气流将有机物从活性炭脱附下来，使活性炭再生。

对于脱附下来的有机物来说，浓度被浓缩了数十倍，可直接将其输送到催化燃烧室，通过燃烧的方式分解有机物。若有机废气浓度超过2 000 ppm，系统可自行维持燃烧，无需外加热。燃烧后，少部分气体直接排出，大部分运输到活性炭吸附床，使活性炭再生，以节约外部能源的消耗。

4 漆雾废气处理系统设计

4.1 处理量的设计

针对厂方提供资料，结合喷漆作业产生漆雾废气特点，可计算出废气净化系统处理风量，见表1。

表1 某公司喷漆作业生产漆雾废气处理风量

4.2 设备选型

4.2.1 对喷房有机废气治理系统（净化系统A）

（1）多相喷淋塔，型号为LDK-5.0；40℃条件下的处理风量为130 000 m3/h；外形尺寸为DN5.0×7.0 m；循环液量为200 m3/h；塔体材质为SS304，共1台。

（2）循环泵，型号为GD80-80；转速为2 900 r/min；流量为100 m3/h；扬程为25 m，配备一台11 kW电机。

（3）过滤器，处理风量为130 000 mg/Nm3；风速在0.5～1.0 m/s范围内；容尘量在20～28 kg/m2范围内；过滤效率在90%～98%范围内；最大承压为200 Pa；阻力小于50 Pa；壳体由SS304制成；外壳尺寸为5.0×5.0×4.0，共1台。

（4）吸附器，处理风量为130 000 mg/h；吸附周期为240 h；外壳尺寸为12.0×3.0×2.6，共1台。

（5）燃烧催化设备，处理风量为4 000 mg/Nm3；脆化温度在300～350℃范围内；净化效率＞97%；设备阻力小于1 500 Pa；启动加热功率为80 kW；壳体材质为SS304；实体保温为200 mm厚岩棉；外壳尺寸为5.2×2.6×3.0，共1台。

（5）风机。吸附风机型号为4-73NO∶16.0C；转速为960 r/min；流量为130 000 m3/h；全压为3 000 Pa，配备一台160 kW的电机。脱附风机型号为9-26NO∶5.0C；转速为2 900 r/min；流量为4 500 m3/h；全压为2 650 Pa，配备一台7.5 kW的电机。

4.2.2 奥米加喷房有机废气治理系统（净化系统B）

主要包括多相喷淋塔、过滤器、吸附器与风机四个模块构成，具体设备参数与净化系统A相同，在此不再赘述。