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汽车喷涂废气处理冷凝处理工艺

2022-05-19 13:48:10 东莞市中仁环保科技有限公司 阅读

近日,某汽车工厂排放废气扰民事宜沸沸扬扬,引起社会高度关注。汽车整车制造行业包含四大工艺:冲压、焊装、涂装和总装。其中,95%以上排放废气VOCs来源于涂装车间,其他排放来源于焊装车间和总装车间。排放废气扰民问题背后的关键在于如何有效解决汽车涂装车间废气处理这一难点问题。

一、汽车喷涂废气VOCs来源及排放特性

涂装车间VOCs排放主要来自含VOCs原辅材料的使用及挥发逸散。涉及的工序有电泳及烘干、涂胶及烘干、中涂、流平及烘干、色漆、流平(或闪干)和罩光、流平及烘干、修补、腔体注蜡等工序。使用含VOCs的原辅材料主要有电泳底漆、中涂漆、色漆、罩光漆和修补漆等,以及稀释剂、清洗剂、固化剂、各类胶黏剂、腔体蜡等。

涂胶和腔体注蜡工序VOCs基本以无组织形式逸散到涂装车间。电泳、中涂、色漆、罩光和修补等工序VOCs排放主要来自涂装工序的喷漆(含电泳)、流平和烘干环节;因流平废气多与喷漆废气混合排放,电泳、中涂、色漆、罩光和修补工序排放的VOCs中70%~90%来自喷漆(含流平)环节,10%~30%来自烘干环节。喷漆(含流平)和烘干环节VOCs排放比例与生产节拍和涂装设备的选择有关。湿法文丘里涂装线中,喷漆(含流平)环节85%~90%以上的VOCs通过有组织排放,剩下10%~15%的VOC通过漆渣滤渣过程、未加盖文丘里循环水槽和密封不严车间房体焊缝,以无组织排放形式逸散到涂装车间。干法文丘里涂装线中,喷漆环节90%~95%以上的VOCs通过有组织排放,剩下5%~10%的VOC以漆渣的形式被带入到固废处理过程,也会有少量的VOCs由于房体密闭不严逸散到涂装车间。烘干环节产生的VOCs废气基本通过有组织排放,在烘箱房体密封不严的情况下,也会有少量VOCs以无组织形式逸散到涂装车间。

二、现有处理技术分析

一直以来,汽车涂装车间倾向于采用大风量稀释排风,降低排风浓度,以易实现排放浓度达标,但其排放总量还是很大。目前,汽车涂装车间废气处理通常采用RCO、RTO等技术。但大风量低浓度废气导致其运行费较高,加剧了企业的环保经济负担。为解决这一问题,汽车涂装车间逐渐采用了循环提浓或转轮浓缩技术,降低废气处理风量,提升废气浓度,以减少废气处理装置的初投资和运行费用。值得注意的是,RTO等焚烧氧化法不可避免地产生碳排放,以1吨碳元素所代表的VOCs量计,可产生3.7吨的CO2排放(未包含天然气助燃的排放量);同时,溶剂生产过程碳排放量也可达数倍于自身的重量,可见,焚烧氧化法并非一种低碳的VOCs处理方式。目前,汽车喷涂开始有采用水性漆替代油性漆,以从源头减少VOCs散发量;但这一方面,可能增加了企业的生产成本;另一方面,其废气处理方式依旧采用了高碳排放的焚烧氧化技术,且VOCs浓度降低可能给热氧化处理带来新的挑战,废气处理能耗会更高。

三、新型低碳VOCs冷凝回收技术

溶剂VOCs本身是一种重要的工业资源,采用焚烧氧化处理不仅碳排放高,而且造成严重的资源浪费。VOCs冷凝回收技术可以实现溶剂资源循环利用,但传统的深冷冷凝技术存在巨大能耗的应用瓶颈。目前,一种新型低碳VOCs闭式冷凝回收技术(Closed-circle Condensate Recovery,CCR),可在较高冷凝温度下实现VOCs超低排放、活性炭无氧再生和溶剂低能耗回收。回收的溶剂可用于工艺生产或下游企业生产。该新型VOCs冷凝回收系统包括预处理、超饱和吸附、闭式脱附冷凝(冷热回收、复叠冷凝设备)、辅助工程(制氮机组、冷水机组、冷却塔)等模块。吸附过程,排放废气经预处理(过滤、降温)后进入超饱和模块,利用活性炭床交替保护,确保VOCs超低浓度排放(<20 mg/m³,相对于国标120 mg/m³),同时提升活性炭床吸附量。脱附过程,利用制氮机组生产储备的氮气进行闭式脱附,减少氮气用量;利用冷热回收和复叠冷凝设备(冷却塔天然冷源+冷水机组),制冷剂为R134A,载冷剂为乙二醇溶液,冷凝温度-10 ~ -15℃,跨越了传统深冷冷凝的应用瓶颈,大幅降低系统运行能耗,实现溶剂高值回收;冷凝结束,通过超饱和模块进行余量转移和载气提纯,将活性炭床脱净再生,保障后续吸附过程超低排放。

该新型VOCs冷凝回收技术通过溶剂回收和活性炭无损再生,实现资源循环利用,减少了溶剂和活性炭生产过程碳排放;采用吸附冷凝而非焚烧氧化处理方式,减少了VOCs处理过程碳排放;通过能量回收和非深冷冷凝,大幅降低系统运行能耗,减少了系统运行过程碳排放。不同废气处理技术在处理效果、经济性、碳排放等方面的对比情况总结如下。

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应对喷涂废气大风量低浓度特点,该新型低碳VOCs冷凝回收技术(CCR)可与循环提浓/转轮浓缩技术有效结合。相关技术已在杭州、嘉兴、重庆等地的实际工程案例中得到了很好的应用。

四、CCR技术应用案例介绍

浙江杭州某喷涂工厂VOCs治理工程案例:VOCs主要来源于涂装车间的底漆、面漆、罩光、流平、烘干和调漆房等区域,生产波动较大。主要污染物为:对二甲苯、乙二醇丁醚等。VOCs收集采用循环减风提浓技术,废气处理风量为25000 m³/h,废气浓度范围在500 – 1500 mg/m³。VOCs处理采用新型低碳闭式冷凝回收技术(CCR),系统三维工艺流程图如下图所示。

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截至2022年5月,该工厂的活性炭使用已达2年多时间,仍具有较好的吸附性能;回收的溶剂全部用于底漆工艺的稀释剂,使用效果良好。

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该工厂应用新型冷凝回收技术后的废气排放在线监测和第三方检测结果分别见下图,排放浓度达到10 mg/m³以下,处理效率高达99.4%。

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该工厂VOCs冷凝回收处理系统一年可回收溶剂86吨,回收率>90%,溶剂回收收益可覆盖处理系统运行费用并有盈余;相比沸石转轮+RTO,一年碳排放减少230吨。综上,不难发现该新型VOCs冷凝回收技术(CCR)具有很高的处理效率,达到超低浓度排放,同时具有可观的经济效益和碳减排效益。

来源:VOCs减排在线



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