噴蠟工藝廢氣處理的適用性研究

劉貴軍 尤克鋒 張含 楊濤 陶富勇 孫鴻 董蕾蕾

摘 要：隨著黨中央、國務(wù)院加大生態(tài)環(huán)境保護(hù)與建設(shè)力度，大氣污染防治、藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)等政府牽頭的具體舉措成效顯著，重卡行業(yè)涂裝工藝作為環(huán)保管控關(guān)注對(duì)象，特殊的噴涂原料和工藝給廢氣處理帶來更多攻關(guān)課題。文章提供廢氣處理在噴蠟工藝中的適用性研究分析。

關(guān)鍵詞：環(huán)保;噴蠟;廢氣處理

中圖分類號(hào)：X701 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）16-168-03

Abstract： With the CPC central committee and the state council stepping up efforts in ecological environment protection and construction， specific measures led by the government， such as air pollution prevention and control， blue sky protection and so on， have achieved remarkable results. As one of the fields of environmental protection control， coating technology of heavy truck industry has been treated with special spraying materials and processes， which bring more problems to waste gas treatment. In this paper， the applicability of waste gas treatment in wax spraying process is studied and analyzed.

Keywords： Environmental protection; Wax-spraying; Waste gas treatment

CLC NO.： X701 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）16-168-03

前言

工業(yè)廢氣處理指的是專門針對(duì)工業(yè)場所如工廠、車間產(chǎn)生的廢氣在對(duì)外排放前進(jìn)行預(yù)處理，以達(dá)到國家廢氣對(duì)外排放的標(biāo)準(zhǔn)的工作。一般工業(yè)廢氣處理包括了有機(jī)廢氣處理、粉塵廢氣處理、酸堿廢氣處理、異味廢氣處理和空氣殺菌消毒凈化等方面。工業(yè)廢氣處理氣體具體包括丙酮、苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、乙酸乙酯、乙烷、汽車尾氣、二硫化氫、硫醇、氨氣和各種有機(jī)廢氣、酸堿廢氣。工業(yè)廢氣處理的原理有活性炭吸附法、催化燃燒法、催化氧化法、酸堿中和法、生物洗滌、生物滴濾法、等離子法等多種原理。

1 項(xiàng)目廢氣基本概述

本項(xiàng)目主要完成汽車噴蠟過程中產(chǎn)生的排放物的綜合治理，包括石蠟和高沸點(diǎn)的VOCs。噴蠟是提高重車防腐性性能的一種常用工藝，噴蠟工藝中的物質(zhì)主要是石蠟和200#溶劑油，石蠟是一種粘性較強(qiáng)的物質(zhì)，其半溶解在溶劑油中，在壓縮空氣的氣化作用下，混合物附著到基材表面，溶劑油揮發(fā)形成VOCs，石蠟留下，形成保護(hù)層。臘原料組分表具體見表1：

噴蠟過程中會(huì)產(chǎn)生大量的有機(jī)廢氣（VOCs），該類型VOCs成分復(fù)雜，由各種烴類物質(zhì)組成，主要由環(huán)烷烴、異構(gòu)烴等組成，蒸餾點(diǎn)溫度高，范圍為140℃-200℃，主要成分在180℃以上。

噴蠟中的VOCs，其狀態(tài)為大風(fēng)量低濃度，對(duì)于這種狀態(tài)，要進(jìn)行廢氣治理，則采用濃縮處理的方式性是性價(jià)比最好的。濃縮的方式主要采用吸附法，活性碳就是最經(jīng)濟(jì)最成熟的吸附濃縮材料，再配合脫附催化燃燒工藝，提高活性炭壽命，滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。有機(jī)廢氣處理方法對(duì)比分析見表2：

此外，在活性碳吸附飽和后，如何高效地脫附成為重中之重。在噴涂過程中，部分石蠟和VOCs混合在一起，會(huì)隨氣流一起排放到大氣中，形成污染。石蠟用量較大，并且粘性強(qiáng)，作為固體物如何在噴涂后將其與氣體徹底剝離也是該項(xiàng)目的一個(gè)關(guān)鍵。

2 廢氣處理方案設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目主要完成汽車噴蠟過程中產(chǎn)生的排放物的綜合治理，包括石蠟和高沸點(diǎn)的VOCs，通過技術(shù)分析和試驗(yàn)，著重關(guān)注兩個(gè)技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)的設(shè)計(jì)。

2.1 水噴淋過濾石蠟

傳統(tǒng)的固氣剝離常采用過濾棉技術(shù)，但因?yàn)槭烆愃朴跐{糊狀，很少量就可能將過濾棉堵塞，所以若使用該技術(shù)則需要頻繁地更換過濾棉，造成過濾棉大量消耗，使得運(yùn)行費(fèi)用很高。再者攔截采用噴淋方式，那么需要在噴蠟室外建立一個(gè)6米高的噴淋塔，形成液氣對(duì)流，將蠟霧攔截下來，但現(xiàn)場空間有限，沒有位置放置噴淋塔，再者因?yàn)槊刻焓灹肯拇?，要收集?huì)導(dǎo)致噴淋塔下的水箱變大，占地面積更大。

本次采用水噴淋攔截的方式，將噴淋系統(tǒng)創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)到噴蠟室底部，噴蠟的氣流緩慢通過有波耳環(huán)構(gòu)成的噴淋系統(tǒng)，使得氣液充分碰撞，絕大部分石蠟會(huì)被攔截下來。攔截下來的石蠟被水流帶至集水池。集水池設(shè)計(jì)成兩部分，兩部風(fēng)通過中部連通器連接，石蠟的密度小，會(huì)浮在水面形成蠟層，通過隔膜泵將其吸走，泵口設(shè)計(jì)成浮動(dòng)型，保證一直吸取的是上層的石蠟。水池中中部的相對(duì)干凈的水通過連通器留到另一個(gè)池內(nèi)，被循環(huán)噴淋本送至噴淋或水流循環(huán)用。

2.2 兩級(jí)脫附系統(tǒng)

根據(jù)本次VOCs中物質(zhì)的性質(zhì)，采用混合兩種脫附及處理的技術(shù)。首選熱空氣脫附，脫附效率75%;在脫附累積效果不滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，則采用蒸汽脫附，基于適合的溫度下脫附效果較好的原理，采用集中蒸汽脫附+冷凝析出的方法，提高脫附效果，確保實(shí)現(xiàn)延長活性碳的壽命，并保證脫附效果的目的，同時(shí)規(guī)避高溫脫附的消防風(fēng)險(xiǎn)。

注：物質(zhì)的脫附溫度基本與沸點(diǎn)無關(guān)，而和它的飽和蒸氣壓有密切關(guān)系。凡是飽和蒸汽壓在10.0kPa以上的物質(zhì)，采用100°C的水蒸汽都能夠很好地脫附下來，對(duì)于難以脫附的物質(zhì)，當(dāng)采用熱氮?dú)饣蚱渌摳椒绞綍r(shí)，并不是溫度越高脫附的越徹底，過高的脫附溫度反而使其脫附效率下降。

3 廢氣處理的理論計(jì)算

3.1 項(xiàng)目輸入

本項(xiàng)目擬建設(shè)噴蠟室2間，室體規(guī)格為長14.0×寬5.5×高5.0m，臘消耗約1800kg/天，年平均風(fēng)速0.3m/s。

3.2 風(fēng)量核算

風(fēng)量V0=（LP*WP）-（LC*WC）*S*K=44280m?/h

注：噴蠟室長LP=14m，噴蠟室體寬WP=5.5m，風(fēng)速S=0.3m/s，車體寬度WC=3m，車體伸進(jìn)長度LC=12m，風(fēng)量系數(shù)K=1。

建議采用兩臺(tái)排風(fēng)機(jī)，兩臺(tái)送風(fēng)機(jī)，每臺(tái)50000m?/h;配備活性碳一套，分4+1個(gè)吸附箱，各配脫附風(fēng)機(jī)一臺(tái)，每臺(tái)風(fēng)量4000m?/h。設(shè)計(jì)總風(fēng)量V=120000m?/h。

3.3 功率核算

熱量Q=L*（T-T0）*C*ρ=342727 KCAL/h;

功率P=Q/K* K1=399Kw

注：冬季溫度T0=-5℃，室體需求溫度T=20℃，空氣比熱容C=0.24

KCAL/KG·℃，空氣密度ρ=1.29KG/m?，熱量/功率換算K=860 KCAL/h·Kw，功率系數(shù)K1=1.

3.4 VOCs濃度核算

經(jīng)分析驗(yàn)證，臘占總比例約60%，每天最大耗量約1800kg，臘去除（100%）后有機(jī)溶劑余量約720kg;車架上蠟率約為50%，故VOC處理總量為360kg。

末級(jí)VOCs總量G=360kg*（1-P1）（1-P2）（1-P3）（1-P4）=215.91kg

到活性炭VOC占比X=G/1800*100%=12%。

注：PN為有機(jī)溶劑去除率，其中噴淋去除率P1=20%，汽水分離器去除率P2=2%，第一道油氣分離器去除率P3= 15%，第二道油氣分離器去除率P4=10%。

平均VOCs濃度C=G*106/120000/t=149.94mg/m?

注：每日工作時(shí)間t=12h。

3.5 活性炭核算

根據(jù)作業(yè)最大噴量和室體風(fēng)量設(shè)計(jì)參數(shù)，結(jié)合到活性炭VOC占比X，測算得出活性炭體積V=20m?，重量M=9T。

3.6 活性炭飽和周期

活性炭飽和時(shí)間 T0=M*S/（C*0.000001（kg/mg）*Q*t）=5（天）。

注：活性炭質(zhì)量M=9000kg，VOC總濃度C=149.94mg/ m?，風(fēng)量Q=12×104m?/h，生產(chǎn)作業(yè)時(shí)間t=12h，平衡保持量S=12%。

3.7 集中蒸汽脫附周期

根據(jù)熱空氣脫附效率（75%），按四次脫附后進(jìn)行集中蒸汽脫附設(shè)計(jì)，則集中蒸汽脫附周期=T0+T0*0.75+T0*0.752+ T0*0.753=13.7（天）。

4 結(jié)論及推廣

綜上，從理論計(jì)算和實(shí)踐檢驗(yàn)過程說明，運(yùn)用水噴淋和雙級(jí)脫附的方案可以滿足對(duì)石蠟和高沸點(diǎn)的VOCs廢氣處理的要求對(duì)。

5 小結(jié)

通過對(duì)某企業(yè)噴蠟工藝廢氣處理方案的計(jì)算、分析，希望能在適合的情況下，為機(jī)械制造企業(yè)分享一些有效、經(jīng)濟(jì)的方法。下一步結(jié)合目前比較優(yōu)勢的UV光解技術(shù)，研究高效、經(jīng)濟(jì)的廢氣處理配套解決方案。