汽車制造廢氣環(huán)保性控制技術(shù)研究

孟祥華

關(guān)鍵詞： 汽車制造 廢氣 環(huán)保 控制技術(shù)

中圖分類號： U491 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1672-3791（2024）01-0094-04

在汽車生產(chǎn)制造過程中，涂裝生產(chǎn)線會排放各種有毒有害氣體，這些氣體會對大氣產(chǎn)生嚴(yán)重污染。油漆涂裝的過程中產(chǎn)生的廢氣是汽車產(chǎn)業(yè)污染源中最為嚴(yán)重的一種。涂裝廢氣主要有兩種：一種是噴漆涂裝過程中所產(chǎn)生的各類有機(jī)溶劑；另一種則是汽車車身機(jī)器烘干階段所揮發(fā)的各類有機(jī)溶劑。除此之外，汽車涂料本身也散發(fā)大量的有毒有害氣體，這些氣體會對人身體造成巨大的傷害，如果過度吸入會患病。本文主要探討了汽車行業(yè)的廢氣來源，并對廢氣的治理提出了自己的思路。

1 汽車行業(yè)產(chǎn)生廢氣的概述

汽車生產(chǎn)與工藝制作的流程所產(chǎn)生的各類有毒有害氣體主要來自汽車的涂裝部分。汽車外部的清洗劑，進(jìn)行面涂和中涂等階段所產(chǎn)生的大量有毒有害氣體都是廢氣。這些氣體也被稱為揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）。一般來說在生產(chǎn)車間會出現(xiàn)大量的有毒有害氣體，如汽車內(nèi)部的烘干室、晾置房、噴漆室以及調(diào)漆間等。因此，各類有毒有害氣體的成分存在著一定的差異［1］。

在汽車生產(chǎn)過程所產(chǎn)生的各類廢氣對人體和環(huán)境都有嚴(yán)重的危害性和污染性。在汽車進(jìn)行涂裝的過程中，VOCs 就包括了多種對人體造成巨大傷害的物質(zhì)，如乙酸乙酯、芳香烴和乙酸丁酯。除此之外，還有大量的微量VOCs 物質(zhì)。在進(jìn)行噴裝時(shí)，這些有機(jī)溶劑具有極強(qiáng)的毒性，大量的甲苯合成物會隨著噴裝的過程散發(fā)到車間的每一個(gè)角落，不僅對環(huán)境造成極大的污染，還會引起施工人員的呼吸道病變，甚至引發(fā)癌癥。除此之外，這些氣體如果揮發(fā)到外界空氣當(dāng)中會引發(fā)光霧、酸雨等嚴(yán)重的污染現(xiàn)象，無論是對人還是對建筑都會有影響。因此，針對汽車制造的各類廢氣進(jìn)行環(huán)保性控制，就成為了相關(guān)從業(yè)人員必須要面對的一個(gè)重大課題［2］。

2 汽車行業(yè)產(chǎn)生廢氣的具體來源和相關(guān)特點(diǎn)

2.1 噴漆時(shí)所產(chǎn)生的廢氣

在進(jìn)行汽車噴漆操作的過程中，由于操作壓力會產(chǎn)生不斷的變化，這就使油漆當(dāng)中的各類有毒有害物質(zhì)，如二乙醇甲醚、甲苯等各類有機(jī)溶劑大量散發(fā)于空氣之中，而這些都是對人體和環(huán)境有傷害的氣體。除此之外，在進(jìn)行汽車噴漆室廢氣的排放過程中也會存在各種沒有處理過的煙霧和有機(jī)物，而這些具有重度污染性質(zhì)的污染物占據(jù)了當(dāng)前整個(gè)噴漆總量的1%左右。

在進(jìn)行汽車噴漆的過程中，各類有機(jī)廢氣往往也會攜帶大量的顆粒物。根據(jù)我國相關(guān)的法律法規(guī)，對噴漆作業(yè)的具體操作環(huán)境有非常嚴(yán)格的要求。一般來說如果使用非人工作業(yè)方式，例如：機(jī)器人進(jìn)行汽車噴涂作業(yè)，需要把垂直的風(fēng)速控制在0.3 m/s 左右。而人工噴涂作業(yè)過程中，則需要把垂直的風(fēng)速控制在0.5 m/s左右。因此，在正常情況下，汽車噴漆時(shí)本身都有著極大的排風(fēng)量。

伴隨著我國汽車涂裝工藝的不斷進(jìn)步與相應(yīng)噴漆技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，汽車噴漆車間的空調(diào)循環(huán)技術(shù)也從過去的效果不佳逐步發(fā)展為現(xiàn)在的成熟狀態(tài)。這種技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在多個(gè)行業(yè)的工業(yè)生產(chǎn)制作當(dāng)中。如果在噴涂作業(yè)過程中，完全用機(jī)器人取代人工，則可以更進(jìn)一步加大當(dāng)前室內(nèi)的循環(huán)風(fēng)量，全面降低排風(fēng)量，提升排氣濃度，最終使廢氣的自身處理效率得到進(jìn)一步提高。

2.2 晾置房產(chǎn)生的廢氣

汽車面漆噴涂作業(yè)處理之后，在進(jìn)行下一步的烘烤干燥處理之前，汽車需要進(jìn)行針對性的流平晾置處理。在這個(gè)過程中，汽車表面的濕油漆膜就會在多種外力的作用下對有機(jī)溶劑進(jìn)行揮發(fā)。這些有機(jī)溶劑往往都是帶有大量有毒有害氣體。因此，為了防止有機(jī)溶劑揮發(fā)過量而造成各類事故，汽車的晾置作業(yè)需要進(jìn)行針對性的換風(fēng)處理，風(fēng)速一般需要控制在0.2 m/s之內(nèi)。

許多有機(jī)成分和汽車噴漆室的內(nèi)部排放的氣體較為相似。只是在這些廢氣當(dāng)中并不含有顆粒物，相對來說污染濃度較小，因此在進(jìn)行處理的過程中，噴漆室的排風(fēng)可以和晾置房產(chǎn)生的廢氣統(tǒng)一處理［3］。

2.3 烘烤干燥所產(chǎn)生的廢氣

烘烤干燥室所產(chǎn)生的各類廢氣的組成成分都相對復(fù)雜。這些廢氣內(nèi)部不但包含了有機(jī)溶劑，還包含了各類化學(xué)反應(yīng)生成物，以及在外部條件作用下所產(chǎn)生的各類分解物等。汽車行業(yè)所使用的各類涂料在性質(zhì)上偏向水性涂料，因此，除了容器內(nèi)部自身所包含的各類有機(jī)物之外，在進(jìn)行汽車整體烘干流程處理過程中還會有一些熱分解物出現(xiàn)。在烘烤過程中所產(chǎn)生的各類廢氣有機(jī)物如果直接向大氣內(nèi)部排放，就會超過國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。所以，在進(jìn)行氣體排放之前，汽車廠家需要進(jìn)行針對性的凈化處理，確保所排放的氣體不會造成大氣的二次污染［4］。

除了各類有機(jī)廢氣，還包含在混合過程中所產(chǎn)生的大量粉塵，而這些粉塵則需要通過循環(huán)排放系統(tǒng)進(jìn)行二次加工之后再進(jìn)行排放。這樣才可以避免對汽車本身表面的漆膜品質(zhì)產(chǎn)生影響。

3 汽車制造廢氣的環(huán)保性控制技術(shù)思路

3.1 從源頭防止汽車噴漆的VOCs

由于汽車產(chǎn)品的自身特殊性，在駕駛的過程中汽車往往會經(jīng)歷各種極端天氣的考驗(yàn)。從南到北，從濕熱到嚴(yán)寒都是汽車可能面臨的情況，因此在汽車制造過程中，廠家往往使用大量的涂料對汽車本身的金屬進(jìn)行全面的防腐和裝飾處理。涂料是汽車行業(yè)VOCs排放的主要源頭，在確保當(dāng)前涂料涂層本身性能的前提之下，進(jìn)一步降低涂料當(dāng)中的各類VOCs 含量就顯得十分重要。

用于汽車防腐的涂料為電泳漆。這類油漆以前是由單組分的溶劑組成，而隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，這種涂料已經(jīng)逐步發(fā)展成為雙組分的水性涂料。這也降低了VOCs 的使用與排放。在涂料當(dāng)中起到主要催化作用的重金屬隨著涂料技術(shù)的不斷升級已經(jīng)逐步被取代。

汽車表面起到防腐和裝飾作用的面漆涂層已經(jīng)逐步更改了工藝，從低固體含量的溶劑型逐步發(fā)展為高固體含量溶劑型涂料與針對性的水性涂料。隨著《車輛涂料有害物質(zhì)限量標(biāo)準(zhǔn)》的發(fā)布，從2020 年12 月1日開始，清潔涂料已經(jīng)成為當(dāng)前所有車輛企業(yè)的首選，從國家層面盡可能地推動汽車噴漆的VOCs 源頭管控，并在此基礎(chǔ)上盡可能降低當(dāng)前的VOCs 排放。

3.2 汽車噴漆VOCs 的過程防治

所謂的汽車噴漆過程防治，主要是通過對涂料本身的上漆率進(jìn)行提升，選用更加合適的工藝進(jìn)行噴漆霧的處理，以及在噴漆換色時(shí)針對性地回收各類報(bào)廢溶劑。

傳統(tǒng)的手工噴漆的上漆率相對較低，約為20%～40%，但是如果采用了非人工方式的靜電噴涂方式，如機(jī)器人靜電噴涂等，則可以把當(dāng)前的上漆率直接提升到60%～80% 之間。因此，從環(huán)保角度考慮，在進(jìn)行噴漆的過程中，采用全自動化機(jī)器人噴漆就成了降低污染的主要技術(shù)，并且可以提升涂料的自身利用率［5-7］。

過噴漆霧的整治以2010 年為分界線，2010 年之前的主流漆霧治理技術(shù)往往為濕式文丘里處理技術(shù)，但是在2010 年之后隨著技術(shù)水平的不斷提升以及新型技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，環(huán)保的氣霧治理技術(shù)脫穎而出，如干式噴漆工藝、循環(huán)風(fēng)治理技術(shù)已成為了當(dāng)今的環(huán)保噴漆技術(shù)主流。這種干式噴漆技術(shù)相對于傳統(tǒng)的濕式噴漆工藝在綠色環(huán)保方面表現(xiàn)得更出色。噴氣室的密封性能相對更好，噴氣霧的濃縮效率也得到了進(jìn)一步提高，剩余的漆渣等各類危險(xiǎn)廢棄物數(shù)量更少。同時(shí)，借助循環(huán)風(fēng)的使用，噴漆室內(nèi)部的能耗可以得到進(jìn)一步降低。因此，在當(dāng)前的情況下，干式噴劑就成為了噴漆工藝的首選，在保證經(jīng)濟(jì)效益的前提下保障環(huán)境不受污染。

在噴漆換色過程中，為了避免不同顏色之間產(chǎn)生相應(yīng)的污染，噴漆過程需要使用各類溶劑沖洗噴漆管路，以保證噴漆處理過程中不會串色。而這時(shí)產(chǎn)生的各類廢棄溶劑需要進(jìn)行針對性排放。如果安裝了對應(yīng)的廢溶劑回收系統(tǒng)，則可以保證當(dāng)前的廢液收集率≥30%。這些有機(jī)溶劑被全面回收之后，按照危險(xiǎn)廢棄品的方式進(jìn)行處理，就可以全面地遏制當(dāng)前的溶劑揮發(fā)程度。而這也是噴漆的VOCs 防治手段中最為重要的一個(gè)部分。

4 汽車補(bǔ)漆過程中的VOCs 末端治理

4.1 噴漆室廢氣治理

汽車噴漆室內(nèi)部的廢氣治理，主要可以采用下面的技術(shù)：沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮+天然氣焚燒爐。

沸石轉(zhuǎn)輪自身的特性為可在常溫下大量吸附廢氣，而一旦溫度提升則可以對吸附的廢氣進(jìn)行脫附處理。因此，含有VOCs 的廢氣在進(jìn)入到轉(zhuǎn)輪當(dāng)中時(shí)，在常溫狀態(tài)下VOCs 分子往往就被吸附在轉(zhuǎn)輪當(dāng)中；經(jīng)過凈化之后，氣體可以進(jìn)入排放煙筒被排放處理。當(dāng)吸附的大量VOCs 氣體分子在沸石轉(zhuǎn)輪緩慢轉(zhuǎn)動到高溫脫附的區(qū)域時(shí)，就可以利用高溫廢氣對當(dāng)前轉(zhuǎn)輪上的各類有害有毒氣體分子進(jìn)行脫附處理，而風(fēng)機(jī)可以把脫附的氣體送入對應(yīng)的焚燒爐。在高溫焚燒下，有機(jī)污染物可以被強(qiáng)制分解成二氧化碳和水蒸氣，經(jīng)過凈化后的廢氣就會直接進(jìn)入到熱量回收系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)入到相應(yīng)的煙囪進(jìn)行無害化排放處理。這項(xiàng)工藝實(shí)現(xiàn)的方式相對穩(wěn)定，可以保持排放到大氣中的氣體符合國家標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 烘干室的廢氣治理

在汽車廢氣所產(chǎn)生的各類環(huán)節(jié)當(dāng)中，烘干室廢氣濃度是最高的，因此在這個(gè)環(huán)節(jié)最適合通過焚燒爐進(jìn)行直接的焚燒。一般來說常用的焚燒工藝有TAR和RTO兩種技術(shù)：通過燃燒把有毒有害的氣體分解成CO2和H2O。這種方式相對來說治理效率極高，操作方便同時(shí)不占用地面的面積，但是缺點(diǎn)是工藝價(jià)格相對昂貴，因此一般只用來處理高溫高濃度的廢氣［8］。

以RTO 工藝為例。蓄熱式燃燒系統(tǒng)是由燃燒室、再生層和換向閥門組成的。蓄熱層內(nèi)部往往是通過蜂窩陶瓷蓄熱材料進(jìn)行填充的。當(dāng)烘干室內(nèi)部的廢氣進(jìn)入到蓄熱層之后，就會被加熱到一定的溫度，接著進(jìn)入燃燒室進(jìn)行全面的熱氧化處理。氧化之后，氣體本身的溫度會得到進(jìn)一步升高，有機(jī)物基本上可以轉(zhuǎn)化成為二氧化碳和水。凈化后的氣體在經(jīng)過另一層蓄熱體之后，溫度會大幅度下降。當(dāng)相應(yīng)的溫度達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)之后，就可以進(jìn)行排放處理，不同的蓄熱體通過相應(yīng)的切換閥或者旋轉(zhuǎn)裝置進(jìn)行切換，之后就可以進(jìn)行針對性的轉(zhuǎn)換，并隨時(shí)進(jìn)行吸熱和放熱的切換處理。在這個(gè)循環(huán)過程中，當(dāng)氣體本身的濃度相對較高的時(shí)候，所產(chǎn)生的各類熱量足夠滿足下一次冷敷期進(jìn)行全面預(yù)熱的各類需求。所以，在此過程中蓄熱層可以利用所收集的熱量對下一次的廢氣進(jìn)行直接預(yù)熱，在保證能源不會浪費(fèi)的前提下，滿足凈化要求。在這個(gè)過程中，系統(tǒng)本身不需要打開燃燒器進(jìn)行額外的加熱處理，同時(shí)也節(jié)約了大量能源。只要對有機(jī)廢氣進(jìn)行凈化，就可以達(dá)到最終的熱平衡。

除此之外，在冬季廠房進(jìn)行噴漆供熱過程中，企業(yè)往往使用天然氣鍋爐進(jìn)行全面加熱，以保證噴漆的烘干。為了盡可能降低氮氧化物的排放，企業(yè)需要選用相對應(yīng)的低氮燃燒技術(shù)對鍋爐進(jìn)行改造，并在此基礎(chǔ)上對當(dāng)前的鍋爐結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面強(qiáng)化，增加相應(yīng)的煙氣循環(huán)結(jié)構(gòu)處理，盡可能控制氮氧化物本身的排放量，保證像NO、NO2 等氣體的超低排放。同時(shí)，企業(yè)需要對鍋爐進(jìn)行全面優(yōu)化和整合，對噴射火焰的形狀與噴氣室內(nèi)的溫度和濕度控制邏輯進(jìn)行全面的調(diào)整處理，盡可能地降低天然氣的消耗和熱力型氮氧化物的含量。降低氮氧化物的排放量同時(shí)對VOCs 進(jìn)行全面凈化是當(dāng)前研究的重點(diǎn)之一。目前，已經(jīng)有很多企業(yè)圍繞這些方面進(jìn)行了相關(guān)的科學(xué)研究和產(chǎn)品研發(fā)。

5 點(diǎn)補(bǔ)室廢氣防治措施

汽車噴漆烘干完成后，車身本身的漆膜需要進(jìn)行固化。這樣不但可以起到裝飾的作用，還可以保護(hù)汽車車身鋼材不受雨水腐蝕。但是據(jù)統(tǒng)計(jì)，15%～20% 的汽車車身在進(jìn)行裝配過程中往往存在著漆面缺陷的情況，因此汽車車身需要小范圍點(diǎn)補(bǔ)處理。點(diǎn)補(bǔ)需要在密封的空間進(jìn)行并且使用大量的涂料，這個(gè)部分也需要防治污染。

點(diǎn)補(bǔ)室的涂料用量相對較小，但容量比較大。因此這個(gè)位置的廢氣防治措施主要采用在排風(fēng)系統(tǒng)上安裝活性炭過濾，吸收當(dāng)前室內(nèi)的氣霧顆粒的同時(shí)，也可以通過活性炭吸附VOCs。

使用活性炭進(jìn)行吸附的優(yōu)勢是：相對孔徑分布較大，有著極為發(fā)達(dá)的微孔吸附結(jié)構(gòu)，一次表面積吸附力更強(qiáng)，而疏水性可以保證其在濕度較強(qiáng)的情況下吸附更多的廢氣。在此基礎(chǔ)上，化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性相對較強(qiáng)，在高溫環(huán)境下可以保證大面積的吸附力。

整個(gè)吸附裝置的核心就是內(nèi)裝活性炭的固定床，且固定床上分布了多類氣流分布器?；钚蕴恳苑涓C狀的形式進(jìn)行堆積擺放處理，這種形式可以充分利用活性炭自身的物理特性，在保證體積密度相對較小的前提下盡可能增大自身的表面積，在氣體動力學(xué)的性能下強(qiáng)化自身的吸附性，對VOCs 進(jìn)行全面的吸附處理。

6 結(jié)語

隨著當(dāng)前汽車工業(yè)的不斷發(fā)展以及我國汽車制造技術(shù)的不斷成熟，汽車噴漆過程中所產(chǎn)生的各類有機(jī)廢物的污染已受到我國的高度重視，而針對汽車噴涂過程中產(chǎn)生的各類廢氣治理也成為當(dāng)前我國環(huán)境保護(hù)的重點(diǎn)工作。通過噴涂過程、末端治理等方面的努力，汽車有機(jī)廢氣的排放得到了顯著控制，對環(huán)境的不良影響也大幅降低。