談汽車涂裝VOCs有機廢氣處理技術研究

呂思浩

(中機中聯工程有限公司，400039)

在汽車生產中，涂裝是整個生產制造工藝的重要組成部分，是汽車裝飾、保護的主要措施，其技術質量對企業后期運行產生重要影響。而在傳統制造中，溶劑型涂料的主要成分——有機溶劑和稀釋劑不屬于成膜物質，最終會以廢氣的形式進入空氣，嚴重降低空氣質量。目前，國家已經出臺有關VOCs的治理辦法，但各地區的執行效果不理想。因此需要進一步加強對汽車涂裝VOCs有機廢氣處理技術的討論，為提高空氣質量奠定基礎。

1.VOCs的危害及其處理原理

VOCs的危害巨大，若長期吸入會引發胸悶、肺氣腫等慢性病， 對人體健康產生巨大影響。而油漆溶劑中的苯類化合物與甲醛等也是公認的強烈致癌物質，若不能及時處理，將會引發嚴重的社會問題。

從汽車生產過程來看，涂裝主要程序集中在電泳烘烤、烘烤、噴涂等恭維，因此在涂裝VOC控制中，主要是對噴涂室、涂層烘烤等部位進行VOC處理（附圖：小型環境艙中VOCS釋放濃度變化圖）。

當前處理VOCs的方法分為很多中，但其處理原理主要為分解有機成分，使其與空氣中的氧氣進行分解，最終生成二氧化碳、水蒸氣等氣體。但在常溫作用下，有機成分與氧氣之間不會發生不良反應，只有在設備高溫、催化等多種條件下才能達到空氣凈化的目的。

圖1：小型環境艙中VOCs 釋放濃度變化圖

2.汽車噴涂VOCS處理技術

2.1 減排技術

目前，汽車涂料主要被分為水性、粉末、溶劑型三種類型。其中，水性涂料溶劑以水為主，有機溶劑含量交底，約占總比重的（10±5）%；粉末涂料為粉末狀，主要由顏料、添加劑、聚合物等組成，所噴涂的涂料可再回收利用，所形成的VOCs數量較少；溶劑型涂料主要以甲苯、二甲苯、醇等為主要原料，約占涂料總量的（50±10）%，會以VOCs的形式進入環境，是涂裝污染VOCs污染的主要來源。因此在使用環保型涂料中，使用水性涂料的VOCS排放量能顯著降低VOCs污染，而粉末涂料排放的VOCs明顯少于水性涂料。

以我國某企業為例，該企業在建成投產中，使用三土層涂裝工藝，所選擇的涂料均為溶劑型涂料。經污染源監測發現，該廠噴漆室非甲烷排放量為 42kg/h，二甲苯排放量為 38kg/h。而在對上述工藝進行優化后，依然采用三涂層工藝，但中涂層與底色漆采用水性涂料，且改造前后車間的生產量基本相同。后經污染源監測發現，該噴漆室的非甲烷排放量為26kg/h，二甲苯排放量為7.9kg/h，改造后VOCs排放量得到明顯控制，說明通過使用環保型涂料在處理VOCS中發揮著重要作用。

2.2 處理技術

2.2.1 吸附法技術

吸附法技術的核心就是通過吸附劑孔結構的巨大表面積，實現對VOCs吸附，使其不能擴散到空氣中，實現空氣保護。該技術常用于處理成分單一、氣流穩定的尤其廢氣中（一般情況下廢氣濃度處于300-5000ppmm之間），能吸收部分酮類、酯類氣體，具有設備簡單，廢氣處理量大等優點，被廣泛應用于企業涂裝生產中。

在技術開發應用中，主要從材料入手，通過聚苯乙烯、聚丙烯酸酯等高聚物。同時，為獲得更好的VOCs處理效果可以在活性炭結構改進等方面進行，從單純的粉狀逐漸擴展到片狀、顆粒狀，其效果已經得到多個地區得肯定。

2.2.2 沸石轉輪吸附濃縮工藝

目前，沸石轉輪吸附濃縮工藝作為一種常見的吸附裝置而被廣泛的應用在工業生產中，與其他吸附裝置相比，該裝置在吸附體積、吸附循環周期等方面存在優勢，是一種有效的吸附技術，其技術構造如圖1所示。

圖2 沸石轉輪吸附技術濃縮工藝結構圖

但在應用過程中要注意以下幾點問題：（1）沸石轉輪吸附技術主要采用活性炭為主要吸附原材料，而由于活性炭在熱氣流再生時的安全性較差，當溫度大于100℃時可能產生著火現象，因此在吸附過程中要重視對溫度的控制。（2）在采用熱氣流吹掃再生活性炭時，由于再生溫度較低，因此當整個脫附周期結束后，部分高沸點化合物不能有效脫附，并逐漸依附在活性炭碳窗上，影響活性炭吸附能力，因此吸附過程中，通常再生溫度以100-110℃為佳，而對于沸點過高的有機物則不能予以凈化。

2.2.3 蓄熱式燃燒法開發

燃燒法的核心就是通過燃燒去除有機氣體中的有害物質，降低其對空氣質量的影響，已經被廣泛應用于化工、噴漆等行業，是處理有機廢氣的主要方法。目前，燃燒法主要可分為直接燃燒、熱力燃燒、催化燃燒三種形式。但考慮到該技術在應用過程中的能源消耗較大，因此在原有技術的基礎上進一步開發出多種新的基礎，包括熱力蓄熱式熱力焚燒技術、蓄熱式催化燃燒技術等。

（1）蓄熱式熱力焚燒技術

蓄熱式熱力焚燒技術的基本結構如圖 2所示。蓄熱式熱力焚燒技術的核心就是通過RTO凈化有機廢氣，一般在技術應用中，主要以耐熱性能良好的陶瓷材料為蓄熱體，蓄熱體的結構、形狀等于陶瓷填料一致。

圖2 典型蓄熱式熱力焚燒技術結構示意圖

在燃燒室內設置輔助燃燒器，可以通過天然氣、油等直接燃燒。燃燒輔助器的功能就是加熱蓄熱體溫度，或當廢氣中可燃物濃度較低時，需要持續加熱來使其達到反應溫度。同時，由于耐火材料的蓄熱容量較高，當廢氣可燃物熱值出現波動時，也能保證燃燒室內的溫度平均分布。該技術在有機廢氣凈化中的應用已有30多年歷史，技術發展成熟、應用普遍，應該受到技術人員的重視。

（2）蓄熱式催化燃燒技術

除上述方法外，通過有機廢氣催化氧化也能有效處理廢氣中的有害物質，同時通過催化劑也能控制氧化反應活性，并提高反應速率。一般情況下，當熱力氧化溫度大于750℃時，催化燃燒就能在較低的溫度水平下進行，其溫度水平為（300±100）℃。在經過上述處理后，廢氣凈化裝置的操作費用、投資費用得到控制，也進一步降低燃燒過程中的氮氧化合物數量，達到凈化空氣的作用。

蓄熱式催化燃燒技術一般采用兩室或三室結構，工藝廢氣在經過高溫處理后能直接進入催化劑層凈化，并且反應后所產生的為其直接作用于加熱蓄體，最后排出。在整個處理過程中，催化劑的性能與蓄熱效果對有機廢氣處理效果產生深遠影響。因此對技術人員而言，為進一步提高廢氣處理效果，則需要選擇高質量的催化劑。

結束語：

主要討論了汽車涂裝VOCs有機廢氣處理技術的相關內容，并對其具體技術內容進行討論。對相關工作人員而言，在汽車涂裝VOCS有機廢氣處理技術研究中，需要正確認識不同技術的應用范圍與處理要點，并根據本地區的實際情況確定技術內容，以進一步改善本地區大氣污染現象，為提高空氣質量奠定基礎。

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