降VOC環(huán)保策略與控制

楊報(bào)軍，和軍強(qiáng)

（奇瑞汽車(chē)股份有限公司，安徽 蕪湖 241009）

前言

近年來(lái)，隨著對(duì)大氣污染治理，周邊環(huán)境有了明顯好轉(zhuǎn)和改善。在對(duì)環(huán)境治理的同時(shí)，日常提到最多是PM2.5、VOC，其中 VOC即易揮發(fā)的有機(jī)化合物（Volatile Organic Compounds），具體是指在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓 101.3kPa下初沸點(diǎn)小于或等于 250℃且能對(duì)視覺(jué)感官產(chǎn)生刺激危害的有機(jī)化合物。

首先VOC會(huì)對(duì)健康產(chǎn)生不良影響，由于VOC一般以氣態(tài)存在，所以對(duì)有毒害性 VOC氣體的處理與不易揮發(fā)的混合物相比更加困難。人體可能通過(guò)接觸或食用攝入固態(tài)或液態(tài)有VOC成分的物質(zhì)，或者吸入的氣體接觸到VOC等。

1 PM2.5、VOC的產(chǎn)生

PM2.5（細(xì)顆粒物)成因復(fù)雜：約50%來(lái)自燃煤、機(jī)動(dòng)車(chē)、揚(yáng)塵、生物質(zhì)燃燒等直接排放的一次細(xì)顆粒物；約50%是空氣中二氧化硫、氮氧化物、揮發(fā)性有機(jī)物、氨等氣態(tài)污染物，經(jīng)過(guò)復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)形成的二次細(xì)顆粒物。

VOC的產(chǎn)生自然情況下，VOC通過(guò)生物有機(jī)體例如新陳代謝化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生。而工業(yè)生產(chǎn)中使用的有機(jī)燃料，有些在燃燒過(guò)程中直接產(chǎn)生 VOC氣體（例如汽油）或間接的由生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品產(chǎn)生 VOC氣體（例如汽車(chē)制造業(yè)的噴漆烘烤揮發(fā)出的廢氣）印刷、涂覆等利用有機(jī)溶劑溶解材料，醫(yī)藥合成等過(guò)程都會(huì)產(chǎn)生大量的VOC氣體。

2 環(huán)保策略與控制

國(guó)家推動(dòng)汽車(chē)制造行業(yè)環(huán)保的策略，要求源頭治理和過(guò)程控制雙管齊下。使用環(huán)境友好型的涂料產(chǎn)品，如水性涂料、高固體份涂料、粉末和UV型；減少生產(chǎn)過(guò)程中的排放，采用國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的涂裝工藝和技術(shù)。

加強(qiáng)表面涂裝工藝揮發(fā)性有機(jī)物排放控制，推進(jìn)汽車(chē)、船舶、集裝箱、電子產(chǎn)品、家用電器、家具制造、裝備制造、電線(xiàn)電纜等行業(yè)表面涂裝工藝VOC的污染控制；提高水性、高固份等低揮發(fā)性有機(jī)物含量涂料的使用比例；推廣汽車(chē)行業(yè)先進(jìn)涂裝工藝技術(shù)的使用；表面涂裝工序密閉作業(yè)，有機(jī)廢氣凈化率達(dá)到 90%以上；“十二五”共計(jì) 352家企業(yè)的表面涂裝工序完成VOC綜合治理。

3 VOC削減主要手段

目前公司針對(duì)涂裝與環(huán)保策略主要體現(xiàn)在現(xiàn)有傳統(tǒng)型涂裝生產(chǎn)線(xiàn)上改造，采用高固體份溶劑型色漆和清漆涂料體系；在全球新建的涂裝車(chē)間實(shí)施3C2B水性涂裝工藝；采用全面分析對(duì)比的方法來(lái)開(kāi)發(fā)并管理涂裝工藝、重點(diǎn)考慮工藝可持續(xù)性、有機(jī)溶劑排放、溫室氣體排放的表現(xiàn)。

表1 中上涂層涂裝技術(shù)體系的VOC排放

圖1 汽車(chē)涂裝各涂層VOC比率

在舊線(xiàn)改造時(shí)，進(jìn)行“水性漆涂裝工藝”或“高固含涂裝工藝”改造，可以有效降低VOC，如下表1所示。公司倡導(dǎo)通過(guò)對(duì)：溫室氣體排放（CO2排放）；有機(jī)溶劑排放（VOC）；漆膜性能（耐候性和耐久性）；投資效益（投資和運(yùn)行成本）；資源消耗（能源和占地面積）等幾方面對(duì)精益涂裝來(lái)做整體的分析對(duì)比。因此，需一種既能滿(mǎn)足環(huán)保法規(guī)規(guī)定的VOC，又能減少資源、資金的巨大投入，適合在現(xiàn)有傳統(tǒng)型涂裝生產(chǎn)線(xiàn)上改造、推廣的新工藝。

關(guān)于汽車(chē)制造涂裝工藝 VOC的產(chǎn)生，由涂裝涂料（中涂／面漆／清漆）產(chǎn)生的量約占總量的80%（如圖1所示）。因此考慮 VOC削減關(guān)鍵是面漆層，著重抓住這一塊是最有效果。

4 溶劑性（中固、高固）體系與水性涂料體系的區(qū)別

目前汽車(chē)涂裝材料主要由溶劑材料向水溶性材料和高固溶劑材料轉(zhuǎn)換，可大幅度削減VOC。其中色漆中低固含色漆施工時(shí)的固體份為20%左右甚至更低，溶劑含量高達(dá)80%左右；而高固含色漆施工時(shí)的固體份含量為50%左右，溶劑含量為50%左右，如下表2所示。采用此兩種涂料噴涂同樣的涂層，釋放的VOC量約相差4倍。且高固含涂料的固體份高，噴涂時(shí)流量較低，減少了涂料的反彈，有效提高了涂料利用率，降低了涂料消耗，VOC和廢渣的產(chǎn)生量也相應(yīng)降低，達(dá)到法規(guī)及標(biāo)準(zhǔn)要求，既利于環(huán)保，又節(jié)約了成本。

表2 涂料中固體系與高固體系的區(qū)別

當(dāng)固體份達(dá)到45%，溶劑型的VOC排放量與水性涂料工藝相當(dāng)，如下圖2所示。其次因高固含涂料仍是溶劑型涂料，其施工窗口與中低固含溶劑型涂料相當(dāng)，生產(chǎn)線(xiàn)設(shè)備與中低固含涂裝生產(chǎn)線(xiàn)無(wú)差別。

圖2 溶劑型與水性漆排放對(duì)比

5 高固體份與水性涂料工藝生產(chǎn)線(xiàn)對(duì)比

采用高固體份涂裝工藝，VOC與廢渣產(chǎn)生量少，涂層質(zhì)量穩(wěn)定且易控制，操作難度低，運(yùn)行能耗及材料成本低，后處理簡(jiǎn)單，改動(dòng)量小，改造投資少，推廣型性強(qiáng)，是現(xiàn)有溶劑型涂裝生產(chǎn)線(xiàn)改造的優(yōu)良選擇。同時(shí)高固體份溶劑型涂裝工藝，是基于既考慮環(huán)境保護(hù)、同時(shí)帶來(lái)最好的產(chǎn)品質(zhì)量、最低的成本而帶來(lái)的環(huán)保精益的新型涂裝技術(shù)。

高固體份與水性涂料工藝生產(chǎn)線(xiàn)相比存在諸多差異，具體如下所示：

5.1 環(huán)保方面

高固體份溶劑型涂料具體更低的溫室氣體和氮氧化物氣體排放；與水性材料的有機(jī)溶劑排放量相當(dāng)；適合所有中低固體份溶劑型生產(chǎn)線(xiàn) VOC達(dá)標(biāo)改造；生產(chǎn)線(xiàn)設(shè)備、材料及工藝布局與中低固體份溶劑型工藝沒(méi)有大的差異。水性材料相對(duì)溶劑性材料更安全。

5.2 涂料成本

水性涂料與高固體份溶劑型涂料相比提高30%左右，同時(shí)高固體份溶劑型涂料具有更高的噴涂效率，單車(chē)涂料消耗量顯著降低。

5.3 設(shè)備投資

高固體份溶劑型與水性涂料相比節(jié)約投資，具體表現(xiàn)在自動(dòng)噴涂機(jī)器人價(jià)格差異、溫濕度控制系統(tǒng)差異、預(yù)烘烤系統(tǒng)。

5.4 運(yùn)行成本

水性涂料與溶劑型涂料相比主要表現(xiàn)在溫濕度控制系統(tǒng)能耗和預(yù)烘烤運(yùn)行費(fèi)用，高固體份工藝降低了能源消耗（更低的耗電量和天然氣）。

5.5 質(zhì)量控制

高固體份溶劑型有好的質(zhì)量等級(jí)（耐候性、耐久性）；工藝穩(wěn)定（施工范圍大），由可持續(xù)性的改善，消除浪費(fèi)。水性材料由于水的特征對(duì)質(zhì)量影響因素較多，如表面張力高，容易產(chǎn)生縮孔；易流掛、起泡等。

6 生產(chǎn)線(xiàn)實(shí)際降VOC案例

6.1 采用機(jī)器人清洗溶劑回收裝置，減少并控制清洗溶劑消耗

在汽車(chē)涂裝生產(chǎn)中，需要對(duì)機(jī)器人噴涂系統(tǒng)的換色閥、齒輪泵、噴杯中的針閥、螺旋管及旋杯等進(jìn)行反復(fù)清洗，尤其顏色更換時(shí)，清洗更是不可避免。無(wú)論是水性涂料還是溶劑型涂料，清洗溶劑是揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)排放中最主要的來(lái)源之一。清洗溶劑統(tǒng)一回收，降低清洗溶劑用量，是降低成本、減少 VOC的最直接有效措施。采用在線(xiàn)回收廢溶劑，不僅減少 VOC的排放，而且實(shí)現(xiàn)了降低成本和環(huán)保的雙重效益。

6.2 實(shí)現(xiàn)顏色分組功能

在色漆噴涂以前，顏色是雜亂的，色漆機(jī)器人需要做換色清洗。同樣的顏色提前分類(lèi)，提高同色噴涂比例，同色噴涂后，色漆機(jī)器人只需做換色清洗。

提高同色噴涂主要措施：盡可能控制同色白車(chē)身進(jìn)入涂裝，同時(shí)對(duì)前處理、PVC、中涂車(chē)身進(jìn)行顏色分組；增加顏色自動(dòng)分組功能；優(yōu)化排產(chǎn)，小顏色集中生產(chǎn)等。

6.3 優(yōu)化噴涂膜厚、參數(shù)

通過(guò)優(yōu)化機(jī)器人噴涂膜厚、參數(shù)，減少涂料的使用量；減少車(chē)身過(guò)噴區(qū)域膜厚，使車(chē)身膜厚均一性；控制色漆膜厚在規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的下限等。

7 結(jié)語(yǔ)

首先針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)溶劑性涂裝工藝 VOC減排項(xiàng)目分別就水性和高固方案進(jìn)行大量的分析和研究，VOC減排效果、改造難度和施工周期、投資成本及能源節(jié)約等各種數(shù)據(jù)比較，高固是最佳方案。

通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)中固體份溶劑型3C2B涂裝工藝中所生產(chǎn)主打顏色切換為高固體份溶劑型涂料，以及現(xiàn)場(chǎng)持續(xù)改善，如實(shí)現(xiàn)同色噴涂、清洗溶劑回收、減少清潔溶劑用量、優(yōu)化噴涂膜厚減少涂料消耗等措施；VOC排放得到持續(xù)改善和降低。在沒(méi)有噴房廢氣濃縮燃燒處理設(shè)備情況下，達(dá)到該工藝VOC排放的下限水平，滿(mǎn)足當(dāng)?shù)丨h(huán)保法規(guī)，并積累了非常實(shí)用而有效的經(jīng)驗(yàn)。