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、國務院加大生態環境保護與建設力度，大氣污染防治、藍天保衛戰等政府牽頭的具體舉措成效顯著，重卡行業涂裝工藝作為環保管控關注對象，特殊的噴涂原料和工藝給廢氣處理帶來更多攻關課題。文章提供廢氣處理在噴蠟工藝中的適用性研究分析。

關鍵詞：環保;噴蠟;廢氣處理

中圖分類號：X701 ?文獻標識碼：A ?文章編號：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

工業廢氣處理指的是專門針對工業場所如工廠、車間產生的廢氣在對外排放前進行預處理，以達到國家廢氣對外排放的標準的工作。一般工業廢氣處理包括了有機廢氣處理、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、氨氣和各種有機廢氣、酸堿廢氣。工業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 項目廢氣基本概述

本項目主要完成汽車噴蠟過程中產生的排放物的綜合治理，包括石蠟和高沸點的VOCs。噴蠟是提高重車防腐性性能的一種常用工藝，噴蠟工藝中的物質主要是石蠟和200#溶劑油，石蠟是一種粘性較強的物質，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，溶劑油揮發形成VOCs，石蠟留下，形成保護層。臘原料組分表具體見表1：

噴蠟過程中會產生大量的有機廢氣（VOCs），該類型VOCs成分復雜，由各種烴類物質組成，主要由環烷烴、異構烴等組成，蒸餾點溫度高，范圍為140℃-200℃，主要成分在180℃以上。

噴蠟中的VOCs，其狀態為大風量低濃度，對于這種狀態，要進行廢氣治理，則采用濃縮處理的方式性是性價比最好的。濃縮的方式主要采用吸附法，活性碳就是最經濟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，滿足排放標準。有機廢氣處理方法對比分析見表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，作為固體物如何在噴涂后將其與氣體徹底剝離也是該項目的一個關鍵。

2 廢氣處理方案設計

本項目主要完成汽車噴蠟過程中產生的排放物的綜合治理，包括石蠟和高沸點的VOCs，通過技術分析和試驗，著重關注兩個技術關鍵點的設計。

2.1 水噴淋過濾石蠟

傳統的固氣剝離常采用過濾棉技術，但因為石蠟類似于漿糊狀，很少量就可能將過濾棉堵塞，所以若使用該技術則需要頻繁地更換過濾棉，造成過濾棉大量消耗，使得運行費用很高。再者攔截采用噴淋方式，那么需要在噴蠟室外建立一個6米高的噴淋塔，形成液氣對流，將蠟霧攔截下來，但現場空間有限，沒有位置放置噴淋塔，再者因為每天石蠟量消耗大，要收集會導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，將噴淋系統創新性地設計到噴蠟室底部，噴蠟的氣流緩慢通過有波耳環構成的噴淋系統，使得氣液充分碰撞，絕大部分石蠟會被攔截下來。攔截下來的石蠟被水流帶至集水池。集水池設計成兩部分，兩部風通過中部連通器連接，石蠟的密度小，會浮在水面形成蠟層，通過隔膜泵將其吸走，泵口設計成浮動型，保證一直吸取的是上層的石蠟。水池中中部的相對干凈的水通過連通器留到另一個池內，被循環噴淋本送至噴淋或水流循環用。

2.2 兩級脫附系統

根據本次VOCs中物質的性質，采用混合兩種脫附及處理的技術。首選熱空氣脫附，脫附效率75%;在脫附累積效果不滿足設計要求時，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，確保實現延長活性碳的壽命，并保證脫附效果的目的，同時規避高溫脫附的消防風險。

注：物質的脫附溫度基本與沸點無關，而和它的飽和蒸氣壓有密切關系。凡是飽和蒸汽壓在10.0kPa以上的物質，采用100°C的水蒸汽都能夠很好地脫附下來，對于難以脫附的物質，當采用熱氮氣或其他脫附方式時，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 廢氣處理的理論計算

3.1 項目輸入

本項目擬建設噴蠟室2間，室體規格為長14.0×寬5.5×高5.0m，臘消耗約1800kg/天，年平均風速0.3m/s。

3.2 風量核算

風量V0=（LP*WP）-（LC*WC）*S*K=44280m?/h

注：噴蠟室長LP=14m，噴蠟室體寬WP=5.5m，風速S=0.3m/s，車體寬度WC=3m，車體伸進長度LC=12m，風量系數K=1。

建議采用兩臺排風機，兩臺送風機，每臺50000m?/h;配備活性碳一套，分4+1個吸附箱，各配脫附風機一臺，每臺風量4000m?/h。設計總風量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K1=1.

3.4 VOCs濃度核算

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

末級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：每日工作時間t=12h。

3.5 活性炭核算

根據作業最大噴量和室體風量設計參數，結合到活性炭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

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

注：活性炭質量M=9000kg，VOC總濃度C=149.94mg/ m?，風量Q=12×104m?/h，生產作業時間t=12h，平衡保持量S=12%。

3.7 集中蒸汽脫附周期

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

4 結論及推廣

綜上，從理論計算和實踐檢驗過程說明，運用水噴淋和雙級脫附的方案可以滿足對石蠟和高沸點的VOCs廢氣處理的要求對。

5 小結

通過對某企業噴蠟工藝廢氣處理方案的計算、分析，希望能在適合的情況下，為機械制造企業分享一些有效、經濟的方法。下一步結合目前比較優勢的UV光解技術，研究高效、經濟的廢氣處理配套解決方案。