汽車(chē)制造廢氣環(huán)保性控制技術(shù)研究

孟祥華

關(guān)鍵詞： 汽車(chē)制造 廢氣 環(huán)保 控制技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)： U491 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1672-3791（2024）01-0094-04

在汽車(chē)生產(chǎn)制造過(guò)程中，涂裝生產(chǎn)線(xiàn)會(huì)排放各種有毒有害氣體，這些氣體會(huì)對(duì)大氣產(chǎn)生嚴(yán)重污染。油漆涂裝的過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣是汽車(chē)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(guò)程中所產(chǎn)生的各類(lèi)有機(jī)溶劑；另一種則是汽車(chē)車(chē)身機(jī)器烘干階段所揮發(fā)的各類(lèi)有機(jī)溶劑。除此之外，汽車(chē)涂料本身也散發(fā)大量的有毒有害氣體，這些氣體會(huì)對(duì)人身體造成巨大的傷害，如果過(guò)度吸入會(huì)患病。本文主要探討了汽車(chē)行業(yè)的廢氣來(lái)源，并對(duì)廢氣的治理提出了自己的思路。

1 汽車(chē)行業(yè)產(chǎn)生廢氣的概述

汽車(chē)生產(chǎn)與工藝制作的流程所產(chǎn)生的各類(lèi)有毒有害氣體主要來(lái)自汽車(chē)的涂裝部分。汽車(chē)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(chēng)為揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）。一般來(lái)說(shuō)在生產(chǎn)車(chē)間會(huì)出現(xiàn)大量的有毒有害氣體，如汽車(chē)內(nèi)部的烘干室、晾置房、噴漆室以及調(diào)漆間等。因此，各類(lèi)有毒有害氣體的成分存在著一定的差異［1］。

在汽車(chē)生產(chǎn)過(guò)程所產(chǎn)生的各類(lèi)廢氣對(duì)人體和環(huán)境都有嚴(yán)重的危害性和污染性。在汽車(chē)進(jìn)行涂裝的過(guò)程中，VOCs 就包括了多種對(duì)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(huì)隨著噴裝的過(guò)程散發(fā)到車(chē)間的每一個(gè)角落，不僅對(duì)環(huán)境造成極大的污染，還會(huì)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(huì)引發(fā)光霧、酸雨等嚴(yán)重的污染現(xiàn)象，無(wú)論是對(duì)人還是對(duì)建筑都會(huì)有影響。因此，針對(duì)汽車(chē)制造的各類(lèi)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(duì)的一個(gè)重大課題［2］。

2 汽車(chē)行業(yè)產(chǎn)生廢氣的具體來(lái)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(chē)噴漆操作的過(guò)程中，由于操作壓力會(huì)產(chǎn)生不斷的變化，這就使油漆當(dāng)中的各類(lèi)有毒有害物質(zhì)，如二乙醇甲醚、甲苯等各類(lèi)有機(jī)溶劑大量散發(fā)于空氣之中，而這些都是對(duì)人體和環(huán)境有傷害的氣體。除此之外，在進(jìn)行汽車(chē)噴漆室廢氣的排放過(guò)程中也會(huì)存在各種沒(méi)有處理過(guò)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(chē)噴漆的過(guò)程中，各類(lèi)有機(jī)廢氣往往也會(huì)攜帶大量的顆粒物。根據(jù)我國(guó)相關(guān)的法律法規(guī)，對(duì)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(lái)說(shuō)如果使用非人工作業(yè)方式，例如：機(jī)器人進(jìn)行汽車(chē)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(guò)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(chē)噴漆時(shí)本身都有著極大的排風(fēng)量。

伴隨著我國(guó)汽車(chē)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(chē)噴漆車(chē)間的空調(diào)循環(huán)技術(shù)也從過(guò)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(guò)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(chē)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(chē)需要進(jìn)行針對(duì)性的流平晾置處理。在這個(gè)過(guò)程中，汽車(chē)表面的濕油漆膜就會(huì)在多種外力的作用下對(duì)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(guò)量而造成各類(lèi)事故，汽車(chē)的晾置作業(yè)需要進(jìn)行針對(duì)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(chē)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(duì)來(lái)說(shuō)污染濃度較小，因此在進(jìn)行處理的過(guò)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(lèi)廢氣的組成成分都相對(duì)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(lèi)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(lèi)分解物等。汽車(chē)行業(yè)所使用的各類(lèi)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(lèi)有機(jī)物之外，在進(jìn)行汽車(chē)整體烘干流程處理過(guò)程中還會(huì)有一些熱分解物出現(xiàn)。在烘烤過(guò)程中所產(chǎn)生的各類(lèi)廢氣有機(jī)物如果直接向大氣內(nèi)部排放，就會(huì)超過(guò)國(guó)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(chē)廠家需要進(jìn)行針對(duì)性的凈化處理，確保所排放的氣體不會(huì)造成大氣的二次污染［4］。

除了各類(lèi)有機(jī)廢氣，還包含在混合過(guò)程中所產(chǎn)生的大量粉塵，而這些粉塵則需要通過(guò)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(duì)汽車(chē)本身表面的漆膜品質(zhì)產(chǎn)生影響。

3 汽車(chē)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(chē)噴漆的VOCs

由于汽車(chē)產(chǎn)品的自身特殊性，在駕駛的過(guò)程中汽車(chē)往往會(huì)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(chē)可能面臨的情況，因此在汽車(chē)制造過(guò)程中，廠家往往使用大量的涂料對(duì)汽車(chē)本身的金屬進(jìn)行全面的防腐和裝飾處理。涂料是汽車(chē)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(lèi)VOCs 含量就顯得十分重要。

用于汽車(chē)防腐的涂料為電泳漆。這類(lèi)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(jí)已經(jīng)逐步被取代。

汽車(chē)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(duì)性的水性涂料。隨著《車(chē)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(kāi)始，清潔涂料已經(jīng)成為當(dāng)前所有車(chē)輛企業(yè)的首選，從國(guó)家層面盡可能地推動(dòng)汽車(chē)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(chē)噴漆VOCs 的過(guò)程防治

所謂的汽車(chē)噴漆過(guò)程防治，主要是通過(guò)對(duì)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(duì)性地回收各類(lèi)報(bào)廢溶劑。

傳統(tǒng)的手工噴漆的上漆率相對(duì)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(guò)程中，采用全自動(dòng)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(guò)噴漆霧的整治以2010 年為分界線(xiàn)，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(duì)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(duì)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(lèi)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(guò)程中，為了避免不同顏色之間產(chǎn)生相應(yīng)的污染，噴漆過(guò)程需要使用各類(lèi)溶劑沖洗噴漆管路，以保證噴漆處理過(guò)程中不會(huì)串色。而這時(shí)產(chǎn)生的各類(lèi)廢棄溶劑需要進(jìn)行針對(duì)性排放。如果安裝了對(duì)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(chē)補(bǔ)漆過(guò)程中的VOCs 末端治理

4.1 噴漆室廢氣治理

汽車(chē)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(duì)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(guò)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(dòng)到高溫脫附的區(qū)域時(shí)，就可以利用高溫廢氣對(duì)當(dāng)前轉(zhuǎn)輪上的各類(lèi)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(duì)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(guò)凈化后的廢氣就會(huì)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(wú)害化排放處理。這項(xiàng)工藝實(shí)現(xiàn)的方式相對(duì)穩(wěn)定，可以保持排放到大氣中的氣體符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 烘干室的廢氣治理

在汽車(chē)廢氣所產(chǎn)生的各類(lèi)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(guò)焚燒爐進(jìn)行直接的焚燒。一般來(lái)說(shuō)常用的焚燒工藝有TAR和RTO兩種技術(shù)：通過(guò)燃燒把有毒有害的氣體分解成CO2和H2O。這種方式相對(duì)來(lái)說(shuō)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(duì)昂貴，因此一般只用來(lái)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(mén)組成的。蓄熱層內(nèi)部往往是通過(guò)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(huì)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(huì)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(guò)另一層蓄熱體之后，溫度會(huì)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(guò)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(duì)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(guò)程中，當(dāng)氣體本身的濃度相對(duì)較高的時(shí)候，所產(chǎn)生的各類(lèi)熱量足夠滿(mǎn)足下一次冷敷期進(jìn)行全面預(yù)熱的各類(lèi)需求。所以，在此過(guò)程中蓄熱層可以利用所收集的熱量對(duì)下一次的廢氣進(jìn)行直接預(yù)熱，在保證能源不會(huì)浪費(fèi)的前提下，滿(mǎn)足凈化要求。在這個(gè)過(guò)程中，系統(tǒng)本身不需要打開(kāi)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(duì)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(guò)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(duì)應(yīng)的低氮燃燒技術(shù)對(duì)鍋爐進(jìn)行改造，并在此基礎(chǔ)上對(duì)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(duì)鍋爐進(jìn)行全面優(yōu)化和整合，對(duì)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(duì)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(chē)噴漆烘干完成后，車(chē)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(chē)車(chē)身鋼材不受雨水腐蝕。但是據(jù)統(tǒng)計(jì)，15%～20% 的汽車(chē)車(chē)身在進(jìn)行裝配過(guò)程中往往存在著漆面缺陷的情況，因此汽車(chē)車(chē)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(duì)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(guò)濾，吸收當(dāng)前室內(nèi)的氣霧顆粒的同時(shí)，也可以通過(guò)活性炭吸附VOCs。

使用活性炭進(jìn)行吸附的優(yōu)勢(shì)是：相對(duì)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(duì)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(lèi)氣流分布器。活性炭以蜂窩狀的形式進(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(duì)較小的前提下盡可能增大自身的表面積，在氣體動(dòng)力學(xué)的性能下強(qiáng)化自身的吸附性，對(duì)VOCs 進(jìn)行全面的吸附處理。

6 結(jié)語(yǔ)

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