汽車涂裝廢氣處理（沸石濃縮轉(zhuǎn)輪凈化工藝）

 

VOCs是揮發(fā)性有機化合物的總稱，首要是指在正常狀況下蒸氣壓大于0.1mmHg、沸點低于260℃的揮發(fā)性有機化合物，其廣泛存在于石化、汽車噴涂、印刷等范疇，其間化工涂料占絕大部分。VOCs中含有很多致癌物質(zhì)如：甲苯、二甲苯、對-二氯苯、乙苯、苯乙烯、甲醛、乙醛等。VOCs在太陽光和熱的效果下能與大氣中NOx等通過雜亂的化學、光化學效果，構(gòu)成光化學煙霧，是灰霾源的首要來源。

 

VOCs的操控和管理，將會成為未來環(huán)保工業(yè)展開的重要方向，繼PM2.5之后,VOC將成為下一階段大氣污染防治部分著重的要點。首要有以下辦法：

 

(1)環(huán)保要點城市展開VOCs監(jiān)測，并逐漸在全國推行;

 

(2)嚴格操控工業(yè)VOCs排放。要點加強石化職業(yè)生產(chǎn)進程排放操控，推動燃料油和有機溶劑輸配及貯存進程的油氣收回，削減走漏;

 

(3)鼓舞溶劑和涂料運用類企業(yè)運用水性、低毒或低揮發(fā)性的有機溶劑;

 

(4)建造有機廢氣收回運用與管理設(shè)備，完善有機廢氣收集和處理體系。

 

1汽車涂裝業(yè)VOCs現(xiàn)狀

 

汽車涂裝是汽車制作進程中“三廢”最多的環(huán)節(jié);涂料中含有VOCs，但不開釋VOC;涂料在涂裝進程中，70%的VOCs將揮發(fā);一條大型的車身涂裝線每年排放的氣體污染物總量或許高達數(shù)百噸?，F(xiàn)在汽車涂裝首要排氣點如下：

 

(1)噴漆室廢氣

 

勞作安全衛(wèi)生法規(guī)則，涂裝工廠噴漆室的風速度應(yīng)操控在0.25～0.35m/s的規(guī)模，排出廢氣為噴漆揮發(fā)的有機溶劑，首要成分為甲苯、二甲苯等，還含有少數(shù)未處理徹底的漆霧，損害物質(zhì)為微量的苯、甲苯和二甲苯。其間二甲苯在廢氣中含量較高，對眼睛及上呼吸道有刺激效果，高濃度時對中樞神經(jīng)體系有麻醉效果;一同二甲苯在大氣中首要通過光解進行轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化速度慢，停留大氣時刻相對較長，所以涂裝車間一般以二甲苯排放濃度和排放速率作為對環(huán)境影響的首要依據(jù)。

 

(2)曬干間廢氣

 

中涂、面漆的濕漆膜在曬干進程中有機溶劑進行揮發(fā)，為避免曬干間的有機溶劑集合產(chǎn)生爆炸事端，曬干間應(yīng)進行送排風，風速一般操控在0.2m/s左右，排風廢氣的成份與噴漆室排風廢氣的成份附近，但沒有漆霧，有機廢氣的總濃度比噴漆室廢氣偏大，一般與噴漆室排風混合后會集處理。調(diào)漆間、廢水處理間也有相似曬干間的有機廢氣排放。

 

(3)烘干室廢氣

 

電泳涂料與中涂面漆烘干均有廢氣排出，烘干廢氣的成分包括有機溶劑、樹脂固化、熱分化生成物等成份。電泳烘干廢氣中的總有機物濃度一般在500～1000mg/m3，中涂面漆烘干廢氣的首要組成為有機溶劑，烘干廢氣中總有機物濃度一般在2500mg/m3左右，都超過了CB16297-1996《大氣污染歸納排放規(guī)范》的廢氣濃度限值要求，有必要處理合格后才干排放。電泳涂料烘干廢氣的有機物濃度盡管比面漆烘干廢氣低一些，但其惡臭物質(zhì)，如甲乙酮肟的濃度更大，嗅覺更易發(fā)覺，更應(yīng)該進行處理。

 

2沸石濃縮轉(zhuǎn)輪處理汽車涂裝VOCs技術(shù)

 

2.1沸石的概念

 

沸石是一種多孔性骨架型硅鋁酸鹽，挑選吸附、高效吸附，可作為離子交換劑、吸附分離劑、催化劑;內(nèi)部的孔穴對大小不同的分子可進行挑選性吸附，通過改性得到新式的人工沸石，新式復合材料由于較高的空地率、好的化學穩(wěn)定性，可調(diào)的孔結(jié)構(gòu)和高的比表面積(介孔壁上附有微孔)，大為進步了吸附VOC的才能。沸石在介孔孔壁上存在微孔結(jié)構(gòu)，微孔對低濃度甲苯顯現(xiàn)出了杰出的吸附功能，這是由于沸石的孔徑更大，在有序的介孔壁上附有微孔，這些結(jié)構(gòu)上的差異使沸石的傳質(zhì)阻力十分小，從穿透點到吸附飽滿之間的時刻要短，吸附速率更快。沸石的比表面積為1126m2/g，均勻孔徑更大，介孔壁上附有微孔，因而傳質(zhì)阻力小，吸附有機物速率更快，微孔和介孔共存的特色，均勻孔徑大，對大分子和高濃度的VOCs具有更好的吸附才能。

 

2.2沸石的制備

 

將6g三嵌段共聚物P123溶于225mL1.6mol⋅L-1的鹽酸溶液中,拌和至溶解，將溶液轉(zhuǎn)入40℃水浴中，600r⋅min-1下拌和10min后逐滴參加13.8mL正硅酸乙酯(TEOS)，滴定完成后，持續(xù)拌和24h，移入聚四氟乙烯內(nèi)襯的晶化釜，100℃晶化24h后，冷卻、抽濾、洗刷、烘干，以2℃⋅min-1的速率升至500℃，在該溫度下焙燒5h去除模板劑，得到沸石。結(jié)構(gòu)中含有大約20%的水分，因水分會受熱而失掉，溫度下降而再吸收，使得它在水中煮沸時會冒泡泡，故以希臘語“ZEO”(沸騰)和“litos”(石頭)命名稱為Zeolite(沸石)。1立方微米的這種“超級旅館”內(nèi)竟有100萬個“房間”!的這些房間能依據(jù)“旅客”(分子和離子)的性別、高矮、胖瘦、嗜好的不同主動開門或擋駕，肯定不會讓“胖子”到“瘦子”的房間去，也不會使高個子與矮個子同住一室。依據(jù)沸石的這一特性，人們用它來挑選分子，獲得很好的效果。這對在工業(yè)廢液中收回銅、鉛、鎘、鎳、鉬等金屬微粒具有特別重要的含義。

 

2.3沸石與活性炭吸附的比較

 

活性炭本錢較低，但存在壽命短、不穩(wěn)定、受水氣影響大、難脫附高沸點有機物、熱氣流再生進程中易產(chǎn)生火災等缺陷。

 

沸石具有均勻微孔，其孔徑與一般有機分子大小適當，具有耐高溫、不可燃、杰出的熱穩(wěn)定性和水熱穩(wěn)定性等長處。

 

2.4沸石吸附的后續(xù)處理

 

涂裝廢氣選用沸石轉(zhuǎn)輪吸附+蓄熱式燃燒方法，配用蓄熱式燃化爐更高效、節(jié)能。蓄熱式燃化爐(RTO)：廢氣通過一級換熱器至460～500℃，如此可削減燃化爐之燃料消耗量，直燃式燃化爐一般操作溫度約為730～760℃，運用高溫將VOC廢氣燃燒反響成CO2及H2O轉(zhuǎn)輪為蜂窩狀結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)輪吸附材料是可以吸附有機溶劑的疏水性分子篩。

 

轉(zhuǎn)輪被分為3個區(qū)域即處理區(qū)、冷卻區(qū)和再生區(qū)，轉(zhuǎn)輪在一個電機帶動下旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)速度1-6轉(zhuǎn)/小時。轉(zhuǎn)輪為蜂窩狀結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)輪吸附材料是可以吸附有機溶劑的疏水性分子篩。轉(zhuǎn)輪被分為3個區(qū)域即處理區(qū)、冷卻區(qū)和再生區(qū)，轉(zhuǎn)輪在一個電機帶動下旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)速度1-6轉(zhuǎn)/小時。含有機溶劑的氣體從處理區(qū)流往后變成相對潔凈的空氣，其有機溶劑含量最低可降至50mg/m3以下，到達國家環(huán)保排放要求。部分含有機溶劑的空氣在再生風機的效果下從冷卻區(qū)流往后，被再生加熱器加熱到180℃左右，然后流過轉(zhuǎn)輪的再生區(qū)。當再生空氣流過轉(zhuǎn)輪時，吸附在轉(zhuǎn)輪上的有機溶劑在高溫效果下被脫附出來，一同被再生空氣帶走。轉(zhuǎn)輪作業(yè)時，再生空氣與處理空氣的份額在1/3～1/10之間，再生空氣中有機溶劑的濃度最高可到達處理前濃度的10倍。

 

2.5沸石脫附及換熱蓄熱式燃化爐對經(jīng)轉(zhuǎn)輪脫附出來的VOCs進行高溫732℃裂解，裂解后的成分與O2反響，生成二氧化碳和水蒸汽換熱體系：氧化爐出來的氣體與脫附后的氣體進行熱交換，以使將進入氧化爐的氣體溫度到達適宜溫度，然后削減氧化爐燃燒燃料。將換熱后的熱空氣收回后通入到轉(zhuǎn)輪的脫附區(qū)域，運用疏水型沸石的高溫脫附功能，將吸附在沸石里邊的小分子VOCs顆粒與沸石分隔，并與熱空氣一同進入下一個環(huán)節(jié)的進程。

 

3設(shè)備參數(shù)對去除功率的影響

 

(1)廢氣的溫、濕度：操控進流溫度低于40℃、相對濕度小于80%以下;

 

(2)轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)速：每小時轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)速3至4.5圈之間(隨進流VOC濃度值略變);

 

(3)濃縮倍率：添加濃縮倍率將使得體系去除功率隨之下降，但卻可使得后端燃化設(shè)備削減燃料運用;

 

(4)脫附溫度：滿意之脫附溫度有助于脫附程序之進行，但過高之脫附溫度將或許使得轉(zhuǎn)輪基材之余熱無法于冷卻區(qū)有用降溫，以致于吸附區(qū)時轉(zhuǎn)輪輪體仍處高溫狀況、不利于吸附程序進行。

 

4沸石濃縮轉(zhuǎn)輪技術(shù)發(fā)展

 

現(xiàn)在沸石轉(zhuǎn)輪首要依托進口，國際規(guī)模內(nèi)沸石技術(shù)較完善的有瑞典Munters公司和日本西部技研公司。瑞典Munters產(chǎn)品以某汽車廠涂裝生產(chǎn)線煙氣流量為20000Nm/h3,排煙溫度為200℃的1臺電泳烘干爐為改造事例，在其煙氣排煙管結(jié)尾改造裝置余熱收回體系，將煙溫降至110℃排放，收回的余熱將70℃的工藝回水加熱至90℃,用于前處理槽液加熱。項目施行后既能減輕環(huán)境污染，滿意企業(yè)生產(chǎn)工藝要求，又到達節(jié)省燃料的方針。

 

4.1設(shè)計方案

 

該汽車廠涂裝車間一樓設(shè)置有蒸汽站，蒸汽通過板式換熱器加熱熱水，熱水通過循環(huán)水泵送至前處理各槽體對槽液進行加熱，換熱后的水再送至板式換熱器與蒸汽進行換熱，熱水的送水溫度約為90℃，回水溫度約為70℃。詳細工藝流程：

 

為收回余熱，節(jié)省蒸汽用量，在電泳烘干爐高溫排煙管結(jié)尾設(shè)置一臺與之匹配的復合管式余熱收回體系，將烘干爐所排放的高溫煙氣降至110℃左右進行排放。

 

在原回水管路上新增循環(huán)水泵，通過水泵將回水送入余熱收回體系內(nèi)，與烘干爐排放的高溫煙氣進行換熱后進入原回水管路，通過原循環(huán)泵將加熱后的熱水送至槽體加熱槽液。電泳烘干爐余熱收回體系工藝流程如圖3所示：

 

4.2設(shè)計參數(shù)

 

余熱收回體系的管式換熱器選用復合管技術(shù)，原料悉數(shù)選用304不銹鋼，換熱方式為氣液換熱。設(shè)計煙氣阻力200pa左右，煙氣接口尺度與原烘干爐相一致。余熱收回體系外形尺度依據(jù)現(xiàn)場實踐情況進行非標設(shè)計。

 

4.3經(jīng)濟效益剖析

 

4.3.1收回熱量的核算

 

已知煙氣溫度t1=200℃，煙氣流量V=20000Nm3/h，通過余熱收回體系后降至t2=110℃，則每小時收回熱量Q可依據(jù)公式：Q=C.ρ.V.Δt

 

式中：Q為每小時收回的熱量，單位kcal/h;

 

Δt為煙氣溫差，單位℃;

 

V為煙氣在規(guī)范狀況下的流量，單位為Nm3/h;

 

C為煙氣定壓比熱容，單位是kcal/kg﹒℃;

 

Ρ為煙氣密度，單位是kg/Nm3;

 

終究核算得Q≈75萬kcal/h。

 

4.3.2加熱熱水量

 

已知熱水進水溫度t1=70℃，出水溫度t2=90℃，余熱運用率按85%，則可加熱熱水質(zhì)量：

 

G=Q.0.85/[C(t2-t1)]

 

式中：G為熱水量，單位為t/h:

 

Q為每小時收回的熱量，單位kcal/h;

 

C為水的比熱容，單位是kcal/kg﹒℃;

 

t1和t2為進出口水溫

 

終究核算得G≈26t/h

 

4.4經(jīng)濟效益剖析

 

余熱收回體系每小時可收回熱量Q2=Q*85%=75*0.85=63.75萬kcal/h，節(jié)省很多蒸汽，下降生產(chǎn)本錢，詳細詳見下表所示：

 

5結(jié)束語依據(jù)工程實例標明，裝置煙氣余熱收回體系，可以進步生產(chǎn)線熱功率，下降整體能耗，收回余熱也越大，節(jié)省能源越多。如果在實踐生產(chǎn)中可以保證余熱運用率，不只可獲得客觀的經(jīng)濟效益，并且相應(yīng)國家節(jié)能減排方針，為社會環(huán)境保護做出奉獻。