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探析轨道车辆涂装VOCs废气治理技术!

北极星VOCs在线  来源:水漆助手    2020/10/21 15:01:25  我要投稿  

北极星VOCs在线讯:近年来,轨道交通由于其快速、方便,并有效缓解城市交通压力的特点,得到了快速发展。但目前我国轨道交通车辆涂装还是以溶剂型涂料为主,随着需求量的不断增加,相应生产涂装过程带来的环境问题也引起了越来越多的关注,随着国家对大气污染防治的要求越来越严格,对轨道车辆涂装喷漆室、烘干室废气排放的治理迫在眉睫。

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1 轨道交通车辆制造中产生的涂装废气特征

轨道交通车辆涂装涂层包括防锈底漆、腻子、中涂漆和面漆,车辆内表面和底架下表面喷涂阻尼降噪涂料,部分列车底部喷涂防火涂料,目前涂装主要采用的仍是溶剂型涂料。其中,涂料中的溶剂组分又以苯系物( 甲苯、二甲苯较多) 、酯、醇、醚、酮为主,一般的涂料中有机溶剂占比为40%~ 60%。在喷涂工序,车辆车体每次完成一个涂层的喷涂后,都将进入喷漆室和烘干室,喷漆室和烘干室的VOCs产生量比例大约为5∶1~6∶1。

喷漆室废气主要污染物为未附着至工件表面的漆雾和工件表面涂料挥发出来的VOCs。为保证喷涂后工件的表面质量,喷漆室的气流要参考我国相关设计标准,喷漆室通常采用上进下排的气流组织方式,喷涂作业区空载风速不小于0.35m/s,有载时风速不低于0.5m/s。温度条件为18~28 ℃。因此,喷漆室废气的特点是风量大、VOCs浓度低( 大约为100~500mg/m3 ) ,且含一定的雾滴( 其中漆雾不超过1mg /m3 ) 。

烘干室由于要保持一定的温度,所以废气的风量不大,其组分与涂料中溶剂的组分基本一致( 醇类、酯类、醚类、酮类、苯系物等) ,由于烘干室温度相对较高,所以溶剂会在此工序中大量挥发出来,VOCs浓度一般在2500mg /m3 左右,产生的废气为VOCs中等浓度、高温型废气。

2 轨道交通车辆喷涂VOCs废气治理方案的选择

车辆喷涂车间生产一般都是喷漆室和烘干室同时工作,虽然烘干室废气的浓度和温度都较高,但是由于烘干室的风量较小( 约为喷漆室的1 /8~ 1 /12) ,因此车辆喷涂车间产生的VOCs废气一般采用2个工段的废气经混合后集中处理,且废气特性基本属于低温、低浓度、大气量、易吸附的VOCs废气。基于车辆涂装生产产生的VOCs废气特征和目前我国较高的排放标准要求,如北京地区工业涂装废气排放标准要求非甲烷总烃≤50mg /m3,总VOCs处理效率≥90%。综合该治理系统的一次性投资、长期运行费用、环保达标排放等性能,车辆涂装废气治理较为合理的处理技术为“废气的吸附浓缩净化+脱附废气的高温热氧化”组合治理方案。

吸附浓缩使用的吸附剂一般有分子筛和活性炭2 种,即将大风量低浓度的废气,吸附后实现达标排放,动态吸附饱和的区域,经再生气再生,气量降低若干倍,但再生气中污染物浓度则增加若干倍,从而实现系统处理能耗合理的目标。

表1 为分子筛和活性炭的性能对比。

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活性炭的吸附能力较分子筛强,但随着使用时间和再生次数的增加,活性炭设备的吸附能力会明显下降。活性炭虽然在脱附再生后处理效率可以有效提高,但是在7 d 的运行周期内下降较快,很可能在最后几天出现不达标的情况,并且即使进行再生脱附,吸附效率也明显下降,一般在300d左右就必须更换。因此,为保证稳定的吸附处理效率,喷涂行业VOCs废气治理常用的吸附剂以沸石分子筛为主,同时疏水性改性沸石分子筛的应用进一步增加了其使用价值,浓缩工艺则以转轮吸附浓缩工艺为主。

高浓度VOCs废气的治理方案通常为燃烧法或热氧化法。目前主流燃烧方案有催化氧化( CO) 、蓄热热氧化( RTO) 和蓄热催化氧化( RCO)

3 沸石转轮浓缩+催化氧化( CO) 系统

3. 1 废气的除湿、预过滤处理子系统

高湿度废气对于沸石转轮的吸附效率有着直接的影响。根据实际生产中的应用和多次试验,废气的相对湿度低于80%时,沸石转轮对VOCs的吸附效率可稳定保持在90%以上,但当废气相对湿度大于90%时,对于某些VOCs 组分,沸石转轮的吸附效率下降至80%左右。

若使用水性涂料,废气中实际相对湿度可能过高,因此,为保证废气中相对湿度低于80%,可将废气温度提高从而降低废气的相对湿度。通常车辆涂装VOCs 废气处理系统,入口废气温度约30℃,如果入口温度提高约2℃,大约可使入口废气的相对湿度降低15%。因此,即使车间废气的相对湿度达到100%,进入转轮时的相对湿度也可降低至85%以下,但在实际的工业化应用中,宜将进入沸石转轮的废气入口温度提高至较车间混合废气温度高3℃以上较为安全可靠。

其次,由于车辆涂装废气中含有少量漆雾等颗粒杂质,为避免影响转轮的吸附效率,通常预过滤采用初、中、高效组合过滤技术用于除颗粒杂质,但预过滤设计应尽量减少中、高效过滤器的更换频次,以降低设备的运行成本。

3. 2 沸石转轮浓缩子系统

转轮是沸石转轮浓缩子系统的核心部件,也是将低浓度VOCs浓缩的关键设备,它通常由疏水性沸石分子筛与陶瓷纤维加工成波纹状膜片,再卷制成蜂巢状的轮盘结构,并在轮盘的中央安装旋转轴承。耐腐蚀、耐高温的气体密封垫安装在转轮的外部框架结构上。通常转轮隔离成3 个区域,即吸附区、脱附区和冷却区,转轮速度通常以3~6r /h 持续缓慢旋转。

沸石转轮浓缩子系统另一核心部分为再生气加热及其热交换系统,以及风机系统、自动控制系统等。目前全世界的转轮厂家能够提供的最大型号的单只沸石转轮,最大可以处理200000m3 /h风量的废气,根据处理废气的组分和浓度,能够将废气中的VOCs浓度提高5~20倍。

沸石转轮的目的是保证进入转轮的超标VOCs废气经过转轮吸附区吸附净化后可直接排放至大气中,被去除的原有VOCs成分被截留吸附在沸石分子筛内部,当转轮上吸附有大量VOCs的片区旋转至脱附区时,一台小风量的脱附风机将180~240 ℃左右高温气体吹入转轮中,并将其中吸附的VOCs脱附出来,此时便实现了废气的浓缩。脱附后的转轮由于温度较高,此时不具有较高的吸附性能,所以先进入冷却区,经冷却气体吹扫降温,使其恢复吸附能力,而后再旋转至吸附区,重新开始下一轮的工作。每个区域都保持气密。这样转轮的每个部分均可以连续地从吸附区旋转到脱附区,然后旋转到冷却区,最后又旋转回吸附区完成一圈的旋转。

3. 3 催化氧化( CO) 子系统

催化氧化( CO) 子系统通常由燃烧器或加热器、贵金属催化剂、阀组及安全报警装置组成。催化氧化( CO) 为无火焰燃烧技术,涂装废气处理系统常见的催化氧化温度在300~350 ℃之间,也可以高达600 ℃,处理效率可以达到99. 5%以上,且无NOx产生。

4 沸石转轮浓缩+催化氧化系统的技术特点

(1) 对于大风量、低浓度的VOCs废气,具有较稳定的净化效率,通常该系统VOCs的处理效率可高达95%以上。

(2) 沸石转轮由无机氧化物组成,自身不可燃,安全度高。

(3) 沸石转轮可以承受300 ℃以上的脱附温度,对于高沸点的VOCs也能够有效处理。热稳定性极高,可以通过反复加热脱附来实现再生,使用寿命高于40000h。

(4) 整个系统每次启动时间小于1h,对于轨道车辆喷涂行业非连续运行的工况来说,系统启/停快,运行灵活,可节约大量运行能耗。

5 结语

沸石转轮浓缩+催化氧化( CO) 处理方案,是车辆涂装VOCs废气治理的合理工艺,处理工艺系统安全、去除率高、稳定性高、运行费用合理可行。因此,沸石浓缩转轮+催化氧化( CO) 技术是现有技术条件下对于非连续工况,处理大风量、低浓度VOCs废气的最佳选择,在轨道车辆涂装废气治理中的应用将会越来越广泛。


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