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，更應該進行處理。

 

2沸石濃縮轉(zhuǎn)輪處理汽車涂裝VOCs技術

 

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)的孔結構和高的比表面積(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構，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，這些結構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。結構中含有大約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)輪為蜂窩狀結構。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)輪為蜂窩狀結構。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設計方案

 

該汽車廠涂裝車間一樓設置有蒸汽站，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尾設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設計參數(shù)

 

余熱收回體系的管式換熱器選用復合管技術，原料悉數(shù)選用304不銹鋼，換熱方式為氣液換熱。設計煙氣阻力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，并且相應國家節(jié)能減排方針，為社會環(huán)境保護做出奉獻。