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涂装行业VOCs治理技术路线:漆雾过滤+沸石转轮浓缩+旋转式RTO

目前,各地方政府都相继出台了针对汽车表面涂装中有机物排放标准以及挥发性有机物排污收费实施办法,在制度建立和经济效益两方面双管齐下,即从立法上确保企业必须减少挥发性有机废气的排放,做到合法排放;同时从经济利益角度引导企业主动减少排放。

 

来源:现代涂料与涂装

1  涂装行业VOCs排放概述

 

涂装过程中产生的挥发性有机化合物(VOC)主要有甲基异丁基酮、乙酸正丁酯、正丁醇、乙二醇、丁醚、甲苯、二甲苯、三甲苯等。涂装车间产生有机废气的主要来源有喷漆室、挥发室和烘房。烘房废气的特点是风量小、浓度高,一般采用高温氧化焚烧处理,在高温条件下挥发性有机物氧化分解,产生的热量作为烘房所需的热源,净化后的空气可以达到国家和地方发布的排放标准。而喷漆室产生的有机废气由于风量大、浓度低,在满足国家法规的情况下一般都采用高空直接排放,从而造成严重的环境污染。近几年,许多地方政府相继出台了地方法规,对有机废气排放制定了更严苛的标准,大部分地区要求VOCs排放浓度低于30 mg/m3。为满足这些要求,部分喷漆室所排放的有机废气也必须进行有效治理。

 

 

 

2  涂装行业VOCs废气治理方案

 

 

针对喷漆室和烘房废气排放的特点,西安昱昌采用漆雾过滤+沸石转轮浓缩+旋转式RTO的技术方案对涂装行业废气进行治理,如图1所示。因为喷漆室废气中含有漆雾颗粒,且湿度较大,所以将喷漆废气和烘干废气一起参与过滤和浓缩,喷漆废气经过和高温烘干废气混合后,由于温度升高使得气体相对湿度下降,节省了除湿的设备投资及运行费用,又使进入旋转式RTO的废气量大幅降低;浓缩后的废气通过旋转式RTO经过氧化裂解后,产生的热量一部分供RTO自运行,余热通过换热器将热量供给给烘房进行烘干和沸石转轮进行脱附使用;另外在烘干废气和喷漆废气湿度偏高的情况下,还可以将RTO氧化分解后的高温气体引入,达到降低废气湿度的目的。图1即为即为漆雾过滤预处理+沸石吸附浓缩轮转+旋转式RTO系统的原理图。

2.1  漆雾过滤预处理

 

 

漆雾过滤装置的作用是去除废气中的漆雾颗粒,对废气进行预处理。大部分的漆雾颗粒介于10-100 μm之间,也有相当比例的微粒介于3-10μm之间,如图2所示。在此方案中对废气进行三级过滤,为DPA过滤+F7过滤+F9过滤,如图3所示。DPA漆雾过滤器对微粒直径≥10μm的小漆雾过滤效率达99.8%F7过滤器对微粒直径≥1μm的漆雾过滤效率为99%E70%F9过滤器对微粒直径≥0.5μm的漆雾过滤效率为99%E90%。通过过滤预处理,确保1 μm以上的杂质不会进入转轮导致转轮堵塞,影响其工作性能。

2  漆雾中不同粒径大小油漆颗粒所占的体积百分数

3 漆雾预处理:三级过滤

 

2.2  沸石吸附浓缩转轮

 

沸石吸附浓缩转轮由中心轴承与转体组成,转体由疏水性沸石吸附介质与陶瓷纤维制成。转轮装有耐VOCs腐蚀、耐高温的材料制成的气体密封垫,将转轮隔离成三个区域:吸附处理区、再生脱附区、冷却区。转轮以较低的速度连续转动,废气由风机吹入转轮吸附区,处理后的洁净空气排入大气,当轮子吸附后转到脱附区,高温废气(180-200 ℃)使被吸附的VOCs脱附再生,再生后转入冷却区,降温后继续进行吸附,如图4所示。

4 沸石吸附浓缩转轮原理图

 

沸石吸附浓缩转轮的技术特点:

 

1)特别适用于处理大风量、低浓度的有机废气,净化效率稳定;

 

2)转轮低压损、无吸附损耗、对于高沸点的挥发性有机气体,也能够有效处理;

 

3)沸石转轮由无机氧化物组成,具有不燃性,使用安全;

 

4)转轮热稳定性极高,反复通过加热脱附来实现再生,使用寿命可达到10年左右;

 

5)喷漆废气和烘干废气一起参与吸附浓缩,使进入RTO处理的废气量大幅降低且节约能耗,大大节省了RTO设备投资和运行费用。

 

另外活性炭也可作为废气的吸附剂,但在工业应用中,其对废气有较高的湿度要求,通常小于50%左右;而且活性炭存在再生困难、吸附性能受水气影响大、吸附饱和时在热气流再生过程中安全性较差、易发生火灾等缺陷。如表1即为沸石转轮与蜂窝活性炭吸附浓缩装置对比。

 

1 沸石转轮与蜂窝活性炭吸附浓缩装置对比

 

比较项目

新型旋转式

传统固定床

吸附材料

沸石分子筛

蜂窝活性炭

吸附效率

90%——95%

<85%

安全性

吸附材料为无机硅酸盐,不燃,杜绝着火隐患

吸附材料为炭基质,易燃

材料寿命

10年左右

一般2年更换一次,且活性炭易燃,属于危险废弃物,按照规范应交由当地有资质单位进行处理

脱附浓度

稳定

不稳定

运行稳定性

高吸附、脱附出口浓度连续稳定,便于控制

低吸附、脱附出口浓度变化,相应控制阀频繁动作

控制阀

无,维护费用低

多,维护费用高

2.3  旋转式RTO

旋转式RTO,也称旋转式蓄热式氧化炉。其原理是在高温下将可燃废气氧化成对应的氧化物和水,从而净化废气,并回收废气分解时所释放出来的热量,废气分解效率达到99%以上,热回收效率达到95%以上。

 

旋转式RTO主要由燃烧室、陶瓷填料床和旋转阀等组成。炉体分成12个室,5个室进废气、5个室出净化气,1个室清扫,1个室起隔离作用。废气分配阀由电机带着连续、匀速转动,在分配阀的作用下,废气缓慢在12个室之间连续切换。图5为旋转式RTO原理图。

5 旋转式RTO原理图

旋转式RTO是第三代RTO,较传统的床式RTO,其主要优点有:

 

1)旋转式RTO散热面积小,12个室交替工作缓冲,节约能耗;

 

2)12个室一起工作,气流分配,净化效率高;

 

3)采用旋转阀,进气、排气连续,管道压力波动小,废气不倒灌,车间气味小。

 

2即为旋转式RTO与传统两室、三室RTO的性能对比。