集裝箱制造VOCs廢氣治理

王 毅

(上海嘉園環(huán)保科技有限公司，上海 200333)

0 引言

集裝箱的生產(chǎn)流程主要包括：下料→拋丸→預處理→機加工→焊接→噴漆→ 烘干→美妝→出箱等工序。在這些工序中產(chǎn)生VOCs廢氣的工序主要有預處理、噴漆及烘干工段。在生產(chǎn)過程中，用大量油漆噴涂到鋼板表面，起到防腐、耐磨及美觀的作用。油漆中含有大量稀釋劑，稀釋劑的主要成分包括甲苯、二甲苯、丁醇、甲基異丁基酮、100#溶劑油等有機溶劑物[1]，這些有機物在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢氣排放形成VOCs的主要成分，如果未經(jīng)處理大量排放到環(huán)境中，會給環(huán)境及人類健康帶來極大的危害。

1 鋼板預處理工段

鋼板預處理是指在生產(chǎn)集裝箱的過程中，整卷鋼板經(jīng)開卷、下料、拋丸后對鋼板表面進行噴涂或者輥涂的過程。在這一工藝段中，因全程采用自動化控制，因此針對廢氣的收集，可將房體做成相對密閉形式，用較小的風量進行抽風排氣，廢氣中VOCs濃度會在1 200—2 500mg/m3之間，以上海某廠所測數(shù)據(jù)為例，見表1。

從表1所測數(shù)據(jù)可得，在集裝箱鋼板預處理工段的廢氣屬于小風量、中高濃度的有機廢氣，選用的治理工藝為蓄熱式高溫氧化(RTO)[1]。這種工藝的特點為：凈化效率高、設(shè)備運行穩(wěn)定；高溫分解的初始能源為天然氣，能耗大小取決于廢氣的濃度(簡單工藝流程見圖1)。

表1鋼板預處理輥涂工藝及噴涂工藝廢氣濃度

說明：Ⅰ、Ⅱ表示第一次樣和第二次樣。

車間生產(chǎn)廢氣經(jīng)密閉后收集。先經(jīng)過濾器，去除廢氣中的粉塵顆粒及漆霧；再經(jīng)風機送到RTO設(shè)備進行高溫分解。VOC氣體在750—850℃下，分解成CO2及H2O，并釋放出大量熱能。按照有機物燃燒放熱，甲苯熱值3 905.0kj/mol，二甲苯熱值2 500kj/mol，其他醇類、酯類等的VOC氣體熱值按2 300kj/mol來估算[2]，依據(jù)在廢氣治理行業(yè)內(nèi)的經(jīng)驗及國內(nèi)外研究的結(jié)果可知，單純維護RTO的熱平衡濃度大約在1 000—1 500mg/m3。RTO的熱回收是用爐體內(nèi)的蓄熱體來進行的，蓄熱體的熱回收效率大約在95%左右。從熱平衡角度來講，如果(Q入+Q釋)≤(Q離+Q損)(Q入：進入系統(tǒng)的氣體熱量；Q釋：VOC氣體高溫反應(yīng)釋放出來的熱量；Q離：排氣帶走的熱量；Q損：爐體熱輻射損失的熱量)，則需額外補充熱量。預處理有機廢氣經(jīng)密閉收集后，氣體VOC濃度都在1 500mg/m3左右，在正常運行過程中，無需增加額外的熱能就可以保持系統(tǒng)的熱平衡。

圖1 集裝箱鋼板預處理工段的廢氣治理工藝流程圖

在我國新的《揮發(fā)性有機物無組織排放控制標準》中(GB 37822-2019)對廠界VOCs監(jiān)控濃度限值和企業(yè)廠區(qū)內(nèi)大氣污染物監(jiān)控點VOCs監(jiān)控濃度限值都進行了嚴格規(guī)定[2]。上海市也于2015年出臺了新的地方排放標準DB31/933-2015，在這個標準中規(guī)定的污染物排放濃度限值：甲苯10mg/m3；二甲苯20mg/m3；非甲烷總烴70mg/m3。表2為設(shè)備運行過程中所測量的數(shù)據(jù)。

表2 RTO運行時所測量的進、出口濃度

由表2數(shù)據(jù)看出，用RTO工藝治理鋼板預處理的廢氣，排放數(shù)據(jù)均達到上海市地方排放標準，而且遠低于這一標準，取得了較好的效果。

2 整箱噴涂車間

集裝箱經(jīng)材料拼裝焊接完成后，需對內(nèi)、外表面進行噴涂。按噴涂工藝分為底漆、內(nèi)面漆、中間漆和外面漆4道油漆。根據(jù)集裝箱的生產(chǎn)特點，為避免廢氣對周邊環(huán)境的影響，整個生產(chǎn)線為封閉式，每個噴涂房排風量在12 000—15 000m3/h，噴涂房內(nèi)以自動噴漆為主，每個噴房有10—15把噴槍。上海某集裝箱工廠各個噴房的廢氣排放參數(shù)見表3。

由表3可知，集裝箱整箱噴涂生產(chǎn)線的廢氣是大風量低濃度的有機廢氣。針對這種有機廢氣的治理，一般采用沸石轉(zhuǎn)輪吸附+RTO工藝進行治理[3]。沸石用于吸附濃縮，將大風量的VOC氣體經(jīng)沸石吸附后，低濃度VOC在沸石表面富集，再用小風量較高的溫度對沸石表面的VOC進行解析，解析的高濃度VOC廢氣進入蓄熱式焚燒爐內(nèi)進行高溫無害化分解，在VOC分解過程中釋放的熱量再利用一部分用于對沸石的脫附[3]。簡單工藝流程見圖2。

表3各噴漆房廢氣排放參數(shù)

圖2 集裝箱整箱噴涂生產(chǎn)線廢氣治理工藝流程圖

這種治理工藝的特點是：(1)凈化效率相對比較高，可達90%以上；(2)系統(tǒng)運行安全、穩(wěn)定，沸石材料為硅鋁酸鹽，脫附溫度可到200℃；(3)運行能耗比較低，RTO內(nèi)有大量蓄熱體，熱回收效率達到95%以上。

近年來國內(nèi)外對VOC排放的控制越來越重視。一個集裝箱工廠有機廢氣排放風量按60萬m3/h，廢氣濃度按700mg/m3，經(jīng)治理后的凈化效率按達到93%計算，則每年排放到大氣中的VOC量達到176t(年運行時間按6 000h)，這個污染量是相當驚人的。作為VOCs排放的重要行業(yè)，集裝箱噴漆行業(yè)的VOC治理日益緊迫，廣東省在2014年開始在集裝箱行業(yè)推廣水性漆，同時也制定出了集裝箱制造行業(yè)的VOC排放標準DB44/1837-2016；從2017年開始集裝箱制造行業(yè)采用水性漆全面替代原來使用的油性漆。表4所列為兩種漆的組分及占比情況。

表4水性漆、油性漆成分表

由表4可知，水性漆里面含的VOCs組分很少，占比不到5%，里面大部分VOC組分為醇類及醚類，可溶于水，而且稀釋劑為水；而油性漆所用的稀釋劑100%是VOC溶劑，油漆中也含大量的VOC組分。所以從2017年開始，在集裝箱制造行業(yè)的整箱噴漆工段，水性漆開始取代油性漆，VOC的排放量減少了95%[4]。表5為水性漆生產(chǎn)時所測排放口的VOC濃度。

表5水性漆各排口濃度表

由表5數(shù)據(jù)可知，改為水性漆后，噴漆線的有機廢氣濃度很低，特別是外面漆的廢氣濃度。從環(huán)保治理角度，所有的工業(yè)廢氣排放，都要有減排的措施。廢氣中含有大量漆霧，因此針對這類廢氣治理，建議采用的工藝：旋流板塔洗滌+過濾+活性炭吸附來治理。簡單工藝流程見圖3：旋流板塔的作用一方面是去除大量的漆霧顆粒，另一方面是將水與VOC氣體充分接觸，將可溶于水的VOC去除，在后端設(shè)置活性炭吸附主要是針對前端一些不溶于水的有機廢氣用活性炭進行凈化。經(jīng)過以上工藝路線治理后的排放濃度都能達到50mg/m3以下的標準，而外面漆的排放濃度只有個位數(shù)，整體對VOC廢氣的消減率達到60%以上。

圖3 噴漆線的有機廢氣治理工藝流程圖

3 結(jié)語

對集裝箱制造工廠排放VOCS的廢氣治理，在鋼板預處理工段，VOC廢氣濃度高、風量小，選用直接蓄熱式焚燒(RTO)工藝進行治理。經(jīng)跟蹤檢測，系統(tǒng)凈化效率達到98%以上，排放濃度遠小于地方排放標準。在整箱噴涂車間，如若用油性漆，廢氣濃度在600—800mg/m3，但整條線排風量每小時達到幾十萬立方米，采用轉(zhuǎn)輪+RTO工藝，凈化效率可大于90%以上，排放指標可達到地方排放標準；如果改為使用水性漆進行噴涂作業(yè)，采用旋流板塔+活性炭吸附凈化工藝后，排放指標也可達到遠小于地方排放標準。總之，集裝箱制造VOCS廢氣的治理，針對不同的工段采用不同的工藝，都能做到投資成本低、運行穩(wěn)定、運行能耗低最終達標排放的目標。