不同特征噴漆廢氣的前處理技術與設計思路應用研究

沈永超

摘 要：化工、汽車、家具等行業在生產制造過程中會產生一定量的噴涂廢氣，噴涂廢氣對人類健康以及環境會造成許多不利影響。在處理噴漆廢氣的工藝中，濃縮轉輪是目前主流工藝，對于濃縮轉輪而言，由于其本身設備比較貴，對來氣顆粒物，濕度，高沸點物質等要求比較高，要想保證濃縮轉輪的使用壽命，必須要進行合適的前處理。本文介紹了噴涂廢氣在處理過程中會涉及的一些前處理技術以及其設計思路。漆霧預處理主要分為干式處理與濕式處理。本文主要闡述了不同噴漆廢氣所需要對應的前處理工藝設計，各種對后續濃縮轉輪可能造成影響的情況，例如堵塞，處理效率降低，脫附聚合等，必須從源頭去除，從而更優的保護后段設備免受漆霧損壞，延長后段設備使用壽命，使整套處理系統運行更穩定。

關鍵詞：噴漆廢氣;前處理工藝設計;高沸點;聚合性;粘性顆粒物

前言

隨著我國社會經濟的高速發展，使用噴漆工藝的行業也在不斷地壯大，主要有化工、房地產、汽車、機械、電子產品、船舶等行業[1]。噴漆過程中會產生大量的有機廢氣，對人類健康以及環境會都會造成不良影響。

目前，針對噴漆廢氣較為常用的處理方法是“沸石+燃燒”，然而沸石成本較高，噴漆廢氣中含有大量的漆霧渣，特殊漆種還會含有不同的聚合物、黏性物質、高沸點物質等，這些都會對沸石造成不同程度的損傷，引起不可逆的劣化。本文重點提出了針對不同漆種產生的噴漆廢氣前處理設計思路，有效保護后段設備不受損害，降低系統運行成本，加強系統運行穩定性。

1、噴漆廢氣的成分及特點

1.1 噴漆廢氣的主要組分

在涂裝噴漆過程中，噴槍噴出的油漆絕大部分會停留在工件表面，其他未留在工件表面的噴霧微粒懸浮在空氣中，加上噴涂過程中產生的VOCs合在一起成為噴漆廢氣[2]，噴漆廢氣對人類健康的危害不容忽視，漆霧經過呼吸道進入人體后會引發急慢性中毒，損傷人體神經以及造血系統，長時間接觸還會對人體肝臟造成毒害[3]。

不同漆料不同溶劑不同噴涂過程所產生的噴漆廢氣也大有不同。曾培源[3]等在研究廣州某汽車噴涂廢氣中發現其廢氣中主要VOCs成分為甲苯、二甲苯、乙苯、乙酸仲丁酯、甲基異丁酮、乙酸丁酯。二甲苯和乙酸丁酯的占比接近50%。余宇帆[4]在調查珠三角地區相關噴漆行業廢氣VOCs特征時發現其成本主要為乙酸乙酯、乙苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯以及乙酸丁酯等。

1.2 噴漆廢氣的排放特征

為保證噴漆室內的空氣環境，噴漆室通常需要采用大風量通入排出，在此過程中，排放的噴漆尾氣通常為大風量、低濃度的廢氣。噴涂廢氣主要特征如下：

1） 風量較大，通常單個噴房的排放風量在8～10萬m3/h;

2） 排放濃度低，按照噴房的類型，自動噴房排放濃度約500mg/m3，手動噴房約250mg/m3;

3） 排放尾氣的VOCs組分比較復雜，包括三苯類物質，脂類物質，醇酮類物質;

4） 排放尾氣中含有很多漆霧顆粒物、水汽、聚合性物質等。

以上這些問題給后續濃縮轉輪的應用帶來很多問題，所以需要針對不同的漆種不同噴涂工藝設計不同的預處理方法，以保證系統工藝穩定可靠。

2、不同特征的噴漆廢氣預處理技術分析研究

2.1 高沸點組分

2.1.1 高沸點組分的處理方式

噴涂油漆原料組成中含有部分高沸點物質，這部分高沸點組分揮發進入噴漆廢氣中，當采用“沸石轉輪+燃燒”工藝處理噴漆廢氣時，高沸點物質進入沸石轉輪，會給轉輪脫附帶來困難，脫附不徹底會嚴重影響轉輪的吸附性能，導致整個系統處理效率下降。所以在針對含有高沸點物質的噴漆廢氣前處理過程中，考慮增加AC過濾器。

2.1.2 顆粒活性炭

活性炭是一種主要由含炭材料制成的外觀呈黑色、內部孔隙結構發達、比表面積大、吸附能力強的一類微晶質炭素材料。活性炭材料中有大量肉眼看不見的微孔，豐富的微孔可以更好的吸附各類可吸附物質。

2.1.3 板框式顆粒活性炭過濾器

AC過濾器可以去除噴漆廢氣中的甲醛、甲苯、硫化氫、氯苯以及其他一些高沸點物質。在其吸附達到飽和狀態后，高沸點的物質可以將低沸點的物質置換出去，高沸點物質保留在活性炭顆粒內，低沸點成分被置換出來后進入下一道過濾材料。這樣就把廢氣中高沸點物質全部保留在活性炭這一級上了。完全可以避免高沸點物質對濃縮轉輪的影響。

2.2 聚合性

2.2.1 噴漆尾氣中的聚合性物質

部分漆種在生產制作中會選用苯乙烯、丙烯酸等物質作為原料，這些有機物在一定條件下容易聚合成大分子的聚合物，這些易聚合組分進入沸石轉輪后，經過脫附區高溫作用下更易在分子篩表面及孔隙內部聚合，致使沸石分子篩嚴重受損，更多時候是不可逆劣化。故而針對有聚合性物質的噴漆廢氣，前處理需要加特殊處理來規避聚合堵塞風險。

2.2.2 聚合性物質的處理方式

通常采用加氧化劑的方式，濕式氧化主要通過洗滌塔的形式，噴強氧化劑溶劑，通過氣液接觸反應;干式氧化主要是通過加氧化球的方式。利用高錳酸鉀的強氧化性，將易聚合物質中的不飽和鍵氧化，反應生成穩定的羧基，從而保證其不會在轉輪表面聚合。

2.3 尾氣中具有粘性物質及大顆粒物質

2.3.1 文丘里除塵器

對于噴漆廢氣中存在粘性、含塵量大的物質，為了降低后續干式過濾器材的更換周期、更有效的保護后端設備免受破壞，通常在干式過濾前加旋流板塔或者文丘里洗滌塔。

文丘里除塵器是一種高效濕式洗滌器，在結構上如圖2.4所示，由收縮管、喉管和擴散管組成。文氏管是在意大利物理學家文丘里首次研究了收縮管道對流體流動的效率的影響后命名的。文丘里管是在1886年美國科姆斯？藿舍爾為了增加流體的速度從而引起壓力的減少而發明的。文丘里除塵器于1946年開始在工業中的應用。

2.3.2 文丘里除塵器的原理

文丘里除塵器是一種高能耗高效率的濕式除塵器。含塵氣體以高速通過喉口，水在喉口處被湍流運動的氣流霧化，塵粒與水滴之間相互碰撞使塵粒沉降，這種除塵器結構簡單，對0.5～5μm的塵粒除塵效率可達99%以上。其工作原理是：含塵氣體由進氣管進入收縮管后，流速逐漸增大，氣流的壓力能逐漸轉變為動能，在喉管入口處氣速達到最大，一般為50～180m/s。洗滌液（一般為水）通過沿喉管周邊均勻分布的噴嘴進入，液滴被高速氣流霧化和加速。

充分的霧化是實現高效除塵的基本條件。通常假定：

①微細顆粒以與氣流相同的速度進入喉管;

②洗滌液滴的軸向初速度為零，由于氣流曳力在喉管部分被逐漸加速。

在液滴加速過程中，由于液滴與粒子之間的慣性碰撞，實現微細顆粒的捕集。當夜地速度接近氣流速度時，液滴與顆粒之間相對速度接近零。在喉管下游，慣性碰撞的可能性迅速減小。因為碰撞捕集效率隨相對速度增加而增加，因此，氣流入口速度必須高。在擴散管中，氣流速度減小和壓力回升，使以顆粒為凝結核的凝聚速度加快，形成直徑較大的含塵液滴以便于被低能洗滌器或除霧器捕集下來。

對于含塵量較高的噴漆廢氣，采用文丘里洗滌塔后，后面初、中效干式過濾器材的更換周期可以由一周一次降至半個月乃至一個月一次。

2.4 含油噴漆廢氣

2.4.1 旋流板塔

對于部分漆種，其組分中會含有石腦油等油性物質，這類油性物質因為呈液態狀、粒徑小，故而穿透力很強，如果其穿透前處理濾材到達后端沸石分子篩表面，就會堵塞分子篩孔道，故而在前處理環節需要增加除油工藝。

目前針對除油可以用噴淋塔來處理，旋流板塔是一種噴射型塔板洗滌器，主要機制是塵粒與液滴的慣性碰撞，離心分離和液膜粘附等。這種塔板由于開孔率較大，允許高速氣流通過，因此負荷較高，處理能力較大，壓降較低，操作彈性較大。

2.4.2 旋流板塔的原理

在噴漆廢氣入口處設計初級噴淋裝置，當廢氣經進口煙道，與布置在進口煙道段的噴淋形成的水霧進行傳質換熱，得到初步降溫，切向進入吸收塔。廢氣在吸收塔內通過旋流氣動裝置的加速和旋流，煙塵與經過霧化的吸收液發生碰撞、附著、凝聚、離心分離等綜合性的作用，被甩到塔壁，隨塔壁水膜流向塔底。旋流板噴淋塔除塵效率可以達到98.5%以上。通過旋流氣動裝置的設置，使煙氣在同樣高度的筒體內旋轉次數增加、通過的路徑增長，氣相紊動劇烈，煙氣與吸收液在時間和空間上得到充分的碰撞、接觸、溶解、吸收。

旋流板塔可用于處理含有聚合物、含塵量大、含油噴漆廢氣的處理。

2.5 其余普通噴漆廢氣

對于大部分噴漆廢氣，除上面比較有特征的需要額外加特殊深化設計外，常規處理采用三級干式過濾，即DPA+F7+F9（H10），通過多道不同過濾等級的干式過濾器，利用濾層阻留噴漆廢氣中含有的細小顆粒及漆霧粉塵等雜質[7]，防止其堵塞沸石轉輪縫隙，降低沸石轉輪的吸附效率和使用壽命。

2.5.1? DPA

DPA漆霧過濾器是噴漆廢氣最好的選擇。對10μm以上的小漆霧捕捉效率可達99.8%。DPA是專門設計用于涂裝工業噴漆過程中產生的過噴的液體和粉末涂料。DPA漆霧過濾器在歐美國家廣泛應用于干式噴漆房，捕捉漆霧能力是迷宮式過濾紙、玻璃纖維漆霧氈和其他低效率、低成本的漆霧過濾器的4-5倍以上。DPA漆霧過濾器可以捕捉多種成分的油漆漆霧，3D鉆石口袋設計可使過濾表面積擴大1倍以上，使漆霧過濾器不容易被堵塞。

2.5.2? F7過濾器

F7過濾器屬于中效過濾器，主要針對1μm以上的顆粒，過濾效率可以做到70% - 99%，可做為高效過濾的前端過濾，以減少高效過慮的負荷，延長其使用壽命。

2.5.3? H10高效過濾器

H10過濾器屬于亞高效過濾器，針對0.5μm以上的粒子，過濾效率達95% - 99%，亞高效過濾器采用超細玻璃纖維濾紙或聚丙烯濾紙為濾材，經密摺而成。密摺的濾紙由紙隔板或鋁箔隔板做成的小插件間隔，保持流暢通道，外框為鍍鋅板、不銹鋼板或鋁合金型材，用新型聚氨酯密封膠密封。作為各種過濾系統的末端過濾。

3 結論與建議

針對不同組分的噴漆廢氣，選擇合適的前處理工藝很有必要。只采用傳統的單一的干式過濾只能過濾廢氣中小部分漆霧，對于大部分特殊組分作用并不明顯，因為傳統的單一干式過濾應用范圍也較窄[8]。

噴漆廢氣前處理是很重要的環節，噴漆廢氣中含有高沸點物質的時候，前處理加AC過濾器去除其中的高沸點物質，通常為DPA+F7+AC+H10過濾;廢氣中含有易聚合物質時，通常采用加強氧化劑的方法，破壞物質的不飽和鍵，使其轉化為非聚合性物質;對于有粘性、含塵量大的噴漆廢氣，為降低運行中過濾器材的更換頻率、節省運行費用，通常在干式過濾前加洗滌塔，去除大部分大顆粒物質。對于廢氣中含有石腦油等油性物質，其穿透力強，通常在干式過濾前加洗滌塔，同時將最后一級過濾H10升級為H13，有效攔截油性物質。

綜上所述，合理的前處理設計，會給整個系統帶來更優的經濟效益、運行穩定性。如何以最小的經濟成本、最穩定安全的運行系統凈化噴漆廢氣以達到國家標準、減少環境污染，還需要相關領域研究人員和企業不斷去探索與實踐。

參考文獻：

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