國內典型造船廠涂裝房VOCs收集處理方案簡析

袁皓月

摘 要：國內造船廠對VOCs收集處理的解決方案上提出了不同方向的意見，本文對主流的三種方案從運行原理、各自的優(yōu)劣勢進行了簡要的分析。

關鍵詞：揮發(fā)性有機化合物;船舶制造;吸附;涂裝;活性炭;沸石滾輪

中圖分類號：U673.38? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2020）10-0129-02

國家頒布的《環(huán)境保護法》和《大氣污染防治法》要求各企業(yè)要從源頭開始對VOCs進行管制，在生產過程和后排放管理等各方面進行全系統(tǒng)無遺漏的控制。目前，17個省份已經就如何進行VOCs排放收取費用出臺了相關政策。VOCs的減排能力和環(huán)保高效生產能力正在成為我國各制造型企業(yè)的核心競爭力、甚至成為部分企業(yè)生死存亡的頭等大事。

國家頒布的“VOCs十三五整改方案”中，主要從使用的涂料、各種涂裝工藝、廢氣排放處理等三方面對造船行業(yè)提出相關要求。本文以周邊船廠為例，主要從廢氣收集與處理的角度進行簡要分析。

1背景

案例中的船廠每個噴漆房設計風量40000m3/h，其中每兩個噴漆房合用一套40000m3/h處理量的活性炭吸附+催化燃燒脫附廢氣處理裝置，廢氣排放時經初步檢測未能達到國家標準，目前存在的問題：

（1）噴漆房過濾器未能全部過濾油漆霧，導致活性炭表面附著油漆，在吸附過程中造成氣流不暢通風壓增大;

（2）因活性炭附著油漆，為避免活性炭起火，脫附過程中溫度只能設定在110度以下，催化室溫度過低，脫附效果不佳;

（3）由于采用物理性吸附，故隨操作時間之增加，吸附劑將逐漸趨于飽和現(xiàn)象，此時則須進行脫附再生或吸附劑更換工作。目前設備活性炭脫附不完全，致使活性炭吸附能力快速下降，吸附的效果變差，機器運轉一段時間后排放數(shù)值逐漸升高。

2廢氣排放數(shù)據

在涂裝車間不同工況運轉時，廢氣排放口收集的排放濃度為30～65mg/m?不等，對照《船舶工業(yè)大氣污染物排放標準》的標準：VOCs排放濃度≤50mg/m?（各類污染物排放限值見表1）。在車間滿負荷運轉的情況下，噴涂時的排放沒有達到預期效果，目前該車間采用降低噴涂工作量的方式使得排放濃度達標。

3整改方案選擇

3.1增加前置濾器+加大吸附箱數(shù)量

為了避免顆粒及油漆霧進入到吸附凈化裝置系統(tǒng)，確保吸附處理系統(tǒng)的氣源干凈、干燥。該方案采用了網狀結構制成的金屬構架，內部添加過濾材料。過濾材料為DPA油漆過濾器，由鍍鋅框架，內夾復合袋式多孔吸附油漆材料制作，每塊DPA油漆過濾器最大能吸附20kg漆霧顆粒，可以對廢氣中的固體顆粒雜質進行攔截，使后續(xù)活性炭吸附更加充分。

由于目前吸附箱過小，導致活性炭過濾面積不足，該方案需增加2個吸附箱，增加吸附和脫附時間。由于進入吸附箱的待處理空氣已經經過了過濾，使得脫附溫度可以提高到110～120度，并選用800g/kg左右的鈀（貴金屬）作為催化劑，使得活性炭脫附徹底，提高活性炭使用壽命。該方案還需增加溫度檢測以及惰性氣體滅火系統(tǒng)，保證系統(tǒng)安全運行。

3.2采用活性炭纖維代替目前活性炭顆粒

該方案的與第一套方案的主要區(qū)別為用活性炭纖維代替活性炭顆粒。該方案將活性炭纖維制作成圓筒狀，在用活性炭纖維量罐的內部，留有一定的空間，以確保均勻的空氣分布，氣流組織為垂直流，即氣流通過炭纖維的結構組織層，使其強大的微孔結構充分利用，在實際應用設計過程中，通過增加其厚度，達到更好的凈化效率，凈化效率預計達到95%以上。其他改造流程與方案一一致，目前這種方案使用較少。

3.3沸石轉輪+RTO方案

該方案采用“漆霧預過濾+沸石分子篩轉輪吸附濃縮+蓄熱式氧化爐RTO”組成系統(tǒng)的工藝進行涂裝廢氣處理，整個系統(tǒng)分為5個流程（原理圖見圖1）。

（1）氣體初步過濾流程：車間噴漆廢氣經車間漆霧過濾器將占比較大的大顆粒漆霧進行初步收集，另設三或四級預處理裝置，使得廢氣中的顆粒物得到再次過濾。

（2）氣體吸附的流程：廢氣在引風機作用下經過管道進入沸石分子篩轉輪，當廢氣流經轉輪后，其中的VOCs氣體分子吸附到分子篩微孔道表面當中，其余的氣體隨之排除， 這部分氣體便得以凈化，凈化后的氣體可以通過煙囪達標排放。

（3）氣體脫附的流程：VOCs氣體分子被分子篩吸附后，被送至轉輪的脫附區(qū)，由高溫氣體（190～220℃）進行反向脫附，經過脫附處理后的氣體變成了高濃度低風量氣體，由被風機送至RTO進行焚燒處理，變?yōu)闊o害的二氧化碳和水，脫附所用的熱風來源于RTO一小部分熱量。

（4）冷卻氣體流程：轉輪設置有冷卻區(qū)域，使得吸附溫度不會高于40℃，以確保維持較高的吸附效率。隨著轉輪持續(xù)轉動，吸附動作、脫附動作、冷卻系統(tǒng)循環(huán)不斷工作，確保廢氣處理高效持續(xù)穩(wěn)定的運轉。

（5）蓄熱燃燒環(huán)節(jié)：脫附出來的高濃度有機廢氣通過RTO氧化室高溫區(qū)使廢氣中的VOCs燃燒分解后變成了二氧化碳和水，高溫氣體的熱量被氧化陶瓷蓄熱“存儲起來”用于預熱新進入的有機廢氣，從而節(jié)省了燃燒能源，有效地節(jié)約了成本。

4 三種方案優(yōu)劣勢對比

4.1“增加前置濾器+加大吸附箱數(shù)量”方案

優(yōu)勢：初期投入成本低，與現(xiàn)有設備兼容，改造難度小。

劣勢：需增加的活性炭箱及相關設施空間占用面積大，利用現(xiàn)有空間內很難布置;前置濾器如對漆霧捕捉不完全，活性炭箱仍有起火風險。

4.2“采用活性炭纖維代替目前活性炭顆粒”方案

優(yōu)勢：活性炭纖維吸附效率高，后期維護成本較低。

劣勢：活性炭纖維在吸附容納能力遠不如活性炭顆粒，使得該方案的吸附材料飽和較快，需增加比方案一數(shù)量更多的吸附箱，來保證吸附效果;活性炭纖維與目前碳纖維顆粒所使用的吸附箱結構不同，需重新制作，初期投入大;另外，活性炭纖維也存在漆霧附著后起火風險。

4.3“沸石轉輪+RTO方案”方案

優(yōu)勢：該方案徹底解決了活性炭起火風險問題;可對廢氣進行直接燃燒，較前兩種方案相比，燃燒最充分。

劣勢：該方案設備投入成本為三種方案中最高;對于VOCs濃度變化較大的涂裝房來說，在濃度低于燃燒濃度時需用天然氣輔助燃燒，運行成本非常高;在運行過程中需不斷保持設備燃燒運轉，一旦停止運轉再次啟動需要較長啟動時間以及較高的燃氣費用。

5結論

國內絕大部分造船廠在VOCs收集處理解決方案上一直在不斷探索，真正實施落地并運轉良好的并不多見。三種方案各有利弊，各家企業(yè)可以根據自身情況選擇相應解決對策，盡早將VOCs處理方案提上議事日程。

參考文獻：

[1] 劉司軼.船舶制造業(yè)VOCs末端治理技術分析與應用[J].涂料工業(yè)，2018，48（09）：34-38.

[2] 李建國.造船行業(yè)VOCs減排對策[J].青島遠洋船員職業(yè)學院學報，2014，35（03）：71-74.