塑料噴涂共性工廠VOCs廢氣治理工藝分析

鄧慶良

（廣東環大環境科技有限公司，廣東 東莞 523000）

0 引言

近年來，隨著污染防治攻堅戰的不斷推進，建設項目環保審批越來越嚴格，其中廣東省工業發達城市新建、擴建的石化、化工、工業涂裝、包裝印刷等VOCs排放重點行業及重點工藝項目，按環保政策規定必須進入共性工廠內建設才能審批。

在生活用品、電子產品、汽車零部件外殼等的生產中，塑料噴涂是必不可少的生產工序，其原材料為尼龍、聚丙烯、聚碳酸酯等，油漆以紫外光固化油漆（UV油漆）及油性油漆為主，這些企業屬于工業涂裝VOCs排放重點行業。由于這些產品的需求量大，利潤高，投資者會出資新建或擴建工廠，謀求更大的收益。

塑料噴涂行業在生產時會產生漆霧及VOCs廢氣，這些廢氣必須經過處理并達標后才能排放。目前VOCs廢氣治理方法主要有吸收法、吸附法、燃燒法、生物法等及其組合工藝。下文根據塑料噴涂共性工廠的實際情況，對VOCs廢氣治理工藝進行分析及論述。

1 VOCs廢氣治理方法簡述

1.1 活性炭吸附

活性炭具有高度發達的孔隙構造，其多孔結構提供大量表面積，孔徑大小范圍在1.5 nm～5μm，孔容積達0.2～1.0 cm3/g。當VOCs廢氣與活性炭充分接觸時，會產生范德華力，從而將廢氣中的有害物質吸到活性炭的孔隙中。這個過程不發生化學反應，吸附過程快，可逆且無選擇性。

衡量活性炭吸附能力最重要的指標是碘值，碘值越高，活性炭吸附能力越強，處理效果越好。吸附過程是放熱反應，會使環境溫度升高，環境溫度越高，吸附效率越低。當廢氣溫度≤40℃、濕度≤50%、顆粒物含量≤1 mg/m3時，活性炭吸附效果最好，凈化效率為50%～80%[1]。

活性炭吸附有以下優點：①投資費用低，能耗低。②操作簡單。③耐酸堿腐蝕。其缺點有：①活性炭孔易堵塞，導致不能吸附，也不能再生。②活性炭易吸附飽和。③對混合氣體的吸附性能較弱。④脫附在120℃以下進行，脫附不干凈。

1.2 沸石分子篩吸附

沸石分子篩是指那些具有分子篩作用的天然及人工合成的晶態硅鋁酸鹽。沸石分子篩轉輪是由沸石、黏結劑、助劑等材料燒結而成的一種蜂窩狀圓盤形設備，分為3個區域，5/6是吸附區，1/12是脫附再生區，1/12是冷卻區。運行時轉速為3～5 r/h，濃縮倍數為3～30倍，需根據廢氣濃度選擇濃縮倍數。

吸附區：利用多孔結構將有害物質吸附到沸石分子篩的孔隙中，凈化效率為90%以上；脫附再生區通過脫附加熱器升溫到約180℃的氣體，將濃縮后的高濃度VOCs廢氣脫附出來，經過接入催化燃燒爐或蓄熱式熱力焚燒爐等處理后排放；冷卻區將脫附再生后的沸石進行降溫，沸石吸附溫度須低于40℃，濕度需小于80%[2]。

沸石分子篩吸附的優點有：①吸附效率高，吸附性能穩定。②沸石不燃，安全性好，脫附干凈。③不產生二次污染。④適用范圍廣。其缺點有：①投資成本高。②運行成本高。

1.3 催化燃燒爐

催化燃燒爐（CO）基于廢氣中有機物可以燃燒氧化的特性，通過燃燒將廢氣中可氧化的組分轉化為無害物質。催化燃燒采用催化劑可以降低廢氣氧化所需的活化能，并提高反應速率，在較低的溫度下（250～350℃）進行氧化燃燒，使有害物質迅速氧化成二氧化碳和水蒸氣。凈化效率高達95%。

CO通常由催化劑、換熱器、加熱器和燃燒室構成。處理VOCs廢氣時，需預熱至250～350℃，然后通入廢氣，吸附于催化劑表面，發生無焰燃燒，從而達到凈化的目的。催化劑分為貴金屬和過渡金屬兩類，貴金屬主要有鉑、鈀，載體多采用氧化鋁或天然沸石，在溫度較低時活性高，對各種成分選擇性小，具有高活性；過渡金屬由銅、鉻、錳、鈷、鎳等的氧化物經過活化制成，活性較低，耐磨和耐熱性差[3]。

CO的優點有：①凈化效率高。②無二次污染。③與RTO比，投資成本低，運行成本低。其缺點有：①催化劑易中毒。②VOCs組分適應性差。③不同催化劑的價格、性能差異較大。④用電能預熱時不能處理低濃度廢氣。

1.4 蓄熱式熱力焚燒爐

蓄熱式熱力焚燒爐（RTO）利用燃氣或燃油等輔助燃料燃燒，將混合氣體加熱，使有害物質在高溫作用下分解為無害物質。熱力燃燒常用RTO處理工藝，有二室RTO、三室RTO及旋轉RTO。

RTO主體結構由蓄熱室、燃燒室、閥門和燒嘴組成。將廢氣加熱升溫至750～850℃左右，使廢氣中的有害物質氧化分解為無害的二氧化碳和水蒸氣；氧化時高溫氣體的熱量被蓄熱體“貯存”起來，用于預熱新進入的廢氣，從而節省升溫所需要的燃料消耗，降低運行成本。在氧化室中，廢氣再由燃燒器補燃，加熱升溫至設定的氧化溫度。氧化室有兩個作用：①保證廢氣達到設定的氧化溫度。②保證有足夠的停留時間使廢氣充分氧化。

二室RTO不設吹掃功能，切換氣體流動方向時，切換閥到燃燒室之間蓄熱區域的氣體空間（死區）未經氧化反應的廢氣與凈化后的廢氣一同排出，凈化效率為95%左右。三室RTO和旋轉RTO設有吹掃功能，能解決死區未經處理廢氣被帶出排放的問題，處理效率分別為98.5%、98%[4]。

RTO的優點有：①可適應VOCs組成和濃度的變化、波動。②對廢氣中夾帶少量灰塵、固體顆粒物不敏感。③熱效率高達95%。④凈化效率高。⑤裝置使用壽命長。其缺點有：①設備重量大、體積大。②投資成本高。③預熱時間長，運行成本高。

2 塑料噴涂共性工廠VOCs廢氣治理工藝選擇

2.1 UV油漆噴涂廢氣治理工藝選擇

UV油漆含有分子量不大，而分子內有可聚合官能團的單體及低聚物，處理這種廢氣的難點在于漆霧的預處理，常用的水噴淋沖洗、阻漆棉、袋式過濾都不能徹底解決預處理問題。預處理沒做好，意味著UV漆霧會進入后續處理設施，而活性炭、沸石分子篩、催化劑一旦堵塞，將會喪失凈化功能。目前沒有很好的預處理方法。

最佳辦法是直接使用RTO工藝，將UV漆霧在750～850℃的高溫下燒毀。廢氣量及VOCs濃度直接影響RTO的投資及運行成本，風量越低，VOCs濃度越高，投資及運行成本越低；反之，投資及運行成本越高。UV噴涂廢氣量與噴涂柜的尺寸及噴槍數量有關，每個噴涂柜風量約為15 000 m3/h。共性工廠的UV噴涂廢氣量大，但VOCs濃度一般不高于300 mg/m3。綜上所述，由于廢氣量大，且不能濃縮，需要不斷利用燃氣或燃油保持爐內溫度，導致造價高、運行成本高。

2.2 油性油漆噴涂廢氣治理工藝選擇

油性油漆由成膜物質（樹脂、乳液）、顏料、溶劑和添加劑（助劑）組成，在噴涂過程中，溶劑揮發形成漆霧和VOCs廢氣。處理油性油漆噴涂廢氣需先預處理漆霧，再去除VOCs廢氣。

漆霧預處理工藝依次經水簾柜、氣旋水噴淋塔慣性重力、離心力的作用，及高效過濾器阻隔作用去除漆霧。

廢氣經預處理后，可根據工況選擇以下工藝進行廢氣治理。

2.2.1 活性炭+CO工藝

活性炭使用一段時間后吸附效果明顯變差，可采用在線脫附活性炭，恢復其吸附性能。在線脫附需設活性炭吸附備箱，當其中一箱體脫附時，啟用備箱進行吸附，脫附頻率控制在每天一脫或隔天一脫，以此保證吸附效率。

活性炭+CO工藝（圖1）適用于最高產生濃度低于150 mg/m3的情況。活性炭脫附數次后，凈化效率會明顯降低，因為部分高沸點有機物不能在120℃的溫度下脫附出來，孔隙被這部分有機物占有，容易導致排氣超標。當發現活性炭吸附效率大幅下降時，需立刻更換活性炭。此工藝投資、運行成本低。

圖1 活性炭+CO工藝

2.2.2 沸石分子篩+CO工藝

沸石分子篩+CO工藝（圖2）適用于最高產生濃度低于300 mg/m3的情況。通過沸石分子篩，吸附、脫附、冷卻同時進行，吸附后廢氣排放。濃縮到適當倍數的廢氣經再生加熱器脫附后進入CO設備，控制CO設備在此濃度下少供甚至不供能量，把廢氣氧化成無害的二氧化碳和水。此工藝投資、運行成本適中。

圖2 沸石分子篩+CO工藝

2.2.3 沸石分子篩+RTO工藝

沸石分子篩+RTO工藝（圖3）適用于最高產生濃度低于300 mg/m3的情況。沸石分子篩采用上述相同的工藝，控制RTO設備在此濃度下少供甚至不供能量，在高溫下將廢氣氧化成無害的二氧化碳和水[5]。與沸石分子篩+CO工藝比，此系統運行更穩定，受干擾更小；由于此工藝使用的設施體積比較大，需要達到的反應溫度更高，所以投資成本和運行成本高。

圖3 沸石分子篩+RTO工藝

2.2.4 CO工藝和RTO工藝

CO適用于最高產生濃度為600 mg/m3的情況，RTO適用于最高產生濃度為1500 mg/m3的情況。如果濃度低于預定值，保證達到反應溫度需要增加能耗，不僅增加運行成本，長時間運行還會損壞設備。這兩種工藝投資和運行成本最高。RTO工藝相較CO工藝，投資及運行成本更高。

3 結語

塑料噴涂共性工廠的UV油漆噴涂廢氣宜采用RTO工藝，該工藝能解決UV漆霧，并保證VOCs廢氣達標，但投資成本及運行成本極高。

塑料噴涂共性工廠的油性油漆噴涂廢氣治理工藝須根據最高產生濃度進行選擇，VOCs濃度越高，需要投入的成本越高，選擇的原則是既能使排放達標（≤30 mg/m3），又節省投資及運行成本。

當VOCs濃度≤150 mg/m3，選用活性炭+CO工藝；當150 mg/m3≤VOCs濃度≤300 mg/m3，選用沸石分子篩+CO工藝或RTO工藝；當300 mg/m3≤VOCs濃度≤600 mg/m3，選用CO工藝；當600 mg/m3≤VOCs濃度≤1500 mg/m3，選用RTO工藝；當VOCs濃度≥1500 mg/m3，選用CO串聯或RTO串聯工藝。