纖維氈活性碳吸脫附+催化燃燒處理涂裝廢氣工程實(shí)例

一、引言

我國(guó)VOCs排放源主要包括工業(yè)源、生活源和移動(dòng)源等。其中，工業(yè)源是最主要的排放源，排放貢獻(xiàn)率高達(dá)55.5%；而工業(yè)涂裝工序則是VOCs工業(yè)源的重要組成部分，其排放量占整個(gè)工業(yè)源的20%以上。鑒于工業(yè)涂裝涉及行業(yè)廣，包括汽車(chē)制造與維修、船舶制造、集裝箱制造、家具制造、通信設(shè)備及其他電子終端產(chǎn)品制造、通用設(shè)備制造、專(zhuān)用設(shè)備制造和電氣機(jī)械及器材制造等行業(yè)；VOCs排放量大，且排放富含芳香烴和含氧有機(jī)物等光化學(xué)反應(yīng)活性大、毒性高的物質(zhì)，對(duì)空氣質(zhì)量影響較大；此外工業(yè)涂裝使用溶劑型涂料的比例高達(dá)75%，控制上游涂料產(chǎn)品，減排潛力巨大。因此，我國(guó)應(yīng)對(duì)工業(yè)涂裝VOCs污染予以重點(diǎn)控制，在政策上有要求、有引導(dǎo)、在技術(shù)上有支撐、有保障，在管理上有突破、有提高。在2019年國(guó)家生態(tài)環(huán)境部下發(fā)的《重點(diǎn)行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物治理方案》通知中，將涂裝行業(yè)作為重點(diǎn)行業(yè)，要求企業(yè)切實(shí)提升末端治理水平，因此，如何經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定、高效地去除涂裝工藝中產(chǎn)生的VOCs，是近幾年研究的課題。

二、涂裝行業(yè)常見(jiàn)VOCs廢氣處理方法

目前常見(jiàn)的VOCs廢氣處理方法有：燃燒法、吸附法、冷凝法、化學(xué)氧化法、低溫等離子法、光催化氧化法和生物降解法等。在生態(tài)環(huán)境部頒發(fā)的《涂裝工業(yè)污染防治可行技術(shù)指南》中，推薦使用吸附法、燃燒法、冷凝法或其中的組合工藝進(jìn)行處理。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，根據(jù)企業(yè)實(shí)際產(chǎn)污情況，企業(yè)對(duì)工程匹配情況可合理選擇工藝。

三、涂裝行業(yè)廢氣處理工程實(shí)例

1、項(xiàng)目概況

武漢某汽車(chē)飾件涂裝工藝在生產(chǎn)過(guò)程中大量使用油性油漆有機(jī)溶劑，污染物主要是油漆和溶劑揮發(fā)產(chǎn)生的有機(jī)污染物，主要成分為乙酸乙酯及苯類(lèi)（甲苯、二甲苯等）。原使用蜂窩活性碳吸附設(shè)備進(jìn)行凈化處理，由于處理效率較低（約60%）以及吸附飽和后需定期更換蜂窩活性碳，產(chǎn)生危廢也需處理；本次對(duì)環(huán)保設(shè)備進(jìn)行提升改造，更換一套新凈化設(shè)備。

2、廢氣處理工藝介紹

本裝置工作過(guò)程可分為4個(gè)工藝段，洗滌塔，干式過(guò)濾階段，纖維氈活性碳吸附階段，纖維氈活性碳脫附再生階段。

2-1 洗滌塔

車(chē)間排出的廢氣由進(jìn)入洗滌塔裝置，有機(jī)廢氣通過(guò)洗滌塔時(shí)，廢氣中的顆粒物（漆霧）可有效的被洗滌塔中的水霧及環(huán)保球有效攔截，氣體組分和顆粒物組分分開(kāi)，進(jìn)入到下級(jí)處理器進(jìn)行處理。

2-2 干式過(guò)濾階段

車(chē)間排出的廢氣由進(jìn)入洗滌塔裝置后，有機(jī)廢氣此時(shí)還含有水霧及微量的漆霧，利用干式過(guò)濾裝置中的擋水板及除霧器去除水氣，再來(lái)利用初效及袋式過(guò)濾器攔截微量的漆霧，將氣體組分和顆粒物組分再次分離，進(jìn)入到下級(jí)處理器進(jìn)行處理。

2-3 纖維氈活性碳吸附階段

車(chē)間排出的廢氣由前置工藝處理后進(jìn)入活性碳吸附箱，有機(jī)廢氣通過(guò)活性碳層時(shí)，廢氣中的有機(jī)組分被吸引到活性碳的微孔中并濃集保持其中，有機(jī)組分從而與其組分分開(kāi)，其它組分氣體（潔凈氣體）經(jīng)風(fēng)機(jī)排空。

2-4 纖維氈活性碳再生階段

活性碳使用一段時(shí)間，吸附了一定量的溶劑后，因吸附量逐漸增加會(huì)降低或失去吸附能力，此時(shí)活性碳需脫附再生，再生后活性碳重新恢復(fù)吸附功能，活性碳才可繼續(xù)使用。再生時(shí)，先通過(guò)預(yù)熱對(duì)燃燒室進(jìn)行升溫，當(dāng)溫度達(dá)到起燃溫度后切換至脫附路線對(duì)活性碳吸附箱進(jìn)行脫附再生處理。具體工藝流程圖如圖1所示。

3、工程設(shè)計(jì)

3-1 廢氣氣量及處理說(shuō)明

根據(jù)企業(yè)原有設(shè)備以及收集效果反饋，該印刷生產(chǎn)線排氣量約為40,000m3/h，根據(jù)原排氣管道檢測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，廢氣處理設(shè)備進(jìn)口VOCs濃度約為100～300mg/m3。

3-2 廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)

項(xiàng)目廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行DB33/2146-2018《工業(yè)涂裝工序大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》排放標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。排放要求如下：非甲烷總烴（乙酸乙酯等）≦40mg/m3,排放速率≦1.5kg/h。

3-3 廢氣處理流程

涂裝廢氣先進(jìn)入洗滌塔洗滌、干式過(guò)濾設(shè)備，然后經(jīng)過(guò)纖維氈活性碳吸附箱1,2,3吸附處理，處理后的廢氣經(jīng)吸附風(fēng)機(jī)和排氣筒排放。此時(shí)催化燃燒爐進(jìn)行預(yù)熱，待達(dá)到乙酸乙酯催化起燃溫度260℃時(shí)，開(kāi)啟相應(yīng)閥門(mén)、脫附風(fēng)機(jī)?？諝饨?jīng)換熱器加熱到約100℃對(duì)活性碳吸附箱4進(jìn)行脫附，脫附出來(lái)的廢氣進(jìn)入催化燃燒爐的電加熱器加熱至起燃溫度260℃后，催化燃燒反應(yīng)形成二氧化碳（CO2）及水蒸氣（H2O）。燃燒過(guò)的廢氣經(jīng)過(guò)換熱器進(jìn)行熱量回收后經(jīng)脫附風(fēng)機(jī)排放至排氣筒（煙囪）。

3-4 廢氣處理設(shè)備組成

3-4-1 干式過(guò)濾箱。最大處理風(fēng)量為40,000m3/h，尺寸約為4.15m*2.57m*2.04m，內(nèi)置擋水板及除霧器，兩道過(guò)濾裝置，分別為初效過(guò)濾G4和袋式過(guò)濾F8。生產(chǎn)車(chē)間為潔凈車(chē)間，該設(shè)備的主要用途是去除可能進(jìn)入廢氣管道中的粉塵顆粒物（漆霧），防止堵塞活性碳吸附劑，影響吸附效果。

3-4-2 纖維氈活性碳吸附箱。采用固定床纖維氈活性碳吸附，單個(gè)處理能力為13,333m3/h，采用三吸一脫。纖維氈活性碳裝填數(shù)量為25支/箱體，氣體通過(guò)纖維氈活性碳的速度約為0.2m/s，停留時(shí)間約為1.5s。每天吸附24h達(dá)全天運(yùn)行，碳箱再生周期為1～1.5h。碳箱采用80K巖棉進(jìn)行保溫。

3-4-3 催化燃燒設(shè)備。最大處理風(fēng)量為1,333m3/h，包括一套換熱器，高效過(guò)濾室，燃燒加熱室（內(nèi)含電加熱器，催化劑），溫度檢測(cè)器等。催化床催化劑空速為10,000h-1，進(jìn)入催化床廢氣濃度約為500～1,500mg/m3左右，視噴涂狀況而定。設(shè)備采用陶瓷棉及巖棉進(jìn)行保溫。

3-4-4 管道。管道采用鍍鋅材質(zhì)，催化床及活性碳吸附設(shè)備之間的管道進(jìn)行保溫，選用玻璃棉材料，外包鍍鋅板。

3-4-5 風(fēng)機(jī)。本套系統(tǒng)含2組風(fēng)機(jī)，全部使用變頻控制；分別為吸附主風(fēng)機(jī)1臺(tái)（風(fēng)量Q=40,000m3/h，風(fēng)壓P=1,800Pa，功率N=45KW），脫附燃燒風(fēng)機(jī)2臺(tái)（風(fēng)量Q=1,333m3/h，風(fēng)壓P=2,500Pa，功率N=3.7KW）。

3-4-6 電控系統(tǒng)。本系統(tǒng)使用大量氣動(dòng)閥共18個(gè)，消防用電磁閥4只，溫度計(jì)7支，固定式VOCs傳感器檢測(cè)儀1套，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行，所有操作通過(guò)PLC反饋到操作屏上，同時(shí)在車(chē)間設(shè)置操作分屏，方便操作。

3-4-7 安全系統(tǒng)。本系統(tǒng)催化床與活性碳吸附設(shè)備之間安裝防火風(fēng)閥，管道安裝泄爆門(mén)，活性碳吸附箱配置泄壓閥及消防水滅火裝置。在利用VOCs傳感器自動(dòng)控制同時(shí)設(shè)置其他安全冗余措施。

四、運(yùn)行結(jié)果

1、污染物監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

項(xiàng)目正常運(yùn)行后，對(duì)設(shè)備不同運(yùn)行時(shí)段進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)數(shù)周的監(jiān)控，并委托當(dāng)?shù)氐谌秸J(rèn)證公司使用規(guī)范的檢測(cè)儀對(duì)進(jìn)出口VOCs濃度指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。主要檢測(cè)值如表1所示。

非甲烷總烴的去除率效果達(dá)到90%以上。

2、投資與運(yùn)行費(fèi)用

項(xiàng)目投資主要是纖維氈活性碳吸附設(shè)備，過(guò)濾器，風(fēng)機(jī)，催化燃燒床，通風(fēng)管道，脫附燃燒管道，自控系統(tǒng)等的設(shè)備和安裝，該項(xiàng)目總投資約190萬(wàn)元。系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用主要是設(shè)備消耗電力上，處理廢氣量40,000m3/h，每天24h，。電耗約為120KW*h，電價(jià)按1.0元/(KW*h)，即處理1m3廢氣的電費(fèi)為0.003元

五、結(jié)語(yǔ)

廢氣處理設(shè)施提標(biāo)改造后，整體去除率在90%以上，2018年投入使用后，該汽車(chē)飾件涂裝廢氣污染排放得到大幅削減，廠區(qū)環(huán)境氣味明顯改善，目前已無(wú)臭氣投訴事件。