目前我国涂料行业溶剂型涂料占总产量的52.1%,远高于发达国家溶剂型涂料平均30%的水平。由于溶剂型涂料中大量使用有机溶剂,涂料行业成为大气VOCs产生和排放的重要工业污染源。研究发现,2012年我国涂料产量达到l278.9l万t,根据有关数据推算,涂料行业溶剂用量达到700万t左右,占全国VOCs排放总量的13%左右,因此,涂料行业v0Cs贡献量不容忽视。


涂料行业有机废气排放具有以下特点:有害物质主要是甲苯、二甲苯、乙酸丁酯、丁醇等,此外,混合、研磨工序会还产生大量的细微粉尘,有害物质含量低、VOCs浓度一般在100~600m∥m3,粉尘浓度200~680m∥m3,流量大,一般在5000~100000m3/ll,是典型的大风量、低浓度废气。


2、有机废气治理技术概况

挥发性有机废气种类繁多,特性各异,因此相应地治理技术也各有差异。目前有机废气治理技术主要有冷凝法、吸收法、蓄热氧化法、催化法、吸附法和吸附.催化氧化法等,以及新工艺光催化、等离子等,常见的有机废气治理技术见表1。

有机废气治理技术

2.1、冷凝法

冷凝法是用来回收VOCs中有价值的有机物,资源化再利用的处理方法。利用有机物质在不同温度和压力下的饱和蒸汽压不同,通过降温、加压的方法,使某些物质过饱和而冷凝得以回收。冷凝法具有回收物质存度高、所需设备和操作条件简单等优点,但由于需要较高的压力或较低的温度,运行费用过高。冷凝法适用于高浓度有机废气的治理。

2.2、吸收法

吸收法是利用吸收液与有机废气的相似相溶性原理而达到处理有机废气的目的。适用于中高浓度废气的治理,但选择一种廉价且挥发性低的吸收液比较困难,且存在废液处理的问题,净化效果不理想。

2.3、蓄热氧化法

蓄热氧化法是利用高效陶瓷蓄热体来储存有机废气分解时产生的热量,并用陶瓷蓄热体储存的热能来加热未被处理的有机废气,从而达到很高的热效率。通过废气气流的程序切换,实现蓄热材料的蓄热和放热。热回收效率一般在95%以上,氧化温度一般在800℃~980℃之间,净化率98%以上。适合于中高浓度及复杂VOCs治理。对于低浓度、大风量的有机废气治理,存在设备投资大、运行成本高的缺点。

2.4、催化氧化法

将废气加热到200℃~300℃,在催化剂的作用下氧化分解为二氧化碳和水,达到净化的目的。具有起燃温度低、净化率高、无二次污染、工艺简单、维护方便、安全性好等优点。本技术适用于中高浓度有机废气的治理,工艺成熟。对于低浓度、大风量的有机废气治理,存在设备投资大、运行成本高的缺点。

2.5、吸附法

利用高孔隙率、高比表面积的吸附剂,依靠物理性吸附(可逆反应)或化学吸附(不可逆反应)作用,将vOCs气体分子从废气中分离,净化率可达95%,设备简单、投资少。但存在吸附剂吸附饱和后无法再生,吸附剂更换费用高,且存在二次污染的问题。

2.6、吸附.回收法

利用活性炭纤维或颗粒炭等吸附剂吸附有机废气,接近饱和后用水蒸气或惰性气体进行脱附再生,再生下的高浓度气体经冷凝、分离回收液体。该技术适用于中、高浓度,有回收价值的有机废气治理。

2.7、吸附.催化燃烧法

应用新型活性炭吸附浓缩低浓度有机废气,吸附接近饱和后引入热空气对活性炭进行再生,脱附下的高浓度有机废气进入催化燃烧床进行无焰氧化分解,热气体在系统中循环使用或增设二次换热器进行热能回收。吸附床一般设置两台以上,其中一台脱附或备用,其他吸附,确保系统连续稳定运行。该技术由于先采用活性炭浓缩,减少了要氧化的废气量,使后续的催化燃烧设备规模变小,降低了设备投资,尽管被处理的有机物浓度低,但经浓缩后废气浓度可以达到自燃状态以上,所以在燃烧阶段,催化燃烧装置所需外加热源的功率较小或者不用,同时活性炭再生热源来自于燃烧后的废气,因此运行费用较低。本技术综合了吸附法和催化氧化的有点,克服两者单独使用的缺点,解决治理低浓度、大风量有机废气治理的难题,是目前治理大风量、低浓度有机废气成熟、实用的技术。

2.8、生物法

该法是基于成熟的生物处理污水技术上发展起来,具有能耗低、运行费用少的特点,在国外有一定规模的应用。其缺点在于污染物在传质和消解过程中需要有足够的停留时间,从而增大了设备的占地,同时由于微生物具有一定的耐冲击负荷限值,增加了整个处理系统在停车和启动时的控制。该法目前在国内污水站废气治理中有少量应用,对工业废气治理的应用很少。

2.9、低温等离子技术

通过陡峭、脉冲窄的高压脉电晕,在常温下产生大量的高能电子或高能电子激发产生的O、OH、N等活性粒子,同时,还可以产生臭氧,各种活性粒子和臭氧与VOCs发生化学反应,破坏VOCs中的C—C、C—H或C=C等化学键,由于O、OH基及臭氧具有强氧化能力,结果使分解产生CO:和H20。该技术不采用吸附剂,无需再生处理,无需专人负责,无二次污染,更换及维护保养方便。但等离子体是一门包含放电物理学、放电化学、化学反应工程学及真空技术等基础学科之上的交叉学科,目前能够成熟的掌握该技术的单位非常的少,虽有工程应用案例,但净化率相差较大。


3、涂料行业有机废气治理技术

综合上述分析及近年来涂料行业有机废气的工程实践看,吸附.催化燃烧法具有较好的技术经济适用性,能适应涂料行业有机废气的大风量、低浓度的特点。吸附一催化燃烧技术采用活性炭吸附一热风脱附.催化燃烧技术一余热利用的技术路线,即通过脱附浓缩解决因初始浓度低而燃烧热量不够的问题,又通过将催化燃烧床净化后的热风通过补冷风降温到90℃~120℃后用于蜂窝状活性炭的脱附再生,余热得到回收利用,降低了运行成本。

近年来该技术路线已广泛应用于涂料行业有机废气的治理中。上海国际油漆有限公司、上海华谊涂料有限公司、上海正鸥实业有限公司等多家涂料公司均已采用固定床活性炭吸附一热风脱附。催化燃烧工艺治理生产过程中产生的有机废气。净化工艺工艺流程见图1,某涂料公司有机废气监测数据见表2。某涂料有限公司采用该工艺,其设备主要技术指标见表3。

净化工艺工艺流程

图1


某涂料公司有机废气监测数据表

表2


设备主要技术指标

表3



从上述案例运转状况来看,净化系统具有如下特点:(1)系统设有多重安全预警,运行安全,无安全事故发生。此外,除了常规的安全措施外,吸附床内还配置了高压二氧化碳/氮气自动灭火系统。(2)催化燃烧床运行稳定,利用VOCs氧化产生的热能基本可维持燃烧,电加热器用电量少。(3)粉尘处理采用滤筒除尘+纤维过滤,净化彻底,对活性炭寿命影响小。(4)净化效果好。经过多次环保验收监测及内部监测,排放浓度稳定达标。(5)PLC全自动化控制、余热回收系统等,系统操作简便、维护方便、运行成本低。


4、结论

(1)活性炭吸附.热风脱附一催化燃烧技术具有较好的技术经济适用性,能适应涂料行业有机废气的大风量、低浓度特点,因而在涂料行业有机废气治理领域得到了广泛应用。

(2)涂料行业有机废气中粉尘的处理是治理工程成败的关键,需选择合适的预处理工艺。

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