根据概算:集中排气筒的VOCs排放速率36.6Kg/h,排放浓度76.2mg/m3,均超过了排放标准。其中清漆喷漆室及晾干区的VOCs排放量达到了31.4Kg/h,占到了排放总量的86%。由此可见,即使采取水性漆工艺,使用常规配套的溶剂型清漆,仍具有较多的VOCs排放,为了达到排放要求,需要对清漆喷涂段的废气进行净化处理。
目前,对于大风量、低浓度的有机废气,常规最有效的方法是通过蓄热式热力焚化炉(RTO)来进行处理。其工作原理是:系统将有机废气加热升温至750℃以上,在燃烧室内停留0.7~1.0s,使废气中的有机污染物氧化分解,成为无害的C02和H2O。废气燃烧产生的热量被蓄热体“贮存”起来,用于预热新进入的有机废气,从而节省废气升温所需要的燃料消耗,降低运行成本。RTO的最大处理风量一般低于100000m3/h,废气VOCs处理浓度为1000~20000mg/m3,当废气浓度低于1500mg/m3时,废气燃烧产生的热量较少,设备需额外增加较多的燃料消耗,用于对新进入的有机废气升温。而需处理的清漆喷涂段废气总排风量达到176000m3/h,VOCs浓度仅有178.6mg/m3,由此可见,RTO设备并不直接适用于这样的废气处理。
3 沸石转轮浓缩系统在喷漆室废气治理中的应用
近年来,一种适合处理高流量(大风量)、低浓度、高湿度、多成分VOCs废气的净化设备——沸石转轮浓缩系统,在欧美及日本等经济发达国家的汽车涂装废气处理方面取得了较多的应用和良好的效果。
系统设备由两大主要部分所组成,即疏水性沸石转轮串连蓄热式焚化炉。它的工作原理是利用沸石分子筛所具备的的高吸附性能,对有机废气进行吸附浓缩,再由RTO设备净化处理浓缩后的有机废气。
3.1沸石分子筛的性能特点
沸石分子筛是一种铝硅酸金属盐的多微孔晶体,由硅氧四面体和铝氧四面体通过共享氧原子相互连接形成骨架结构,其表面为固体骨架,内部为多微孔的筛状构造。内部孔穴之间有孔道相互连接,其孔径相同,分布非常均一,分子筛依据其内部孔穴的大小,可对分子进行选择性吸附。沸石分子筛具有很大的比表面积(300~1000m2/g),内部孔穴有强大的库仑场和极性,因此,对吸附质分子的吸附能力很强,远超过其他类型的吸附剂,即使在较高的温度和较低的吸附质分压(或浓度)下,仍有很高的吸附容量,是一种高性能的分离吸附材料。
通过对沸石分子筛进行表面改性,去除结晶中的铝原子,可消除其亲水的极性,从而形成疏水性沸石分子筛。它不仅具有一般沸石分子筛的共性,在相对湿度达到80%时,都能保持几乎不吸附水的特点,即使对于含水的空气,也能够选择地吸附所需的物质,并且吸附量几乎不受影响。疏水性沸石由无机氧化物组成,具有不可燃性,在900℃下焙烧2h,其结晶度仍保持不变,故热稳定性极高,可反复通过加热来实现脱附再生,并保证较长的使用寿命。
3.2沸石转轮浓缩系统的原理及构成
沸石转轮浓缩系统的关键部件是吸附轮(转轮),转轮由疏水性沸石吸附介质与陶瓷纤维加工成波纹状膜片,再卷制形成蜂巢状的圆筒形框架结构,其中部安装有旋转轴承。转轮的机械结构上,装有耐VOCs腐蚀、耐高温的材料制成的气体密封垫,将转轮隔离成三个区域:吸附处理区、再生脱附区、冷却区。
全套设备主要由以下部分组成:废气过滤器、沸石转轮、排气风机、RTO焚化系统、热交换器、自动控制系统。
目前,最大型号的单只沸石转轮,废气处理量可达到100000m3/h,能够将废气中的VOCs浓度提高5~20倍。
3.3沸石转轮浓缩系统工艺流程
3.3.1废气的除湿、过滤处理:
沸石转轮在吸附浓缩过程中,待处理废气的相对湿度低于80%时,对VOCs的吸附率可达到90%以上,当废气湿度大于90%时,吸附效率则下降至80%左右。
目前,国内汽车涂装喷漆室采取水旋处理的湿式喷房较多,其排出的废气,相对湿度超过90%,因此在废气进入沸石转轮之前,需要进行加热除湿。同时,由于废气中含有少量漆雾等颗粒杂质,需进行过滤处理,避免影响转轮的吸附效率。