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涂料生产废气的处理

文档作者：许继光文档来源：中海油常州环保涂料有限公司		点击数：	更新时间： 2021年05月10日
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第37卷第7期
涂料技术与文摘
 Vol.37 No.7
2016年7月
 COATINGS TECHNOLOGY ABSTRACTS
jul.2016
涂料生产废气的处理
 Waste Gas Treatment during Coatings Production
许继光(中海油常州环保涂料有限公司,江苏常州213000)
摘要:随着政府管控力度的加大,废气排放标准日趋严格,涂料企业只有抛弃粗放式生产模式,
采用新技术、新设备,实行精细管理才能使废气达标排放。沸石转轮浓缩+焚烧技术、沸石流动床
浓缩+焚烧技术、生物法处理技术和低温等离子体技术将成为涂料制造业废气处理的主流方法。
关键词:涂料废气;废气处理
中图分类号:TQ639.3文献标识码:A文章编号:1672-2418(2016)07-22-07
0引言
新技术、新设备,实行精细管理才能使废气排放达标。
具体就是要做到以下几点。
为了贯彻落实国务院《大气污染防治行动计划》
2015年环保部制定并会同国家质检总局发布了GB1.1密闭生产
31570《石油炼制工业污染物排放标准》、GB31571《石
涂料企业现在正逐步实现密闭生产,但很不彻底。
油化学工业污染物排放标准》、GB31572《合成树脂工平盖式配料、调漆容器缝隙较大,敞开投料,溶剂易挥
业污染物排放标准》等国家大气污染物排放标准。到发;砂磨机可以彻底封闭,但经常与移动容器配套使
目前为止,已全部完成了“大气十条”要求制定的大气用,移动容器成了VOCs的主要排放源;产品的人工灌
污染物特别排放限值的25个重点行业排放标准。新标装和容器的人工清洗,其溶剂的挥发不但污染环境,对
准的出台给涂料生产企业提出了更高的环保要求,新工人的健康也造成很大威胁。
建企业必须按新标准执行,老企业应该抓紧生产设备为了实现密闭式生产,现在的配料、调漆容器都采
和环保设备改造,因为2017年老企业也必须执行新标用釜式结构,液体投料管道化,粉料通过料管与料仓或
准。
投粉装置连接,在微负压下加入,实现了现场VOCs的
大力研发、生产和使用无溶剂涂料(UV固化涂料、零排放。给砂磨机、搅拌机配套的移动容器加盖,在盖
水性涂料、粉末涂料等)是解决涂料VOCs排放的根本上接抽气管道,也可以实现现场的零排放;或给搅拌
途径,但是目前还不可能做到全部无溶剂化。生产企业机、篮式砂磨机等安装带抽气口的升降盖,可以达到同
必须重视生产过程中VOCs的挥发,采取有效措施,使样的目的。在劳动力成本高昂、自动灌装技术(清洗、换
生产尾气排放符合国家标准。
色)有了突破的今天,涂料灌装可以采用密闭式自动灌
装机,其溶剂挥发问题也可以解决了。现在又有了自动
1优化生产模式,有效治理废气
清洗机(洗桶机),代替人工清洗移动容器,这样可以实
现涂料生产全过程现场废气的零排放。
涂料生产包括涂料制造和涂料用树脂的合成,涉
及工业窑炉、化学反应装置、制漆装置3类废气排放
1.2科学处理
源,后者的工业废气最难处理,因为面广量大、浓度实现密闭生产、尾气收集以后,废气的处理仍是一
低,是本文讨论的对象。
大难点。业主及管理者最关心的是怎么处理,得花多少
涂料企业只有抛弃粗放式生产模式,采用新方案钱,本文在后面将进行详细阐述。
22涂装 COATING与应用 AND APPLICATION
许继光:涂料生产废气的处理
废气收集量又实现生产现场的零排放,也降低后续的
1.3精细管理
废气处理成本。
众所周知,涂料生产废气流量大、浓度低,后处理
很困难。因此环保专家和工程设计人员十分强调废气2常用废气处理方法
的浓缩。在设计中力争良好密封,这样微微抽气就可以
实现现场的零排放,并且后期的废气处理量也不大。但2.1回收法
正因为如此设计建造,新建项目投产后常出现一些要
回收法有吸附解吸-冷凝(冷冻)法、萃取(吸收)
抽气的地方气抽不走,车间里气味呛人现象。问题多在-分馏法。为了获得较为纯净的溶剂以便作为原料重复
于:(1)该关闭的不关闭,到处空抽;(2)设备维护跟不使用,有时还需要对回收的废溶剂进行提纯但在涂料
上,缝隙不堵,漏洞不补,也造成漏气因此有人建议风制造企业,因为废气中气态溶剂浓度太低,回收成本太
管阀门与设备联动,容器盖与搅拌马达连锁等方案虽高,所以一般都采用销毁法
好,但投资太大。为什么不坚持精细管理呢?要像杜绝2.2销毁法
长明灯、长流水那样,随时随地关闭无物料设备的抽
风,有料设备在投料调节、检测取样时加大抽风,过后
最简单最有效的销毁法是焚烧法。焚烧法的技术
立即关小风量。活动软管容易破裂,要及时发现及时修特性见表1,其他处理技术特性见表2。
补或更换。只有实现这样的精细管理,才能尽可能降低
涂料制造企业废气量大,采用焚烧法来处理废气,
表1烧法的技术特性
热力焚烧
蓄热焚烧
催化焚烧
催化蓄热焚烧
燃烧原理VOC在燃烧温度下氧化成CO2和2O,净化率可达99%以上。OC在催化剂的作用下氧化成CO2和HO净化率可达90%以上
起燃温度/C
550-650
230-250
燃烧温度℃
700-850
230-300
 No.
产生微量
几乎不产生
二英
涂料制造行业很少有含氯废气,故无二英产生否则无催化欠温燃烧会产生
优点
结构简单,技术成熟可靠,即使靠蓄热陶瓷回收热量,燃料消燃料消耗低(中浓度废气采用
废气中含有灰尘、水雾等,也不
影响处理效果。
耗低于热力燃烧。蓄热技术甚至不消耗燃料)。燃料消耗更低
缺点
消耗一定数量的燃料废气要除尘,蓄热陶瓷需要定废气要除尘,催化剂昂贵,易中
期更换。
,催化剂,废气要除尘,结构更复杂
毒易烧坏”,需定期更换
设备将会很大,甚至要配置几套。通过吸附一脱吸,将大钱及时更换吸附剂,这将促使企业采用更好的废气处
量低浓度的废气转换成少量高浓度废气,既可以缩小理方案。
焚烧装置的规模,又可以进一步降低燃料消耗。
另外还有微波催化氧化法等。在这些方法中等离3涂料生产废气处理技术
子法、光催化氧化等方法还有一些问题没有解决,离实
际应用还有一段时间。吸附法和蓄热式焚烧法已经在
以上介绍的废气处理技术各有利弊,单独一种技术
涂料行业得到应用。
往往不能完美解决涂料生产尾气。吸附法简单,投资低,
单纯的吸附法不是涂料行业的最佳选择,但目前但吸附剂更换或再生费用大。焚烧法处理彻底,但面对
使用最广泛,因为简单有效费用低,容易通过环保审低浓度大风量尾气,要消大量耗燃料。下面系统地介绍
查。其实这是权宜之计,吸附剂很快就饱和了不及时了在涂料制造行业具有推广前景的废气处理技术。
更换吸附剂环保设备形同虚设,及时更换费用太大,3.1沸石转轮浓缩+焚烧技术
因此企业对于吸附剂的更换能拖则拖,有应付审查之
嫌。相信在政府的严格管控下企业将不得不花更多的
近期沸石转轮技术成为了热点,该技术其实就是
涂装与应用 COATING AND APPLICATION23
许继光:涂料生产废气的处理
表2常用废气处理方法(除焚烧法以外)的技术特性
处理方法形式及特点
机理
优点
缺点
固定床、移动床、流动
结构简单,操作方便,去除效
吸咐法床,流行的吸附剂活性通过物理吸附除去废气中的VOC。
吸附剂需频繁更换,占废气处
>90%,适合小规模企业或
理成本的大部分。
炭(颗粒、纤维)、沸石
实验室
吸脱固定床、移动床(转轮)通过物理吸附除去废气中的OC,再经过
吸焚烧流动床,流行的吸附剂脱吸,既浓缩了废气,又再生了吸附剂。后接可处理大流量低浓度废气,运废气需除尘,如果采用活性炭
活性炭(颗粒、纤维)沸焚烧装置以销毁VOCs也可接冷凝以回收行费用低,去除效率>90做吸附剂,再生时易自燃。
法
石、分子筛溶剂
(1)如用非水液体作吸收剂,
存在该液体挥发形成的二次
吸收法
通过汽液接触用液体吸收气体中的VOC设备费用低、运行费低、安全
污染。(2)如果是水作吸收剂,
需要处理废水;如果是油类、
酯类作吸收剂,需要分馏再
生
废气中的VOCs被含微生物的填料、或含微
微生物对VOCs有选择性,需
生物法有滤池、滤床、喷淋、生物的浆液吸收,其降解可以在同一个设设备简单,操作方便,费用低培养不同菌种并合理搭配需
气、滴滤等多种形式备中同时进行,也可以随浆液一起输送到没有二次污染
维持特定温湿度,并投加营养
物质,以确保微生物存活,设
其他地方进行降解反应。
备庞大
适用范围广,占地小,投资低,
化学降解
塔内填料附着催化剂,含药剂液体与废气在运行成本低;管理方便,即开消耗化学药剂,产生二次污染
法
塔内逆向接触,经催化氧化VOCs被分解掉。即用;冲击负荷,不受污染物(废水)
物浓度及温度变化影响。
有机物、氧气在紫外光和催化剂(纳米TO2
光降解法
为主)作用下产生离子,自由基等高活性粒适应性广,操作方便
投资大,处理效率尚需提高,
子,通过粒子之间的化学反应VOC被降解。
技术有待完善。
适用范围广,净化效率通过高压放电形成等离子体,其内部富含高能量低温等离子体几乎可
低温等离高,适用于其他方法难高活性的粒子,如电子、离子、自由基和激以分解所有的VOC分子;运一次性投资较高,技术有待
子以处理的废气,如化发态分子等。通过粒子之间的化学反应行费用低;反应快,设备启动、完善。
工、医药行业。vOCs被降解。
停止十分迅速,随用随开
通过吸附、脱吸把原来低浓度大风量的尾气转变为高态下工作);尾气处理前必须严格过滤除尘,否则会堵
浓度小风量的废气,然后通过蓄热焚烧销毁VOCs,不塞吸附介质;大流量处理装置的转轮体积庞大等。
需要外加燃料或仅需少量燃料,产生的热量还可以用如图3所示,废气从转轮的一边进,另一边出,当
于脱吸过程,原理见图1。
进口处沸石吸附饱和而出口处沸石尚未吸附饱和时就
此技术之所以成为热点,一是它的集成化,一个转要中止吸附进入脱吸过程,否则出口尾气VOCs将超
轮同时完成吸附、脱吸、冷却几个过程;二是用改性沸标。受设备重量和尺寸的限制,转轮厚度有限,所以沸
石制成的专用填料(型材)代替容易自燃的活性炭。小石的利用率有限。
型装置可以将焚烧器集成在一个底座上进行吊装,安
3.2沸石流动床浓缩+焚烧技术
装十分方便。
但转轮技术也有不足是处:转轮3个工作区域的
流动床技术可以让每一粒填料吸附有机物都达到
切分并不彻底,有串气现象;沸石吸附介质的利用率不饱和,然后再进入脱吸过程;流动床设备固定不动,不
高(见图3)填料吸附不能全部达到饱和,否则尾气排存在设备动密封问题;沸石颗粒是流动的,流动会发生
放就会超标;转轮动密封性成问题(所以只能在负压状轻微摩擦,以除去表面粘附的粉尘,所以尾气处理前不
24涂装 COATING与应用 AND APPLICATION
许继光:涂料生产废气的处理
D
 IZER
 Desort
 Recycl
 Clean
 supply
 Procoss
A
 Desorb
 Cooing
A
 Process
 Fan
 CONCENTRATOR
 Solvent-Laden
 Process
图1沸石转轮工艺流程图
图2沸石转轮(左)和蓄热焚烧炉(右)
截面可以因地制宜做成任意形状:圆型、方型、长方型。
尾气进吸附填料尾气出
对于处理大流量废气的流动床,关键技术是吸附
介质颗粒流动过程的均匀分布和均匀落料,要确保十
100附周期结束时
几平方米甚至上百平方米流动床的床底平面和床顶平
面绝对平行(气流阻力均等)、高度恒定,而且不依赖动
力机械(动力机械使颗粒摩擦过渡,损耗增加),粒子纯
属自由流动。其工作原理见图4。
°
有些涂料涂装大企业,每天释放溶剂几百公斤甚
标度
始时
至更多,有回收价值,可以用冷凝回收装置代替焚烧
口料中的位置
进口填科床中的位置出口
炉,经济效益可观。为了节能,应注意制冷冷量的回收。
图3沸石转轮工作状态
可以用热氮气脱吸代替热空气脱吸(这样更安全),或
代替水蒸气脱吸(可省去油水分离和废水处理),大部
需要过滤除尘;流动床床高只有0.8-1.5m,但面积可分氮气是循环使用的,只要补充小部分。同样要注意热
以做得任意大,以满足任意流量的尾气处理;流动床横氮气热量的回收。
涂装与应用 COATING AND APPLICATION25
许继光:涂料生产废气的处理
再生后的吸附剂颗粒可以采用气流输送到吸附塔(通常是植物茎干的腐败物)。当经过除尘加湿的废气
中去,也可以采用提升机输送。前者的气流最终经旋风进入过滤床通过生物填料层时,填料层中的微生物将
分离后还有少量粉尘排放,后者通过振动筛可分离收有机物捕获并消化降解。生物过滤床可以做得很大(如
集全部的粉尘和到达寿命终点的吸附剂颗粒(其特征羽毛球场那么大,甚至更大),为了不浪费土地,可以在
是粒径变小)。
上面种草绿化。为保持床体的湿润,应提供间隙喷淋。
均匀分布段
(地面)
过滤
来自涂料生产车间
低浓度废气
均匀落料段
加药器
喷
高浓度废气去焚烧炉
图5生物过滤床
空气
低温换热器
均匀分布段
生物洗涤床通常由1个洗涤塔和1个再生池组
低温烟道气放空
成,在洗涤塔中,循环液通过喷淋形式将废气中的污染
均匀落段
高温换热器
物和氧气转入液相,实现质的传递。吸收了有机物的
高温烟道气来自焚烧炉
洗涤液流入再生池,在那里有足够的滞留时间和合适
的生化环境让液相中的微生物分解所吸收的有机物。
振动筛
生物滴滤床有点类似生物过滤床,不同的是:(1)滴
L
排出
滤床不采用植物茎干的腐败物做填料,而是采用人造
废料
图4流动床浓缩技术
填料;(2)时刻保持对床体的喷淋。滴滤床的人造填料
表面或多空填料的孔洞中附着有微生物,废气由床底
3.3生物法处理技术
部进入,回流液从上部喷淋而下,气态有机物溶解于水
中,并被附着于填料的微生物吸收分解。当尾气中的有
生物法最早应用于饲料加工、牲畜粪便处理和生机物喂不饱微生物或营养不够全面时,应在回流液中
活污水处理的尾气脱臭。随着对生物法处理技术研究补充营养物质,并且节假日不能停止喷淋,以防止微生
的不断深入,生物法被逐步应用于其他工业领域。生物物干涸死亡。
法处理工业废气具有运行费用低、无二次污染等优点。
曝气池的结构和配套设施类似于废水处理的曝气
生物法对有机物的降解速度较慢,所以设备体积较大。池,池液中有活性污泥,活性污泥中含有降解有机物的
生物菌种对有机物的生化降解具有很强的专一性只有微生物。废气鼓泡穿越池液时,VOCs溶解于池液,并被
适合生物降解的有机物才可以使用生物法进行净化微生物降解。废气不需要除尘加湿,池液要调整pH
好在制漆行业挥发的不同溶剂现在都有适合的菌种。值、污泥浓度,必要时要补充营养。
这些菌种一般来自化工厂下水道污泥中,这种污泥经
值得大力提倡的是:将废水处理和废气处理合二
过一段时间的驯养(吸附于载体,置于化工废气的氛围为一,这对于大型涂料制造企业特别适合。因为废水处
中,调节温湿度和pH值,给予必要的营养),有益菌种理系统包含了曝气法处理废气所需的一整套设施一高
得到繁衍壮大。微生物处理技术在运用中必须很好地压风机、曝气池(好氧池)、沉淀池、清水池、排污池、气
保持生化环境,确保菌种生命力旺盛,不要衰落。一旦浮池、压滤机、污泥泵等。所不同的是,仅需将曝气池的
衰败,重新建立一个生态系统是一件麻烦的事情。
尺寸和结构略作修改,增加风机数量,改并联鼓新鲜空
根据处理运行方式不同,生物处理工艺主要分为气为串联鼓废气。处理废水有机物的微生物正好能够
生物过滤床、生物洗涤床和生物滴滤床、曝气池等形式。处理废气中的OCs
生物过滤床是一种在地上或地下建造的池子,在
其中填入含有微生物、能吸附水分、营养元素的填料34低温等离子体技术和光降解技术
26涂装与应用 COATING AND APPLICATION
许继光:涂料生产废气的处理
这是2种采用不同的激励方法同样得到高活性的
沫器
粒子,再通过高活性粒子之间的化学反应使有害物质
转化为无害物的方法。一种是通过高压放电,一种是通
过紫外光照射(辅以催化技术,如纳米TiO2催化),也
可以将这2种方法结合在一起。产生的高活性粒子是
填料液与废气接触
或空塔喷淋
氧、水、气态有机物的离子、自由基、裂解物等,尤其是
活性氧原子、氧离子、氧自由基、氢氧自由基,据说它们
废气
具有类似1300℃火焰的氧化能力,能有效地降解
(控温、控pH值)淋泵
 VOCs.
低温等离子体技术和光降解技术处理废气的优势
生化降解
包括:(1)废气通道几乎没有阻力,系统的动力消耗非
常低;(2)装置为模块结构,容易安装和维修;(3)装置可
以随时开启与关闭,灵活机动;(4)装置小巧;(5)无需除
图6生物洗涤塔
尘除水。
风机
风机
风机
风机
循环泵
图7生物曝气池
由于目前激励效率比较低,废气净化率<70%,因用比较
而限制了它的实际应用。相信通过人们的努力会不断
表3为废气处理的设备投入及平时的运行费用情
改进。
况(个案值仅供参考,市场运作的实际结果变化极大)。
4几种主要废气治理技术投资及运转费
不同浓度的废气采用不同的处理方式,其综合费
表3废气处理的设备投入和运行费用(单位:万元)
废气处理规模/(m3+min)
处理技术
450
1000
设备投入年运行费设备投入年运行费设备投入年运行费
活性炭吸
40
14
160
280
380
480
流化床吸附冷凝回收
310
42
660
46
生物滤床
80
7
双氧水、臭氧洗涤
320
50
沸石转轮直燃焚烧
280
20
320
44
930
175
沸石转轮RTO
380
1
130
直燃焚烧
500
180
催化焚烧
550
178
蓄热焚烧
480
900
用比例见图8。
同浓度比较合适的处理方法。其中,“转轮浓缩+”表示
图8没有考虑处理量,图9给出了不同处理量、不
(下转第32页)
涂装与应用 COATING AND APPLICATION27
徐杰,等:工程机械用超高固体分涂料喷涂工艺的研究
节;(2)喷涂泵压力5MPa、气压力4MPa,喷嘴口径0.6
(相当于0.3mm);(3)涂膜外观较好,基本能满足工程
机械涂层外观。
4结语
环保型涂料是目前工程机械用涂料的发展方向,
聚天门冬氨酸酯涂料以其“低VOC、低能耗、低成本”
的优势作为超高固体分环保涂料的一种试用于工程
图4双组分无气喷涂设备图
机械领域,实验表明,在合适的涂料配方、改进的施工
工艺及优化的涂装设备下,聚天门冬氨酸酯涂料可满
时,涂料管道需要15m左右,为保障喷涂质量及减少足工程机械用涂料及涂装的要求。
清洗距离,将混合模块移至离喷枪3m处,A、B组分在
混合模块处混合,缩短了混合距离,提高了喷涂质量,
参考文献
减少了清洗工作量;
1]廖有为,熊平凡、赵舒超,等聚天门冬氨酸酯涂料的研制
(2)清洗装置:外接了清洗装置,若发生意外,喷涂与应用涂料工业2066(3)38-40
间隔时间超过试用期或者中午休息时间均可用此清洗[2] ANGELOFF, SQUILLER BEST. New high
装置清洗混合模块至喷枪处的混合部分。
 solids technlolgy achieves productivity gains).2003,20(11):
35-41
3.2.3喷涂过程及喷涂效果
3]刘保磊,陈芳聚天门冬氨酸酯涂料及其在工程机械上
(1)可喷涂,雾化效果可通过泵压力及气压力调
的应用]现代涂料及涂装,2014.17(3):41-42
(上接第27页)
100
直烧+热
转轮浓缩
100000
焚烧
80
B化烧+热回
C活性(不再生
10生解附
60
1000
D活性(再生)
再生
冷回收
C
40
E吸射浓缩+赞
100附
冷冻回收
20
F蓄热烧
10不再生
G
G生物处理
一
0
0101010310
100
10000
000
废气有机物浓度(mg横/m
废气voc浓度(ng/)
图8不同方法处理不同浓度废气的相对成本
图9各种处理方法的适用范围
转轮浓缩技术后面可以加焚烧、可以加冷凝回收可以[2]刘媛,王鸯鸯,杨威浅析挥发性有机废气治理技术中
加冷冻回收,+焚烧主要用在涂料制造业,+回收主要
国环保产业,2012(1):40-42.
用在溶剂挥发量特别大的企业。“转轮浓缩+”也可以3]张沛存等离子体技术在二甲异味治理中的应用环
用“流动床浓缩+”代替。
境科学与技术,2010(S1):341-343
4]名.13种废气处理方法介绍及适用范围和优缺点说明
 [EB/OL].http: //www.doc88.com/p-6763747729407.html,
参考文献
2014-04-24
1]名用标准倒逼产业转型升级环境污染与防治,5]名,我国有机废气治理行业2010年发展综述中国
2015,37(5):110
环保产业,2011(8)8-15
32涂装与应用 COATING AND APPLICATION

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