低溫等離子廢氣處理設(shè)備在噴漆車間中的應(yīng)用

對(duì)低溫等離子體技術(shù)應(yīng)用于涂裝廢氣處理(chǔ lǐ)方面的研究工作做了介紹,并對(duì)驗(yàn)證(Experimental)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。經(jīng)過(guò)低溫等離子燃燒處理后排出的涂裝廢氣無(wú)明顯氣味,其芳香烴類、氮化物（nitride）、硫化物的含量明顯低于國(guó)家GB16297―1996《大氣感染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中的二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn),PM2.5含量6μg/m3,運(yùn)用此項(xiàng)技術(shù)基本做到了涂裝噴漆間廢氣的"零"排放。

1引言

在國(guó)家構(gòu)筑低碳節(jié)能、綠色環(huán)保的新型社會(huì)環(huán)境建設(shè)情況下，汽車涂裝噴漆間廢氣的揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)處理(chǔ lǐ)顯得尤為重要。voc廢氣處理設(shè)備在用多孔性固體物質(zhì)處理流體混合物時(shí)，流體中的某一組分或某些組分可被吸表面并濃集其上，此現(xiàn)象稱為吸附。吸附處理廢氣時(shí)，吸附的對(duì)象是氣態(tài)污染物，氣固吸附。被吸附的氣體組分稱為吸附質(zhì)，多孔固體物質(zhì)稱為吸附劑。揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)是指室溫下飽和蒸汽壓力≥70.9Pa且沸點(diǎn)（Boiling Point)在260℃以下的有機(jī)化合物，按化學(xué)結(jié)構(gòu)可分為8大類:烷類、芳烴類、烯類、鹵烯類、酯類、酯類、醛(aldehyde)類、酮類和其他[1]。VOCs是強(qiáng)揮發(fā)性、有特殊氣味刺激性、有毒的有機(jī)氣體，是重要的大氣污染物。不僅是汽車行業(yè)排出的主要大氣污染物，而且在石油、化工、制藥、印刷、建材等行業(yè)內(nèi)也是常見(jiàn)的大氣污染物，在國(guó)家推行綠色可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略過(guò)程(guò chéng)中，是重點(diǎn)(zhòng diǎn)治理的污染物之一。在控制大氣污染物的過(guò)程中，傳統(tǒng)的方法有高空稀釋法、活性炭吸附法、蓄熱式焚燒系統(tǒng)(RTO)高溫裂解焚燒法，以及現(xiàn)在比較新型的吸附濃縮+熱回收式焚燒系統(tǒng)(TNV)焚燒法等。這些方法都存在一定的缺陷，如高溫裂解不僅需要消耗大量的天然氣，而且在處理低濃度有機(jī)廢氣方面存在一定的局限性，活性炭吸附容易產(chǎn)生二次污染等問(wèn)題。在研究和對(duì)比這些方法的優(yōu)缺點(diǎn)后，目前提出了一種新的VOCs處理技術(shù)，即低溫等離子雙介質(zhì)阻擋放電(DBD)廢氣焚燒技術(shù)。運(yùn)用此項(xiàng)技術(shù)處理廢氣，尤其是在處理噴漆、烘干廢氣方面有一定的優(yōu)勢(shì)，能耗低、不產(chǎn)生二次污染物，燃燒產(chǎn)物無(wú)害低毒，主要為水和二氧化碳等，排出的氣體中無(wú)刺激氣味氣體。

2涂裝工藝中的VOCs

涂裝標(biāo)準(zhǔn)工藝流程可見(jiàn)圖1所示。從工藝流程中可以看出，大量的VOCs產(chǎn)生在噴涂段和烘烤段，而電泳段僅產(chǎn)生少量的VOCs。調(diào)查數(shù)據(jù)（data)顯示[2]：在汽車涂裝的整個(gè)工藝過(guò)程中，VOCs排放源主要集中在電泳、烘烤、噴涂工位，噴涂系統(tǒng)VOCs排放占總排放的85%，其中有17%~20%的VOCs排放產(chǎn)生在烘烤過(guò)程中�？梢�(jiàn)，VOCs處理的主要對(duì)象是針對(duì)噴涂及烘烤過(guò)程中產(chǎn)生的VOCs。

現(xiàn)在對(duì)噴漆廢氣和烘干廢氣主要采用的是RTO焚燒加高空排放的處理方式，往往不能收到理想的效果。排放的廢氣中由于存在未完全燃燒的小分子，造成排放廢氣有一定的氣味而引起排放點(diǎn)周邊的空氣污染，所以非常需要有一種既能夠處理VOCs又能夠消減廢氣中的氣味達(dá)到良好處理效果的廢氣處理技術(shù)。

2.1噴漆間廢氣標(biāo)準(zhǔn)

噴漆間中要求風(fēng)速為0.2～0.25m/s，因此為保證通風(fēng)的要求，噴漆間中的風(fēng)量需求大約為(1.7～2)×106m3/h，而噴漆間排氣的主要成分為在噴涂過(guò)程中揮發(fā)的有機(jī)溶劑(性狀：透明，無(wú)色的液體)(主要成分為芳烴、醇醚、酯類等)。vocs廢氣處理設(shè)備固體表面吸附了吸附質(zhì)后，一部被吸附的吸附質(zhì)可從 吸附劑表面脫離，此現(xiàn)附。而當(dāng)吸附進(jìn)行一段時(shí)間后，由于表面吸附質(zhì)的濃集，使其吸附能力明顯下降而吸附凈化的要求，此時(shí)需要采用一定的措施使 吸附劑上已吸附的吸附質(zhì)脫附，以協(xié)的吸附能力，這個(gè)過(guò)程稱為吸附劑的再生。因此在實(shí)際吸附工程中，正是利用吸附一再生一再吸附的循環(huán)過(guò)程，達(dá)到除去廢氣中污染物質(zhì)并回收廢氣中有用組分。由于噴漆間需求的風(fēng)量大，造成排出的有機(jī)廢氣中VOCs的含量較低，約為(0.6～3.0)×102mg/m3，甚至在排風(fēng)中會(huì)含有<3μm的細(xì)小漆霧顆粒。因此噴漆間廢氣中VOCs處理的難度較大。

2.2烘干室廢氣

面漆烘干廢氣的成分組成相對(duì)復(fù)雜，不僅包含涂料溶劑、樹(shù)脂單體等揮發(fā)性成分，而且其中還含有部分熱分解物和交聯(lián)反應(yīng)后生成的揮發(fā)成分，是整個(gè)涂裝車間VOCs排放中濃度高，成分復(fù)雜的廢氣。voc廢氣治理設(shè)備在上升過(guò)程中與來(lái)自塔頂?shù)奈�收劑逆流接觸，凈化后的氣體由塔頂排出。吸收了 VOCs的吸收劑通過(guò)熱交換器后，進(jìn)入汽提塔頂部，在溫度高于吸收溫度或壓力低于吸收壓力的條件下解吸。解吸后的吸收劑經(jīng)過(guò)溶劑 冷凝器冷凝后回到吸收塔。解吸出的VOCs氣體經(jīng)過(guò)冷凝器、氣液分離器后以較純的VOCs氣體離開(kāi)汽提塔，被回收利用。該工藝適合于VOCs濃度較高、溫度較低的氣體凈化，其他情況下需要作相應(yīng)的工藝調(diào)整。按照GB16297―1996《大氣污染綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中的要求，廢氣濃度在排放限值以內(nèi)時(shí)，為滿足標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)廢氣排放速率的要求，目前，涂裝車間有組織排放中多采用高空排放的方法，可以粗略地認(rèn)為，凡是有高高的方形煙囪的地方，基本就可以認(rèn)為有涂裝車間。但這種辦法治標(biāo)不治本，表面上滿足了排放要求和標(biāo)準(zhǔn)，但實(shí)質(zhì)上涂裝車間排放的廢氣是未經(jīng)任何處理的，所以，其危害可想而知。

3DBD廢氣處理工藝

當(dāng)外加電壓大于等于氣體電離電壓時(shí)，由于氣體被擊穿后會(huì)產(chǎn)生一種混合體，其中含有電子、離子、原子、自由基等，通常稱這種混合體為等離子體[3]。低溫等離子廢氣焚燒技術(shù)正是利用等離子體在瞬間產(chǎn)生的電場(chǎng)能量電離裂解VOCs氣體，在極短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生分解，分子結(jié)構(gòu)被破壞，達(dá)到“焚燒”有機(jī)氣體的目的。

外加電壓使氣體電離的過(guò)程中，被電離出的等離子體溫度高，但整個(gè)體系呈現(xiàn)低溫狀態(tài)，所以又被稱為低溫等離子體。由于低溫等離子體產(chǎn)生不需催化劑，且對(duì)有機(jī)廢氣的濃度要求不高，所以特別適合處理(chǔ lǐ)汽車行業(yè)噴漆、烘干過(guò)程中產(chǎn)生的有機(jī)廢氣。經(jīng)過(guò)低溫等離子焚燒后的廢氣轉(zhuǎn)化為CO2和H2O，不產(chǎn)生二次污染，并且處理后的氣體無(wú)異味，處理效率高。

圖2為低溫等離子廢氣處理工藝流程圖。從圖中可以看出，DBD燃燒器是整個(gè)工藝過(guò)程中的重要，廢氣在燃燒器中進(jìn)行分解和轉(zhuǎn)化為無(wú)毒無(wú)害的無(wú)機(jī)分子，達(dá)到處理廢氣的目的。整個(gè)工藝過(guò)程非常適合涂裝廢氣的處理等，可根據(jù)噴漆間廢氣中VOCs濃度低，流速快的特點(diǎn)適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整，以更好的適應(yīng)處理要求，甚至可以直接排放。

后處理(chǔ lǐ)器為選擇(xuanze)使用工序，對(duì)于排出廢氣中含有大量粉塵或大量固體、液體小顆粒的情況(Condition)，可以選擇使用后處理器加以過(guò)濾去除。當(dāng)對(duì)DBD燃燒器處理過(guò)的廢氣有循環(huán)再利用的需求時(shí)，也可以選裝后處理器可以保證處理后的氣體溫濕度在要求范圍內(nèi)。

4、低溫等離子DBD廢氣處理設(shè)備(shèbèi)

DBD廢氣處理設(shè)備的核心模塊是等離子發(fā)生器，由于發(fā)生器中產(chǎn)生的等離子體能量很高，對(duì)有機(jī)廢氣的分子結(jié)構(gòu)有破壞作用。DBD廢氣處理技術(shù)就是利用這種高能量的等離子體反復(fù)“燃燒”有機(jī)廢氣，使廢氣中的有機(jī)物發(fā)生氧化（oxidation)-還原等化學(xué)反應(yīng)，終形成無(wú)毒無(wú)害的CO2和H2O。但是對(duì)DBD一個(gè)重要的衡量指標(biāo)（target aim)是燃燒的安全性(security)，尖端電暈放電型等

6結(jié)語(yǔ)

低溫等離子DBD廢氣處理技術(shù)對(duì)廢氣的處理凈化率>95%，處理后的廢氣滿足GB16297―1996中的二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)異味，能夠直接排放大氣，可在很多領(lǐng)域中加以應(yīng)用。但是100%處理好涂裝車間排出的廢氣，單獨(dú)使用一種處理技術(shù)是難以達(dá)到的，DBD低溫等離子廢氣處理工藝也有自身的局限性，例如，含塵量過(guò)高則會(huì)引起離子發(fā)生器故障等。因此，常常需要將多種VOCs處理技術(shù)聯(lián)合使用，這種處理廢氣的思路在實(shí)際應(yīng)用中也取得了一定的成效。處理低濃度高流速含塵量高的有機(jī)廢氣使用DBD低溫等離子處理加過(guò)濾法取得了良好的效果，廢氣中的PM2.5<6μg/m3。相信隨著VOCs處理技術(shù)的不斷優(yōu)化、發(fā)展，涂裝車間廢氣將實(shí)現(xiàn)真正意義上的零排放。