沸石濃縮轉輪系統在噴漆室廢氣治理中的應用
表面處理網訊汽車涂裝生產過程中所產生的揮發性有機化合物（簡稱VOCs）的排放是大氣污染防治的重點國家及地方環保部門針對汽車生產的特殊性出臺了越來越嚴格的排放標準2015版江蘇省《表面涂裝（汽車制造業）揮發性有機物排放標準》中明確規定汽車涂裝生產線的噴漆室和烘干室應安裝VOCs污染治理設備且烘干室VOCs廢氣處理效率應當在90%以上并對涂裝VOCs排放限值做出了明確規定（見表一）
表一 排氣筒VOCs排放限值
2 汽車涂裝VOCs排放概算
汽車涂裝生產中的VOCs來源于涂料中的溶劑主要通過噴漆油漆晾干水性漆預烘干和烘干工序產生排放烘干工序產生的有機廢氣由于VOCs濃度和溫度較高可直接進入焚燒爐TNV或者蓄熱式熱力焚化爐RTO處理凈化率可達到98%以上而噴漆室排出的廢氣由于風量大VOCs濃度低濕度大常規的過濾吸附等工藝措施難以有效處理目前,國內大多數的汽車涂裝車間都不作處理與晾干區的廢氣一起經集中排氣筒直接高空排放
以生產節拍為16JPH采取3C2B水性漆工藝的廂式商用車涂裝為例中涂漆及底面漆為水性漆罩光清漆為1K溶劑型水性漆預烘干產生的廢氣直排清漆晾干區的排風補至噴漆室循環利用再與噴漆室的廢氣一起經集中排氣筒排放中涂及面漆烘干區廢氣經RTO凈化處理后排放其VOCs排放速率概算見表二噴漆室風量及VOCs排放濃度概算見表三
表二 涂裝VOCs排放速率概算
表三 噴漆室風量及VOCs排放濃度概算
根據概算集中排氣筒的VOCs排放速率36.6Kg/h排放濃度76.2mg/m3均超過了排放標準其中清漆噴漆室及晾干區的VOCs排放量達到了31.4Kg/h占到了排放總量的86%由此可見即使采取水性漆工藝使用常規配套的溶劑型清漆仍具有較多的VOCs排放為了達到排放要求需要對清漆噴涂段的廢氣進行凈化處理｜
目前對于大風量低濃度的有機廢氣常規最有效的方法是通過蓄熱式熱力焚化爐（RTO）來進行處理其工作原理是系統將有機廢氣加熱升溫至750℃以上在燃燒室內停留0．7～1．0s使廢氣中的有機污染物氧化分解成為無害的C02和H2O廢氣燃燒產生的熱量被蓄熱體貯存起來用于預熱新進入的有機廢氣從而節省廢氣升溫所需要的燃料消耗降低運行成本RTO的最大處理風量一般低于100000m3/h廢氣VOCs處理濃度為1000～20000mg/m3當廢氣濃度低于1500mg/m3時廢氣燃燒產生的熱量較少設備需額外增加較多的燃料消耗用于對新進入的有機廢氣升溫而需處理的清漆噴涂段廢氣總排風量達到176000m3/hVOCs濃度僅有178.6mg/m3由此可見RTO設備并不直接適用于這樣的廢氣處理
3 沸石轉輪濃縮系統在噴漆室廢氣治理中的應用
近年來一種適合處理高流量（大風量）低濃度高濕度多成分VOCs廢氣的凈化設備沸石轉輪濃縮系統在歐美及日本等經濟發達國家的汽車涂裝廢氣處理方面取得了較多的應用和良好的效果
系統設備由兩大主要部分所組成即疏水性沸石轉輪串連蓄熱式焚化爐它的工作原理是利用沸石分子篩所具備的的高吸附性能對有機廢氣進行吸附濃縮再由RTO設備凈化處理濃縮后的有機廢氣
3.1沸石分子篩的性能特點
沸石分子篩是一種鋁硅酸金屬鹽的多微孔晶體由硅氧四面體和鋁氧四面體通過共享氧原子相互連接形成骨架結構其表面為固體骨架內部為多微孔的篩狀構造內部孔穴之間有孔道相互連接其孔徑相同分布非常均一分子篩依據其內部孔穴的大小可對分子進行選擇性吸附沸石分子篩具有很大的比表面積（300～1000m2/g）內部孔穴有強大的庫侖場和極性因此對吸附質分子的吸附能力很強遠超過其他類型的吸附劑即使在較高的溫度和較低的吸附質分壓（或濃度）下仍有很高的吸附容量是一種高性能的分離吸附材料
通過對沸石分子篩進行表面改性去除結晶中的鋁原子可消除其親水的極性從而形成疏水性沸石分子篩它不僅具有一般沸石分子篩的共性在相對濕度達到80%時,都能保持幾乎不吸附水的特點即使對于含水的空氣也能夠選擇地吸附所需的物質,并且吸附量幾乎不受影響疏水性沸石由無機氧化物組成具有不可燃性在900℃下焙燒2h,其結晶度仍保持不變故熱穩定性極高可反復通過加熱來實現脫附再生并保證較長的使用壽命
3.2沸石轉輪濃縮系統的原理及構成
沸石轉輪濃縮系統的關鍵部件是吸附輪（轉輪）,轉輪由疏水性沸石吸附介質與陶瓷纖維加工成波紋狀膜片再卷制形成蜂巢狀的圓筒形框架結構其中部安裝有旋轉軸承轉輪的機械結構上裝有耐VOCs腐蝕耐高溫的材料制成的氣體密封墊將轉輪隔離成三個區域吸附處理區再生脫附區冷卻區
全套設備主要由以下部分組成廢氣過濾器沸石轉輪排氣風機RTO焚化系統熱交換器自動控制系統
目前最大型號的單只沸石轉輪廢氣處理量可達到100000m3/h能夠將廢氣中的VOCs濃度提高5～20倍
3.3沸石轉輪濃縮系統工藝流程
3.3.1廢氣的除濕過濾處理
沸石轉輪在吸附濃縮過程中待處理廢氣的相對濕度低于80%時對VOCs的吸附率可達到90%以上當廢氣濕度大于90%時吸附效率則下降至80%左右
目前國內汽車涂裝噴漆室采取水旋處理的濕式噴房較多其排出的廢氣相對濕度超過90%因此在廢氣進入沸石轉輪之前需要進行加熱除濕同時由于廢氣中含有少量漆霧等顆粒雜質需進行過濾處理避免影響轉輪的吸附效率
3.3.2轉輪吸附濃縮VOCs與再生脫附
過濾后的大流量的低濃度有機廢氣被送至轉輪吸附區轉輪可根據廢氣處理量以1～6轉/小時的速度持續緩慢旋轉廢氣中含有的VOCs被截留吸附在轉輪上的沸石分子篩內部凈化后的潔凈空氣則直接排放至大氣轉輪持續旋轉吸附VOCs逐漸趨向吸附飽和當轉輪旋轉進入至脫附區時脫附風機提供200℃左右的高溫熱空氣穿過吸附飽和的轉輪區域將其中吸附的VOCs脫附并帶走轉輪從而恢復吸附能力脫附后的轉輪進入冷卻區經冷卻空氣吹掃恢復至常溫再次旋轉至吸附區重新開始下一輪的工作
3.3.3有機廢氣凈化處理
轉輪吸附的VOCs經脫附后隨脫附熱空氣送往RTO進行凈化處理由于脫附熱空氣風量僅為5000～20000m3/h廢氣中的VOCs被濃縮了5～20倍因此需要最終處理的有機廢氣具備了濃度高風量小溫度高的特點能夠與烘干室的廢氣合并后進入RTO集中處理VOCs的凈化率可達到95%以上RTO焚燒產生的一部風熱能可用于轉輪脫附空氣的加熱末端排放的高溫煙氣可進行余熱回收進一步做到節能環保｜
4 沸石濃縮轉輪系統技術特點
特別適用于處理大風量低濃度的有機廢氣凈化效率穩定VOCs去除率達到90%以上
轉輪低壓損無吸附損耗對于高沸點的揮發性有機氣體也能夠能有效處理
沸石轉輪由無機氧化物組成具有不燃性使用安全
轉輪熱穩定性極高反復通過加熱脫附來實現再生理論使用壽命可達到10年左右
濃縮后進入RTO處理的廢氣風量小故可以與烘房共享一套RTO設備減少了設備投資降低了RTO運行能耗
沸石轉輪可適應較高濕度的有機廢氣吸附對于濕式噴漆室廢氣處理可減少除濕的設備投資及運行能耗
可采取單只或多只轉輪并聯組合的方式以適應不同風量的廢氣處理
5結束語
目前國內的北京奔馳沈陽寶馬大眾寧波廣汽日產北汽增城等涂裝項目均開始使用沸石濃縮轉輪系統對噴漆室廢氣進行處理通過使用的信息反饋均達到了設計要求北汽鎮江南京依維柯橋林北汽昌河等新建涂裝項目也規劃投入該設備國內部分設備制造企業也開始具備了沸石濃縮轉輪系統設備的設計安裝能力
隨著國家對大氣污染防治的要求越來越嚴格汽車涂裝VOCs排放限值必然將逐年下調對于涂裝噴漆室廢氣排放的治理迫在眉睫沸石濃縮轉輪技術是現有技術條件下處理大風量低濃度高濕度有機廢氣的最佳選擇在汽車涂裝廢氣治理中的應用將會越來越廣泛
