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涂料生产与涂装过程中废气排放与治理

来源:未知 作者:admin 时间:2014-12-24 点击:
导读:近期北京及不少地区雾霾天气严重,控制大气污染产生及其防治措施各界都在关注。粉尘、挥发性有机物(VOCs)是PM2.5中的成分,因此减少涂料生产及涂装过程中废气的产生和排放是非常重要的。本论文对涂料生产和涂装过程废气常用的治理方法及特点等进行了综述。
涂料生产与涂装过程中废气排放与治理
□ 涂伟萍1,程建华2
(1.华南理工大学化学与化工学院,广州 510640;2.华南理工大学环境与能源学院,广州 510640)

0 前言
英国伦敦1880年前后多次发生烟雾中毒事件,该烟雾是取暖燃煤排放的烟尘和冬季晨雾组成,主要的污染物是二氧化硫和煤尘(一次污染物)、硫酸雾和硫酸盐气溶胶(二次污染物)。当高空出现逆温层时,污染物被封闭在逆温层下,不能有效扩散,造成累积而形成雾霾。英国伦敦烟雾事件主要是烧煤引起的还原性大气污染。美国洛杉矶光化学烟雾则是汽车尾气排放引起的氧化型大气污染。光化学烟雾是碳氢化合物和氮氧化物在阳光作用下发生化学反应而形成的。大气中的碳氢化合物、氮氧化物等一次污染物,在受到太阳光线照射后,发生光化学反应,生成了二次污染物:主要有臭氧、醛、酮、酸、过氧乙酰硝酸酯、气溶胶等,反应物(一次污染物)和生成物(二次污染物)的混合物就是所谓的光化学烟雾。光化学烟雾能见高度内呈蓝色、棕色或白色并有特殊气味,将显著地降低大气能见度,对人的眼睛、鼻黏膜等有刺激作用,引起发炎和不同程度的头痛以致呕吐症状,甚至危及生命。
近期北京及不少地区雾霾天气严重,挥发性有机物(VOCs)对大气污染、VOCs在雾霾中的含量及其防治措施为各界所关注 。2002年对环境大气中VOCs的人为来源进行了研究和源解析,结果表明,各人为污染源年平均贡献率分别为汽车尾气62%、汽油挥发9%、石油液化气10%、涂料6%、石油化工6%、未知源6%。尽管当年由涂料贡献的VOCs比例不算太高,到2011年我国涂料的总产量超过1 000万t,是2002年的近5倍,因此涂料对VOCs人为污染源的贡献不可小觑,应该引起大家的关注。
 
1 涂料生产中废气的产生与排放量
涂料生产过程VOCs的产生量相对较少,其产生量取决于溶剂种类、生产设备和工艺等。溶剂沸点高,生产过程密闭性好、温度较低、时间短、自动化程度高,品种类型少(清洗频次少),则VOCs的产生量就少;涂料中低沸点溶剂用量多、生产过程为开放式、温度较高、时间长、自动化程度低,清洗频繁,则VOCs的产生量就多。显然通过采用密闭型设备,提高自动化水平,优化生产工艺,可以有效地从源头上控制VOCs的产生量。
 
2 生产废气中粉尘的治理
涂料生产中产生的粉尘主要是颜料和填料,除去的方法有干法和湿法2种,干法分离的粉尘可回用,湿法脱出的粉尘不可回用。干法除尘设备有:电除尘器、旋风除尘器、布袋除尘器。电除尘器效率高,可除去的颗粒粒径小,但存在造价高、运行费用高和管理成本高等缺点。旋风除尘器造价低、处理能力大,但对小粒径的粉尘除去效率低;布袋除尘器除尘效率高,价格适中,但存在易堵塞的缺点。目前大多数企业是采用 布袋除尘器。
湿法除尘器是采用水作为洗涤液,通过气液两相的接触,将粉尘转移到了水相中,该方法的除尘效率较高,运行成本较低,但增加了废水量。湿法除尘的主要设备有:喷淋吸收塔、液柱吸收塔(改进喷淋吸收塔)、动力波洗涤器等。

3 生产废气中VOCs的治理
3.1 吸附分离技术
吸附分离技术是利用固体吸附剂对混合气体中VOCs进行吸附,在加热的条件下解吸吸附的VOCs,通过冷却冷凝回收VOCs或利用焚烧设备热分解VOCs,如图1所示。
活性炭吸附回收VOCs工艺流程图
目前在工业常用的吸附剂除活性炭外,还有活性碳纤维、分子筛等,活性炭依据不同的原材料,又有煤质活性炭、椰子壳活性炭等。活性炭价格相对较低,对VOCs的吸附选择性较小,因此大多数企业一般都是采用活性炭吸附剂。吸附设备的类型有固定床、移动床和吸附转轮等,解吸的热源是水蒸气或热空气。水蒸气再生脱附的含VOCs的气体进行冷却冷凝可回收溶剂;热空气再生脱附的含VOCs的气体也可以冷凝回收有机溶剂,还可以利用焚烧设备进行焚烧分解VOCs并回收热能。
水蒸气再生法会导致再生后的活性炭的吸附容量显著降低,因此会缩短吸附分离的时间,导致吸附-解吸的周期缩短,从而增加能量和水的消耗。热空气再生法对活性炭吸附容量的影响较小,但冷凝分离回收VOCs的设备更大。
活性炭吸附分离只有在合适的工艺条件下,才可能具有较高的除去VOCs的效果,首先吸气罩的安装位置到废气产生部位的距离在1 m左右,捕集点适宜的风速取在0.5~1 m/s。吸附系统操作参数则应满足表1的指标。
活性炭系统操作参数指标
活性炭吸附法能耗低,设备投资较小,适用于低浓度的多种有机物,并且有回收溶剂的可能性,但是不宜处理高浓度的有机物,并且对于含水或含颗粒物的废气需进行预处理。
3.2 催化燃烧技术
催化燃烧技术与吸附分离技术最大的差别是解吸的条件及对解吸VOCs的处置方式不同。催化燃烧技术工艺流程图见图2。
催化燃烧技术工艺流程图
由于催化燃烧技术在解吸阶段采用的温度更高,采用活性炭吸附剂存在着火的安全隐患,因此多采用分子筛为吸附剂。由于分子筛的吸附容量小于活性炭,因此吸附-解吸的周期缩短。催化燃烧系统的操作参数见表2。
催化燃烧操作参数指标
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