一种喷漆废气治理回收技术

傅太平

（泉州天龙环境工程有限公司，福建 泉州 362332）

一种喷漆废气治理回收技术

傅太平

（泉州天龙环境工程有限公司，福建 泉州 362332）

介绍了一种喷漆废气处理的工艺及装置，适用于处理油性涂料喷涂时产生的喷漆废气。该工艺采用三级除尘去除漆雾、活性炭吸附处理有机废气、水蒸汽脱附回收有机溶剂。论述了该工艺确立的理论根据；简要介绍了与之相适应的装置在设计中需要考虑的问题。该装置对有机污染物的去除率可达95%以上，回收的有机溶剂的纯度达99.5%以上，可直接用于生产。实现了清洁生产和废物资源化的要求，收到了较好的社会效益和经济效益。

漆雾净化；有机溶剂回收；设计原则；废物资源化

1 前言

近年来，随着我国经济的快速发展，工业生产过程中VOCs（Volatile Organic Compounds — 挥发性有机化合物）的排放量惊人，预计达到了1200万吨／年以上。以集装箱制造业为例，该行业需消耗大量的钢材、木材、油漆等，是一个典型的高消耗、高污染产业。并且由于涂料及涂覆工艺等的限制，目前在集装箱制造中使用最多的是以溶剂为主的油性涂料，产生的污染主要有油漆有机废气、焊接烟尘、打砂粉尘、噪声和废水等。

喷漆废气中的漆雾颗粒微小、黏度大、易黏附在物质表面，净化喷漆废气之前必须去除漆雾，然后再进一步去除废气中的苯、甲苯、二甲苯、非甲烷总烃等挥发性有机物。传统的漆雾去除方法一般是水洗式，该方法净化效率低，无法达到前处理要求，给后续处理带来诸如净化器寿命短、净化排放不达标等一系列问题。针对上述问题，国内企业开发了一套喷漆有机废气吸附回收工艺及装置，漆雾去除率在99.5%以上；有机溶剂的去除率可达到97%以上；回收的有机溶剂可直接用于生产，实现了废物资源化。

2 喷漆废气处理工艺及装置简介

2.1 工艺流程的确定

喷漆废气产生于工件涂装的喷漆工作台，高压空气喷射出的油漆大部分留在工件上，其它的随着废气带出而形成漆雾，并在较短时间固化成漆粉。这些粉尘虽含量不高，但粒径较小，绝大部分在10μm以下，若未经处理，很快就会堵塞活性炭微孔，使活性炭失效。传统的方式是采用雾化洗涤塔净化处理，废气中的细小粉尘、未凝固的油漆颗粒及少量的有机废气被洗涤液吸收，废气由洗涤塔内的丝网除沫器脱水后进入干式超细过滤器，进一步脱尘后转入吸附工序。该方法对粉尘的净化效率低，废气含水量高，直接影响了活性炭的使用寿命和废气的净化率。而喷漆有机废气吸附回收工艺及装置可有效克服上述弊端，具体工艺流程见下图。

喷漆有机废气吸附回收工艺流程图

漆雾首先进入漆雾净化器进行一级除尘。漆雾净化器由多重逐渐加密的阻燃玻璃纤维材料构成，喷漆废气通过时，漆雾粒子在拦截、碰撞、吸收等作用下被容纳在材料中，从而达到初步净化漆雾，并逐步风化成粉末状，为后续除尘提供条件。然后进入旋风除尘器进行二级除尘。

旋风除尘器利用气流旋转过程中产生的离心力，使粉尘从含尘气流中分离出来。含尘气流由除尘器进口沿切线方向进入除尘器后，一面沿内壁旋转一面下降，由于到达圆锥部后旋转半径减小，气流旋转速度逐渐增加，气流中的尘埃粒子受到更大的离心力，使其从旋转气流中分离，沿着旋风分离器的壁面落入灰斗。这股向下旋转的气流到达锥体底部附近后，转而向上，沿轴心向上旋转，最后从排出管排出。

由旋风除尘器出来的废气进入袋除尘器进行第三级除尘。袋式除尘器装置主要由上部箱体、中部箱体、下部箱体（灰斗）、清灰系统和排灰机构等部分组成。含尘气体由进风口进入，通过灰斗后进入中箱体的滤袋过滤区，气体穿过滤袋，粉尘被阻留在滤袋外表面，净化后的气体经滤袋口进入上箱体，并由出风口排出。清灰装置以脉冲形式利用压缩空气使滤袋膨胀变形产生振动，并在逆向气流冲刷的作用下，使附着在滤袋外表面上的粉尘被剥离落入灰斗中，通过灰斗口的卸灰装置集中排出。

脱尘后的有机废气进入活性炭吸附机组进行有机组分的清除。两个吸附罐通过气动阀门切换，交替进行吸附和脱附单元操作，脱附后的混合气经冷凝器冷却后进入油水分离器进行分离，溶剂进行回收，冷凝水排放，冷却水循环使用。系统运行中的所有动作均由PLC系统自动完成，系统启动后的运行无须人工值守。

2.2 活性炭的选择

活性炭是一种多孔性的非结晶结构，由石墨微晶与相关联的碳氢物构成，其内部之间构成孔隙，因而具有很强的吸附性能。通常活性炭吸附有机气体主要以物理吸附为主，其主要的作用力是以色散力（由于组成分子的正、负微粒不断运动，产生瞬间正、负电荷重心不重合，而出现瞬时偶极。这种瞬时偶极之间的相互作用力，叫做色散力）为主的范德华力（在物质的聚集态中，分子间存在着一种较弱的吸引力，称作范德华力，由色散力、取向力、诱导力三部分组成）。当然，由于活性炭制备过程中一些残存的官能团及活性炭改性等因素，活性炭上也存在着静电力、氢键及共价键等作用力。在活性炭对有机废气吸附的过程中，活性炭的孔径就决定了有机气体的吸附状况。孔隙越小，吸附性越强。另外，由于分子的热运动，有机气体分子的直径与活性炭孔隙直径要匹配，若分子直径大于孔隙直径，则分子碰到活性炭时，进不了孔隙而被弹回来；若分子直径远小于孔隙直径，则分子即使碰到了孔隙，也有可能跑出来，孔径越大，跑出来的概率也越大，吸附率越小；当分子直径略小于孔径时，分子碰到孔以后难于跑出来，即被吸附了。被吸附的分子数量多，表明其吸附能力越强。所以活性炭孔隙的大小也决定了其吸附气体的种类。一般有机废气的分子直径都小于1nm， 所以只有孔隙直径大于0.45nm而小于2.0nm的微孔活性炭才比较适宜做为溶剂回收吸附材料。

2.3 吸附剂的脱附

吸附达到或接近饱和时，需要脱附再生。从理论上讲，吸附剂经过脱附，吸附质应该全部被脱附出来，但实际上，脱附时总会有一部分吸附质不能被解吸，存在着残留吸附量，致使吸附曲线和脱附曲线不吻合，产生所谓“滞后现象”。不完善的脱附工艺，会产生严重的脱附滞后现象，当脱附后吸附剂中残留的有机溶剂浓度大于排放标准限定的浓度时，就会产生排放超标现象。一些企业采用多级吸附的方法，试图解决这一问题，但不从完善脱附工艺着手，不改善脱附滞后现象，则很难达到预期目的。因此，为了尽可能减少这种情况，应正确选择脱附再生的方法。

吸附剂的脱附再生方法有很多，一般多选用水蒸汽作脱附剂。水蒸汽作脱附剂具有许多优点：一是它的饱和温度适中，不会破坏有回收价值的溶剂；二是载热量大，尤其是潜热大，许多有机溶剂不溶于水，冷凝后便于分离回收。水蒸汽与大多数溶剂不起反应，故而用水蒸汽脱附十分安全。

3 部件设计时应注意的几个问题

3.1 旋风除尘器的选型

旋风除尘器的直径是影响除尘器性能最主要的因素，其他参数都是直径的关联函数。可根据下式算出旋风除尘器直径：

式中：

D0— 除尘器直径，m；

Vp—除尘器筒体净空横截面平均流速，2.5～4m/s；

Q — 操作温度和压力下的气体流量，m3/h。

或根据需要处理气体量及选定的除尘器进口气流速度（一般为18～23m/s）算出除尘器入口截面积F，再根据除尘器入口高H = 0.5D0、入口宽B = 0.25D0的比例关系计算出除尘器直径。

3.2 布袋除尘器的选型

（1）布袋总过滤面积。根据除尘器的总气量和选定的过滤速度，按下式计算总过滤面积：

式中：

Ad— 过滤面积，m2；

Q — 处理气体量，m3/min；

v — 过滤风速，m/min。

求出总过滤面积后，就可以确定袋式除尘器总体规模和尺寸。

（2）单条除尘滤袋面积。在现有的除尘器样本中，滤袋的过滤面积多数指的是公称过滤面积，其有效过滤面积一般只有总面积的90%～95%，在设计选用中应该注意。

（3）滤袋数量。求出总过滤面积和选定单条除尘布袋的面积后，就可以算出滤袋条数。如果每个滤袋室的滤袋条数是确定的，还可以由此计算出整个除尘器的室数。

（4）阻力计算。袋式除尘器的阻力由三部分组成：1）设备本体结构的阻力，当过滤风速为0.5～3m/h时，本体阻力在50～500Pa之间；2）滤袋的阻力，为50～150Pa；3）滤袋表面粉尘层的阻力，为干净滤袋阻力的7～10倍。

根据以上计算结果可以选择设备型号。

3.3 吸附罐的设计

（1）吸附床中气体的流速过大，不仅会增加压力损失，还会造成有机溶剂分子与吸附剂接触时间过短，不利于气体吸附。通常可将流速控制在0.2m/s左右。因此吸附罐要有足够的通过断面和停留的时间，它们都是吸附罐尺寸的函数。椐此可确定每组吸附罐的数量。

（2）结构设计应确保所有的过气断面都产生良好、均匀的气流分布，避免死角，以增大传质速率，提高吸附效果。

（3）由于吸附过程也是一个放热过程，吸附热将使废气和炭床的温度升高，使吸附率下降，且热量的积累也将会带来安全隐患。因此应设置能有效控制和调节吸附操作温度的机构。吸附罐的表面温度一般应控制在不高于60℃。

4 结语

该套装置对有机污染物的去除率可达到95%以上，回收的有机溶剂纯度达到99.5%以上，可直接用于生产。实现了清洁生产和废物资源化的要求，有效改善了大气环境质量，为企业降低环保设施运行费用，有较好的社会效益和经济效益。

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Reclaiming Technique for A Sort of Spray-paint Exhaust Gas Treatment

FU Tai-ping

X701

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1006-5377（2015）04-0053-03