汽车制造废气环保性控制技术研究

孟祥华

关键词： 汽车制造 废气 环保 控制技术

中图分类号： U491 文献标识码： A 文章编号： 1672-3791（2024）01-0094-04

在汽车生产制造过程中，涂装生产线会排放各种有毒有害气体，这些气体会对大气产生严重污染。油漆涂装的过程中产生的废气是汽车产业污染源中最为严重的一种。涂装废气主要有两种：一种是喷漆涂装过程中所产生的各类有机溶剂；另一种则是汽车车身机器烘干阶段所挥发的各类有机溶剂。除此之外，汽车涂料本身也散发大量的有毒有害气体，这些气体会对人身体造成巨大的伤害，如果过度吸入会患病。本文主要探讨了汽车行业的废气来源，并对废气的治理提出了自己的思路。

1 汽车行业产生废气的概述

汽车生产与工艺制作的流程所产生的各类有毒有害气体主要来自汽车的涂装部分。汽车外部的清洗剂，进行面涂和中涂等阶段所产生的大量有毒有害气体都是废气。这些气体也被称为挥发性有机物（VOCs）。一般来说在生产车间会出现大量的有毒有害气体，如汽车内部的烘干室、晾置房、喷漆室以及调漆间等。因此，各类有毒有害气体的成分存在着一定的差异［1］。

在汽车生产过程所产生的各类废气对人体和环境都有严重的危害性和污染性。在汽车进行涂装的过程中，VOCs 就包括了多种对人体造成巨大伤害的物质，如乙酸乙酯、芳香烃和乙酸丁酯。除此之外，还有大量的微量VOCs 物质。在进行喷装时，这些有机溶剂具有极强的毒性，大量的甲苯合成物会随着喷装的过程散发到车间的每一个角落，不仅对环境造成极大的污染，还会引起施工人员的呼吸道病变，甚至引发癌症。除此之外，这些气体如果挥发到外界空气当中会引发光雾、酸雨等严重的污染现象，无论是对人还是对建筑都会有影响。因此，针对汽车制造的各类废气进行环保性控制，就成为了相关从业人员必须要面对的一个重大课题［2］。

2 汽车行业产生废气的具体来源和相关特点

2.1 喷漆时所产生的廢气

在进行汽车喷漆操作的过程中，由于操作压力会产生不断的变化，这就使油漆当中的各类有毒有害物质，如二乙醇甲醚、甲苯等各类有机溶剂大量散发于空气之中，而这些都是对人体和环境有伤害的气体。除此之外，在进行汽车喷漆室废气的排放过程中也会存在各种没有处理过的烟雾和有机物，而这些具有重度污染性质的污染物占据了当前整个喷漆总量的1%左右。

在进行汽车喷漆的过程中，各类有机废气往往也会携带大量的颗粒物。根据我国相关的法律法规，对喷漆作业的具体操作环境有非常严格的要求。一般来说如果使用非人工作业方式，例如：机器人进行汽车喷涂作业，需要把垂直的风速控制在0.3 m/s 左右。而人工喷涂作业过程中，则需要把垂直的风速控制在0.5 m/s左右。因此，在正常情况下，汽车喷漆时本身都有着极大的排风量。

伴随着我国汽车涂装工艺的不断进步与相应喷漆技术的进一步发展，汽车喷漆车间的空调循环技术也从过去的效果不佳逐步发展为现在的成熟状态。这种技术已经被广泛应用在多个行业的工业生产制作当中。如果在喷涂作业过程中，完全用机器人取代人工，则可以更进一步加大当前室内的循环风量，全面降低排风量，提升排气浓度，最终使废气的自身处理效率得到进一步提高。

2.2 晾置房产生的废气

汽车面漆喷涂作业处理之后，在进行下一步的烘烤干燥处理之前，汽车需要进行针对性的流平晾置处理。在这个过程中，汽车表面的湿油漆膜就会在多种外力的作用下对有机溶剂进行挥发。这些有机溶剂往往都是带有大量有毒有害气体。因此，为了防止有机溶剂挥发过量而造成各类事故，汽车的晾置作业需要进行针对性的换风处理，风速一般需要控制在0.2 m/s之内。

许多有机成分和汽车喷漆室的内部排放的气体较为相似。只是在这些废气当中并不含有颗粒物，相对来说污染浓度较小，因此在进行处理的过程中，喷漆室的排风可以和晾置房产生的废气统一处理［3］。

2.3 烘烤干燥所产生的废气

烘烤干燥室所产生的各类废气的组成成分都相对复杂。这些废气内部不但包含了有机溶剂，还包含了各类化学反应生成物，以及在外部条件作用下所产生的各类分解物等。汽车行业所使用的各类涂料在性质上偏向水性涂料，因此，除了容器内部自身所包含的各类有机物之外，在进行汽车整体烘干流程处理过程中还会有一些热分解物出现。在烘烤过程中所产生的各类废气有机物如果直接向大气内部排放，就会超过国家规定的排放标准。所以，在进行气体排放之前，汽车厂家需要进行针对性的净化处理，确保所排放的气体不会造成大气的二次污染［4］。

除了各类有机废气，还包含在混合过程中所产生的大量粉尘，而这些粉尘则需要通过循环排放系统进行二次加工之后再进行排放。这样才可以避免对汽车本身表面的漆膜品质产生影响。

3 汽车制造废气的环保性控制技术思路

3.1 从源头防止汽车喷漆的VOCs

由于汽车产品的自身特殊性，在驾驶的过程中汽车往往会经历各种极端天气的考验。从南到北，从湿热到严寒都是汽车可能面临的情况，因此在汽车制造过程中，厂家往往使用大量的涂料对汽车本身的金属进行全面的防腐和装饰处理。涂料是汽车行业VOCs排放的主要源头，在确保当前涂料涂层本身性能的前提之下，进一步降低涂料当中的各类VOCs 含量就显得十分重要。

用于汽车防腐的涂料为电泳漆。这类油漆以前是由单组分的溶剂组成，而随着科学技术的不断发展，这种涂料已经逐步发展成为双组分的水性涂料。这也降低了VOCs 的使用与排放。在涂料当中起到主要催化作用的重金属随着涂料技术的不断升级已经逐步被取代。

汽车表面起到防腐和装饰作用的面漆涂层已经逐步更改了工艺，从低固体含量的溶剂型逐步发展为高固体含量溶剂型涂料与针对性的水性涂料。随着《车辆涂料有害物质限量标准》的发布，从2020 年12 月1日开始，清洁涂料已经成为当前所有车辆企业的首选，从国家层面尽可能地推动汽车喷漆的VOCs 源头管控，并在此基础上尽可能降低当前的VOCs 排放。

3.2 汽车喷漆VOCs 的过程防治

所谓的汽车喷漆过程防治，主要是通过对涂料本身的上漆率进行提升，选用更加合适的工艺进行喷漆雾的处理，以及在喷漆换色时针对性地回收各类报废溶剂。

传统的手工喷漆的上漆率相对较低，约为20%～40%，但是如果采用了非人工方式的静电喷涂方式，如机器人静电喷涂等，则可以把当前的上漆率直接提升到60%～80% 之间。因此，从环保角度考虑，在进行喷漆的过程中，采用全自动化机器人喷漆就成了降低污染的主要技术，并且可以提升涂料的自身利用率［5-7］。

过喷漆雾的整治以2010 年为分界线，2010 年之前的主流漆雾治理技术往往为湿式文丘里处理技术，但是在2010 年之后随着技术水平的不断提升以及新型技术的不断涌现，环保的气雾治理技术脱颖而出，如干式喷漆工艺、循环风治理技术已成为了当今的环保喷漆技术主流。这种干式喷漆技术相对于传统的湿式喷漆工艺在绿色环保方面表现得更出色。喷气室的密封性能相对更好，喷气雾的浓缩效率也得到了进一步提高，剩余的漆渣等各类危险废弃物数量更少。同时，借助循环风的使用，喷漆室内部的能耗可以得到进一步降低。因此，在当前的情况下，干式喷剂就成为了喷漆工艺的首选，在保证经济效益的前提下保障环境不受污染。

在喷漆换色过程中，为了避免不同颜色之间产生相应的污染，喷漆过程需要使用各类溶剂冲洗喷漆管路，以保证喷漆处理过程中不会串色。而这时产生的各类废弃溶剂需要进行针对性排放。如果安装了对应的废溶剂回收系统，则可以保证当前的废液收集率≥30%。这些有机溶剂被全面回收之后，按照危险废弃品的方式进行处理，就可以全面地遏制当前的溶剂挥发程度。而这也是喷漆的VOCs 防治手段中最为重要的一个部分。

4 汽车补漆过程中的VOCs 末端治理

4.1 喷漆室废气治理

汽车喷漆室内部的废气治理，主要可以采用下面的技术：沸石转轮吸附浓缩+天然气焚烧炉。

沸石转轮自身的特性为可在常温下大量吸附废气，而一旦温度提升则可以对吸附的废气进行脱附处理。因此，含有VOCs 的废气在进入到转轮当中时，在常温状态下VOCs 分子往往就被吸附在转轮当中；经过净化之后，气体可以进入排放烟筒被排放处理。当吸附的大量VOCs 气体分子在沸石转轮缓慢转动到高温脱附的区域时，就可以利用高温废气对当前转轮上的各类有害有毒气体分子进行脱附处理，而风机可以把脱附的气体送入对应的焚烧炉。在高温焚烧下，有机污染物可以被强制分解成二氧化碳和水蒸气，经过净化后的废气就会直接进入到热量回收系统，并在此基础上进入到相应的烟囱进行无害化排放处理。这项工艺实现的方式相对稳定，可以保持排放到大气中的气体符合国家标准。

4.2 烘干室的废气治理

在汽车废气所产生的各类环节当中，烘干室废气浓度是最高的，因此在这个环节最适合通过焚烧炉进行直接的焚烧。一般来说常用的焚烧工艺有TAR和RTO两种技术：通过燃烧把有毒有害的气体分解成CO2和H2O。这种方式相对来说治理效率极高，操作方便同时不占用地面的面积，但是缺点是工艺价格相对昂贵，因此一般只用来处理高温高浓度的废气［8］。

以RTO 工艺为例。蓄热式燃烧系统是由燃烧室、再生层和换向阀门组成的。蓄热层内部往往是通过蜂窝陶瓷蓄热材料进行填充的。当烘干室内部的废气进入到蓄热层之后，就会被加热到一定的温度，接着进入燃烧室进行全面的热氧化处理。氧化之后，气体本身的温度会得到进一步升高，有机物基本上可以转化成为二氧化碳和水。净化后的气体在经过另一层蓄热体之后，温度会大幅度下降。当相应的温度达到排放标准之后，就可以进行排放处理，不同的蓄热体通过相应的切换阀或者旋转装置进行切换，之后就可以进行针对性的转换，并随时进行吸热和放热的切换处理。在这个循环过程中，当气体本身的浓度相对较高的时候，所产生的各类热量足够满足下一次冷敷期进行全面预热的各类需求。所以，在此过程中蓄热层可以利用所收集的热量对下一次的废气进行直接预热，在保证能源不会浪费的前提下，满足净化要求。在这个过程中，系统本身不需要打开燃烧器进行额外的加热处理，同时也节约了大量能源。只要对有机废气进行净化，就可以达到最终的热平衡。

除此之外，在冬季厂房进行喷漆供热过程中，企业往往使用天然气锅炉进行全面加热，以保证喷漆的烘干。为了尽可能降低氮氧化物的排放，企业需要选用相对应的低氮燃烧技术对锅炉进行改造，并在此基础上对当前的锅炉结构进行全面强化，增加相应的烟气循环结构处理，尽可能控制氮氧化物本身的排放量，保證像NO、NO2 等气体的超低排放。同时，企业需要对锅炉进行全面优化和整合，对喷射火焰的形状与喷气室内的温度和湿度控制逻辑进行全面的调整处理，尽可能地降低天然气的消耗和热力型氮氧化物的含量。降低氮氧化物的排放量同时对VOCs 进行全面净化是当前研究的重点之一。目前，已经有很多企业围绕这些方面进行了相关的科学研究和产品研发。

5 点补室废气防治措施

汽车喷漆烘干完成后，车身本身的漆膜需要进行固化。这样不但可以起到装饰的作用，还可以保护汽车车身钢材不受雨水腐蚀。但是据统计，15%～20% 的汽车车身在进行装配过程中往往存在着漆面缺陷的情况，因此汽车车身需要小范围点补处理。点补需要在密封的空间进行并且使用大量的涂料，这个部分也需要防治污染。

点补室的涂料用量相对较小，但容量比较大。因此这个位置的废气防治措施主要采用在排风系统上安装活性炭过滤，吸收当前室内的气雾颗粒的同时，也可以通过活性炭吸附VOCs。

使用活性炭进行吸附的优势是：相对孔径分布较大，有着极为发达的微孔吸附结构，一次表面积吸附力更强，而疏水性可以保证其在湿度较强的情况下吸附更多的废气。在此基础上，化学稳定性和热稳定性相对较强，在高温环境下可以保证大面积的吸附力。

整个吸附装置的核心就是内装活性炭的固定床，且固定床上分布了多类气流分布器。活性炭以蜂窝状的形式进行堆积摆放处理，这种形式可以充分利用活性炭自身的物理特性，在保证体积密度相对较小的前提下尽可能增大自身的表面积，在气体动力学的性能下强化自身的吸附性，对VOCs 进行全面的吸附处理。

6 结语

随着当前汽车工业的不断发展以及我国汽车制造技术的不断成熟，汽车喷漆过程中所产生的各类有机废物的污染已受到我国的高度重视，而针对汽车喷涂过程中产生的各类废气治理也成为当前我国环境保护的重点工作。通过喷涂过程、末端治理等方面的努力，汽车有机废气的排放得到了显著控制，对环境的不良影响也大幅降低。