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浙江寧波工業固定源揮發性有機物治理技術指南(試行)

發布時間:2016-12-30 來源:北極星節能環保網

日前,北極星節能環保網獲悉,浙江寧波工業固定源揮發性有機物治理技術指南(試行)已經印發。指南對工業固定源VOCs來源、VOCs治理技術等做了具體規定。詳情如下:工業固定源揮發性有機物治理技術指南(試行....
日前,北極星節能環保網獲悉,浙江寧波工業固定源揮發性有機物治理技術指南(試行)已經印發。指南對工業固定源VOCs來源、VOCs治理技術等做了具體規定。詳情如下:

工業固定源揮發性有機物治理技術指南(試行)

1概述

1.1定義

揮發性有機物(以下簡稱VOCs)定義為滿足以下任一條件的有機化合物:

(1)在太陽紫外線存在下,可與氮氧化物發生反應產生光化學氧化物;

(2)20oC下蒸汽壓大于10Pa;

(3)標準大氣壓(101.3kPa)下沸點不高于260oC。

1.2來源

VOCs排放來自于自然源和人為源。自然源主要為植被排放等;人為源又分為移動源和固定源,固定源中又包括生活源和工業源等。

工業固定源VOCs排放所涉及的工業行業按產品生命周期可劃分為:

(1)有機溶劑產品的生產:包括煉油與石化、有機化工等溶劑提煉或有機物生產的行業;

(2)有機溶劑產品的儲存、運輸和營銷:主要是油品、燃氣、有機溶劑的儲存、轉運、配送和銷售過程等儲運和零售行業;

(3)以有機溶劑為原料的生產:包括涂料行業,合成材料行業,食品飲料行業,膠粘劑生產行業,日用品行業,農用化學品行業等;

(4)有機溶劑產品的使用:包括裝備制造業涂裝、半導體與電子設備制造、包裝印刷、醫藥化工、塑料和橡膠制品生產、人造革生產、人造板生產、造紙行業、紡織行業等。其中,裝備制造業涂裝涵蓋所有涉及到涂裝工藝的行業,如機動車制造與維修、家具、家用電器、鋼結構、金屬制品、彩鋼板、集裝箱、造船、電器設備等眾多行業。

由于工業固定源產生的VOCs占比較大,通過管控可以獲得較明顯成效,是重點減排對象。

1.3影響與危害

在大氣環境中,VOCs發生光化學反應形成臭氧等光化學氧化物質,對環境空氣質量產生影響。

以固態或液態形式排放的VOCs會直接形成(一次)PM2.5。以氣態形式排放的,在大氣環境溫度下快速凝結成顆粒物,這些稱之為可凝顆粒物大部分都是PM2.5。VOCs排放也是二次顆粒物的關鍵前驅物之一,它與硫酸鹽、氮氧化物、氨等污染物在大氣環境中通過復雜的化學反應生成細顆粒物,造成了大多數的PM2.5污染。

有些VOCs是有毒有害物,其具有揮發性、脂溶性及滲透性,呼吸等方式

進入人體,傷害人體健康。有些VOCs是惡臭氣味,對人體生理及心理皆會造成一定的影響。

2治理技術

污染控制通??赏ㄟ^污染預防、過程控制和末端治理等三個層次來實施。由于污染預防和過程控制等措施與行業特性關系密切,宜分行業研究,故本指引僅限于末端治理技術。

VOCs末端治理技術可以有很多選擇,在工程實踐中已有應用的方法匯總于表2-1和圖2-1。



從資源循環利用的角度,溶劑回收是最佳選擇。溶劑回收最常用的方法是吸附法,其中顆粒活性碳吸附、碳纖維吸附等技術是經典的成熟技術代表;冷凝法是溶劑回收的最終手段,也是高濃度VOCs、小風量氣體預處理的常用方法,但冷凝后VOCs濃度仍難達到直接排放的要求,所以需要和其他方法組合使用。吸收法、膜過濾、靜電法等技術在特定的工業行業和VOCs組份情況下,也是溶劑回收的有效方法,如吸收法用于合成革DMF溶劑回收,膜過濾法用于儲運油氣回收,靜電法用于合成革增塑劑回收等。

從資源綜合利用的角度,熱量回用也是一個好方法,即采用燃燒法氧化分解VOCs,并回收利用有機物的分解熱量。換熱式熱氧化是最經典的方法,但往往需要消耗不少燃料;通過蓄熱式換熱,可有效提高換熱效率,減少能源消耗;采用催化氧化可以通過大幅降低氧化溫度,減少能源消耗。如果VOCs濃度較低,可通過沸石轉輪濃縮,將VOCs濃度濃縮提高后再采用熱氧化方式進行凈化處理。

火炬是石化和有機化工企業常用的VOCs治理方法,但主要用于應急排放處理和開停工排放處理?;瘜W氧化、等離子氧化、光催化氧化、生物分解等VOCs治理技術正在不斷發展中,特別是一些低濃度并具有明顯氣味污染的場合,這些技術已取得了較成功的工程應用。

為改善環境空氣質量,降低PM2.5污染濃度,大幅減少PM2.5前體物——VOCs排放量,是我們當前面臨的緊迫任務。采用最先進的治理技術,最大限度減低VOCs排放濃度,是VOCs減排的重要措施之一。吸附、熱氧化和冷凝等方法不僅技術成熟,凈化率高,而且通過溶劑回收或熱量回收還可獲得相應的經濟效益,是取得實質性減量排放的有效技術手段。

根據寧波市的特點,重點推薦的VOCs末端治理技術為:吸附、燃燒、冷凝等三大方法。


2.1吸附法

吸附(Adsorption)技術早在二十世紀五十年代就廣泛用于VOCs的高效回收,隨著吸附劑改良以及吸附系統改進,吸附技術在VOCs治理應用更加廣泛、深入。

吸附原理為VOCs氣體通過一多孔固體物質(吸附劑),使之附著于其固體表面上,從而達到去除的目的。

最常用的吸附劑是活性炭,其由煤、木材、果殼、石油焦等原材料制得,具有巨大表面積的內部孔結構。

吸附劑的有效性主要取決于吸附VOCs的表面積,一般來說表面積越大吸附能力越大。

吸附劑的吸附能力用吸附容量表征,其是重要的技術性能參數之一?;钚蕴课絍OCs的飽和吸附容量約20~40%wt;用于吸附裝置中活性炭的實際有效吸附量約為飽和容量的40%以下。

吸附容量主要影響因素有:

(1)溫度——通常,適宜的吸附溫度是不高于40℃;

(2)壓力——壓力高時,有利于吸附進行;

(3)濃度——濃度高時,VOCs容易被吸附;

(4)分子量——當分子量較小時,通常不容易吸附;但當分子量大于200時,不容易脫附;

(5)化學活性——有些VOCs分子會與活性炭表面發生反應,如有機酸、醛以及部分酮和某些單體;而酮類、酯類或鹵素等溶劑時,易氧化分解或水解,產生腐蝕性;

(6)濕度——氣體中水分子會與VOCs分子競爭吸附,特別是當相對濕度大于50%時;

(7)顆粒物——液狀和顆粒態的污染物會積聚在吸附劑表面造成吸附失效以及流阻大幅增加。

2.1.1顆?;钚蕴课窖b置

一套完善的吸附裝置可以長期保持VOCs去除率不低于90%。

2.1.1.1更換式顆?;钚蕴课窖b置

更換式顆?;钚蕴课窖b置在活性炭吸附飽和后,需將碳床內失效活性炭全部重新更換。由于活性炭更換的成本較高,通常將這種裝置用于去除氣味和較低VOCs濃度(<40~50mg/m3)的場合。一般認為當活性炭更換周期達6個月至1年時,更換式顆?;钚蕴课窖b置才具有經濟可行性。

在工程應用中,活性炭床空塔速度設計為0.1~0.3m/s,活性炭的吸附容量約為碳裝填量的10%以下,其受實際應用條件和要求影響,會有很大的變化,通常需要參照同類工程經驗或通過試驗確定。

更換下來的失效活性炭應合規處置。

2.1.1.2再生式固定床顆?;钚蕴课窖b置

再生式固定床顆?;钚蕴课窖b置是實際應用中較有效VOCs治理裝置。裝置中至少有2個床體裝填活性炭,其中1個可以離線脫附再生,而其余吸附床可以連續吸附,其處理流程示意見圖2-2。


吸附床的碳床厚度一般為450~1200mm,空塔風速通常取0.1~0.5m/s,流程阻損約為750~3750Pa。

碳床離線脫附再生時間確定有2種辦法。最有效的辦法是在碳床出口處設置VOCs濃度檢測儀,根據實測濃度確定脫附再生時間;另一種辦法是根據活性炭供貨商提供的穿透曲線和VOCs產生量,估算吸附周期,定時離線脫附再生。吸附周期也可以利用便攜式VOCs檢測儀通過現場檢測穿透時間來確定。但當氣體流量和濃度不是均勻穩定的情況下,這種辦法無實用意義。

常用的脫附再生工藝是熱吹掃。如果吹掃流體是蒸汽,則再生凝結液是液態溶劑和水的混合物。

脫附再生開始后,蒸汽逆向(與吸附反向)送入碳床,待碳床和床體受熱升溫后,蒸汽將VOCs從活性炭中脫出并攜帶至冷凝器。冷凝液進入重力分離器,溶劑與水中分離得到回收。不凝性氣體返回吸附床。但與溶劑分離后的水會成為二次污染。

常用脫附溫度110℃以上;脫附時間約30~60分鐘;蒸汽用量可按0.25~0.35kg/kg碳估算。

脫附完成后,需要引入處理后的干凈氣體對碳床進行冷卻和干燥。整個脫附再生過程約需1~1.5小時。

脫附熱吹掃也可以采用熱氣體,如氮氣。脫附過程與蒸汽脫附相似,由于無需干燥,所以整個脫附周期約需45~60min。

與傳統的蒸汽脫附不同,由于采用氮氣作為傳熱和脫附的介質,所以回收的溶劑液體中水的含量很低,對于水溶性較大的溶劑更具回收優勢。同時由于不像傳統的蒸汽再生系統那樣需要較多的水蒸汽量作為動力輸送蒸汽并在后續的冷凝器中被冷凝而消耗,系統的總體能耗相對較低。另外,由于采用熱氣體脫附回收,對于一些通常操作條件下易水解、水蒸氣脫附較困難的沸點較高的組分也有良好的脫附回收效果。

2.1.2蜂窩活性炭吸附裝置

蜂窩活性炭以參照蜂窩陶瓷體制作方式,將粉末活性炭與無機化合物和粘結劑混合制成蜂窩狀方孔的新型過濾材料,見右圖。其最大的特點是利用蜂窩體直通通道,將吸附床空塔速度提高到0.8~1.2m/s,流程阻力下降至800~1200Pa。

蜂窩活性炭吸附凈化裝置處理流程見圖2-3。含有VOCs氣體流經裝填有活性炭的吸附床,VOCs吸附于活性炭上,干凈空氣排出;蜂窩狀活性炭吸附飽和后,熱空氣送入吸附床對活性炭進行脫附再生;脫附產生的高濃度VOCs氣體,進入催化氧化床氧化分解,干凈的熱空氣用于活性炭脫附再生。


蜂窩活性炭吸附凈化裝置具有:低能耗——直通式流道,空氣流阻低;低成本——吸附材料國內自主生產;易維護——無復雜、精密的機械運轉部件,運行維護簡單方便等特點。

2.1.3活性碳纖維吸附裝置

活性炭纖維是性能優于顆?;钚蕴康母咝Щ钚晕讲牧稀K衫w維狀前驅體(纖維素基,PAN基,酚醛基,瀝青基等),經一定的程序炭化活化而成。

目前常見的活性炭纖維吸附裝置采用碳纖維氈制成吸附濾筒,并組成吸附裝置,脫附再生采用蒸汽完成,大多用于溶劑蒸氣的回收?;钚蕴坷w維吸附裝置工作原理示意見圖2-4。


活性碳纖維吸附裝置與顆?;钚蕴课窖b置相比,通過降低吸附、解吸的熱分解,提高回收溶劑的品質;一些顆?;钚蕴坎荒苡行降奈镔|,也可有效使用。

2.1.4沸石轉輪吸附裝置

沸石也是應用較多的吸附劑。通過使用不同孔徑的疏水性沸石混合物,可以使相應分子大小的VOCs得到有效吸附。

當含有VOCs的空氣流過的沸石分子時,沸石起著分子篩的作用,捕獲那些可以被吸附的VOCs分子,而那些大分子的物質則讓它流過。VOCs分子通過一個較弱的吸引力滯留在沸石的孔隙中,如果收到外界能量(如熱能)影響,VOCs分子就會掙脫沸石的吸引。

沸石轉輪吸附裝置中核心部件是沸石轉輪,其是由沸石、粘結劑、助劑等材料燒結而成的一種蜂窩狀圓盤型吸附部件,轉輪上分為三個操作區間,即吸附區、脫附再生區及冷卻區。

VOCs氣體進入沸石轉輪的吸附區,VOCs組份被吸附后,成為凈化氣體排放。當吸附區接近飽和時,即旋轉至脫附再生區,以高溫(180~220℃)空氣,進行脫附再生,形成VOCs濃縮氣體,并將高濃度氣體送至氧化爐燃燒分解;經脫附再生處理后的轉輪再旋轉至冷卻區降溫后,繼續進行吸附處理。沸石轉輪的旋轉速度一般為每分鐘幾轉,脫附風量約為5~10%的吸附風量。沸石轉輪吸附裝置工作原理示意見圖2-5。

沸石轉輪吸附裝置連續操作,穩定運行;VOCs燃燒分解產生的熱量二次回收利用,能源節省;高濃度VOCs氣體也可以通過冷凝回收溶劑。

沸石轉輪吸附裝置使用效果的主要影響因素有:轉輪轉速、濃縮倍率、脫附

溫度、氣體組份、氣體濃度、溫度與濕度。


2.2燃燒法

燃燒法是在一定溫度下和有氧條件下,將VOCs燃燒分解為無害的二氧化碳和水的方法。燃燒法可用于各種有機化合物的分解,適當的溫度和足夠的滯留時間可使VOCs得到較完全的分解,通常氧化分解效率可達95%以上。

燃燒裝置主要有三種形式:火炬、熱氧化爐、催化氧化器。火炬通常用于濃度高于爆炸下限2~3倍的場合,如:石化和有機化工等企業的應急排放凈化處理。熱氧化爐用于濃度小于爆炸下限50%或25%;而催化氧化器通常用于濃度小于爆炸下限25%的場合。

如果有機物含有氯、氟、和硫,會產生HCl,HF,Cl2或SO2等酸性污染物,必須在氧化爐后設置洗滌塔將這些酸性污染物洗滌凈化后才能排放。如果熱氧化爐煙氣中NOx濃度較高,還需脫銷處理。

2.2.1熱氧化爐

熱氧化爐(ThermalOxidizers)由耐火材料襯里爐膛和若干個氣或油燃燒器組成,燃燒器提供的熱量用于加熱VOCs氣體,并升溫至燃燒分解溫度。

熱氧化爐的工作原理是在高溫下同時供給足夠的氧氣,將VOCs氣體完全分解成二氧化碳和水等無機物。其適用于所有VOCs成份,且去除效率高,同時廢熱可回收再利用;但燃料消耗量大、操作成本及技術要求較高。

為達到VOCs完全燃燒分解的目的,必須具備下列四個要件:

(1)空氣條件:物質燃燒必須供應足夠的空氣量(或氧量)才可使氧化反應完成;

(2)溫度條件:通常燃燒最低溫度需達700℃,大多數熱氧化的操作溫度在700~900℃;

(3)時間條件:實際應用中需在1秒以上,2秒左右的停留時間;

(4)混合條件:即燃料與空氣中的氧充分混合,這也是有效燃燒的要件之一。混合程度取決于氣流的紊流強度。

2.2.1.1直燃式熱氧化爐

直燃式熱氧化爐(RecuperativeThermalOxidizers,TO)的特點是利用熱交換器從煙氣中回收熱量用于預熱廢氣或其他熱能利用以節省能源。最常用的熱交換器是管殼式換熱器,如圖2-6所示,約達40-65%的煙氣熱量可得到回用。


在直燃式熱氧化爐應用中,廢氣中的顆粒物濃度必須盡可能減少。因為,顆粒物會污染換熱管內壁,降低換熱效率,增加流阻。所以有些換熱器配置清灰孔或檢修門,用于定期清除管內積灰。廢氣中顆粒物還會涉及安全性問題,粉塵燃

燒有爆炸可能,危險性較高。

2.2.1.2蓄熱式熱氧化爐

蓄熱式熱氧化爐(RegenerativeThermalOxidizers,RTO)的特點是換熱器采用陶瓷蓄熱床,氧化分解后氣體將自身攜帶大量熱量傳遞并儲蓄在蓄熱床中,然后讓進入氧化器的氣體從蓄熱床中獲得換取熱量。RTO的熱回收效率比TO高很多,可高達95%。

RTO通常至少有3個蓄熱床,其中一個用于預熱進氣,另一個用于蓄熱降溫排氣,還有一個用于吹掃循環,吹掃循環可避免蓄熱床換向時產生沖擊排放。蓄熱式氧化爐工作原理示意見圖2-7。如果采用2床RTO,在蓄熱床換向時,會出現污染物未經有效處理直接排放的現象。這時可采用VOCs捕獲器,即在RTO排放管道中設置一個活性炭床,將換向時產生的未經處理氣體暫存在碳床內,然后通過切換門改變氣流流向,將捕獲的VOCs送回至RTO進口處。

RTO可使用于最高VOCs濃度約10g/Nm3場合,當VOCs濃度約為1.5g/Nm3時,RTO就可不需要補充燃料。如果VOCs氧化分解產生的熱量無需回用于生產工藝,則RTO是最佳的選擇之一。

VOCs氣體中的顆粒物會對蓄熱床造成堵塞,從而導致流阻增大。一般要求顆粒物濃度不大于35mg/m3或在檢修期間可以安全地去除顆粒物。


2.2.2催化氧化器

在催化氧化爐(CatalyticOxidizer,CO)中,VOCs流經催化床,催化劑在320℃~450℃溫度下觸發氧化分解反應,而催化劑本身并不參加反應。催化氧化器的特性是利用催化劑將VOCs燃燒分解溫度大幅下降,甚至有可能在正常運行階段不需要外部能耗(除啟動階段之外)。

典型的催化氧化器工作原理如圖2-8所示。VOCs氣體通過間壁式熱交換器預熱后,如果溫度還不夠,再經過燃燒器加熱達到反應溫度,氧化放出熱量將會使氣體升溫,高溫氣體通過換熱器后排出。


催化氧化反應溫度通常設定在最難分解有機物的催化起燃溫度之上,一般在260~350℃。由于催化氧化器運行前需要一段時間對催化床進行加熱升溫,所以當開/關車頻繁時,會出現污染排放問題。

催化氧化器適宜處理濃度范圍在1000mg/m3以上,上限濃度不宜達到爆炸極限下限(LEL)的25%。

催化氧化器不能用于固體或液體顆粒物濃度較高的場合,這些顆粒物會使催化劑受到“污染”形成堵塞。

汞、磷、砷、銻和鉍等金屬會使催化劑急性中毒,鉛、鋅、錫等金屬會使催化劑慢性中毒。銅和鐵在540℃高溫下會與催化劑鉑發生合金反應,使活性收到影響。硫和鹵素化合物會因吸附在一些催化劑表面,使催化劑活性表面被“屏蔽”。

在一般使用狀況下,催化劑每1~3年須更換或再生,以維持其處理功能。

2.3冷凝法

冷凝(condensing)處理是利用廢氣成分中凝結溫度的不同而將較易冷凝的成分分離出來。冷凝作用可包括兩種方式:(1)在定壓下,降低系統的溫度;(2)在定溫下,增加系統的壓力。其中,由于加壓所需設備較多且操作成本較貴,一般都使用降溫方式以達到冷凝的目的。

在許多工業場合可以見到以冷凝器作為氣狀污染物控制與削減的設備,應用范圍十分廣泛。最常見到的就是應用于氣態高沸點溶劑的回收,具有設備簡單、操作容易、高濃縮回收率等優點,但應考慮冷凝后的液體二次水污染處理的問題。

VOCs通過冷凝降低濃度的極限是冷凝溫度下的飽和蒸汽壓所對應的濃度。

VOCs的飽和蒸汽壓可以按照安托因(Antoine)方程計算:


式中:P為飽和蒸汽壓,mmHg;

T為飽和蒸氣溫度,℃;

A、B、C為安托因系數,可從《ChemicalPropertiesHandbook(1999)》,《Lange’sHandbook(1956)》和《HydrocarbonProcessing》查取。

對應飽和蒸汽壓的VOCs濃度可以按下式計算:


式中:c為VOCs濃度,克/Nm3;

M為VOC分子量,克;

其他參數意義同上。

以甲苯(Toluene)為例,冷凝可以達到的凈化計算效果如表2-2所示,甲苯分子式C7H8,分子量92克,安托因系數A=6.95464、B=1344.800、C=219.482。


由表可知,冷凝法處理出口的VOCs往往很難達到較低的排放限值,所以在實際工程應用中,需要與其他方法結合使用。

對確定的VOCs,冷凝效果取決于冷凝溫度。通過氣-水換熱獲得冷卻水溫度約在25℃左右,隨季節而變化;采用制冷機可以獲得更低的溫度。

通過制冷可將冷凝溫度降至0℃以下,利用氮氣或二氧化碳氣化的深冷系統,可將冷凝溫度降至VOCs的冰點,最低可達-70℃至-200℃。

較常見的冷凝設備是表冷器,也就是管殼式換熱器。冷卻介質走管程,VOCs走殼程,與管子低溫表面接觸,產生凝結并得到收集。

3重點行業推薦技術

重點行業VOCs排放控制技術措施匯總于表3-1,根據工業經濟發展水平和污染控制技術應用現狀,推薦各工業行業VOCs末端治理技術匯總圖3-1。








3.1表面涂裝

表面涂裝是指將液體或和固體涂料涂覆在基材表面并形成牢固附著的連續薄膜,起到裝飾、防腐和某些特定功能等作用。

表面涂裝的基材材質包括金屬、木材、紙張、塑料和纖維等,基材形狀從條狀、片狀,直至大型裝備和交通運輸設備等。

表面涂裝作業工序主要有:表面預處理(除塵、脫脂、除銹、蝕刻等)、表面噴涂(噴涂、浸涂、滾涂、流涂、靜電噴涂等)、固化干燥(室溫下自然干燥、固化爐干燥或輻射固化等)。

表面涂裝作業中,VOCs排放來自于涂料和稀釋劑中的溶劑揮發份,如:涂料和稀釋劑的儲存、輸送和配制作業,使用溶劑型清洗劑的表面預處理作業,以及使用溶劑型清洗液清洗噴涂器具作業等,主要產生環節是:

(1)噴涂作業——過噴涂料以及工件表面附著涂料的部分溶劑揮發。噴涂廢氣具有風量較大、VOCs濃度不高,并含有一定量的漆霧(噴漆過程產生的過噴涂料)等特性。

(2)固化干燥過程——涂膜中揮發性組份完全釋放。固化廢氣具有風量較小、VOCs濃度較高,可能會有一定的溫度等特性。

表面涂裝作業的VOCs產生量取決于涂料組份和涂料使用量,涂料使用量取決于涂布面積、涂層厚度和涂裝作業效率。因此,減少涂料中揮發性溶劑含量(如鼓勵使用水性涂料、高固份涂料、粉末涂料、紫外光固化涂料等環保型涂料,限制使用溶劑型涂料),提高噴涂作業效率(如推廣采用靜電噴涂、淋涂、輥涂、浸涂等涂裝效率較高的涂裝工藝),除工藝特殊要求外,取消露天噴涂作業是減少表面涂裝作業VOCs產生的重要措施。

表面涂裝作業的VOCs末端治理技術包括如下幾個方面。

3.1.1捕集

表面涂裝作業應在密閉的空間內進行,并采用適當的排風設施,使噴漆和固化作業產生的VOCs實施高效密閉捕集的目的。

3.1.2漆霧

噴涂廢氣中含有的過噴涂料(漆霧)對后續處理是較大的障礙,需采用適當的方法給予去除。

濕法(水簾/膜/淋、旋壓水洗等)是漆霧凈化方法之一,利用慣性或離心力將顆粒狀的漆霧攜入水中,其具有經濟、有效等特點,但也存在漆霧廢水排放的二次污染問題。為減少廢水排放,需要采用投加漆霧凝聚劑或電絮凝凈化等方法,增加濕法洗滌用水的循環使用周期。噴涂廢氣采用濕法洗滌后,會造成廢氣含濕量較大,需考慮給后續凈化處理(特別是吸附法)效果帶來的影響。

干法(過濾)是利用慣性原理,將漆霧攔截在過濾材料上的凈化方法,其具有設施簡單,效果可靠的特點,但其濾料阻力變化會造成排風效果變化,以及濾料失效后產生危險廢棄物。

3.1.3噴涂和烘干廢氣

噴涂廢氣經過漆霧凈化后,可視濃度和溫度而確定是否與烘干廢氣合并處理。如果烘干廢氣溫度高、濃度高則不應與噴涂廢氣合并處理。

針對低濃度的涂裝廢氣(噴涂廢氣或/和烘干廢氣),可采用顆?;钚蕴课窖b置(定期更換型)、蜂窩活性炭吸附裝置(催化氧化器脫附再生型)、沸石轉輪吸附裝置(蓄熱式氧化爐脫附再生型)等方法。

采用顆?;钚蕴课窖b置(定期更換型)處理時,有效吸附容量應確?;钚蕴扛鼡Q頻率不超過2次/年,活性炭更換量不超過10噸/年。

采用蜂窩活性炭吸附裝置(催化氧化器脫附再生型)處理時,吸附床過濾速度不宜高于1.2m/s,吸附床裝填高(厚)度不宜小于600mm,涂料中不宜含有導致催化劑中毒的金屬等成份。此外,應配置必要的安全運行防范設施,含氧等化學活性較大的有機化合物較易引起脫附自燃。

采用沸石轉輪吸附裝置(蓄熱式氧化爐脫附再生型)處理,VOCs凈化效率可以達到90%以上。

針對高濃度的烘干廢氣,可采用熱氧化爐燃燒凈化處理,或采用顆粒活性炭吸附裝置(氮氣脫附再生型)進行溶劑回收。

3.2汽車涂裝

汽車制造中最重要的工藝之一是車身涂裝作業,包括底漆、中間漆和面漆以及最后的烘干工序,見工藝流程圖見3-2。


圖3-2汽車車身涂裝排污節點示意

汽車車身涂裝工藝是汽車制造過程中最大的VOCs產污環節,其來自于涂料和稀釋劑中的溶劑揮發份,如:噴漆和烘干,還包括涂料和稀釋劑的儲存、輸送和配制作業,以及使用溶劑型清洗液清洗噴涂器具作業等。

采用水性涂料等環保型涂料可有效減少VOCs的產生。

汽車車身涂裝作業的VOCs末端治理技術包括如下幾個方面。

3.2.1噴漆廢氣

噴漆廢氣采用沸石轉輪吸附裝置(蓄熱式熱氧化爐脫附再生型)處理時,VOCs凈化效率可達到90%以上,排放濃度可小于50mg/m3。

如果噴漆作業采用機械人系統,凈化后的噴漆廢氣大部分循環使用,廢氣排放量減少可達80%,同時降低能耗近60%。

沸石轉輪吸附裝置的脫附濃縮廢氣也可結合烘干廢氣的熱氧化爐系統統籌凈化處理。

3.2.2烘干廢氣

烘干廢氣采用熱氧化爐(直燃式或蓄熱式)處理時,VOCs凈化效率可達95%以上,非甲烷總烴排放濃度小于50mg/m3。

常用的直燃式熱氧化爐具有多達3-4級熱回收功能(參見圖3-3)和廢氣助燃功能,燃燒溫度750-815℃,停留時間約1秒。


直燃式熱氧化爐適用于全廠熱量統一配置,可獲得較好的經濟性;而RTO適用于單獨設立,可獲得較高的靈活性。

烘干廢氣中也可加入噴漆廢氣吸附濃縮氣體,統一凈化處理,以獲得較佳的投資和運行的經濟性。

3.3涂料生產

涂料生產是把顏料固體粒子通過外力進行破碎并分散在合成樹脂溶液或者乳液中,使之形成一個均勻微細的懸浮分散體,其生產過程為:拌合、研磨、調制和包裝。

涂料生產過程中VOCs排放主要來源于涂料中樹脂、溶劑和助劑等組份中有機揮發份的散發,其產生量取決于溶劑種類、生產設備和工藝等。溶劑沸點高、生產過程密閉性好、溫度較低、時間短、自動化程度高,品種類型少(清洗頻次少),則VOCs的產生量就少,反之則多。

因此,采用密閉化作業是減少VOCs排放最有效的方法,如自動化程度高、安全、環保和節能的溶劑型涂料全密閉式一體化生產工藝。

涂料生產的VOCs末端治理技術包括如下幾個方面。

3.3.1捕集

拌合、研磨作業應密閉化,并采用有效吸風措施,控制VOCs的排放;包裝、儲存和輸送應密閉作業,抑制VOCs的逸散。

3.3.2預處理

含有顆粒物的VOCs氣體(如:投料排風)應設置獨立排風系統,并采用袋式或濾筒除塵和高效過濾,使廢氣中顆粒物濃度小于2mg/m3。

3.3.3VOCs凈化

通常,拌合、研磨和調制工藝排風風量大,VOCs濃度低,可采用再生式固定床顆?;钚蕴嘉窖b置、活性炭纖維吸附裝置或沸石轉輪吸附裝置凈化處理。

而包裝廢氣具有風量小、濃度高特點,可單獨采用蓄熱式熱氧化爐凈化處理。

3.4包裝印刷

印刷是指在各種基材表面的圖文印制及其后續加工,印刷基材可以是紙張、塑料、皮革、布料和金屬等各種材料,印刷工藝有凸版印刷、平板印刷、凹版印刷、柔版印刷、孔印刷(絲網印刷)等。其中,VOCs排放較多的主要凹印工藝及印制鐵罐領域。

包裝印刷行業包括了包裝材料的制造(復合),即通過復合工藝將多種材料組合在一起,形成特定功能的包裝材料,如塑料復合包裝薄膜等。復合工藝有:干式、濕式、擠出、熱熔、涂蠟和涂膜,其中干式復合是將溶劑型粘合劑溶液均勻地涂布于基材表面,然后經烘干另一種基材在熱壓狀態下被粘合成平滑的復合材料,是VOCs排放較多的生產工藝之一。

包裝印刷生產過程中VOCs排放來源于油墨、粘合劑、稀釋劑的揮發,如:油墨配制和稀釋等,以及原輔材料儲存過程、故障或轉換印版使用的有機清洗劑的揮發等。

采用醇性(無苯、無酮)油墨和水性油墨替代溶劑型油墨,印制鐵罐使用含固體份高的UV涂料,采用無溶劑復合工藝替代干式復合工藝,是減少VOCs排放最根本的辦法。

包裝印刷行業的VOCs末端治理技術包括如下幾個方面。

3.4.1捕集

油墨、粘合劑、稀釋劑、清洗劑應密閉儲存。

印刷、涂布工序應密閉捕集溶劑揮發份并加以凈化處理。

3.4.2凹印廢氣

凹印廢氣可采用再生式固定床顆?;钚蕴课窖b置、活性炭纖維吸附裝置、或沸石轉輪吸附裝置進行溶劑回收凈化處理,溶劑回收綜合利用可獲取相應的經濟收益。

3.4.3干復廢氣

干復廢氣可采用再生式固定床顆粒活性炭吸附裝置進行溶劑回收凈化處理,回收的溶劑直接回用,可獲得較明顯的經濟效益。

3.4.4輪轉膠印廢氣

輪轉膠印廢氣可采用蓄熱式熱氧化爐凈化處理。圖3-9為某雜志印刷廠輪轉膠印廢氣采用RTO應用,VOCs凈化效率達到95%以上,VOCs排放濃度低于20mg/m3。

3.5工業涂布

涂布工藝是指將流體狀物料涂覆于基材上的方法。如將糊狀聚合物、熔融態聚合物或聚合物熔液涂布于紙、布、塑料、金屬、木材等基材上制得復合材料(膜)。

涂布工藝應用于許多工業行業的產品生產中,如:塑料制品中塑料卷材、合成革、木材加工中裝飾板、膠粘帶、電池極板等。

涂布作業中,VOCs排放來自于涂料和稀釋劑中的揮發性溶劑組份,主要產生節點是涂布和干燥。

工業涂布的VOCs末端治理技術包括如下幾個方面。

3.5.1捕集

涂料、稀釋劑應密閉儲存;涂布工序應密閉捕集溶劑揮發份并加以凈化處理。

3.5.2涂布和烘干廢氣

涂布和干燥廢氣可采用再生式固定床顆?;钚蕴课窖b置、活性炭纖維吸附裝置進行溶劑回收凈化處理,也采用直燃式熱氧化爐或蓄熱式熱氧化爐進行凈化處理。

3.6光電產品制造

在光電產品制造行業中,產生廢氣污染的主要有五類產品的生產過工程:半導體集成電路、液晶顯示器(LCD)、發光二極管(LED)、印制電路板(PCB)、電子終端產品。

半導體集成電路制造是由原料晶圓片,經由不斷的重復光學顯影、蝕刻、薄膜沉積等步驟,最后經由封裝而成。使用有機溶劑的工序有顯影、蝕刻、薄膜沉積等,其中光學顯影工序使用量最大,光阻涂布、顯影、去光阻及清洗等單元均大量使用有機溶劑,如光阻劑稀釋劑、清洗劑、以及光阻劑自身含有的溶劑組份(通常達30%含量)。芯片封裝工藝中上印區需用丙酮清洗以及調制印墨。

光電業的LCD和LED制造與半導體制造工藝類似,在顯影工序與基板清洗工序均使用有機溶劑(如異丙醇,丙酮等),且顯影過程使用的光阻劑及去光阻劑亦含有機溶劑。

印制電路板(PCB),在貼膜、烘干、沉銅、印刷等工序,產生甲醛、醇類(乙醇、異丙醇、丁醇、丙醇)、酮類(丁酮)、酯類(乙酸乙酯、乙酸丁酯)、甲苯、二甲苯等。

在電子終端產品制造中,VOCs的主要來源包括電路板清洗劑有機廢氣(使用有機溶劑型清洗劑)、電路板三防噴漆廢氣、機殼(機箱)噴漆廢氣、機殼注塑廢氣。

半導體和光電產品生產過程中,VOCs排放來源于含溶劑的原輔材料使用。

光電產品制造的VOCs末端治理技術包括以下幾個方面。

3.6.1一次排風

溶劑蒸汽收集排風(一次排風)應采用冷凝法或洗滌法對排氣中溶劑進行回收,同時大幅降低匯入車間排風系統(二次排風)的VOCs濃度。

3.6.2二次排風

含VOCs的二次排風系統應與其他排風(如:無機排風、室內排風)系統分置。

如果使用了高沸點光阻劑、去光阻劑與顯影劑(多見于TFT-LCD、STN/TN-LCD與LED制造),還應將高沸點與低沸點溶劑排風系統分別收集和處理,增強高沸點溶劑回收率,避免其對后續凈化系統的干擾。

含異丙醇、乙酸丁酯等的二次排風可采用活性炭纖維吸附裝置進行溶劑回收凈化處理,VOCs凈化可達98%以上,VOCs排放濃度可低于20mg/m3。如果VOCs組份中含有三氯乙烯、二氯甲烷等含氯化合物,適宜于采用活性炭纖維吸附裝置凈化處理。

含硅烷、酮類和脂類的二次排風可采用沸石轉輪吸附裝置(直燃式熱氧化爐脫附再生型)進行處理,VOCs凈化效率可90%以上。

3.6.3排放檢測

由于半導體和光電業的含VOCs二次排風成分復雜,變化多,凈化效果易波動,宜采用傅氏轉換紅外線光譜分析儀(FTIR)連續監測VOCs排放組份和濃度。

3.7有機化學原料制造

有機化學原料制造是通過物理操作和化學過程,制造各種有機化學原料,其主要生產工序有:原料儲存、輸送和投加;合成;粗品分離和精制;產品包裝;主要生產設施(備)有:儲罐、單元操作設備(精餾、吸收、萃取塔等)和單元過程設備(反應釜、塔、器等)、動力設備(壓縮機、風機、等)。

有機化學原料制造生產中,VOCs有組織排放來源于有機物料的裝卸、儲存和輸送、包裝,以及單元操作和單元過程的生產尾氣等。

有機化學原料制造生產過程中,工藝設備組件采用設備泄漏檢測與修復;儲罐采用高密封的內(外)浮頂罐、固定罐采用密閉收集至蒸汽回收處理系統;裝卸過程采用蒸汽平衡、蒸汽回收處理系統;有組織排放的VOCs尾氣可采用冷凝法、熱氧化法或吸附法回收有機物料或熱量,VOCs凈化效率可達90%~95%以上,VOCs排放濃度可達20~50mg/m3。

3.8合成材料生產

合成材料又稱人造材料,是通過化學合成將小分子有機物合成具有特定結構和功能的大分子聚合物。合成塑料、合成纖維、合成橡膠是通常所說的三大合成材料。

有機合成材料生產中,VOCs有組織排放來源于有機物料的裝卸、儲存和輸送、包裝,以及化工單元的生產尾氣等。

裝卸和儲存可采用密閉、平衡回收等方法,控制VOCs排放。

化工單元的尾氣可采用直燃式熱氧化爐。包裝廢氣可單獨采用蓄熱式氧化爐凈化處理。

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