造船行业涂装车间VOCs处理技术介绍

时间：2024-09-03

李巍巍

（中国船舶电站设备有限公司，上海 200129）

0 引言

挥发性有机化合物（VOCs）是造船行业排放的大气污染物之一，是PM2.5和O3形成的关键前提，具有毒性，会直接危害环境和人体健康。目前已检测出的VOCs有300多种，其主要成分是甲苯、二甲苯等，来源于精细化工、石油化工、涂装、制药、汽车尾气以及船舶行业的分段、船坞涂装等。国家颁布实施了《大气污染防治法》和新《环境保护法》，为VOCs治理工作提供了法律依据，对VOCs实行全面控制。

本文介绍国内外VOCs治理的几种技术，为造船行业涂装车间处理VOCs排放提供参考。

1 V OCs处理技术分类

1.1 吸附法

吸附法是典型的传统净化手段，一般用于处理中低程度的气体污染，去除VOCs使用吸附法。其原理是，吸附剂为多孔结构，具有巨大的比表面积，有很好的吸附能力，能够对VOCs分子进行拦截，一旦VOCs废气经过吸附床，多孔结构将发挥作用，将废气吸附在孔内，使得VOCs得以净化，以达到减少空气污染的效果。吸附法[1]常用的吸附剂为活性炭、分子筛、沸石、硅胶和活性氧化铝等。吸附法优势明显，如去除率高、能耗低、使用范围广等；但吸附法也存在缺点，如工艺流程复杂、占地面积大、再生困难等。不同吸附工艺装置具有不同的特点，见表1。

表1 不同吸附工艺装置优缺点

1.2 溶剂吸收法

吸收法一般使用水、煤油、柴油等液体作为吸收剂，其原理是将液体吸收剂与VOCs废气直接接触，相当于将废气转移到液体吸收剂中进行物理吸收，若有机物质可溶解于吸收剂中，那么该有机物可以从气相转到液相，进而对吸收液进行处理。此方法缺点在于吸收剂后处理投资大，对有机物成分选择性大，容易出现二次污染[2]。

1.3 催化燃烧法

催化燃烧又称催化化学转化，是通过使用催化剂将废气中的可燃物质在较低温度下氧化分解的净化方法。此方法主要优势有：处理效率高、能耗低、起燃温度低、无二次污染并能回收输出的部分热能，所需设备体积小、造价低，有机废气的净化率一般在95%以上。但此方法也存在缺点，如果VOCs质量浓度低，则须补充大量热量，而后方可继续进行催化反应。

2 造船行业涂装车间VOCs处理现状

2.1 涂装车间VOCs特点

在表面涂装领域中，造船行业是VOCs排放量最大的行业之一，船舶涂装在施工过程中产生大量VOCs，造成严重的大气污染。对于船舶钢板和型钢的预处理，一般采用流水线作业。由于分段所占空间大，建造的涂装车间空间巨大。图1给出某船厂大型涂装车间结构。

涂装车间作业区域空间大，当设备运行时，产生大风量。整个涂装工作流程较为复杂，大致有：前期电泳、电泳烘干、打磨涂胶、中涂喷漆、中涂烘干、中涂打磨、面漆喷涂、面漆烘干、精饰、塑料件喷涂、塑料件烘干等工艺，几乎大部分环节都产生VOCs，一般涂装喷涂时间为3～5 h，在此期间VOCs浓度较大，全过程产生的VOCs质量浓度会因实际情况的影响产生不同状态的波动，排放VOCs的质量浓度很难稳定。

目前涂装车间普遍使用的油漆物料成分较复杂，而且成分物质沸点温度较高，沸点区间范围较广，尤其烘干室温度高，使得VOCs质量浓度高。另外，涂装车间处理设备过于庞大，不易捕捉，排风量大，冲击性强，运行成本高。

因此，结合各种VOCs处理技术特点以及涂装车间VOCs处理难点，对涂装车间进行VOCs处理，可用分子筛吸附浓缩加催化燃烧技术。

2.1 涂装车间VOC s处理方案

涂装车间VOCs成分复杂，对于物质成分不同的废气可利用初效过滤器（过滤PM10以上大颗粒尘埃物）进行处理后进入吸附床中，吸附床利用分子筛作为吸附剂。分子筛吸附装置的设计方式为弹筒式，阻力小，接触均匀，吸附性能好。对吸附床处理后的空气进行VOCs浓度测量，在达到排放标准后，可通过吸附风机排放到大气层中。这种处理方式可以充分将浓度大、易吸附的成分有效过滤。基于此，整个涂装过程根据不同的工艺流程对VOCs进行有针对性的处理。图2给出了涂装车间VOCs处理系统流程。

图2 涂装车间VOCs处理系统流程

此外，如果在吸附床处理后，VOCs的浓度还高于排放标准，则可开启脱附风机，将吸附室内含大量VOCs的气体抽到催化燃烧室中进行热破坏。催化燃烧后产生大量的热气流，而这个热空气就成为脱附的介质，若想成功脱附，临界温度需高于80℃。经脱附后，浓缩有机废气再进入催化燃烧器低温无焰燃烧，因此，不产生NOX等二次污染物，VOCs去除率大于95%，实现可燃物的完全氧化，并分解成CO2和H2O，从而达到去除废气中有害物的目的。当然，在反应的同时放出大量热能，利用其独特高效换热系统确保了余热的有效回收，回收热量用于浓缩单元的脱附处理和催化燃烧单元自身运行，大大降低了运行成本。图2给出某船厂涂装车间某天用该方案处理VOCs时的脱附温度和质量浓度记录。

表2 脱附温度和质量浓度记录

基于以上对VOCs处理技术优缺点的分析，同时结合上海地区VOCs排放标准（表3），可以看出，运用分子筛吸附浓缩加催化燃烧技术处理VOCs排放，可以有效处理涂装车间高质量浓度的VOCs，通过这种方案处理VOCs减少了装置燃烧和爆炸隐患，大大提高了设备的使用寿命和安全性，同时降低了企业运行成本。

上海地方VOCs排放标准：

1）船舶工业大气污染物排放标准：DB 31/934—2015。

2）大气污染物综合排放标准：DB 31/933—2015。

表3 上海地区VOCs排放标准

2.3 涂装车间喷涂选型

造船厂涂装车间在进行分段涂装VOCs污染治理的过程中，根据实际情况需做到2点：

1）过程控制。车间低VOCs排放运用数字化大包装双组分的喷涂设备，在施工过程中无需额外添加有机溶剂，能够实现油漆自动混合、搅拌、动态熟化处理。

2）源头预防。根据PSPC要求，在耐高温的车间推广使用底漆扫砂工艺，经扫砂工艺处理控制，保留完整车间底漆[3]。另外，在进行码头、船台、船坞涂装时，由于施工空间开放，在VOCs污染治理过程中，需有效控制VOCs污染排放；其中水性可剥离涂料对船舶涂层的保护作用较明显，不产生VOCs废气，具有强内聚能力和附着能力。