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汽車涂裝廢氣處理技術的應用分析

文檔作者：張新恒文檔來源：常州君合科技股份有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年05月11日
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汽車涂裝廢氣處理技術的應用分析
張新恒
（常州君合科技股份有限公司，江蘇常州213022）
Application* of* Waste* Gas* Treatment* Technology7 for*
Automobile*Painting
摘要：在汽車噴涂工藝中，工件要經(jīng)過幾十道工序，其中噴涂和烘干固化產(chǎn)生的VOCs 廢氣會對環(huán)境
和人類產(chǎn)生嚴重的危害。本文從應用角度介紹了傳統(tǒng)凈化處理技術，包括吸附技術、吸收技術、燃燒技術和
冷凝技術等，新型凈化處理技術中的膜分離技術、光催化技術和生物技術等，以期對汽車涂裝企業(yè)選擇合
適的廢氣處理技術提供參考。
關鍵詞：VOCs 廢氣；吸附技術；吸收技術；冷凝技術；燃燒技術；膜分離；光催化；生物技術
中圖分類號：TQ639 文獻標識碼：A 文章編號：1672-2418(2019)03-0005-05
Zhang&amp;amp;Xinheng
(Changzhou Junhe Technology Stock Co., Ltd.,Changzhou, Jiangsu 213022, China)
Abstract:* There are dozens of processing steps for workpieces during the automobile spraying
process, whrerein,the VOCs and waste gases produced by spraying and drying process pose serious
threat to human health and envrionemnt. In this article, the traditional purifying treatment including
the adsorption technology, absorption technology, combustion technology and condensation
technology, etc. are introduced. Meanwhile,the novel purifying membrane treatment, photocatalytic
technology and biotechnology,etc. are described, which might provide referential guide for
automobile painting enterprises to select the appropriate treatment technology for waste gases.
Keywords：VOCs and waste gas; adsorption technology; absorption technology; condensation
technology; combustion technology; membrane separation; photocatalysis; biotechnology
0 引言
汽車涂裝線廢氣的主要來源是調漆室、噴涂室和
烘干固化室。噴涂所用的涂料分為油性涂料和水性涂
料，噴涂過程中油性涂料產(chǎn)生的廢氣主要為揮發(fā)性有
機化合物（VOCs）。包含對人體危害性較大的苯、甲苯
以及二甲苯等。而水性涂料中包含的VOCs 主要為：
烴類、鹵代烴、氧烴和氮烴等。這些揮發(fā)性有機物廢氣
還含有烴類、醛類、酸類、氨類等有害物質，對環(huán)境和
人體的危害非常大。VOCs 廢氣化學特性活潑，在環(huán)境
中二次轉化，產(chǎn)生光化學煙霧污染環(huán)境，并有惡臭或
者異味，對呼吸道具有刺激作用，能夠損傷人的中樞
神經(jīng)， 造成神經(jīng)系統(tǒng)的障礙， 甚至引發(fā)慢性中毒、致
癌。因此，對這些危害性廢氣進行有效處理是十分重
要的， 也是在不斷嚴格的環(huán)保法規(guī)約束下的必然行
為。
1 VOCs 廢氣處理技術
近些年來，VOCs 廢氣處理技術的研究與應用，引
涂裝管理COATING MANAGEMENT
第40卷第3期涂層與防護
2019年3月
Vol.40 No.3
COATING AND PROTECTION Mar.2019
5
起了社會和政府的廣泛關注。VOCs 廢氣處理技術包
括傳統(tǒng)凈化技術和新型凈化技術等，目前應用較廣泛
的傳統(tǒng)凈化技術包括吸附技術、吸收技術、冷凝技術
和燃燒技術等；新型凈化技術包括膜分離技術、光催
化技術、生物技術等近些年也得到了迅速發(fā)展。
1.1 傳統(tǒng)廢氣處理技術
1.1.1 吸附技術
吸附技術是一種回收技術， 其中活性炭處理廢氣
應用非常廣泛，優(yōu)點是處理程度高，效果穩(wěn)定。當處理
的氣體濕度較大時，則不適用于活性炭吸附技術。吸附
飽和后，需要更換活性炭，直接增加了運行成本。對于
吸附飽和的活性炭，可以進行熱空氣加熱處理，活性炭
可以重新與VOCs 廢氣分離， 對于分離出來的有害物
質要及時進行處理，但此過程易引發(fā)活性炭著火。
活性碳吸附法適用于低濃度、溫度不高（0～45
℃）、大風量的有機廢氣治理。
近些年來， 工業(yè)上常用的吸附工藝有固定床、移
動床、流化床。表1 比較了各種工藝的優(yōu)缺點。
硅膠具有親水性， 常用來處理含濕量高的氣體。
表1 各吸附工藝優(yōu)缺點
類別固定床移動床流化床
流體同催化劑可進行有效接觸，
催化劑機械損耗小，結構簡單
可以連續(xù)吸附，處理氣量大，
分離能力強
便于催化劑循環(huán)操作和連續(xù)再生；具有良好的傳熱性能，易
于控制床層內部溫度；能夠實現(xiàn)固體物料的連續(xù)輸入和輸出
優(yōu)點
缺點
操作過程中催化劑不能更換，傳熱
差，反應放熱很大時，可能出現(xiàn)飛溫
投資費用較大，設備體積大，吸
附劑的損耗大
床層內復雜的傳遞現(xiàn)象，使操作難度增大；催化劑粉化、流
失嚴重；反應物以氣泡形式通過床層，降低了反應轉換率。
沸石作為一種很好的替代吸附劑,已被逐步開發(fā)應用。
目前在工業(yè)生產(chǎn)中，ACF （活性炭纖維）吸附法在處理
VOCs 廢氣方面也得到了廣泛應用，ACF 吸附法主要
利用活性碳纖維處理廢氣，由于活性碳纖維具可塑性
和可伸展性， 相比普通吸附劑具有更大附著面積，所
以處理VOCs 廢氣的效率更高[1]。
1.1.2 吸收技術
吸收技術一般采用物理吸收的方法，屬于回收技
術。將廢氣導入吸收溶劑中，吸收溶劑飽和后，需要做
后續(xù)處理。若回收，則需要加熱回收裝置，通過加熱、
解析、冷凝回收等一系列過程，相應的投資成本增大。
用吸收法凈化氣態(tài)污染物，適用于廢氣量大和廢氣濃
度低的VOCs 廢氣。根據(jù)廢氣的組份和吸收溶劑的物
理特性，從而選取合適的吸收溶劑。選擇吸收效果好、
成本較低的溶劑尤為重要。最后，根據(jù)工藝選取合適
的吸收設備，吸收設備的分類如表2 所示。
通常采用的吸收設備為填料塔或噴淋塔。在填料
表2 吸收工藝的類別
陶瓷吸收壇
石英管吸收器
石墨板吸收器
列管式濕壁吸收器
填料吸收塔
湍球塔吸收器
篩板吸收器
泡罩吸收塔
穿流式孔板吸收器
泡沫吸收塔
帶有機械攪動的臥式吸收器
噴灑式吸收器
具有固定相界面在氣液兩相流動過程中形成有外部能量引入的吸收設備相界面的吸收設備
塔內部，廢氣通過下部入口進入填料塔，由下而上涌
入。液態(tài)吸收溶劑則由上而下，附著在填料塔內部填
充物上，填充物間存在大量間隙，從而使廢氣與吸收
溶劑充分接觸，達到廢氣凈化處理的要求。如圖1 所
示。氣體與填料充分接觸，氣體通過填料時處于較小
的阻力狀態(tài)是填料選擇的關鍵所在。填料塔造價便
宜，廢氣能夠與吸收溶劑充分接觸反應，結構簡單，凈
化效率高。但填料塔處理廢氣產(chǎn)生的污水需要做相應
的處理，填料塔不適合處理含固體懸浮物的廢氣是其
局限所在。
噴淋塔從結構上省去了內部放置的填充物， 吸收
溶劑的噴灑裝置布置得更加均勻。廢氣自下而上進入
噴淋塔， 吸收溶劑通過噴灑裝置與廢氣更加充分的接
觸， 從而達到廢氣凈化處理的標準。噴淋塔的造價便
涂裝管理COATING MANAGEMENT
張新恒：汽車涂裝廢氣處理技術的應用分析
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宜、運行安全、結構簡單和凈化效率高，噴淋塔凈化廢
氣后產(chǎn)生的污水需要做相應的處理。如圖2 所示。
圖2 噴淋吸收塔
1.1.3 冷凝技術
冷凝技術是用來分離有機廢氣中可以凝結的成
分。當前，更多的用于回收有機廢氣中較為有價值的
溶劑。采用冷凝技術凈化處理有機廢氣能滿足廢氣排
放標準，需要的冷卻溫度非常低，投資大、能耗高。該
技術適用于有機廢氣濃度高、溫度低、風量小的有機
廢氣， 對噴涂所產(chǎn)生的較低濃度的VOCs 廢氣壓縮后
提高濃度再采用冷凝技術進行處理，主要應用于制藥
和化工行業(yè)。廢氣中包含的水蒸汽等會結塊，維護設
備時，要一定時間清理這些結塊，避免影響設備的正
常運行。當用冷凝技術回收溶劑時，有機組分的濃度
常處于爆炸濃度范圍之內，因此對裝置安全等級的要
求極高。
1.1.4 燃燒技術
燃燒技術屬于熱破壞的方式，將廢氣通入燃燒設
備中，對其進行燃燒，使廢氣變成水和二氧化碳。若廢
氣濃度高且廢氣中可燃成分濃度高，燃燒后產(chǎn)生的熱
值大（溫度≥800 ℃），則不需要添加如天然氣等助燃
氣體；若廢氣濃度低，則必須添加助燃氣體。石油煉制
廠、石油化工廠產(chǎn)生的大量碳氫化合物廢氣和其他危
險有害的氣體，溶劑工業(yè)、漆包線、絕緣材料、油漆烘
烤等生產(chǎn)過程產(chǎn)生的大量溶劑蒸氣，咖啡烘烤、肉食
煙熏、搪瓷焙燒等過程產(chǎn)生的有機氣溶膠和煙道中未
燒盡的碳質微粒以及所有的惡臭物質，如硫醇、氰化
物氣體、硫化氫等，都可用燃燒法處理。燃燒設備維護
簡單，可靠性高，對安全管理和操作要求較高。
(1)直接燃燒技術
直接燃燒需要充足的氧氣和足夠高的溫度，將廢
氣通入燃燒設備中直接燃燒，使廢氣變成水和二氧化
碳等無害物質。直接燃燒技術適合處理高濃度廢氣，
且廢氣中可燃成分所占比例高，燃燒后產(chǎn)生的熱值可
以維持繼續(xù)燃燒。直接燃燒的設備包括一般的燃燒
爐、窯，或通過某種裝置將廢氣導入鍋爐作為燃料氣
進行燃燒。直接燃燒的溫度一般在1 100 ℃左右，燃燒
的最終產(chǎn)物為CO2、H20 和NOx。直接燃燒技術工藝簡
單，維護方便。
（2）熱力燃燒技術
熱力燃燒法是在廢氣中VOCs 濃度較低時添加燃
料以幫助其燃燒的方法。用熱力燃燒技術處理有機氣
態(tài)污染物時，當濃度高于燃燒上限時可以混入空氣繼
續(xù)燃燒。適合處理大風量、低濃度的有機廢氣，對于廢
氣中含少量固體顆粒不敏感。熱力燃燒工藝簡單、熱
效率高，但設備價格高、一次性投入成本高、運行成本
高和操作要求較高。
熱力燃燒的過程可分為3 個步驟： ①輔助燃料燃
燒，提供熱量；②廢氣與高溫燃氣混合，達到反應溫度；
③在反應溫度下，保持廢氣有足夠的停留時間，使廢氣
中可燃的有害組分氧化分解，達到凈化排氣的目的。
（3）催化燃燒技術
催化燃燒法是使用合適的催化劑，使廢氣中的有
機物在較低溫度(200～400 ℃)氧化分解為CO2 和H2O
的方法。催化燃燒和熱力燃燒原理相同，通過加熱使
廢氣燃燒，從而完成催化氧化的作用。催化燃燒設備
的體積較小，VOCs 去除率高。缺點是催化劑的價格較
貴， 因此高性能催化劑的選擇是催化燃燒法的關鍵，
處理小風量、高濃度的VOCs 廢氣可用催化燃燒法。
圖1 填料吸收塔
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張新恒：汽車涂裝廢氣處理技術的應用分析
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（4）蓄熱燃燒技術
有機廢氣濃度較低時，對廢氣進行加熱，再通過
換向閥裝置，交替切換廢氣或氣體燃料，使廢熱回收
再利用，從而達到蓄熱的效果。
蓄熱式熱氧化器（RTO），其特點是適用于處理大
風量、中低濃度的VOCs 廢氣。設備常見的有二室、三
室和多室RTO。當前，RTO 裝置的熱回收率已達到
95%，設備占用空間體積較小，其凈化效率高，需要添
加的輔助燃料比較少。RTO 的蓄熱材料可使用陶瓷填
料， 陶瓷材料能處理含有顆粒物的VOCs 氣體， 并且
具有耐腐蝕性。優(yōu)點：處理低濃度、大流量的VOCs 廢
氣時，運行成本非常低，凈化率高，全自動控制，操作
簡單，安全性高。缺點：不適合處理高濃度的VOCs 廢
氣，燃燒溫度較高，一次性投資較高，后期的維護繁
瑣。蓄熱式系統(tǒng)投入成本高，但當VOCs 廢氣的流量＞
5 000Nm3/h 時,RTO 在節(jié)省燃料和電力方面的優(yōu)勢將
會凸顯出來。
蓄熱式催化燃燒反應器（RCO）。RCO 裝置由旋轉
換向閥和蓄熱催化爐旋轉換向閥組成，RCO 的原理
是：催化劑對VOCs 廢氣的吸附，提高反應物的濃度，
然后催化劑降低反應所需的活化能， 提高反應的速
率。RCO 裝置處理有機廢氣的濃度須＜25%，避免發(fā)生
熱失控。優(yōu)點：借助催化劑可使有機廢氣在較低的起
燃溫度下，發(fā)生無氧燃燒，分解成CO2 和H2O 放出大
量的熱，具有起燃溫度低，能耗小，某些情況下達到起
燃溫度后無需外界供熱。缺點：高溫使設備和管道容
易被損壞;爐內壓力變革大，造成熱量大量溢出，能耗
高且日常維護成本高。
表3 傳統(tǒng)VOCs 廢氣處理技術的總結
傳統(tǒng)VOC 處理技術優(yōu)點缺點應用的范圍
吸附技術
凈化效率很高，處理程度高，效果
穩(wěn)定
在濕潤的條件下不能保持很好的吸附能力，更換吸
附劑，產(chǎn)生二次固體或液體污染物，增加維護成本
適用于濕度和濃度低的
VOCs 廢氣處理
吸收技術
工藝流程簡單，且不需外加蒸汽
和外加其他熱源，運行費用低。
需配備加熱解析冷凝等回收裝置，裝機體積大、投資
較大，同時還存在二次污染，凈化效果不理想
適合于溫度低、中高濃度
的廢氣
燃燒技術
其工藝簡單，可用于處理高、低濃
度的廢氣，適用范圍廣
設備價格高，運行成本高，能耗大
高、低濃度的廢氣都可用
燃燒技術處理
冷凝技術其流程簡單、回收率高
投資較大，制冷設備體積偏大，對環(huán)境及操作人員要
求較高，且能耗過大，運行費用高
冷凝法主要用于高沸點、
流量小、高濃度的VOC 污
染氣體的回收
1.2 新型凈化處理技術
1.2.1 膜分離技術
膜分離技術是通過具有選擇透過性的膜，利用廢
氣中分子體積大小的不同， 從而實現(xiàn)廢氣處理的過
程。膜分離技術適用于大流量、低濃度的VOCs 廢氣處
理，其優(yōu)點：能耗低、節(jié)約能源、工藝簡單、效率較高、
使用方便。缺點：膜材料的耐高溫、耐腐蝕性以及穩(wěn)定
性不足。用途如下：高分子分離膜是用高分子材料制
成的具有選擇性透過功能的半透性薄層物材料。主要
有聚酸胺類、聚砜類、丙烯類衍生物聚合物及纖維素
類等。但大多數(shù)高分子材料均存在PO2 和αO2/N2 相互
制約的關系且不耐高溫、易腐蝕等缺點。聚砜是一種
機械性能優(yōu)良、耐熱性好、耐微生物降解、價廉易得的
膜材料。以聚砜制成的膜具有膜薄、內層孔隙率高且
微孔規(guī)則等特點， 因而常作為氣體分離膜的基本材
料。在實際應用過程中，要針對VOCs 廢氣的成分和處
理工藝，對膜材料進行選擇與使用。
1.2.2 光催化氧化技術
光催化氧化技術， 指在光的作用下將VOCs 廢氣
中的有害化合物轉化為無害的物質， 最終將VOCs 廢
氣分解為水和二氧化碳等無害物質。光催化氧化技術
的提出與應用，最早是在廢水處理方面，目前，正在積
極開展光催化氧化技術的應用實踐和研究。光催化降
解VOCs 的速率要受吸附效率和光催化反應速率的影
響，光催化氧化法在實際的工藝流程中可能對環(huán)境造
成二次污染以及催化劑的選擇等問題，光催化氧化法
在實際廢氣處理過程中，并未使用。
1.2.3 生物技術
生物技術是利用微生物的分解、轉化和氧化，對
有機污染物進行分解降解，分解成水和二氧化碳等的
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一種廢氣處理技術。生物技術可用于處理中、低濃度
的廢氣，優(yōu)點：設備簡單、投資少、維護成本低、無二次
污染。生物技術處理廢氣的主要工藝有：生物濾池、生
物滴濾和生物洗滌。3 種工藝的比較見表4。

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