Анализ состава отходящих газов при нанесении лакокрасочного покрытия методом распыления.

1. Образование и основные компоненты отходящих газов при распылении краски.

Процесс покраски широко применяется в машиностроении, автомобилестроении, электротехнике, бытовой технике, судостроении, мебельной промышленности и других отраслях.

Сырье для краски — краска состоит из нелетучих и летучих веществ, нелетучие из которых включают пленочное вещество и вспомогательное пленочное вещество; летучий разбавитель используется для разбавления краски, чтобы добиться гладкой и красивой поверхности.

В процессе покраски распылением образуется в основном красочный туман и загрязнение органическими отходящими газами. Краска под высоким давлением рассыпается на частицы, и при распылении часть краски не достигает поверхности распыления, а диффузия с потоком воздуха приводит к образованию красочного тумана; органические отходящие газы образуются в результате испарения разбавителя, органические растворители не прилипают к поверхности краски, и в процессе покраски и отверждения выделяются органические отходящие газы (сообщается о сотнях летучих органических соединений, соответственно, относящихся к алканам, алканам, олефинам, ароматическим соединениям, спиртам, альдегидам, кетонам, сложным эфирам, простым эфирам и другим соединениям).

2. Источники и характеристики выхлопных газов автомобильных покрытий

В цехе покраски автомобилей необходимо проводить предварительную обработку краски, электрофорез и распыление краски на обрабатываемую деталь. Процесс покраски включает распыление, растекание и сушку, в ходе которых образуются органические летучие органические соединения (ЛОС) и происходит распыление краски, поэтому необходимо проводить очистку отходящих газов в помещении для распыления краски.

(1) Отработанный газ из помещения для покраски распылением

Для поддержания надлежащих условий работы при покраске, в соответствии с положениями Закона о безопасности и гигиене труда, в покрасочной камере необходимо постоянно обеспечивать воздухообмен, а скорость воздухообмена должна контролироваться в диапазоне (0,25~1) м/с. Основной состав отходящих газов — органический растворитель краски, его основными компонентами являются ароматические углеводороды (три бензола и неметановые углеводороды), спиртовые эфиры, сложные эфиры и органические растворители. Поскольку объем отходящих газов в покрасочной камере очень велик, общая концентрация отходящих органических газов очень низка, обычно около 100 мг/м³. Кроме того, отходящие газы часто содержат небольшое количество необработанного лакокрасочного тумана, особенно в камерах для сухой покраски, где происходит улавливание краски. Лакокрасочный туман в отходящих газах может стать препятствием для очистки, поэтому необходима предварительная очистка отходящих газов.

(2) Отработанный газ из сушильной камеры

После нанесения краски распылением, до высыхания, необходимо обеспечить циркуляцию воздуха, чтобы предотвратить испарение органических растворителей в процессе высыхания влажной красочной пленки. Для предотвращения взрыва органических растворителей в помещении необходимо обеспечить непрерывную подачу воздуха, скорость которого обычно контролируется на уровне около 0,2 м/с. Вытяжная система должна соответствовать составу вытяжной системы покрасочного цеха, но не содержать красочного тумана. Общая концентрация органических отходящих газов должна быть выше, чем в покрасочном цехе, в зависимости от объема вытяжной системы. Обычно концентрация органических отходящих газов в покрасочном цехе примерно в 2 раза выше и может достигать 300 мг/м³. Как правило, они смешиваются с вытяжной системой покрасочного цеха после централизованной очистки. Кроме того, в покрасочном цехе и в бассейне для циркуляции сточных вод после покраски также необходимо отводить аналогичные органические отходящие газы.

(3)Dжаркие выхлопные газы

Состав отходящих газов при сушке более сложен: помимо органических растворителей, части пластификаторов или мономеров смол и других летучих компонентов, он также содержит продукты термического разложения и продукты реакций. При сушке электрофоретической грунтовки и финишного покрытия на основе растворителя происходит выброс отходящих газов, однако их состав и концентрация значительно различаются.

※Опасность выхлопных газов от аэрозольной краски:

Анализ показал, что отходящие газы из покрасочных цехов, сушильных камер, цехов смешивания красок и очистных сооружений для сточных вод, образующихся при покраске верхнего слоя, имеют низкую концентрацию и большой расход, а основными компонентами загрязняющих веществ являются ароматические углеводороды, эфиры спиртов и сложные эфиры органических растворителей. Согласно «Комплексному стандарту выбросов загрязняющих веществ в атмосферу», концентрация этих отходящих газов, как правило, находится в пределах допустимых норм. Для соответствия требованиям стандарта по уровню выбросов большинство автомобильных заводов используют метод сброса выбросов на большой высоте. Хотя этот метод позволяет соответствовать действующим стандартам выбросов, отходящие газы по сути представляют собой необработанные разбавленные выбросы, а общее количество загрязняющих газов, выбрасываемых крупными линиями покраски кузова, может достигать сотен тонн, что наносит очень серьезный вред атмосфере.

Влажный туман от краски, образующийся при контакте с органическими растворителями — бензолом, толуолом, ксилолом — является сильнодействующим токсичным растворителем, который попадает в воздух цеха. Вдыхание таких растворителей через дыхательные пути может вызвать острое и хроническое отравление у рабочих, главным образом, поражая центральную нервную и кроветворную системы. Кратковременное вдыхание паров бензола высокой концентрации (более 1500 мг/м3) может вызвать апластическую анемию, а частое вдыхание паров бензола низкой концентрации также может вызвать рвоту и неврологические симптомы, такие как спутанность сознания.

※Выбор метода очистки отходящих газов при покраске и нанесении покрытий методом распыления:

При выборе методов органической очистки следует учитывать следующие факторы: тип и концентрацию органических загрязняющих веществ, температуру и расход отходящих органических газов, содержание твердых частиц, а также требуемый уровень контроля загрязнения.

1Собработка порошковой краской при комнатной температуре

Выхлопные газы из покрасочного цеха, сушильного цеха, цеха смешивания красок и цеха очистки сточных вод после нанесения финишного покрытия представляют собой низкоконцентрированные и высокопоточные газы комнатной температуры, основным составом загрязняющих веществ которых являются ароматические углеводороды, спирты, эфиры и сложные эфиры органических растворителей. Согласно стандарту GB16297 «Комплексный стандарт выбросов загрязняющих веществ в атмосферу», концентрация этих отходящих газов, как правило, находится в пределах допустимых норм. Для соответствия требованиям стандарта по уровню выбросов большинство автомобильных заводов используют метод высотного сброса. Хотя этот метод позволяет соответствовать действующим стандартам выбросов, отходящие газы по сути являются разбавленными и не подвергаются обработке, а общее количество загрязняющих газов, выбрасываемых крупными линиями покраски кузовов, может достигать сотен тонн, что наносит очень серьезный вред атмосфере.

Для существенного снижения выбросов загрязняющих веществ из выхлопных газов можно использовать несколько методов очистки, однако стоимость очистки выхлопных газов с большим объемом воздуха очень высока. В настоящее время наиболее развитым зарубежным методом является сначала концентрирование (с помощью адсорбционно-десорбционного колеса, позволяющего увеличить общий объем до примерно 15 раз), чтобы уменьшить общий объем обрабатываемых газов, а затем деструктивная обработка концентрированных отходящих газов. В Китае существуют аналогичные методы: сначала используется адсорбционный метод (активированный уголь или цеолит в качестве адсорбента) для низкоконцентрированной очистки отходящих газов при комнатной температуре, затем высокотемпературная десорбция газа, а для концентрирования отходящих газов используется каталитическое сжигание или регенеративное термическое сжигание. Разрабатывается метод биологической очистки низкоконцентрированных отходящих газов при нормальной температуре, отечественная технология на данном этапе еще не зрелая, но заслуживает внимания. Для того чтобы действительно снизить загрязнение окружающей среды отработанными газами, образующимися при нанесении покрытий, необходимо также решать проблему на источнике, например, используя электростатические вращающиеся чашки и другие средства для повышения коэффициента использования покрытий, разрабатывая покрытия на водной основе и другие экологически чистые покрытия.

2Дсушка очистки отходящих газов

Сушильные отходящие газы относятся к отходящим газам средней и высокой концентрации с высокой температурой, подходящим для обработки методом сжигания. Реакция сжигания имеет три важных параметра: время, температура и возмущение, то есть условия 3T. Эффективность обработки отходящих газов в основном зависит от достаточности реакции сжигания и от контроля условий 3T реакции сжигания. RTO позволяет контролировать температуру сжигания (820–900 ℃) и время выдержки (1,0–1,2 с), обеспечивая необходимое возмущение (полное перемешивание воздуха и органических веществ), эффективность обработки достигает 99%, коэффициент теплопередачи выхлопных газов высок, а энергопотребление при этом низкое. Большинство японских и китайских автомобильных заводов обычно используют RTO для централизованной обработки отходящих газов при сушке (грунтовка, промежуточное покрытие, финишное покрытие). Например, на линии нанесения покрытий легковых автомобилей Dongfeng Nissan Huadu, использующей централизованную обработку отходящих газов при сушке покрытий с помощью RTO, эффект очень хороший и полностью соответствует требованиям норм выбросов. Однако из-за высоких единовременных инвестиций в оборудование для очистки отходящих газов в реакторах с рециркуляцией отходящих газов, очистка отходящих газов с малым потоком отходящих газов нерентабельна.

Для завершенной линии по нанесению покрытий, когда требуется дополнительное оборудование для очистки отходящих газов, могут использоваться каталитическая система сжигания и регенеративная система термического сжигания. Каталитическая система сжигания отличается малыми инвестициями и низким энергопотреблением при сгорании.

В целом, использование платины в качестве катализатора позволяет снизить температуру окисления большинства органических отходящих газов примерно до 315℃. Для обработки отходящих газов при обычной сушке можно использовать систему каталитического сжигания, особенно подходящую для случаев, когда сушка осуществляется с помощью электрического нагрева. Существующая проблема заключается в предотвращении отравления катализатора. Опыт некоторых пользователей показывает, что для обычных отходящих газов при сушке поверхностной краски, за счет повышения уровня фильтрации и других мер, срок службы катализатора составляет 3-5 лет; отходящие газы при электрофоретической сушке краски легко вызывают отравление катализатора, поэтому при обработке отходящих газов электрофоретической сушки краски следует проявлять осторожность при использовании каталитического сжигания. В процессе обработки и преобразования отходящих газов на линии покраски кузовов коммерческих автомобилей Dongfeng отходящие газы электрофоретической сушки грунтовки обрабатываются методом RTO, а отходящие газы при сушке финишного покрытия — методом каталитического сжигания, и эффективность применения хорошая.

※Процесс очистки отходящих газов при нанесении лакокрасочного покрытия методом распыления:

Схема очистки отходящих газов в покрасочной промышленности в основном используется для очистки отходящих газов в цехах покраски, мебельных фабриках, машиностроительных предприятиях, на заводах по производству ограждений, в автомобилестроении и в автосервисах 4S. В настоящее время существует множество методов очистки, таких как: метод конденсации, метод абсорбции, метод сжигания, каталитический метод, метод адсорбции, биологический метод и ионный метод.

1. Вметод распыления воды + адсорбция и десорбция активированным углем + каталитическое сжигание

С помощью распылительной башни удаляют лакокрасочный туман и растворимые в воде вещества, после сухого фильтра – в устройстве для адсорбции на активированном угле, затем проводят отгонку (методы отгонки: паровая отгонка, электрический нагрев, отгонка азотом), после чего отгонный газ (концентрация которого увеличивается в десятки раз) с помощью вентилятора подает в устройство каталитического сжигания, где происходит сгорание диоксида углерода и воды, после чего происходит сброс.

2. Вметод распыления воды + адсорбция и десорбция активированным углем + регенерация конденсации

Для удаления лакокрасочного тумана и растворимых в воде веществ используется распылительная башня. После сухого фильтра отработанный газ проходит через адсорбционное устройство с активированным углем, затем производится отгонка (методы отгонки: паровая отгонка, электрический нагрев, отгонка азотом). После обработки отработанный газ конденсируется путем адсорбции и концентрирования, а конденсат отделяется и извлекает ценные органические вещества. Этот метод используется для очистки отработанных газов с высокой концентрацией, низкой температурой и малым объемом воздуха. Однако этот метод требует значительных инвестиций, высокого энергопотребления и эксплуатационных затрат. Концентрация «трех бензолов» и других отработанных газов в отработанных газах при покраске автомобилей обычно ниже 300 мг/м³, низкая концентрация требует большого объема воздуха (объем воздуха в цехах покраски автомобилей часто превышает 100 000 м³), а также из-за состава органических растворителей в отработанных газах автомобильных лакокрасочных материалов, трудностей с их рециркуляцией и легкого образования вторичного загрязнения. Поэтому этот метод обычно не используется для очистки отработанных газов при покраске.

3. Вметод адсорбции газов

Адсорбция при очистке отходящих газов при покраске может быть разделена на химическую и физическую адсорбцию, однако химическая активность отходящих газов, содержащих «три бензола», низка, поэтому химическую адсорбцию обычно не используют. Физическая адсорбционная жидкость поглощает меньше летучих веществ и поглощает компоненты с более высокой степенью сродства к нагреву, охлаждению и повторному использованию, что позволяет анализировать насыщенность адсорбции. Этот метод используется для вытеснения воздуха, низких температур и низких концентраций. Установка сложна, инвестиции велики, выбор адсорбционной жидкости более сложен, существует два вида загрязнения.

4. АОборудование для адсорбции на активированном угле + фотокаталитического окисления под воздействием УФ-излучения

(1) Метод адсорбции: прямая адсорбция органических газов с помощью активированного угля, обеспечивающая степень очистки 95%, простое оборудование, небольшие инвестиции, удобство в эксплуатации, но требуется частая замена активированного угля, низкая концентрация загрязняющих веществ, отсутствие регенерации. (2) Метод адсорбции: адсорбция органических газов на активированном угле, десорбция активированного угля в насыщенном воздухе и регенерация.

5.АОборудование для адсорбции на активированном угле + низкотемпературная плазма

После адсорбции активированным углем, затем с помощью низкотемпературного плазменного оборудования обрабатываются отходящие газы, что позволяет получить стандартный газоразрядный продукт. Ионный метод, использующий плазму (ионную плазму), позволяет разлагать органические отходящие газы, устранять неприятные запахи, уничтожать бактерии и вирусы, очищать воздух. Это высокотехнологичный метод международного уровня, который эксперты в стране и за рубежом называют одной из четырех основных экологических технологий XXI века. Ключ к технологии заключается в том, что высоковольтный импульсный разряд в среде, создающий большое количество активных ионов кислорода (плазмы), активирует газ, производя множество активных свободных радикалов, таких как OH, HO2, O и др., разлагая, окислительно-восстановительные и другие сложные физико-химические реакции органических отходящих газов, таких как бензол, толуол, ксилол, аммиак, алканы и другие. При этом побочные продукты нетоксичны и предотвращают вторичное загрязнение. Технология отличается чрезвычайно низким энергопотреблением, компактностью, простотой эксплуатации и обслуживания и особенно подходит для обработки газов различного состава.

BКраткое резюме:

В настоящее время на рынке представлено множество методов очистки, и для соответствия национальным и местным стандартам мы обычно выбираем несколько методов очистки отходящих газов в сочетании, выбирая методы в соответствии с фактическим процессом их обработки.