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新能源汽車涂裝行業(yè)VOCs減排途徑分析

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產(chǎn)品簡介

我國是*大的汽車產(chǎn)銷國之一，2011年汽車產(chǎn)量接近產(chǎn)量的1/4

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我國是*大的汽車產(chǎn)銷國之一，2011年汽車產(chǎn)量接近產(chǎn)量的1/4。汽車噴涂作業(yè)是汽車制造行業(yè)的關(guān)鍵污染環(huán)節(jié)。我國多數(shù)傳統(tǒng)汽車制造企業(yè)仍在采用溶劑型涂料，其中的主要成分——有機(jī) 溶劑和稀釋劑不屬于成膜物質(zhì)，*終均以大氣污染物的形式進(jìn)人環(huán)境。汽車行業(yè)排放的揮發(fā)性有機(jī)物 (VOCs) 包括苯系物、醇類、酯類、酮類等。國家大氣污染防治相關(guān)規(guī)劃已明確提出，在重點(diǎn)區(qū)域新建排放 VOCs的項目應(yīng)實行污染物排放減量替代，實現(xiàn)增產(chǎn) 減污。就汽車涂裝行業(yè)而言，可從使用環(huán)保涂料、提高工藝水平、優(yōu)化噴涂廢氣凈化技術(shù)等3方面著手，實現(xiàn)VOCs的減排。汽車噴涂VOCs產(chǎn)生環(huán)節(jié)及特征傳統(tǒng)汽車涂裝工藝(采用溶劑漆)為：中涂一烘干一底色漆一罩光漆(或兩道本色面漆)一烘干。在噴涂工段，汽車車身依次進(jìn)入噴漆室、流平室、烘干室。每個工序均有VOCs排放，噴漆室、流平室及烘干室的VOCs產(chǎn)生量比例大致為60%、15%~25%和 25%~15%1 噴漆室廢氣主要污染物為未附著至工件表面的漆霧和VOCs。多數(shù)企業(yè)采取水旋或其他濕式噴漆室去除漆霧， VOCs去除效果十分有限。為保證工件質(zhì) 量，控制氣流不返混，噴漆室通常采用上進(jìn)下排的氣流組織方式，斷面風(fēng)速通常控制在0.25~0.5m/s，其他工藝條件為：溫度22~27℃，濕度60%~80%。因此，噴漆室廢氣的特點(diǎn)是廢氣量大、濕度大且含一定的霧滴(其中漆霧不超過1mg/m*) 、VOCs濃度低(人工噴涂段在100mg/m³以下，機(jī)器人段為100~ 200mg/m')。流平室風(fēng)速一般控制在0.1m/s以下，主要是保證工件表面的成膜條件，其他參數(shù)與噴漆室相同。因此，流平室的主要污染物是VOCs，濃度較噴漆室略高。烘干室廢氣的有機(jī)物(醇類、酯類、醚類、酮類、二甲苯等)總濃度一般在2500mg/m左右，屬中高濃度、高溫廢氣，可采用燃燒法進(jìn)行處理，將VOCs轉(zhuǎn)化為CO，和H，O121。目前，在國內(nèi)汽車行業(yè)，由于噴漆室、流平室廢氣量大、VOCs濃度低，絕大多數(shù)企業(yè)未采取處理措施，而是直接通過幾十米高的排氣筒進(jìn)行排放。也就是說，汽車噴涂行業(yè)約70%的VOCs均未經(jīng)處理直接進(jìn) 人大氣環(huán)境。 2 汽車噴涂VOCs減排途徑 2.1 使用環(huán)保型涂料汽車涂料主要有溶劑型、水性、粉末涂料3種類型。溶劑型涂料的溶劑以甲苯、二甲苯、酯、醇、醚、酮為主，溶劑占涂料的比重一般在40%~60%，*終均以VOCs的形式進(jìn)人環(huán)境。水性涂料的溶劑以水為主，而有機(jī)溶劑含量較低，約占涂料比重的5%~ 15%。粉末涂料顧名思義為粉末狀涂料，由聚合物、顏料和添加劑組成，噴涂過程過噴的涂料可回收再利用，在成膜過程中VOCs產(chǎn)生量極少。一般來講，同等面積、同等厚度的涂層，使用水性涂料的VOCs排放量較使用溶劑型涂料可降低約70%，使用粉末涂料排放的VOCs量大大低于水性涂料。以國內(nèi)某大型合資汽車生產(chǎn)企業(yè)為例，2005年建成投產(chǎn)的原涂裝車間采用三涂層涂裝工藝，均為溶劑型涂料。污染源監(jiān)測表明，其噴漆室非甲烷總烴 (由于我國尚未頒布全國性的VOCs排放標(biāo)準(zhǔn)，僅部分省頒布了地方性排放標(biāo)準(zhǔn)，故國內(nèi)汽車行業(yè)仍普遍以監(jiān)測非甲烷總烴來表征廢氣中揮發(fā)性有機(jī)物的排放)產(chǎn)生量為42kg/h，其中二甲苯為38kg/h。而 2011年建成投產(chǎn)的新涂裝車間也采用三涂層工藝，中涂和底色漆采用水性涂料，罩光漆采用溶劑型涂料，且兩個車間產(chǎn)能相同。污染源監(jiān)測表明，新涂裝車間噴漆室非甲烷總烴產(chǎn)生量為26kg/h，其中二甲苯為8kg/h。使用水性涂裝工藝后，非甲烷總烴減少了40%，二甲苯減少了近79%。使用溶劑型涂料，一輛涂裝面積為80m²的普通轎車的VOC產(chǎn)生量在10kg左右，平均為 125g/m²01.歐盟規(guī)定，新建汽車涂裝車間車身單位面積VOCs產(chǎn)生量不高于45g/m；德國標(biāo)準(zhǔn)為不高于35g/m；我國《清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)汽車制造業(yè)(涂裝) 》(HJ/T 293―2006) 提出的VOCs產(chǎn)生指標(biāo)如表1所示。

近幾年，歐盟國家新建生產(chǎn)線全部采用水性中涂和水性底色漆，罩光漆已開始采用水性清漆和粉末清漆，個別生產(chǎn)線全部采用粉末涂裝。在北美，新建生產(chǎn)線主要使用水性中涂或粉末中涂，底色漆使用水性漆41。在國內(nèi)，近10年新建汽車生產(chǎn)線總體上均采用水性中涂和水性底色漆，罩光漆仍采用溶劑型漆，整車涂裝尚無使用粉末型涂料的案例。因此，與歐盟和北美區(qū)域的一些國家相比，我國汽車行業(yè)涂料的整體環(huán)保水平仍有待提高。

就水性涂料而言，使用成本高、涂刷要求高、生產(chǎn) 改造難度大，是阻礙其在汽車涂裝行業(yè)廣泛推廣的3 大原因。就粉末涂料而言，汽車粉末涂料不能像液體涂料那樣可以迅速換色，雖物理和化學(xué)性能很好，但涂層外觀平整性、光滑性和光澤等尚不能與溶劑型涂料相媲美，造成粉末涂料難以推廣。國外公司研究起步較早，粉末涂料已廣泛用于底漆噴涂；在面漆噴涂方面，一種基于GMA(甲基丙烯酸縮水甘油酯) 、用脂肪酸或酸酐固化的丙烯酸粉末涂料已在美國某汽車生產(chǎn)線中投人使用，將其噴涂在車身表面后具有異常平整的涂膜外觀和優(yōu)良的耐久性，已接近汽車面漆要求。隨著我國對VOCs等大氣污染物重視程度的提升，汽車行業(yè)涂料環(huán)保化是必經(jīng)之路，各企業(yè) 必須積極改進(jìn)汽車用涂料，以期實現(xiàn)整個行業(yè)的 VOCs減排。 2.2 提高噴涂工藝水平涂裝工藝水平?jīng)Q定涂料的有效利用水平。涂裝工藝*，涂料利用率高，則過噴漆霧少、廢氣污染物排放量小；反之，則過噴漆霧量大、廢氣污染物排放量大。汽車涂裝企業(yè)如果采用機(jī)械人自動仿形、靜電旋杯噴涂，則出漆量及噴涂圖形可根據(jù)車身的不同位置調(diào)整到*佳狀態(tài)。采用大容量低壓噴槍、無氣噴槍等*噴槍，可使涂料利用率提高到 70%，甚至90%以上，物料流失率低，廢氣污染物排放量大大減少(o。另外，在確保涂裝質(zhì)量不顯著改變的前提下，通過調(diào)整和簡化涂裝工藝，將大大節(jié)省資源、能源消耗，同時減少VOCs排放。傳統(tǒng)涂裝工藝一般為3C2B，包括中涂一烘干一底色漆一罩光漆一烘干幾個主要步驟。目前，在傳統(tǒng)工藝的基礎(chǔ)上，先后出現(xiàn)了日本馬自達(dá)公司的3C1B涂裝工藝、杜邦公司的2C1B涂裝工藝、BASF公司的雙底色工藝等。具體介紹如下： (1)3C1B工藝即在3C2B工藝基礎(chǔ)上取消中涂烘干工序，其總涂層(磷化膜+電泳膜+中涂+底色漆+清漆)厚度為76~92um，較3C2B工藝減少了約 10um，在降低成本的同時，減少VOCs排放量達(dá)45% 以上[a。 (2)2C1B工藝即二涂層工藝，通過取消中涂噴漆和中涂烘干工序，改善底漆和面漆的機(jī)械性能、耐候性能和表面裝飾性能，達(dá)到“三涂層涂裝工藝”的功能。2C1B工藝的總涂層厚度為69~85jm，較3C2B工藝減少了約17um，進(jìn)一步降低了成本、減少了 VOCs排放量。 (3)雙底色漆涂裝工藝是將正常的中涂層取消，將原來的一道底色漆設(shè)計為兩涂層，為了達(dá)到和正常工藝相同的耐候性能，在底色漆中加人吸收紫外線的組分，在罩光漆中加人抗紫外線的組分。采用雙底色漆涂裝工藝的VOCs排放量較傳統(tǒng)工藝可減少30% 以上a1。綜上所述，涂裝工藝的改進(jìn)可從采用全自動噴涂、采用靜電旋杯噴涂、簡化涂裝工藝等方面著手，由于降低了過噴漆霧和涂層厚度，可大大減少噴涂作業(yè) 中VOCs的產(chǎn)生量，達(dá)到減排目的。目前，國內(nèi)主要有南京福自達(dá)涂裝線采用3C1B工藝，一汽大眾成都三廠涂裝線采用2C1B工藝。但總體來看，國內(nèi) 采用簡化涂裝工藝的汽車廠家還不夠普及。

2.3 優(yōu)化噴涂廢氣治理技術(shù) 汽車噴涂行業(yè)的VOCs排放源點(diǎn)主要包括噴漆室廢氣、流平室廢氣、烘干室廢氣等。國內(nèi)汽車行業(yè) 從降低成本角度考慮，絕大多數(shù)企業(yè)將噴漆室廢氣、流平室廢氣統(tǒng)一收集后直接排放，而未對VOCs進(jìn)行有效處理。其噴漆室廢氣實際上屬于稀釋排放，一條大型車身涂裝線每年排放的VOCs總量可能高達(dá)數(shù) 百噸，對大氣造成的危害非常嚴(yán)重。對于烘干室廢氣，普遍采取燃燒處理，治理方法有催化燃燒法(CIU 法) 、回收式熱力燃燒法(TAR法) 和蓄熱式熱力燃燒法(R TO法) 等”，對烘干廢氣中VOCs的去除率達(dá) 95%~99%，并且有的方法還可實現(xiàn)廢熱回收利用。因此，烘干室廢氣*終進(jìn)人大氣的VOCs排放量遠(yuǎn)遠(yuǎn) 低于噴漆室廢氣，不足噴漆室廢氣的1%。在國內(nèi)汽車涂裝行業(yè)尚不能*采用環(huán)保型水性涂料或粉末涂料的狀況下，要大幅度降低噴涂環(huán)節(jié)的VOCs排放量，應(yīng)逐步加大環(huán)保投人，引進(jìn)技術(shù)或自主研發(fā)*方法，對噴漆室、流平室廢氣進(jìn)行有效處理，而不是直接排放。借鑒國外涂裝企業(yè) 對噴漆室和流平室廢氣的處理經(jīng)驗，可采用吸附法處理，即先利用吸附材料(如活性炭、沸石)將氣體或蒸汽吸附在其表面，隨后進(jìn)行熱解吸，使有機(jī)廢氣濃縮 10~15倍，再對濃縮廢氣采用催化燃燒或蓄熱式熱力燃燒的方法進(jìn)行處理。

目前，我國已經(jīng)明確了VOCs減排目標(biāo)，針對汽車噴涂行業(yè)，應(yīng)推廣使用環(huán)保性涂料(如水性涂料和粉末型涂料)、改進(jìn)噴涂工藝，降低有機(jī)溶劑的使用量。需要特別注意的是，考慮成本問題，我國汽車涂裝行業(yè)絕大多數(shù)企業(yè)均未對噴漆室廢氣和流平室廢氣進(jìn)行*處理，而是直接排放，建議借鑒治理經(jīng)驗，逐步試行噴漆廢氣的濃縮、燃燒處理技術(shù)，大力削減該行業(yè)VOCs排放水平。

關(guān)鍵詞：活性炭