手机壳制造业VOCs废气处理的应用研究

　　

手机壳制造业VOCs废气处理的应用研究

戴志兴

（广东华海生态环境科技有限公司，广东 东莞 523000）

摘要：本文结合手机壳制造喷漆废气的特点，以及多种共处理工艺的分析和技术上的比较，将废气分成两股进行预处理：面漆废气采用“气旋漆雾去除装置→两级高效旋流喷淋塔→湿式静电→去水调湿+高效过滤”工艺处理；底漆/中漆废气采用“两级高效旋流喷淋塔→去水调湿”工艺处理。经预处理的废气汇和后，再经过沸石转轮+催化燃烧处理，VOCs去除效率达98 %，具有技术可靠，投资成本及运行费用低等特点。

关键词：手机壳喷涂VOCs废气；催化燃烧；沸石转轮；旋流回收装置；湿式静电

[作者简介] 戴志兴(1994-)，男，梅州人，大学本科，主要研究方向为环保工程技术

Phone Shell Manufacturing Industry VOCs Waste Gas Treatment

Application Research

Dai Zhixing

（Guangdong Huahai Ecological Environment Technology Co., LTD，Dongguan 523000，China）

Abstract: In this paper, combined with the characteristics of mobile phone case manufacturing spray paint exhaust gas, as well as a variety of co-treatment process analysis and technical comparison, the exhaust gas was divided into two strands for pretreatment: finish paint exhaust gas was adopted craft of “cyclone paint mist removal device → two-stage efficient cyclone spray tower → wet static electricity → moisture removal + high efficiency filtration”; primer/paint waste gas was adopted craft of two stage high efficiency cyclone spray tower to water moisture. After pretreatment of exhaust gas sink and, and then through zeolite runner + catalytic combustion treatment, VOCs removal efficiency was 98 %, with reliable technology, low investment cost and operation cost characteristics.

Keywords: Mobile phone shell spraying VOCs exhaust gas; Catalytic combustion; Zeolite runner; Cyclone recovery device; Wet electrostatic

挥发性有机物（Volatile Organic Compounds，简称VOCs）是形成细颗粒物（PM2.5）和臭氧（O₃） 的主要因素之一，也会对气候产生一定的影响^[1]。在目前情况下，单一的VOCs治理工艺方法难以达到排放限值要求，由于不同污染物的特性往往不同，所以用单一的处理工艺解决十分困难，因此可以在主要处理体系的工艺前，针对不同的污染物质采用不同的预处理方法或者采用不相同的工艺技术进行组合设计，才能全面有效处理好污染物^[2]。手机壳制造行业中通常会采用“三涂三烤”或“二涂二烤”等工序，即将底漆、中漆、面漆依次采用喷漆后，进入烘烤工序。该行业具有VOCs废气量大，浓度高，处理难度大的特点，而且面漆往往是采用UV油漆，因此面漆废气更是难以处理。本文结合某手机壳制造企业的废气，对手机壳制造行业的废气治理方法进行探讨研究。

1 废气来源与成分分析

1.1 废气来源

该项目废气来源于三涂三烤工序，其中底漆、中漆工序废气量：18000 m³/h，面漆工序废气量：18000 m³/h。

1.2 废气成分分析

根据原材料MSDS报告，污染物主要成分为：乙酸乙酯、乙酸丁酯、丁酮等，其中面漆废气中还含有丙烯酸成分，废气原始浓度为：500 mg/m³，废气状态：温度≤60 ℃，相对湿度≤80 %。

2 设计原则

1) 保证对VOCs的去除效率，使废气达标排放；

2) 采用先进、合理的工艺，运行管理简便灵活；

3) 设计选用合理先进的自动化技术，提高设备运行管理水平；

3 工艺选择与确定

目前有机废气污染物种类多，污染物性质各异，采用的处理工艺也多，常用的有：燃烧法、催化法、吸附法、光催化氧化等，以下对各工艺作简要介绍。

3.1 活性炭吸附法

活性炭具有非常发达的孔隙，VOCs经过活性炭时被吸附在孔隙中，达到净化废气的目的。^[3]活性炭吸附法初始时VOCs去除率可达到90 %以上，投资小。缺点是需长时间保证较高的去除效率，需经常更换活性炭，运行费用高，产生二次污染。

3.2 光催化氧化。

UV灯管产生高能紫外线光束与空气、TiO2反应产生的臭氧、·OH(羟基自由基)对恶臭有机气体进行协同分解氧化反应，同时大分子有机气体在紫外线作用下使其链结构断裂，使恶臭有机气体物质转化为无臭味的低分子化合物或者完全氧化，生成水和CO2，整个分解氧化过程在数秒内完成。当前，二氧化钛、氧化锌、氧化锑等在此方面应用较为成熟，光催化氧化法具备成本较低、化学性质稳定且不会形成二次污染等特征^[4]。 该法适应工况除臭灭菌，工况选择性很强。

3.3 蓄热式燃烧法（RTO）

将预处理后的VOCs气体预热至800℃左右，再在燃烧室中燃烧至大于800℃，使烟气中的VOCs氧化分解成为无害的水和二氧化碳，燃烧氧化时产生的高温气体的能量被蓄体“储存”起来，用于预热下一阶段进入的废气，节省升温过程燃料的消耗^[5]。适用高浓度废气治理；对于浓度波动范围交代、风量较高的废气运行成本较高，高浓度时可以满足自身系统能耗，浓度低于1500mg/m³时系统能耗会很高。本项目尾气主要成分热值较低，浓度波动较大，从能耗方面考虑不太适合采用RTO工艺。

3.4 催化燃烧法（CO）

本法是把废气加热到250～350℃经过催化床催化燃烧转化成无害无臭的二氧化碳和水，达到净化目的。本法的特点：起燃温度低，节约能源；净化率高，无二次污染；工艺简单，操作方便，安全性好；装置体积小，占地面积少；设备的维修与折旧费较低。该法适用于中低浓度的有机废气治理，国内外已有广泛使用的经验，效果良好。该法是治理有机废气的有效方法之一，具有运行成本较低的优点，且无二次污染产生。

依据基础资料，此次处理废气有风量较大、有机物浓度偏低，结合投资成本、处理效率等因素考虑，本工程选用催化燃烧法进行处理。因底漆、中漆废气成分与面漆废气成分有所差异，面漆废气使用的是UV油墨，其成分中含有丙烯酸等易聚合的成分，因此设计将废气分成两股进行预处理。

4 设计参数及设备选型

4.1 设计参数

表1 设计参数

Tab.1 Design parameters

5 工艺及设备介绍

5.1 工艺流程图

图1 工艺流程图

Fig.1 Process flow chart

5.2 工艺核心部分

(1)预处理：每个行业的有机废气都不尽相同特点不一，需要做相应的预处理，为的是保证后续设备的使用寿命和净化效果，本方案预处理分为以下几部分：①喷淋吸收可溶于水的废气成分，酸碱中和废气酸碱度，另一方面去除废气中的绝大部分烟尘颗粒物。②气旋油雾去除装置去除面漆废气中漆雾。③湿式静电去除面漆废气中的漆雾。④去水调湿、高效过滤去除废气中残余水分及颗粒物。

(2)沸石转轮浓缩：沸石转轮吸附浓缩是整个工艺过程最为核心也最为关键的部分，所需处理废气经转轮一次过滤后再由烟囱高空排放，所以废气的净化效果以及浓缩后的废气浓度高低全取决于沸石转轮的好坏，本方案采用优质的西部技研模块，去除效率可达95%。

(3)催化燃烧：氧化燃烧是将沸石转轮吸附浓缩段转换而成的小风量、高浓度有机废气进行彻底氧化燃烧，变成无害的二氧化碳和水排放的环节，并将燃烧产生的热能提供给沸石转轮进行脱附之用。

(4)余热回收：整套系统沸石转轮脱附过程需要加热，脱附热能由燃烧脱附系统换热提供。

6 主要设备说明

6.1 喷淋塔

采用二级喷淋净化塔串联，废气由喷淋塔的底部进入，经塔内第一层旋流板布风后上升的气流与向下喷洒的雾化喷淋液相互接触、碰撞，废气中的油漆雾等污染物被喷淋液捕获，并在重力作用下沉至池底，本方案设计喷淋塔采用5层喷淋，将空塔气速设计合理值，使喷淋发挥最大的预处理效果，喷淋循环液经循环水箱沉淀及过滤后循环使用，定期更换循环水。

表2 喷淋塔参数

Tab.2 Parameters of spray tower

6.2 气旋漆雾去除装置

针对面漆液雾中的液体、颗粒渣子采用动态拦截，采用高速离心式+旋风原理进行液气分离，收集液态、净化治理废气。气流进入气旋漆雾去除装置后，沿外壁由上向下做旋转运动，当旋转气流到达锥体底部后，转而向上沿轴心旋转，最后经排出管排出。气流作旋转运动时，漆雾颗粒在离心力核重量的作用下沿壁面落入储漆罐中。

表3 气旋漆雾去除装置参数

Tab.3 Parameters of cyclone paint mist removal device

6.3 湿式静电

湿式电除尘（雾）器设备主要由放电极和集尘极组成。当在曲率半径很小的放电极（电晕极）与具有一定面积、呈管状的集尘极之间加上高压电源时，两极之间会形成不均匀电场。含尘（雾）气流通过时，经过电晕放点、粒子荷电、粒子迁移与沉积、清扫四个环节完成除尘（雾）。要使带电离子在电场中始终朝一个方向运动，须使用直流电，故设置一套整流、变压装置，使交流电变为直流电。要提高电除雾器设备的去除效率，要有一定强度的电场，就要在电除雾器设备阳极管内必须具备大于起晕电压和起晕电流，同时阴极线上必须具备一定的线电流强度。

表4 湿式静电参数

Tab.4 Wet electrostatic parameters

6.4 去水调湿+高效过滤器

废气由预处理初步处理后，会含有一部分的水分，通过引入催化燃烧后的废气余热，把废气中的湿度降至75 %左右，此阶段为调湿。

废气虽经喷淋塔处理，但还是含有微小的颗粒物，这些颗粒物极易造成后端沸石转轮的孔道堵塞，影响处理效率，影响车间的通风效果，可能会因此影响车间的生产。因此在沸石转轮前设置三级过滤作为预处理器，去除废气中的粉尘及尘杂物质，确保进入沸石转轮前废气中的颗粒物得到有效的拦截过滤。

过滤器内部设置有多层纤维过滤材料。进入其中的粉尘颗粒一般随气流作惯性运动或无规则布朗运动或受某种场力的作用而移动，当微粒运动撞到纤维介质时，由于范德华力的作用使得微粒粘到纤维表面。进入过滤介质的颗粒有较多撞击介质的机会，撞上介质就会被粘住，较小的颗粒相互碰撞会相互粘结形成较大颗粒而沉降。通过上述作用实现对粉尘的拦截过滤。

高效过滤器二层过滤材料，采用粗效、中效滤料组合安装的形式。第一层采用G4效率的过滤材料，对粒径≥5.0μm的粉尘,过滤效率为90>E≥70%；中间采用F7级效率的过滤材料，对粒径≥1μm的粉尘,过滤效率为90>E≥75%,末层采用F9级效率的过滤材料，对粒径≥1μm的粉尘,过滤效率为99>E≥90%。实际使用时，也可根据调试情况对滤料进行选择。更换下来的过滤材料，由建设单位按危废统一处理。

表5 滤袋参数

Tab.5 Filter bag parameters

6.5 沸石转轮

沸石是一种含水碱金属或碱土金属的铝硅酸矿物的总称，独特的内部结构和结晶化学性质使其具有较强的吸附性，通过沸石转轮的废气，由大风量、低浓度转变为小风量、高浓度。浓缩转轮区分为处理区、再生区和冷却区，浓缩转轮在各个区内连续运转。

含有VOCs的被处理空气通过前置过滤后，送到浓缩转轮的吸附区。在吸附区中，废气中的大部分VOCs废气被转轮上的沸石吸附，而使废气变为洁净的空气排放至大气中；吸附饱和后进入脱附区，以高温气体使被吸附的VOCs脱附出来；经过脱附后的轮饼进入冷却区，降温后继续吸附。

表6 沸石转轮参数

Tab.6 Zeolite runner parameters

6.6 催化燃烧

脱附后的废气进入热交换器，用催化燃烧后的废气通过热交换器把脱附废气温度尽可能的提高（可节省后续加热能耗），通常温度上升Δt=50～60℃，然后送入到电加热器内，通过电热管加热到启燃温度（250～ 320℃），在催化剂的作用下，进行催化氧化反应，生成CO₂和H₂O并释放大量的热量。燃烧后的废气再经热交换器放出部分余热后排放。催化燃烧是一种无火焰燃烧，没有明火，氧化速度极快，很短时间就能完全氧化。

本系列催化剂以堇青石蜂窝陶瓷为载体，以稀土材料作为催化剂的助催化活性组分，以少量的Pd、Pt等贵金属作为主催化活性组份，是一种新型高效的催化剂。产品稳定，气流阻力小，净化效率高，耐高温冲击，使用寿命长等优点。

反应方程式为：

催化剂性能参数如表7：

表7 催化剂性能参数

Tab.7 Performance parameters of catalyst

设计中加热室采用电加热，加热管采用翅片电加热器，加热室仅需要提供开机时预加热气体所需要的功率，由于有机物质燃烧后会释放热量，可利用催化燃烧后的余热对脱附气进行预热。

由于催化燃烧一体化设备中各部分的温度远远高于常温，因此须加保温处理以避免对人造成可能的损害。保温棉采用硅酸铝纤维毡，按照燃烧室最高温度为600℃设计，局部保温厚度取200mm。

6.7 电控系统

废气处理设置控制系统采用 PLC 系统，具备设备工况监视、流程画面显示、参数显示、报警显示、自动连锁保护、接收数据软件、数据显示、数据传输、数据储存等功能，并设有紧急停车功能。

表8 电控性能表

Tab.8 Electronic control performance table

PLC 控制系统对主要设备的运行状况和工艺流程进行监控，实时采集现场温度、压力等仪表的数据，并对阀门和风机等设备进行自动控制，实现废气处理系统的自动化运行，完成数据的实时管理及存储。系统具有自动/手动转换操作及运行功能。

7 结论

综上所述，对于手机壳制造行业喷漆废气的治理采用面漆和底漆分开进行预处理，再通过沸石转轮+催化燃烧的处理方法对比传统的方法更具有优势，不仅使VOCs去除效率达98 %，废气能稳定达标排放，并且减少了设备的维护成本，节省了人力物力，值得在该行业中进行推广。

参考文献

[1]生态环境部．重点行业挥发性有机物综合治理方案（环大气[2019]53号）．2019．

[2]刘春晖. 浅谈挥发性有机物（VOCs）污染控制技术[J].汽车实用技术，2020(20):244-246

[3]陈殿君，秦佩. 活性炭吸脱附+催化燃烧处理有机废气的系统设计与应用[J].山东化工，2020，(16)：150-151.

[4]贾山. 化工企业废气污染治理分析[J].资源节约与环保，2020，(6)：90.

[5]陈振坎，董其超，孙鑫，等. 精细化工行业蓄热式热氧化炉系统安全设计优化[J].广州化学，2019，44(6)：31-35.

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