铝材粉末喷涂固化热处理有机废气研究

王彦俊，张 帆，洪 雨，徐海洋，石 玲，陈 尧

(辽宁忠旺集团有限公司，辽宁 辽阳 111003 )

铝加工行业粉末喷涂技术是近年来迅速发展起来的一项表面处理技术，原材料采用饱和聚酯树脂，经静电喷涂技术成功实现铝型材表面处理，其工艺绿色环保，可以满足不同的耐候性能要求。粉末喷涂其原理主要是用静电把干燥粉末吸附在需要喷涂的金属铝型材上，经过200 ℃以上高温固化成一层约60 μm厚坚固光亮的涂层[1]。本文主要研究粉末喷涂工艺过程中容易被忽视的一个环节，表面固化处理产生的有机废气的处理措施。

1 固化炉工艺及有机废气组份分析

1.1固化炉工艺简介

铝型材表面经过粉末喷涂工艺之后，必须经过一定温度的烘烤，烘烤温度大约180～220 ℃；时间10～20 min；之后铝型材表面的粉末能熔融流平或交联固化成膜，最终满足相关产品要求[2]。

本文项目使用的立式生产线的干燥炉和固化炉的炉体相连，固化风机总风量为20000 m3/h，非甲烷总烃产生浓度为180～260 mg/m3，项目年运行时间为7200 h，尾气排放温度为150～180 ℃，经过处理措施后，可以实现达标排放。

1.2固化炉有机废气收集方法

根据生产线条件，产品在喷涂固化过程中是流动生产形式，固化炉两端为敞开式，固化炉本身靠电加热，喷涂后的型材经过固化炉加热将产生有机废气，最终从固化炉两端无组织排放，污染环境，影响人员身体健康。本项目首先监控有机废气无组织排放浓度指标，其次针对固化炉两端新增集气罩，将有机废气无组织排放变为有组织排放，根据有机废气的浓度论证环保设备最佳方案，从而降低有机废气排放浓度。

1.3有机废气组份分析

固化炉烘干产生的废气主要成分为：氮气约占废气总量的77.4%，氧气约占废气总量的20.3%，水分(水蒸气)约占废气总量的2.2%，有机废气约占废气总量的0.1%。

正常运行时风量为15000～18000 m3/h，尾气排放温度为150～180 ℃。

2 有机废气处理措施

国内外废气中的挥发性有机物的处理技术主要分为两类：一是回收类方法，主要有冷凝法、吸附法、吸收法和膜分离法等；二是消除类方法，主要有生物法、燃烧法、催化氧化法和低温等离子体法等。

风量为15000～18000 m3/h属于大风量废气；有机废气产生浓度经实际测量为180～260 mg/m3，属于低浓度废气；废气的排放温度为150～180 ℃。经过以上分析，初步选择该有机废气的处理工艺，可以选择吸附法、低温等离子体法以及生物法。

2.1生物法处理有机废气

废气中的挥发性有机物扩散通过气膜并被吸附在湿润的生物膜表面，吸附在生物膜表面的有机污染物被其中的微生物捕获并吸收，进入微生物细胞的有机污染物在微生物体内的代谢过程中作为能源和营养物质被分解，最终转化为无害的物质。

本项目进行了实验室小试，模拟项目废气，在实验室进行微生物培养，在微生物活性较好时进行了中试。结果表明，废气即使是在降温后(40～70 ℃)进行处理，也未能取得较好的处理效果。分析其主要原因：废气温度高，有机物分子量较大，生物降解困难；且温度烟气过高，不利于微生物生存、繁殖，极易造成微生物的大量死亡。因此，不宜采用生物法处理。

2.2低温等离子体法

低温等离子体技术是指在外加电场的作用下，在常温常压下介质放电会产生大量的高能电子，利用高能电子氧化、降解有机废气，使VOCs最终转化为无害物质[3]。

低温等离子体技术的优点主要有：VOCs的去除率高、无二次污染问题、高低浓度的有机废气都可以处理。但是能耗比较高，并且装置会受反应器结构影响[4]。

其特点占地面积小；投资成本低；运行费用较高；处理有机废气的效果好；适用于中低浓度有机废气、风量较大的情况。

采用低温等离子体法处理有机废气的试验，有机废气进口浓度为242 mg/m3，经低温等离子体法处理后，有机废气出口排放浓度为18.2 mg/m3，处理效率为92.5%，处理效果较好。

2.3活性炭吸附法

通过活性炭对有机废气进行吸附，该方法比较常见，净化率高，设备简单、投资成本低；缺点是吸附容量有限，需要经常更换，运行成本高，废活性炭还需要按照危废进行处置，不适宜湿度大的环境使用[5]。

采用活性炭吸附法处理有机废气的试验，有机废气进口浓度为236 mg/m3，经活性炭吸附法处理后，有机废气出口排放浓度为19.8 mg/m3，处理效率为91.6%，处理效果较好。

2.4低温等离子体与活性炭吸附法比较

经过实际测试，低温等离子体法与活性炭吸附法处理效果几乎相同，现将两种方法的优缺点对比如下：

低温等离子技术的优点主要有：VOCs的去除率高，占地面积小，设备维护保养较为便捷，有利于生产。

低温等离子技术的缺点主要有：在实际应用过程中，有中间产物或二次产物生成，并最终排放，设备在实际运行时还存在一定波动[6]，在处理单一污染物有机废气时效果较好，在处理复杂有机废气时效率有所降低。

活性炭吸附法的优点主要有：VOCs的去除率高，占地面积小，设备稳定性好，设备简单、投资成本低，如采用2组活性炭吸附装置并联，可以做到连续生产。

活性炭吸附法的缺点主要有：活性炭吸附容量有限，需要经常更换，运行成本高，产生废活性炭二次污染物，且属于危险废物，增加了企业运行、处置成本。活性炭需要人工进行更换，具有一定周期性。

3 分析与结论

经过实际测试，低温等离子体法与活性炭吸附法处理效果几乎相同，经过实际对比和经济效益核算，该项目目前采用活性炭吸附法作为固化炉烘干废气处理措施。

目前，有关低温等离子技术处理VOCs的研究很多，但是实际应用还不是很成熟。能量利用效率低，电源要求高，反应产物的控制以及反应动力学都还不成熟。放电反应过程中的中间产物和终产物的分析还不完善，工业应用供理论依据略有不足。

活性炭广泛应用于空气净化、水处理、化工、食品、汽车等生活中的各个领域，工艺传统稳定。由于本项目固化炉烘干废气温度较高(150～180 ℃)，使活性炭吸附效率有所下降，但是依然可以满足废气达标排放的要求。因此，本项目采用活性炭吸附法作为固化炉烘干废气处理措施。

通过分析，以期能对同类工程应用产生指导借鉴作用。