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集装箱制造业VOCs治理之路

文章导读: VOCs减排控制技术一般分为源头控制、过程控制和末端治理三个环节,集装箱行业的VOCs治理也遵循着这个体系。

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文 | 陈小方 陈柄旭

责编:赵泽

(本文刊发于《中国经济周刊》2017年第24期)

集装箱制造业是典型的高消耗、高污染产业。我国集装箱制造业排放的VOCs总量在各行业中排名前十。

控制集装箱行业的VOCs排放,要从喷涂环节下手。VOCs减排控制技术一般分为源头控制、过程控制和末端治理三个环节,集装箱行业的VOCs治理也遵循着这个体系。

VOCs排放贯穿集装箱制造始终

我国生产的集装箱大致可分为普通(干货)集装箱和特种集装箱。这两种集装箱的生产工艺大致相同,都是从钢板预处理开始,经过冷轧成型加工、焊接组装、整箱喷砂、喷漆及完工线装配等十几道工序,其中关键工艺为钢材预处理、冷加工成型、焊接组装及喷漆4个部分。

集装箱制造的第一道工序和最后一道工序都是涂装,它不仅贯穿着集装箱制造的始终,而且要与整个集装箱工艺相适应。

集装箱生产中的VOCs排放主要来自于富锌漆、中层漆、沥青漆、面漆、修补漆等涂料的喷涂、烘干等过程,颗粒物的排放则主要来自于钢材预处理、焊接、组装、打砂等过程。另外,在集装箱生产过程中的局部及死角部位喷涂、修补、零件表面涂装等亦会产生VOCs排放。这些工艺大多数为人工操作,分散面广,VOCs的浓度、流量小。

p73 国内一家集装箱生产企业的车间

国内一家集装箱生产企业的车间

源头控制:推广使用水性涂料

传统溶剂型涂料中含有大量VOCs成分。样品检测结果显示,集装箱喷涂工艺所用的底漆中 VOCs 含量约为 17.9%~25%(质量比,下同),面漆中 VOCs 含量约为25%~70%。溶剂型涂料中的VOCs成分在使用过程中会挥发出来,产生严重的VOCs污染。随着环保法规日趋严格,国际集装箱标准化委员会对集装箱涂料的环保和卫生提出较高的要求,比如,涂料内不得含镉、铅、铬、汞等重金属;采用磷酸盐等无毒的颜料;高固体分低VOCs含量的涂料等。于是用VOCs含量小的水性涂料替代溶剂型涂料成为目前最好的选择。

但目前水性涂料的推广应用还存在着许多技术难点:一是在底漆喷涂阶段,业界采用“包络技术”防止“富锌底漆”中锌原子被氧化,即将锌粉用少量有机溶剂包络并溶解于低VOCs介质。使用水性涂料后,则必须在协调包络技术所采用的有机溶剂含量的极限基础上达到降低VOCs目的。

二是水性涂料存在的“闪锈”问题。集装箱在打砂工艺之后,钢材不能接触水汽,否则会发生“闪锈”,即在“打砂”后的粗糙钢材表面尖峰点上出现快速氧化锈蚀现象。使用水性涂料将大大增加“闪锈”发生的概率。

三是水性涂料的涂装工艺技术难点。将溶剂改为水性体系后,由于水和低含量有机溶剂的凝固点约为0℃,加上空气中有大量的水分,所以,喷涂水性涂料低于一定温度和高于一定湿度时,就无法形成有效的涂膜。此外,水性涂料在干燥过程中,干燥度需要达到一定要求,否则也无法形成有效涂膜。

四是水性涂料的成膜质量缺陷。水性涂料在涂装过程中会有较多的成膜质量缺陷,如起泡、开裂、流挂、针孔、发霉、闪锈等。

过程控制:改进集装箱生产工艺

现有涂装工艺改进主要集中在一次底材处理涂装方式、内表面的自动喷涂、静电涂装等方面,这些工艺的改进具体如下:

一次打砂车间底漆辊涂工艺。传统集装箱生产过程中钢板预处理是在自动打砂机中一次完成的,这种车间底漆喷涂方式存在涂料损耗大、占用场地大等缺点。2007 年中集集团尝试使用自动辊涂工艺进行车间底漆的施工,实现生产过程在自动流水线中一次完成,从而大幅降低涂料损耗:涂料用量减少20%,溶剂用量减少50%,每个集装箱能减排15%。经济方面也能节约成本20~30美元/标准集装箱。

整箱自动喷涂工艺。传统集装箱箱体部分位置采用人工喷涂的方式,喷涂损耗大、施工节奏慢。2007年起,部分集装箱生产企业开始采用“喷枪固定、集装箱移动”的喷涂方式,将涂装的条件参数输入电脑程序,由电脑控制喷枪和涂装机工作,提高了涂装效率,节省了涂料,还降低了工作人员的健康风险。

静电喷涂。目前集装箱涂料的大部分损耗发生在快速施工过程中的漆雾飞溅。为了降低涂料损耗,中集集团和胜狮集团的部分箱厂先后进行了静电喷涂试验,通过对环氧富锌底漆和环氧中间漆、内面漆进行静电喷涂,可以降低涂料损耗近 20%。

末端治理:治理技术的革新

在集装箱制造业VOCs末端治理中,“活性炭吸附—水蒸气脱附—溶剂回收”工艺得到普遍应用。该工艺原理是将漆房排出的含有机溶剂的废气由排风机抽送入回收系统;在回收系统中先进行过滤、冷却等预处理,去除废气中部分有害成分;之后废气抽送进入复合炭床吸附罐内,溶剂分子被罐中活性炭吸附在缝隙中,净化气体排入大气。一定时间后吸附罐吸附达饱和,系统会自动通入水蒸气脱附,脱附下来的有机溶剂和水蒸气的混合液体冷却后进入自动分离器分离,分离的溶剂为喷漆所用。

上述溶剂回收方法对油性漆的污染气体回收率可达 90%,但随着水性漆在行业内的推广应用,这种末端治理技术已经无法满足新的生产工艺需求,比如水性漆VOCs含量比油性漆少得多,继续用溶剂回收技术处理废气,会使成本大幅提高。所以,越来越多的集装箱制造企业采用了新的治理工艺——“固定床活性炭吸附—热风脱附—催化燃烧”工艺。

从近年来集装箱制造企业有机废气处理的实践看,新的处理工艺具有较好的技术经济适用性,能适应集装箱制造厂有机废气的大风量、低浓度的特点。新方法采用的活性炭吸附—热风脱附—催化燃烧—余热利用这一工艺路线,与溶剂回收法相似,同样经过活性炭的吸附和脱附的过程,不同之处在于,新方法将脱附出的有机废气经过催化燃烧。目前,多家集装箱企业已采用这种工艺治理有机废气,经多次环保验收监测及许多次的内部监测,排放浓度稳定达标。相比溶剂回收法,这种工艺所需的运行成本、占地面积、操作简便等性能指标均有明显改善,取得较好的社会效益和经济效益。

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2017年第24期《中国经济周刊》封面

2017年第24期《中国经济周刊》封面

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(网络编辑:崔晓萌)
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