1. Entstehung und Hauptbestandteile von Sprühlackabgasen
Das Lackierverfahren findet breite Anwendung im Maschinenbau, der Automobilindustrie, der Elektrogeräteindustrie, der Haushaltsgeräteindustrie, der Schiffsindustrie, der Möbelindustrie und anderen Branchen.
Rohstoffe für Lacke —— Lacke bestehen aus nichtflüchtigen und flüchtigen Bestandteilen. Zu den nichtflüchtigen Bestandteilen gehören Filmsubstanzen und Hilfsfilmsubstanzen. Flüchtige Verdünnungsmittel werden verwendet, um den Lack zu verdünnen und so eine glatte und schöne Lackoberfläche zu erzielen.
Beim Lackierverfahren entstehen hauptsächlich Lacknebel und organische Abgase. Der Lack wird unter hohem Druck in Partikel zerstäubt. Beim Sprühen erreicht ein Teil des Lacks nicht die Sprühoberfläche, sondern diffundiert mit dem Luftstrom und bildet so den Lacknebel. Die organischen Abgase entstehen durch die Verflüchtigung des Verdünnungsmittels. Organische Lösungsmittel haften nicht an der Lackoberfläche. Beim Lackieren und Aushärten werden organische Abgase freigesetzt (es wurden Hunderte von flüchtigen organischen Verbindungen nachgewiesen, darunter Alkane, Olefine, Aromaten, Alkohole, Aldehyde, Ketone, Ester, Ether und andere Verbindungen).
2. Herkunft und Eigenschaften der Abgase von Automobilbeschichtungen
Eine Autolackiererei sollte die Lackvorbehandlung, die Elektrophorese und das Spritzlackieren des Werkstücks durchführen. Der Lackierprozess umfasst Spritzlackierung, Trocknung und Trocknung. Dabei entstehen organische Abgase (VOCs) und Sprühnebel, weshalb eine Abgasreinigung in der Spritzlackierkabine erforderlich ist.
(1) Abgase aus dem Spritzlackierraum
Um die Arbeitsbedingungen beim Spritzen gemäß den Bestimmungen des Arbeitsschutzgesetzes aufrechtzuerhalten, muss die Luft in der Spritzkabine kontinuierlich ausgetauscht werden. Die Luftwechselgeschwindigkeit ist im Bereich von 0,25 bis 1 m/s zu halten. Die Abgase bestehen hauptsächlich aus den organischen Lösungsmitteln der Spritzlackierung. Ihre Hauptbestandteile sind aromatische Kohlenwasserstoffe (drei Benzol- und Nicht-Methan-Kohlenwasserstoffe), Alkohole, Ether und Ester. Da das Abgasvolumen der Spritzkabine sehr groß ist, ist die Gesamtkonzentration der organischen Abgase sehr gering und liegt üblicherweise bei etwa 100 mg/m³. Darüber hinaus enthält die Abluft der Spritzkabine oft geringe Mengen an unbehandeltem Farbnebel, insbesondere in Spritzkabinen mit Trockenlackieranlage. Dieser Farbnebel in der Abluft kann die Abgasreinigung behindern, weshalb eine Vorbehandlung der Abgase erforderlich ist.
(2) Abgase aus dem Trockenraum
Vor dem Trocknen der Gesichtsfarbe ist eine Luftzirkulation erforderlich. Beim Trocknen des nassen Farbfilms verflüchtigen sich die organischen Lösungsmittel. Um eine Explosion durch Ansammlung organischer Lösungsmittel in der Raumluft zu verhindern, muss der Raum kontinuierlich belüftet werden. Die Luftgeschwindigkeit sollte üblicherweise bei etwa 0,2 m/s liegen. Die Abluft sollte der Zusammensetzung der Abluft im Lackierraum entsprechen, jedoch keinen Farbnebel enthalten. Die Gesamtkonzentration der organischen Abgase sollte, abhängig vom Abluftvolumen, etwa doppelt so hoch sein und 300 mg/m³ erreichen. Diese Abluft wird üblicherweise mit der Abluft des Lackierraums vermischt und zentral behandelt. Zusätzlich sollten auch die Abluftbecken für Oberflächenlacke ähnliche organische Abgase abführen.
(3)DAbgase
Die Zusammensetzung des Trocknungsabgases ist komplexer. Neben organischen Lösungsmitteln, Teilen des Weichmachers oder Harzmonomers und anderen flüchtigen Bestandteilen enthält es auch thermische Zersetzungs- und Reaktionsprodukte. Bei der Trocknung von elektrophoretischen Grundierungen und lösemittelbasierten Decklacken entsteht zwar Abgas, dessen Zusammensetzung und Konzentration jedoch stark variieren.
※Gefahren von Sprühlackabgasen:
Die Analyse ergab, dass die Abgase aus Spritzkabine, Trockenraum, Farbmischraum und der Abwasserbehandlungsanlage für Decklack eine geringe Konzentration und einen hohen Volumenstrom aufweisen. Hauptbestandteile der Schadstoffe sind aromatische Kohlenwasserstoffe, Alkoholether und organische Esterlösungsmittel. Gemäß der „Umfassenden Emissionsnorm für Luftverschmutzung“ liegt die Konzentration dieser Abgase im Allgemeinen innerhalb der Emissionsgrenzwerte. Um die in der Norm festgelegten Emissionsvorgaben zu erfüllen, wenden die meisten Automobilwerke das Verfahren der Höhenabsaugung an. Obwohl dieses Verfahren die aktuellen Emissionsnormen erfüllt, handelt es sich bei den Abgasen im Wesentlichen um unbehandelte, verdünnte Emissionen. Die Gesamtmenge der von einer großen Lackieranlage emittierten Schadstoffe kann mehrere hundert Tonnen betragen, was die Atmosphäre erheblich belastet.
Farbnebel in organischen Lösungsmitteln – Benzol, Toluol, Xylol – ist ein stark giftiges Lösungsmittel, das in der Werkstattluft freigesetzt wird. Nach dem Einatmen durch die Atemwege kann es bei Arbeitern zu akuten und chronischen Vergiftungen kommen, die hauptsächlich das zentrale Nervensystem und das blutbildende System schädigen. Kurzfristiges Einatmen hoher Konzentrationen (mehr als 1500 mg/m³) von Benzoldampf kann zu aplastischer Anämie führen, häufiges Einatmen niedriger Konzentrationen von Benzoldampf kann auch Erbrechen und neurologische Symptome wie Verwirrtheit verursachen.
※Auswahl des Abgasreinigungsverfahrens für Spritzlackierungen und Beschichtungen:
Bei der Auswahl organischer Behandlungsmethoden sollten im Allgemeinen folgende Faktoren berücksichtigt werden: Art und Konzentration der organischen Schadstoffe, Temperatur und Durchflussrate der organischen Abgase, Feinstaubgehalt und der zu erreichende Schadstoffkontrollgrad.
1SSprühfarbe bei Raumtemperatur behandeln
Die Abgase aus Lackier-, Trocken-, Farbmisch- und Decklack-Abwasseraufbereitungsanlagen weisen eine geringe Konzentration und einen hohen Volumenstrom auf und bestehen hauptsächlich aus aromatischen Kohlenwasserstoffen, Alkoholen, Ethern und Estern. Gemäß GB16297, dem „Umfassenden Emissionsstandard für Luftreinhaltung“, liegt die Konzentration dieser Abgase im Allgemeinen innerhalb der Emissionsgrenzwerte. Um die Emissionsvorgaben des Standards zu erfüllen, wenden die meisten Automobilwerke die Methode der Höhenabsaugung an. Obwohl diese Methode die aktuellen Emissionsnormen erfüllt, handelt es sich bei den Abgasen im Wesentlichen um verdünnte, unbehandelte Emissionen. Die Gesamtmenge der von einer großen Lackieranlage emittierten Schadstoffe kann mehrere hundert Tonnen betragen, was die Atmosphäre erheblich belastet.
Um die Schadstoffemissionen in Abgasen grundlegend zu reduzieren, können verschiedene Abgasreinigungsverfahren kombiniert werden. Die Behandlung großer Abgasmengen ist jedoch sehr kostenintensiv. Ein ausgereiftes ausländisches Verfahren besteht darin, die Abgasmenge zunächst mittels Adsorptions-Desorptions-Systemen um das 15-Fache zu konzentrieren, um die Gesamtmenge zu reduzieren. Anschließend wird das konzentrierte Abgas destruktiv behandelt. Ähnliche Verfahren existieren auch in China. Hierbei wird zunächst die Adsorption (mit Aktivkohle oder Zeolith als Adsorptionsmittel) zur Behandlung von niedrig konzentrierten, bei Raumtemperatur erzeugten Sprühlackabgasen eingesetzt. Nach der Desorption bei hohen Temperaturen wird das konzentrierte Abgas mittels katalytischer oder regenerativer thermischer Verbrennung weiterbehandelt. Ein biologisches Verfahren zur Behandlung von niedrig konzentrierten, bei Normaltemperatur erzeugten Sprühlackabgasen befindet sich in der Entwicklung. Die chinesische Technologie ist derzeit noch nicht ausgereift, verdient aber Beachtung. Um die öffentliche Umweltbelastung durch Abgase aus der Beschichtungsindustrie wirklich zu reduzieren, müssen wir das Problem auch an der Quelle angehen, beispielsweise durch den Einsatz von elektrostatischen Rotationsbechern und anderen Mitteln zur Verbesserung der Ausnutzungsrate von Beschichtungen, die Entwicklung von wasserbasierten Beschichtungen und anderen umweltfreundlichen Beschichtungen.
2DRauchgasreinigung
Trocknungsabgase zählen zu den hochkonzentrierten und heißeren Abgasen und eignen sich für die Verbrennungsbehandlung. Die Verbrennungsreaktion wird durch drei wichtige Parameter bestimmt: Zeit, Temperatur und Verwirbelung (3T-Bedingungen). Die Effizienz der Abgasreinigung hängt im Wesentlichen vom Grad der erfolgreichen Verbrennungsreaktion ab und ist von der Kontrolle dieser 3T-Bedingungen abhängig. Mit einer RTO-Anlage lassen sich die Verbrennungstemperatur (820–900 °C) und die Verweilzeit (1,0–1,2 s) präzise steuern und die notwendige Verwirbelung (vollständige Durchmischung von Luft und organischen Stoffen) gewährleisten. Dadurch wird eine Reinigungseffizienz von bis zu 99 % erreicht, die Abwärmeausbeute ist hoch und der Energieverbrauch im Betrieb gering. Die meisten japanischen und chinesischen Automobilwerke nutzen RTO-Anlagen zur zentralen Abgasreinigung für die Trocknung von Grundierung, Zwischenlackierung und Decklack. Beispielsweise erzielt die Lackieranlage Huadu von Dongfeng Nissan mit zentraler RTO-Abgasreinigung sehr gute Ergebnisse und erfüllt die Emissionsvorschriften vollständig. Aufgrund der hohen einmaligen Investitionskosten für RTO-Abgasreinigungsanlagen ist die Abgasreinigung bei geringen Abgasmengen jedoch nicht wirtschaftlich.
Für die fertige Beschichtungsproduktionslinie können, falls zusätzliche Abgasreinigungsanlagen benötigt werden, katalytische Verbrennungssysteme und regenerative thermische Verbrennungssysteme eingesetzt werden. Das katalytische Verbrennungssystem zeichnet sich durch geringe Investitionskosten und einen niedrigen Energieverbrauch bei der Verbrennung aus.
Im Allgemeinen kann die Verwendung von Platin als Katalysator die Oxidationstemperatur der meisten organischen Abgase auf etwa 315 °C senken. Katalytische Verbrennungssysteme eignen sich für die allgemeine Abgasbehandlung bei Trocknungsprozessen und sind besonders für Trocknungsanlagen mit elektrischer Heizung geeignet. Die Herausforderung besteht darin, eine Katalysatorvergiftung zu vermeiden. Erfahrungsgemäß kann bei Abgasen aus der Oberflächenlacktrocknung durch verstärkte Abgasfiltration und weitere Maßnahmen eine Katalysatorlebensdauer von 3–5 Jahren erreicht werden. Abgase aus der elektrophoretischen Lacktrocknung neigen hingegen leicht zur Katalysatorvergiftung, weshalb bei deren Behandlung mittels katalytischer Verbrennung besondere Vorsicht geboten ist. In der Abgasbehandlungsanlage der Dongfeng-Nutzfahrzeuglackieranlage wird das Abgas der elektrophoretischen Grundierungstrocknung mittels RTO-Verfahren und das Abgas der Decklacktrocknung mittels katalytischer Verbrennung behandelt. Die Ergebnisse sind zufriedenstellend.
※Abgasbehandlungsverfahren mit Sprühlackbeschichtung:
Die Abgasreinigungssysteme der Spritzindustrie werden hauptsächlich für die Abgasbehandlung in Lackierhallen, Möbelfabriken, Maschinenbaubetrieben, Leitplankenwerken sowie in Lackierhallen von Automobilherstellern und Kfz-Werkstätten (4S) eingesetzt. Derzeit existieren verschiedene Reinigungsverfahren, darunter Kondensation, Absorption, Verbrennung, Katalyse, Adsorption, biologische Verfahren und Ionenaustausch.
1. WWassersprühverfahren + Adsorption und Desorption an Aktivkohle + katalytische Verbrennung
Mithilfe eines Sprühturms werden Farbnebel und wasserlösliche Stoffe entfernt. Nach dem Trockenfilter erfolgt die Adsorption in einer Aktivkohle-Adsorptionsvorrichtung, z. B. bis zur vollständigen Adsorption der Aktivkohle. Anschließend wird gestrippt (Strippverfahren mit Dampfstrippung, elektrischer Beheizung, Stickstoffstrippung). Das gestrippte Gas (dessen Konzentration um ein Vielfaches erhöht ist) wird mittels eines Strippventilators in die katalytische Verbrennungsvorrichtung geleitet, wo es zu Kohlendioxid und Wasser verbrannt und anschließend abgeleitet wird.
2. WWassersprühverfahren + Adsorption und Desorption an Aktivkohle + Kondensationsrückgewinnung
Mithilfe eines Sprühturms werden Lacknebel und wasserlösliche Stoffe entfernt. Nach der Trockenfiltration erfolgt die Adsorption in einer Aktivkohle-Adsorptionsanlage (z. B. bis zur vollständigen Adsorption an der Aktivkohle) und anschließend die Strippung (mittels Dampf-, Elektro- oder Stickstoffstrippung). Nach der Behandlung wird das Abgas durch Adsorption konzentriert und kondensiert. Wertvolle organische Stoffe werden durch Abtrennung gewonnen. Dieses Verfahren eignet sich für die Abgasbehandlung bei hohen Konzentrationen, niedrigen Temperaturen und geringem Luftvolumen. Allerdings sind die Investitions-, Energie- und Betriebskosten dieses Verfahrens hoch. Die Konzentration von Benzol und anderen Schadstoffen im Abgas von Lackieranlagen liegt in der Regel unter 300 mg/m³. Gleichzeitig ist das Luftvolumen hoch (in Lackieranlagen der Automobilindustrie oft über 100.000 m³). Da die Abgase aus der Automobillackierung organische Lösemittel enthalten, ist deren Recycling schwierig und es besteht die Gefahr von Sekundärverschmutzung. Daher wird dieses Verfahren in der Lackierbranche im Allgemeinen nicht angewendet.
3. WAste-Gasadsorptionsmethode
Die Abgasbehandlung von Sprühlackierabgasen lässt sich in chemische und physikalische Adsorption unterteilen. Da die chemische Aktivität von Benzol-haltigen Abgasen gering ist, wird in der Regel keine chemische Adsorption angewendet. Physikalische Adsorptionsflüssigkeiten absorbieren weniger flüchtige Stoffe und Komponenten mit höherer Affinität zu Wärme, Kühlung und Wiederverwendung. Die Sättigungsadsorption wird analysiert. Dieses Verfahren eignet sich für Luftverdrängung, niedrige Temperaturen und geringe Konzentrationen. Die Installation ist komplex, die Investitionskosten sind hoch, die Wahl der Absorptionsflüssigkeit ist schwierig, und es entstehen zwei Arten von Umweltbelastungen.
4. AAktivierte Kohlenstoffadsorption + UV-photokatalytische Oxidationsanlage
(1) Direkte Adsorption organischer Gase an Aktivkohle, wodurch ein Reinigungsgrad von 95 % erreicht wird; einfache Ausrüstung, geringe Investitionskosten, bequeme Bedienung; jedoch muss die Aktivkohle häufig ausgetauscht werden; geringe Schadstoffkonzentration; keine Rückgewinnung möglich. (2) Adsorptionsverfahren: Adsorption organischer Gase an Aktivkohle, Desorption und Regeneration der Aktivkohle durch Sättigung mit Luft.
5.AAktivierte Kohlenstoffadsorption + Niedertemperatur-Plasmaanlage
Nach der Adsorption an Aktivkohle erfolgt die Abgasreinigung mittels Niedertemperatur-Plasmaanlage. Dabei werden die Abgasnormen erfüllt. Das Ionenplasma-Verfahren nutzt Plasma zur Zersetzung organischer Abgase, beseitigt Gerüche, tötet Bakterien und Viren ab und reinigt die Luft. Es gilt als international anerkannte Spitzentechnologie und wird von Experten im In- und Ausland als eine der vier wichtigsten Umwelttechnologien des 21. Jahrhunderts bezeichnet. Der Schlüssel dieser Technologie liegt in der Aktivierung des Gases durch Hochspannungsimpulse. Diese erzeugen eine Vielzahl aktiver freier Radikale wie OH, HO₂ und O. Benzol, Toluol, Xylol, Ammoniak, Alkane und andere organische Abgase werden abgebaut, oxidiert und es finden weitere komplexe physikalisch-chemische Reaktionen statt. Die Nebenprodukte sind ungiftig, wodurch Sekundärverschmutzung vermieden wird. Die Technologie zeichnet sich durch extrem niedrigen Energieverbrauch, geringen Platzbedarf, einfache Bedienung und Wartung aus und eignet sich besonders für die Behandlung von Gasen mit unterschiedlichen Komponenten.
BKurzfassung:
Da es mittlerweile viele verschiedene Behandlungsmethoden auf dem Markt gibt, wählen wir, um die nationalen und lokalen Behandlungsstandards zu erfüllen, in der Regel mehrere Behandlungsmethoden in Kombination aus, um das Abgas zu behandeln, und zwar entsprechend unserem jeweiligen Behandlungsprozess.
Veröffentlichungsdatum: 28. Dezember 2022
