摘要：珠三角某涂料加工企业采用“沸石转轮协同蓄热燃烧（RTO）”技术对涂料生产废气中的挥发性有机物（VOCs）进行治理，对设备投用后1 a内的治理效果及其天然气的消耗量进行跟踪。结果显示系统排口非甲烷总烃（NMHC）平均值小于6 mg/m3，为排放标准浓度限值的6%；系统冷、热启动阶段天然气消耗量分别为30~50 m3/次和7.24 m3/次；产能高峰平均分布的月份，月度天然气日均消耗量可小于40 m3/d。

　　关键词：工业废气；清洁生产；天然气；技术协同；大气治理

　　0引言

　　随着我国城市化进程的快速推进，我国涂料的产量快速增长。与发达国家相比，我国溶剂型涂料比例大，在涂料加工、涂装过程中，有机溶剂大量挥发，成为我国VOCs的主要排放来源之一，近年来国家对涂料行业VOCs的排放逐渐收紧。珠江三角洲地区是涂料制造业的重要集聚地，VOCs主要来源于家具制造、建筑涂料使用和制鞋业等典型行业[1]。本文以珠三角地区一家典型涂料制造企业的VOCs末端治理为实验对象，对该项目设计实例的工况进行分析和工艺比选，并对建成后投入运营1 a内的RTO的净化效果和天然气能耗表现进行分析，给该工艺在相关行业的应用提供数据支持，并探讨后续工艺优化的方向。

　　1项目设计实例探究

　　1.1研究对象

　　研究对象为珠三角地区一家典型涂料制造企业，该企业主要产品为聚酯装修漆、水性漆、UV漆、PU家具漆、硝基漆、PE漆、NC漆、乳胶漆等涂料。每日生产8 h，一周生产6 d；年生产时间约为300 d，项目设计风量为90 000 m3/h。

　　各主要产品产污环节的生产过程多为物理混合，无需加热。

　　1.1.1 PU聚氨酯漆生产工艺废气排放描述

　　在半成品物料搅拌、高速分散工段，VOCs将因剧烈的扰动而大量散发到空气中；钛白粉、滑石粉向分散缸中投料过程会产生一定量的粉尘；整个生产工艺中产生的废气成分包括粉尘、二甲苯、甲苯、丙烯酸、非甲烷总烃等。

　　1.1.2固化剂生产工艺废气排放描述

　　固化剂生产阶段，分别将高浓度固化剂与二甲苯、醋酸丁酯、PMA、三甲苯混合在一起，在搅拌、过滤和灌装这几道工序中都涉及到对溶剂产生扰动，扰动过程需要人员频繁操作，难以对操作区域进行相对密闭，因此VOC大量挥发到车间内无组织逸散。

　　1.1.3稀释剂生产工艺废气排放描述

　　将原材料二甲苯、醋酸丁酯、环己酮、PMA、三甲苯等经过低速搅拌混合,在搅拌、过滤和灌装这几道工序中都涉及到对溶剂产生扰动，VOC大量挥发到车间内无组织逸散。

　　1.2研究方法

　　1）对废气处理工艺进行比选，确定研究案例治理工艺。

　　2）在企业生产高峰时段，以月度为单位，于厂内生产高峰时段（09：00—10：30之间，14：00—15：30），对沸石转轮协同RTO治理系统排口进行第三方气体检测，收集检测报告进行废气处理净化效果分析；

　　3）跟踪记录365 d内沸石转轮协同RTO治理系统分别在热启动、冷启动及正常运行时天然气消耗量，分析系统的月度和日均天然气能耗数据分布。

　　2工艺比选及配置确定

　　2.1废气处理工艺比选

　　涂料生产废气具有大风量，低浓度的特点，需要对废气进行预除尘后吸附浓缩，再通过燃烧处理，一方面更具经济性，另一方面处理效率也能得到保障。

　　经查询《涂料、油墨及胶黏剂制造业挥发性有机物治理实用手册》的建议工艺路线总体为除尘+吸附浓缩+燃烧/催化燃烧两类。本案例吸附浓缩方面材料的选择为沸石材料；燃烧方式方面有催化燃烧（CO），蓄热式催化燃烧（RCO）和蓄热式燃烧（RTO）三种，需要进行比选。

　　针对喷涂废气的VOC治理，已有不少研究可供参考：魏冰比较计算了催化氧化装置（CO）、蓄热式氧化装置（RTO）、蓄热式催化氧化装置（RCO）的理论运行费用和经济效益，结果表明，在适宜使用催化剂的工况条件下，RCO能效比较高；RTO和CO分列其后[2]。胡德福等人研究了沸石转轮吸附浓缩-蓄热燃烧工艺在船舶涂装有机废气处理中的应用，该实例应用结果表明，吸附浓缩-RTO工艺对该行业“大风量，较低浓度”的废气处理具有高效率、低能耗的特点[3]。

　　考虑到催化剂的使用环境要求较为严苛，且催化燃烧效率低于RTO，故从处理效果，技术成熟度等方面考虑，吸附浓缩设备选择采用沸石转轮，燃烧设备选择蓄热式燃烧（RTO），预处理设备选择滤筒除尘及干式过滤。

　　2.2 VOCS治理系统主要设备配置参数(表1)

　　3沸石转轮协同蓄热燃烧废气治理系统的净化效果

　　3.1排放要求

　　处理后的排放废气符合《涂料、油墨及粘胶剂工业大气污染物排放标准》（GB 37824—2019）排放要求。

　　3.2净化效果

　　本文对该VOC治理系统的治理效果持续跟踪，收集了自24年7月—25年5月共计9份检测报告。检测结果如表2：

　　近1年的9份第三方检测报告结果显示，VOC治理系统排气筒处NMHC的排放量均低于6 mg/m3，本项目VOC的治理效果显著，仅为排放标准质量浓度要求6%。

　　4沸石转轮协同RTO系统的天然气能耗表现

　　4.1沸石转轮协同RTO系统启动过程天然气能耗表现

　　4.1.1热启动能耗

　　24年8月30日—24年9月30日期间，每日对RTO热启动过程中的天然气消耗情况进行了记录，结果如表3：

　　RTO在该项目热启动时，从启动温度升温到780℃,所消耗的天然气体积平均值为7.24 m3/h；

　　4.1.2冷启动能耗

　　24年10月5日，25年2月7日，分别两次对RTO冷启动消耗的天然气情况进行了记录，结果如表4：

　　在经历2次长时间放假后，RTO冷启动时，从冷却温度升温到780℃,所消耗的天然气在30~50 m3/h之间。

　　许岩[4]根据理论计算，得到设计处理风量为16 000 m3/h的RTO设备从冷启动状态达到饱和蓄热状态，需要消耗138.4 m3天然气，远大于本文研究对象的实测数据。推测可能原因是该设备处理风量大于本文研究对象，蓄热体装填量更大，将冷态蓄热体加热到工作温度所需的天然气消耗量更大；其次理论计算与实际情况存在一定的差异。

　　4.2沸石转轮协同RTO系统正常运行的天然气能耗表现

　　本项目记录了自24年6月1日—25年5月31日1 a内每日的厂内天然气消耗量，现对数据进行分析。厂内天然气表所记录天然气消耗数据为厂内锅炉与RTO共计的天然气消耗总量，因此，计算RTO正常运行时的天然气消耗量需剔除异常数据。

　　异常数据的构成：厂内锅炉运行时天然气消耗量明显增高的天数；厂内休息未启动RTO或锅炉，天然气消耗量为0的天数。

　　基于上述原则，剔除出来的异常天数总量为87 d，剩余正常运行的时间为278 d/a。后续以这278 d的天然气消耗量作为计算和分析的依据。

　　4.2.1系统正常运行时年天然气消耗量在不同用量区间分布(图2)

　　剔除天然气使用异常天数后，日天然气消耗量在30~70 m3/d的总天数为230 d，占比为82%，为RTO天然气使用量最主要的区间。其中：

　　1）天然气使用量在40~50 m3/d的天数为84 d，远远高于其他区间，占总正常运行天数的比例为30.22%；

　　2）天然气使用量在50~60 m3/d的天数为57 d，占总正常运行天数的比例为20.5%，为占比第二高区间；

　　3）天然气使用量在30~40 m3/d的天数为48 d，占总正常运行天数的比例为17.27%，为占比第三高区间。

　　4.2.2系统正常运行时日均天然气消耗量

　　根据图3显示数据可以发现，一共有4个月份的天然气日均消耗量较低，分别为24年10月、12月，25年4月、5月，均少于50 m3/d；而有两个月份的天然气日均消耗量明显偏高，分别为25年1月、2月。

　　这两项数据体现出来的燃气消耗情况，与厂内生产的高峰、低谷段相匹配。1、2月份为过年前后的两个月，订单量相对较少，每日的工作负荷较低，因此要维持RTO的运行温度必须添加更多的天然气进行助燃；而3、4、5三个月，随着订单量的恢复，日产能逐渐恢复，RTO的天然气消耗量形成降低趋势，同时天然气消耗量少的天数占比逐渐提升，废气处理系统处于较经济的运行状态。

　　胡志军[5]将沸石转轮浓缩及蓄热氧化处理技术应用于印刷挥发性有机废气，计算得到RTO正常运行所需补充的天然气量为5.5 m3/h；与本文所研究的沸石转轮+RTO应用于涂料生产废气所需的天然气消耗量接近。

　　5结语与展望

　　“沸石转轮协同RTO”工艺在珠三角某涂料加工企业废气治理实例中可看出，从为期1年的跟踪记录数据证明了该工艺在处理效果、能耗表现和运行稳定性方面表现优异，在涂料加工废气行业具有适用性。

　　后续可通过建立数据库，将工厂产能状况、VOCs治理系统的进气浓度数据纳入统计，并与已有的能耗数据进行关联，利用AI大模型对数据库中的数据进行分析，可实现对未来产能-进气浓度-能耗的连锁预测，实现控制逻辑的优化以及自适应运行，这是进一步探索的方向。

参考文献

　　[1]余宇帆，卢清，郑君瑜，等.珠江三角洲地区重点VOC排放行业的排放清单[J].中国环境科学，2011（2）：195-201.

　　[2]魏冰.与转轮配套的氧化装置能效对比分析[J].节能与环保，2021（4）：100-101.

　　[3]胡德福，戴君煜，马辛.吸附浓缩-蓄热燃烧工艺在船舶涂装有机废气处理中的应用[J].2021（11）：155-159.

　　[4]许岩.蓄热式热力氧化炉节能效果与碳减排核算[J].资源节约与环保，2025（4）：5-9.

　　[5]胡志军，王志良.沸石转轮浓缩及蓄热氧化处理印刷挥发性有机废气[J].广州化学，2024（2）：43-48.