北京市汽车涂装VOCs治理现状与减排潜力分析陈占美
时间：2022/06/25 22:00:11 编辑：
北京市汽车涂装VOCs治理现状与减排潜力分析！
挥发性有机物(VOCs)是光化学污染的重要前体物之一，与细颗粒物(PM2.5)和臭氧(O3)的产生都有着密切的联系，是影响北京市大气环境质量的重要因素之一。据统计，全市VOCs各类源中，溶剂使用源排放贡献比率最大，而表面涂装是溶剂使用的重点内容之一。当前，汽车制造业是北京市的支柱型产业之一，对国民经济发展的贡献十分显著，同时汽车涂装VOCs排放量较大，应作为VOCs减排的重点领域因此，本文充分挖掘环境影响评价文件库数据，首先分析总结了全市汽车制造行业的规模和布局情况，其次对汽车涂装VOCs治理现状进行分析，最后从涂装工序的各个环节识别VOCs减排重点，测算减排潜力，为加强汽车制造业VOCs污染控制提供支持。
01 北京市汽车行业发展概况
1.1 产值占比
汽车制造业对北京市国民经济发展的贡献显著，分析1985—2018年汽车制造业产值占全市工业总产值比例的变化趋势(见图1)，可以看出汽车制造业产值占比由1985年的4.78%增长到2016年的26.38%，2018年有所回落，占比为20.81%，呈现波浪式的增长趋势，其在工业结构中的地位显著提高，充分显示出汽车制造业对全市经济增长的重要作用。此外，按照《北京城市总体规划(2016年—2035年)》的总体部署，新能源智能汽车是未来产业发展的重点领域，致力于打造“北京创造”品牌。由此可见，汽车制造业在今后一定时期内仍然是北京市重点鼓励发展的产业之一。
1.2 产能分布
统计分析所有汽车制造项目的环境影响评价报告可知，北京现有汽车产品类型为乘用车、客车和货车，汽车产能约为230万辆/a，主要品牌有奔驰、现代、北汽、福田、长安，其中乘用车产能约200万辆/a。一般可根据产品附加值，将乘用车分为高端乘用车和普通乘用车，其中北京奔驰汽车属于高端乘用车，产能约67万辆/a，其他品牌属于普通乘用车，产能约133万辆/a。
02 汽车涂装VOCs污染治理现状
2.1 涂装生产工艺
汽车涂装是为了美化车身、提高车的商品价值和使用时间。乘用车车身涂装工序的基本流程为“四层涂四次烘”，用字母C代表每层的涂装喷漆，用字母B代表每次的烘干，“4C4B”是传统的涂装工艺。随着涂料制造及涂装技术的不断改进，可通过环保涂料取代和缩短涂装工序环节，从生产工艺前端控制和减少VOCs的产生量。目前，北京乘用车制造企业除罩光漆外已基本完成水性漆改造，大多数汽车生产企业的涂装线取消了色漆后的烘干段，采用水性紧凑型“4C3B”工艺或免中涂的水性“3C2B”工艺，见图2。
2.2 涂装VOCs治理措施
在涂装工序各环节的废气排放中，烘干环节排放废气中VOCs浓度较高，但都能够实现收集焚烧处理。喷涂环节排放废气的特点是风量大、VOCs浓度低、不易处理。目前，对于溶剂型罩光漆喷涂环节的废气，多采取“转轮吸附浓缩+焚烧”工艺进行处理。水性漆喷涂环节的废气处理方式不完全一致，高端乘用车采取“干式除漆雾(循环风)+转轮吸附浓缩+焚烧”工艺进行处理，喷涂车间80%以上排风可实现循环，既可节能，又可提高废气中VOCs浓度，从而实现浓缩废气焚烧处理，去除废气中VOCs;普通乘用车水性漆基本不进行处理，收集后直接高空排放。
03 涂装工艺减排潜力分析
选取高端乘用车和普通乘用车两类典型项目，对涂装工艺各个环节的VOCs产生、处理与排放情况进行全过程核算，量化分析单车生产过程VOCs去向的分布情况，分析不同治理措施的减排效果，找出具备减排潜力的主要环节。
3.1 VOCs排放水平对比分析
基于2006年以来所有乘用车项目的环评文件，采取物料衡算法测算高端乘用车和普通乘用车单车VOCs的排放量及涂装各环节VOCs去除量，从而识别两类乘用车的污染防治措施与排放量的关联性(见表1)。由表1可知，高端乘用车单车VOCs平均排放量为0.49kg/辆，普通乘用车单车VOCs平均排放量为1.06kg/辆，后者的平均排放量是前者的2.16倍，显著高于前者。分析原因，一方面，普通乘用车采用的涂料品质相对较差，单车VOCs产生量为3.56kg/辆，是高端乘用车的1.44倍;另一方面，普通乘用车缺少对水性漆喷涂环节废气的治理措施，涂装工序VOCs总体去除率相对偏低。因此，水性漆喷涂工序是VOCs减排的重点环节。
3.2 VOCs减排潜力测算
参照高端乘用车水性漆喷涂环节VOCs去除效果，进一步分析普通乘用车水性漆喷涂环节的VOCs减排潜力。基于2006年以来所有普通乘用车项目环评文件中数据分析可知，普通乘用车水性漆喷涂环节平均VOCs产生量为0.53kg/辆，该环节VOCs平均去除效率约为80%。假设普通乘用车生产采用高端乘用车相同的治理措施，则预计可去除VOCs约0.42kg/辆，即普通乘用车涂装工序整体VOCs排放量可在现状排放水平的基础上减少39.62%。如按照全市普通乘用车133万辆/a的产能核算，共计减排VOCs约558.6t/a。
但在实现VOCs减排的同时，也会增加车企的治理成本。对设备改造成本和相应的停产周期进行了初步调查，一条15万辆/a的喷涂生产线由湿式除漆雾工艺改造为干式除漆雾工艺，同时配套建设“转轮吸附+焚烧”的后续处理装置，需要增加约1.5亿元以上的投资，且需要停产约一年的时间。因此，一方面，对于普通乘用车生产企业会形成一定的成本压力;另一方面，技术改造会导致企业阶段性停产，对生产组织会带来较大影响，造成企业经济损失。
04 结语
汽车制造业是北京市的重要支柱型产业之一，对国民经济发展贡献显著，并在未来一定时期仍然是重点鼓励发展的战略产业。从VOCs单车排放量来看，普通乘用车排放量是高端乘用车的2.16倍，因此将普通乘用车作为进一步挖掘VOCs减排潜力的重点领域较为合理。从VOCs减排潜力分析结果来看，普通乘用车水性漆喷涂环节具有较大的VOCs减排潜力，通过将湿式除漆雾改造为干式除漆雾，同时配套安装“转轮吸附+焚烧”后续处理装置，加强漆雾收集和VOCs治理，初步测算在现状排放量的基础上减少39.62%。另外，本文分析研究的数据来源仅为环境影响评价文件，后续可通过开展系统性监测获得一手资料，再结合各生产企业的涂料品质、设备自动化水平，对涂装各环节VOCs产排系数开展更系统的研究。