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涂料行业清洁生产实践 * 杨姗姗1展思辉1杨洋1朱丹丹1于宏兵1李轶2 1. 南开大学 环境科学与工程学院， 天津 300071; 2. 天津大学 理学院化学系， 天津 300072 摘要 严峻的环境和能源问题严重限制了我国涂料行业的进一步发展。以某涂料生产企业为例， 分析了涂料行业的生 产特点及清洁生产潜力。针对该企业存在的问题， 提出了可行的清洁生产方案共 21 项， 可有效地减少涂料生产带来 的环境污染， 对我国涂料行业的可持续发展具有重要意义。 关键词 涂料行业; 清洁生产; 节能减排 DOI 10. 13205/j． hjgc． 201408035 PＲACTICE ON CLEANEＲ PＲODUCTION OF COATINGS INDUSTＲY Yang Shanshan1Zhan Sihui1Yang Yang1Zhu Dandan1Yu Hongbing1Li Yi2 1. College of Environmental Science and Engineering，Nankai University，Tianjin 300071，China; 2. Department of Chemistry，Faculty of Science，Tianjin University，Tianjin 300072，China AbstractThe severe environmental and energy problems seriously have restricted the further development of coatings industry in China． Taking cleaner production audits of a coatings enterprise for example，the production characteristics and cleaner production potential of the coatings industry were analyzed． According to the existing problem of the enterprise，21 feasible clean production schemes were put forward，which would effectively reduce the pollution caused by coatings industry． These schemes had importance to sustainable development of paint industry in China． Keywordscoatings industry;cleaner production;energy- saving and emission- reduction * 国家自然科学基金 21377061，21003094 ; 天津自然科学基金 12JCQNJC05800 ; 天津科技支撑重点项目 13ZCZDSF00300 。 收稿日期 2013 －10 －21 0引言 涂料被广泛应用于汽车、 家电、 五金、 建材、 输油 管道的表面涂装上。作为国民经济中重要的一部分， 涂料行业受下游工业和民用两方面的需求影响， 目前 保持年均 10 的增速增长。预计 2015 年， 涂料产量 将达到 1230 万 t［1- 3 ］。2009 年， 我国已经超过美国成 为涂料大国， 庞大的生产和快速的增长使涂料行业成 为 “排放大户” ， 单从 “三废” 来看， 涂料行业清洁生产 审核势在必行 ［4 ］。 1清洁生产的定义 清洁生产是指不断采取改进设计， 使用清洁的能 源和原料， 采用先进的工艺技术与设备， 改善管理， 综 合利用等措施， 从源头消减污染， 提高资源利用效率， 减少或者避免生产服务和产品使用过程中污染物的 产生和排放， 以减轻或者消除对人类健康和环境的 危害 ［5- 6 ］。 2涂料行业清洁生产开展状况 涂料行业的清洁生产包括很多种方式， 也是一个 长远的目标， 只有各大中型企业的配合并不能达到所 要的效果， 很多小厂对清洁生产并不积极， 且在资金、 技术方面也会存在相应的问题。为了配合清洁生产， 国家出台了各项措施， 保障清洁生产的顺利进行。全 球经济一体化和现代工业大生产对我国的涂料行业 清洁生产提出了更高的要求。国家为此相继出台清 洁生产方面的法律法规， 以及和法律法规相配套的技 术标准， 为规范涂料行业实施清洁生产起到了重要的 作用。 3涂料行业的清洁生产潜力分析 3. 1原辅材料和能源方面 3. 1. 1原辅材料消耗 涂料生产过程中消耗的主要原材料是聚酯树脂。 741 清洁生产与节能减排 Cleaner Production，Energy- Saving ＆ Emission Ｒeduction 为了生产符合标准要求的涂料， 取得良好的经济技术 指标， 所有原料必须符合一定的质量要求。聚酯树脂 涂料是以聚酯树脂为主要成膜物质的涂料。它是由 多元醇和多元酸缩聚而成。与聚氨酯涂料的区别在 于聚酯涂料的分子中不含有氨基“ NH” 。聚酯 树脂涂料广泛应用于中高档涂料、 低污染的高固体 粉、 粉末涂料中。 涂料行业最常用的饱和聚酯树脂是含羟基官能 团的聚酯树脂， 通过与异氰酸酯、 氨基树脂等树脂交 联固化成膜。其特点是光泽度高、 丰满度好、 硬度高、 柔韧性好、 耐磨和耐热性好、 保光和保色性良好。宜 做潮湿热电机的漆包线涂料 155 级、 180 级 、 浸渍 绝缘涂料、 金属底色漆、 汽车中途及高档的工业涂料 和清漆、 户外高装饰性涂料等。 3. 1. 2设备及能源消耗 生产涂料的耗电设备包括微粉机、 高速混合机、 双螺杆挤出机、 空气压缩机、 电动葫芦、 循环水泵等。 主要耗电设备是微粉机、 高速混合机和双螺杆挤出 机， 约占车间生产总耗电量的 80 以上。涂料生产 行业是高耗能产业， 同时也是最具节能潜力的行业。 节约能源， 提高能源利用效率是实现清洁生产的目标 之一。 3. 2技术工艺方面 涂料生产的技术工艺过程分为 8 个部分 1 打 样 按照客户要求配方制作样品， 检测合格后投产; 2 配料 按照配方称取原材料， 确认准确后投入混料 机; 3 混合搅拌 以 500 r/min 混合搅拌 3 min 后放 出; 4 进料挤出 开机预热至 200 ℃， 开始挤出; 5 压 片 压片机出片， 厚度适宜; 6 碾碎 通过烘干线烘干 后投入碾碎机碾碎， 进入收集室回收包装; 7 包装 内部塑料袋包装， 外面纸箱包装; 8 入库 交付 包 装后抽检， 合格后入库， 按照定单安排办理交付。 3. 3废弃物方面 涂料企业的粉尘为混合性粉尘， 因含有化学成分 不同具有一定的毒性， 可以导致混合性尘肺和职业中 毒。在涂料生产工艺过程中的混合搅拌阶段， 会产生 大量的粉尘， 不但造成大量的原辅材料浪费， 而且员 工吸入产生的粉尘， 会对人体造成极大的伤害。所 以， 企业员工在防护上应佩戴防尘口罩。 在生产过程中损失的物料为装罐、 搅拌时溅出的 物料致废品率为 0. 3。配料、 装罐、 搅拌时的外溅 物主要由于粉尘在搅拌过程中会有飞溅， 可以通过对 搅拌桶加盖进行搅拌， 这样可以减少粉尘的挥发并且 加强员工的管理， 减少人为失误造成的损失。 3. 4环境管理及员工素质 不断加强企业环境管理、 提高员工素质和专业技 能、 强化环保节能意识， 建立健全企业能源管理制度， 是企业可持续发展的重要保证。企业的环保意识和 环保水平成为企业经营能力和管理水平的标志［7 ］。 4某涂料企业清洁生产审核实例 4. 1企业概况及存在问题 某涂料企业主要生产环氧/聚酯、 纯环氧、 纯聚酯 三大类型的有光、 半光、 无光、 斑纹等花色品种的粉末 涂料， 设计年产能2 000 t。粉末涂料是将各种不同树 脂、 颜料、 填料等按照配方混配后在经过搅拌、 挤出、 压片、 碾碎而成的粉末状涂料， 使用时通过加热后固 化在产品表面， 产品光泽、 硬度、 耐候性等都高于溶剂 型涂料。生产工艺流程如图 1 所示。 图 1涂料生产工艺流程 Fig．1The process flow diagram for coatings production 1 企业生产粉末涂料的原辅材料主要有树脂、 填充剂、 颜料和助剂等。原辅材料在堆放的时候， 存 在一定数量的流失和浪费; 另外还存在一定的挂袋损 失。而且在使用过程中， 缺少必要的管理控制程序， 浪费散落现象严重。 2企业主要能源消耗为电力。主要大功率能耗 设备有微粉机、 双螺杆挤出机、 高速混合机等。企业 所用大功率设备较多， 部分电机没有进行变频工艺升 级改造; 部分设备存在 “大马拉小车” 现象， 造成电力 资源的无谓浪费。设备的维护和保养不够完善， 电机 噪声较大。 3企业生产过程中混合搅拌和碾碎工序产生大 量的粉尘， 导致生产车间内浮尘较大， 造成劳动环境 和劳动卫生差。生产车间内各类机械设备产生较大 的噪声， 对职工身体健康造成伤害， 建议采用防护措 施或者设备 ［8 ］。 4企业过程控制人工控制占很大分量， 缺乏自 动控制、 计量检测分析仪表不全， 监测数据较少， 不能 841 环境工程 Environmental Engineering 实现优化控制。 5企业员工的节能意识淡薄， 无形中造成能源 的浪费， 而且员工对清洁生产的认识有待提高和加 强， 还没有充分理解清洁生产的重要性和必要性。对 清洁生产与日常工作的联系认识不足， 缺乏在日常工 作中严格贯彻清洁生产战略的主动性。 4. 2清洁生产方案的确定 在现场调研和初步了解企业情况的基础上运用 简单比较法并同专家讨论， 确定审核重点为单位产品 电耗、 单位产品原材料消耗量和废气中粉尘含量， 通 过参照发改委颁布的涂料制造业清洁生产评价指 标体系 试行 中评价基准进行对比， 找出问题与差 距， 并依此设定清洁生产目标， 见表 1 所示。 表 1清洁生产目标 Table 1The goal of cleaner production 项目现状近期目标方案完成后 单位产品综合能耗/ t t －1 0. 1240. 120. 115 单位产品原材料消耗量/ t t －1 1. 0121. 0101. 008 废气中的粉尘含量/ mg m －3 3. 53. 23. 0 4. 2. 1无/低费方案的产生 通过企业调研和生产现场考察， 紧密围绕着原辅 材料、 设备、 过程控制、 废弃物产生及重复利用、 运营 管理等方面， 具有针对性、 可操作性强， 花钱少、 见效 大等特点， 在预评估阶段提出了 19 项清洁生产无低 费方案。这些方案基本都是生产一线人员提出的， 充 分反映了生产中的实际情况， 都是亟待解决的问题。 这些方案的实施明显提高了企业的生产水平和管理 水平， 同时为企业带来明显的经济效益、 环境效益和 社会效益。 4. 2. 2中/高费方案的产生 粉末涂料生产车间的物料平衡如图 2 所示。由 图 2 可以看出 每次投料生产时损失较大， 约占合格 产品的 0. 6。其中每次投料时粉尘的起尘率约为 2， 不仅造成了环境污染和经济损失， 更是对能源、 资源的浪费。因此， 可以通过安装袋式除尘器， 保证 车间工人在一个合理的环境下进行生产， 从而提高的 生产效率， 节约能源和资源利用率。 某企业涂料生产主要进行冷加工， 没有热反应过 程， 全部使用电能设备。通过对企业生产用电设备的 耗电情况分析 见表 2 ， 结合现场考察可以看出， 耗 电量较大的设备有双螺杆挤出机、 高速混合机和微粉 机等 表 3 。其中， 4 台双螺杆挤出机耗电占 29， 图 2涂料生产车间物料平衡 Fig．2Material balance for coatings production workshop 3 台微粉机耗电占27， 3 台高速混合机耗电占 25。 车间内的主要耗电设备存在 “大马拉小车” 现象， 需要 进行变频改造， 因此， 此处的电能清洁生产潜力较大， 进行节能改造将取得的经济效益也会较大 ［ 9 ］。 表 2生产用电设备耗电情况 Table 2The power consumption of electrical equipments 设备名称数量功率/kW耗电百分比/ 高速混合机222. 515 高速混合机11510 双螺杆挤出机318. 516 双螺杆挤出机11113 微粉机23015 微粉机13012 空气压缩机1156 循环水泵22. 52 电动葫芦53. 83 高压静电发生器388 表 3中/高费方案一览表 Table 3List of medium/high- cost schemes 编号 清洁生产 方案 方案内容 预期效益 环境效益经济效益 GF1 安装变 频器 对双螺杆挤出机、 高速混 合机和微粉机等安装变 频调速装置， 实现自动控 制， 提高用电设备的实际 效率， 降低厂自用电率 节电 2. 2 万 kWh/a， 折 标煤 2. 7t 2. 09 万元/a GF2 安装袋式 除尘器 针对生产车间中出现的 大量粉尘， 避免造成原材 料的浪费及对人体的伤 害， 建议安装袋式除尘器 降低车间粉 尘含量， 并可 将收集粉尘 回用， 可节约 原材料2 1 万元/a 两种中/高费方案的使用建议如下 1 GF1 安装变频器 安装变频调速装置可以根据 系统的需要， 调节电机的转速， 消除节能损失， 节约能 量， 提高设备的运行效率和可靠性。目前， 变频调速 装置已广泛应用于电机、 风机等用电设备的节能上。 通过对某企业每条生产线上各个设备运行记录有关 941 清洁生产与节能减排 Cleaner Production，Energy- Saving ＆ Emission Ｒeduction 技术参数的统计， 以及现场对生产过程情况的观察发 现， 微粉机负荷波动较大， 双螺杆挤出机的调整不够 合理， 使得该设备的实际运行效率低于设计效率。 建议企业对耗电较大的电动设备 微粉机、 高速 混合机、 双螺杆挤出机等 安装变频调速装置， 实现 自动控制， 以利于合理调节各电动设备的使用功率， 改善生产状况， 提高用电设备的实际效率。经实际检 测， 微粉机的节电率为 35。一台 30 kWh 的微粉 机， 负载量 50， 每天运行24 h， 则350 d 预计改造投 资额约 2. 4 万元 变频器单价按 0. 24 万元， 数量 10 个 ， 改造后年节电量约 2. 2 万 kWh， 年节约费用约 2. 09 万元。 2 GF2 袋式除尘器 某企业在混合搅拌和生产碾 碎的过程中， 会产生大量的粉尘， 不但造成大量的原 辅材料浪费， 而且员工吸入产生的粉尘， 会对人体造 成极大的伤害。袋式除尘器除尘效率高、 处理风量的 范围广、 结构简单， 同样高除尘效率下， 造价低、 耐高 温、 对粉尘的特性不敏感， 不受粉尘及电阻的影响等 优点， 建议某企业为混合搅拌和碾碎工序安装袋式除 尘器， 降低车间粉尘含量， 并将收集粉尘回用。 该设备预计总投资为 4 万元。通过袋式除尘器 收集的粉尘， 经过简单处理后即可重新应用于生产 中， 每年可大约节约原辅材料 1 万元。 4. 3效益分析 本轮清洁生产审核， 共提出清洁生产方案 21 个， 全部实施。公司共投入资金 16. 7 万元， 带来经济效 益 41. 4 万元。其中， 无/低费方案 19 个， 投入资金 10. 3 万元， 取得经济效益 38. 2 万元; 中/高费方案 2 个， 投入资金 6. 4 万元， 带来经济效益 3. 2 万元。 21 个方案全部实施后， 企业可节电2.4 万 kW h/a， 折合标煤 2. 95 t/a， CO2减排量 7. 86 t/a。节约原材 料 4 t/a， 同时降低了车间粉尘含量， 改善了工人作业 环境。 通过本轮清洁生产审核， 企业审核前后的指标对 比见表 4。综合表 4 可知 本轮清洁生产审核完成了 审核初期设定的清洁生产目标。 表 4审核前后指标对比 Table 4Contrast of indicators before and after cleaner production audits 项目现状近期目标方案完成后 单位产品综合能耗/ t t －1 0. 1240. 120. 12 单位产品原材料消耗量/ t t －1 1. 0121. 0101. 010 废气中的粉尘含量/ mg m －3 3. 53. 23. 0 5结语 某涂料企业围绕原辅材料和能源、 技术工艺、 设 备、 过程控制、 产品、 废弃物、 管理以及员工素质等方 面， 开展清洁生产审核工作， 促进了“节能、 降耗、 减 污、 增效” 目标的实现， 使企业环境效益和经济效益 都上了一个新台阶。以“清洁生产永远只有起点， 没 有终点” 为指导思想， 该企业现在正瞄准国内外先进 水平找差距， 期望在不断持续地推行清洁生产中得到 更快、 更好地发展。 参考文献 ［1］贾泊如． 中国涂料工业可持续发展的问题及对策［J］． 中国涂 料， 2005， 20 5 1- 3， 27. ［2］韩永奇． 涂料行业现在和未来［J］． 上海建材， 2012 5 42- 45. ［3］胡志鹏． 我国涂料业发展综述［J］． 四川建材， 2005， 24 4 25- 39. ［4］中国涂料工业协会． 涂料行业清洁生产技术推行方案［J］． 涂 装与电镀， 2011 4 35- 36. ［5］白鸿博， 刘玉慧， 于明瑞． 实施清洁生产之探讨［J］． 当代化 工， 2007， 36 4 424- 426. ［6］贾英，周运诚． 涂料工业清洁生产潜力分析［J］． 涂料工业， 2013， 43 5 57- 61. ［7］武晓燕， 于宏兵， 冯俊丽． 锰硅合金工业清洁生产实践［J］． 环 境工程， 2012， 30 6 110. ［8］聂雪涛， 罗冬梅， 杨恒学， 等． 涂料行业清洁生产审核实例研究 ［J］． 四川环境， 2013， 32 4 112- 116. ［9］邹迪， 杨光， 蒋海飞， 等． 涂料项目环境影响评价中的清洁生产 分析［J］． 环境科学导刊， 2013， 32 4 106- 108． 第一作者 杨姗姗 1987 － ， 女， 硕士研究生， 主要从事大气污染控制、 清洁生产工艺的研究。8389229092 qq． com 通讯作者 展思辉 1979 － ， 男， 副教授， 博士， 主要从事环境催化， 清 洁能源， 清洁生产工艺的研究。sihuizhan nankai． edu． cn 051 环境工程 Environmental Engineering