烤漆行業在工業製造中扮演了一個關鍵的角色,它通過在各種產品表面增加保護和色彩,提高了產品的質感和銷售價值。這個過程分為底漆、中塗、面漆等多個步驟,最終需要進入高溫的烤爐,以實現漆的固化和定型。在這個過程中,有兩種主要的烤漆方法,分別是粉體烤漆和液態烤漆。液態烤漆通常具有更高的耐久性,並且能夠實現平滑細緻的效果,但由於需要大量的溶劑來將固體塗料溶解以進行噴塗,因此會產生大量揮發性有機化合物(VOC)。
VOC的定義:揮發性有機物(Volatile Organic Compounds,VOCs)係指在1大氣壓下,測量所得初始沸點在攝氏250度以下有機化合物之空氣污染物總稱。但不包括甲烷、一氧化碳、二氧化碳、二硫化碳、碳酸、碳酸鹽、碳酸銨、氰化物、硫氰化物等化合物。

在台灣,有成千上百的烤漆工廠,它們是製造業的中小企業同時也是必要的核心企業,負責為各種工業產品提供精細的表面處理,也增加了其銷售價值。然而,這些工廠卻面臨著嚴重的空氣污染處理成本壓力。除了直接生產成本,例如塗料、人力和電力等,間接成本中,空氣污染處理成本佔據了最大的份額。這些成本包括空氣污染控制設備的建置和運營成本。
在這些工廠的實地考察中,我們發現烤漆行業除了面臨直接生產成本外,最沉重的負擔之一就是空氣污染處理的成本。這包括設備建置成本和操作成本。有時,因為這些成本如此高昂,以至於工廠所有者寧願冒著偷排的風險,也不願支付處理空氣污染的費用。這種現象背後的原因在於,目前的空氣污染處理系統選擇有限,主要是活性碳吸附和沸石轉輪+蓄熱式焚燒爐(RTO)兩種方法。
活性碳吸附系統的吸附量一般而言上限通常不超過活性碳重量的20%(最佳條件,不考慮空氣濕度影響)。而當活性碳達到飽和後,必須丟棄,這被視為危害事業廢棄物,需要申報並支付處理費用。因此,這種方法的耗材成本非常高昂,平均而言,每吸附1公斤的溶劑至少需要750元。對於每天產生100公斤VOC的烤漆生產線,這是稀鬆平常的事,但是這樣的VOC處理成本支出則高達75,000元/天。這樣的支出並不是一般中小企業主可以或願意負擔的成本。
沸石轉輪+RTO系統屬於另一種高級的處理方式,它採用吸附和高溫脫附的方法,並將VOC氧化成二氧化碳和水,以達到空氣污染處理的效果。優點在於吸附劑(沸石)可以重複使用,但它的建置成本極高,一套系統至少需要幾仟萬元以上。此外,這種系統還存在著企業必須要謹慎考慮的一些問題。
首先,讓我們更深入地了解這種系統的運作原理。沸石轉輪是這個系統的關鍵元件之一,它是一種高度吸附能力的材料,能夠有效地吸附VOC。當VOC空氣通過沸石轉輪時,沸石會將VOC吸附在其表面上,從而使排放氣流中的VOC濃度大幅降低,從而達到淨化排放。
接下來,沸石轉輪需要進行脫附過程,以恢復其吸附容量。這一過程需要高溫,因此在系統上,轉輪到達脫附區時,會以約200度高溫的氣體吹至沸石將VOC從沸石脫離。VOC被脫附後,形成高濃度的VOC氣流。這個高濃度的氣流接著被引導進入蓄熱式焚燒爐(RTO)。
在RTO中,高濃度的VOC氣流遇熱被氧化,轉化為二氧化碳和水,這是一個高溫、高效的氧化過程(停留時間不小於1.5秒)。RTO的操作需要維持高溫,通常在800度以上,以確保有效的VOC氧化。這種氧化過程具有高效、直接的優點,可以將有害的VOC轉化為無害的物質,從而實現空氣污染的有效控制。
然而,儘管沸石轉輪+RTO系統在VOC處理方面非常有效,但它也存在一些重要的缺點需要考慮。首先,這種系統的建置成本相對昂貴,通常需要投入大約幾仟萬元以上。對於中小型烤漆工廠而言,這樣的費用幾乎不可能承受。

其次,操作成本雖然在文獻中被證明是高效的(約250~300萬),但還涉及到一些未被提起且不容忽視的問題。首先是過濾耗材的費用,由於沸石轉輪需要受到良好的保護,通常需要使用多層過濾布,這些布料需要經常更換,且被視為事業廢棄物,需要申報並支付處理費用,進一步增加了成本。此外,如果VOC排放持續過低,RTO操作時則需要持續供應瓦斯以保持高溫,這將導致燃料成本增加。
再者,沸石轉輪+RTO系統是一種高溫連續操作系統,缺乏操作的彈性。這是因為RTO需要維持穩定的高溫,開停操作升溫降溫會對系統造成損壞並增加燃料成本(升溫期間)。這對於無法24小時運作的工廠來說無非是一項巨大的挑戰。特別是在夜間生產線停機時,RTO仍需提供瓦斯燃燒以維持一定溫度存在,以便隔日的操作。這樣操作的成本支出,日積月累下來幾乎無法被一般中小企業主接受。

最後,由於RTO系統為求升溫或淨化效率講求燃料熱值,因此使用天然氣(LNG)或液化石油氣(LPG)為其燃料。需要另外增設儲槽無形中也徒增了成本支出,同時還有一點不得不重視的問題,在使用這些燃料時同時間也產生大量的碳排放。LNG碳排放為2.4kg-CO2/M3;LPG碳排放為3.1kg-CO2/kg。而且還有燃燒所產生的NOx與Sox問題(尚未包含蓄熱磚損耗成本問題)。在追求ESG淨零排碳時代潮流下,這樣的方式似乎反而有點背道而馳。(年排放量至少700噸以上)
環境部113~116年空污防制污染方案政策

儘管存在這些挑戰,沸石轉輪+RTO系統對於高科技或較大型企業、財務實力較強的公司來說,仍是一個相對穩定和適用的VOC處理系統。然而,對於中小型企業,特別是那些無法負擔高昂建置成本和操作成本的企業、非24小時產線,則應該需要尋找更適合他們需求的空氣污染處理解決方案。