Los contaminantes emitidos son principalmente: neblina de pintura y disolventes orgánicos producidos por la pulverización de pintura, así como disolventes orgánicos generados durante la volatilización del secado. La neblina de pintura proviene principalmente de la capa de disolvente utilizada en la pulverización, y su composición es consistente con la del recubrimiento empleado. Los disolventes orgánicos provienen principalmente de los disolventes y diluyentes utilizados en el proceso de aplicación de los recubrimientos; la mayoría son emisiones volátiles y sus principales contaminantes son xileno, benceno, tolueno, entre otros. Por lo tanto, la principal fuente de los gases residuales nocivos emitidos en el proceso de recubrimiento es la cabina de pulverización de pintura y la sala de secado.
1. Método de tratamiento de gases residuales de la línea de producción de automóviles
1.1 Esquema de tratamiento de los gases residuales orgánicos en el proceso de secado
El gas descargado de la sala de secado de electroforesis, recubrimiento medio y recubrimiento superficial pertenece a los gases residuales de alta temperatura y alta concentración, por lo que es apto para el método de incineración. Actualmente, las medidas de tratamiento de gases residuales comúnmente utilizadas en el proceso de secado incluyen: tecnología de oxidación térmica regenerativa (RTO), tecnología de combustión catalítica regenerativa (RCO) y sistema de incineración térmica de recuperación de TNV.
1.1.1 Tecnología de oxidación térmica de tipo almacenamiento térmico (RTO)
El oxidante térmico (oxidante térmico regenerativo, RTO) es un dispositivo de ahorro energético y protección ambiental para el tratamiento de gases residuales orgánicos volátiles de concentración media y baja. Es adecuado para grandes volúmenes y bajas concentraciones, específicamente para concentraciones de gases residuales orgánicos entre 100 ppm y 20 000 ppm. Su costo operativo es bajo; cuando la concentración de gases residuales orgánicos supera las 450 ppm, el dispositivo RTO no requiere combustible auxiliar. Su tasa de purificación es alta: la de un RTO de dos lechos puede alcanzar más del 98 % y la de un RTO de tres lechos, más del 99 %, sin generar contaminación secundaria como NOx. Cuenta con control automático, operación sencilla y alta seguridad.
El dispositivo de oxidación térmica regenerativa emplea el método de oxidación térmica para tratar gases residuales orgánicos de concentración media y baja, y utiliza un intercambiador de calor de lecho cerámico para recuperar el calor. Está compuesto por un lecho cerámico, una válvula de control automático, una cámara de combustión y un sistema de control. Sus principales características son: la válvula de control automático en la parte inferior del lecho está conectada a la tubería principal de entrada y a la de salida, respectivamente; el lecho almacena el calor precalentando los gases residuales orgánicos que ingresan, mediante un material cerámico que absorbe y libera calor; estos gases, precalentados a una temperatura determinada (760 °C), se oxidan en la cámara de combustión para generar dióxido de carbono y agua, y se purifican. La estructura principal típica del RTO de dos lechos consta de una cámara de combustión, dos lechos cerámicos y cuatro válvulas de conmutación. El intercambiador de calor de lecho cerámico regenerativo del dispositivo permite una recuperación de calor superior al 95 %; el tratamiento de los gases residuales orgánicos requiere poco o ningún combustible.
Ventajas: Al tratar con altos caudales y bajas concentraciones de gases residuales orgánicos, el coste operativo es muy bajo.
Desventajas: alta inversión inicial, alta temperatura de combustión, no apto para el tratamiento de gases residuales orgánicos de alta concentración, tiene muchas piezas móviles, requiere más mantenimiento.
1.1.2 Tecnología de combustión catalítica térmica (RCO)
El dispositivo de combustión catalítica regenerativa (Oxidador Catalítico Regenerativo RCO) se aplica directamente a la purificación de gases residuales orgánicos de concentración media y alta (1000 mg/m³-10000 mg/m³). La tecnología de tratamiento RCO es especialmente adecuada para aplicaciones con alta demanda de recuperación de calor, pero también es apropiada para la misma línea de producción, ya que, debido a los diferentes productos, la composición de los gases residuales suele variar o su concentración fluctúa considerablemente. Es particularmente adecuada para la recuperación de energía térmica en empresas o para el tratamiento de gases residuales en líneas de secado principales, y la energía recuperada puede utilizarse en dichas líneas, logrando así el ahorro energético.
La tecnología de tratamiento de combustión catalítica regenerativa es una reacción típica en fase gas-sólido, que consiste en la oxidación profunda de especies reactivas de oxígeno. Durante la oxidación catalítica, la adsorción en la superficie del catalizador permite que las moléculas reactivas se concentren en dicha superficie. El efecto del catalizador al reducir la energía de activación acelera la reacción de oxidación y mejora su velocidad. Bajo la acción de un catalizador específico, la materia orgánica se descompone en dióxido de carbono y agua, liberando una gran cantidad de energía térmica, sin oxidación excesiva.
El dispositivo RCO se compone principalmente del cuerpo del horno, el cuerpo de almacenamiento de calor catalítico, el sistema de combustión, el sistema de control automático, la válvula automática y otros subsistemas. En el proceso de producción industrial, los gases de escape orgánicos descargados ingresan a la válvula rotativa del equipo a través del ventilador de tiro inducido, y los gases de entrada y salida se separan completamente mediante la válvula rotativa. El almacenamiento de energía térmica y el intercambio de calor del gas alcanzan casi la temperatura establecida por la oxidación catalítica de la capa catalítica; los gases de escape continúan calentándose a través del área de calentamiento (ya sea por calentamiento eléctrico o por gas natural) y se mantienen a la temperatura establecida; ingresan a la capa catalítica para completar la reacción de oxidación catalítica, es decir, la reacción genera dióxido de carbono y agua, y libera una gran cantidad de energía térmica para lograr el efecto de tratamiento deseado. El gas catalizado por la oxidación ingresa a la capa de material cerámico 2, y la energía térmica se descarga a la atmósfera a través de la válvula rotativa. Después de la purificación, la temperatura de los gases de escape es solo ligeramente superior a la temperatura antes del tratamiento de los gases residuales. El sistema opera de forma continua y conmuta automáticamente. Mediante el funcionamiento de la válvula giratoria, todas las capas de relleno cerámico completan los pasos del ciclo de calentamiento, enfriamiento y purificación, y la energía térmica puede recuperarse.
Ventajas: flujo de proceso simple, equipo compacto, operación confiable; alta eficiencia de purificación, generalmente superior al 98%; baja temperatura de combustión; baja inversión inicial, bajo costo operativo, la eficiencia de recuperación de calor generalmente puede alcanzar más del 85%; todo el proceso no produce aguas residuales, el proceso de purificación no produce contaminación secundaria de NOX; el equipo de purificación RCO se puede utilizar con la sala de secado, el gas purificado se puede reutilizar directamente en la sala de secado, para lograr el objetivo de ahorro de energía y reducción de emisiones;
Desventajas: el dispositivo de combustión catalítica solo es adecuado para el tratamiento de gases residuales orgánicos con componentes orgánicos de bajo punto de ebullición y bajo contenido de cenizas, y no es adecuado para el tratamiento de gases residuales de sustancias pegajosas como humo aceitoso, y el catalizador debe ser envenenado; la concentración de gases residuales orgánicos es inferior al 20%.
1.1.3 Sistema de incineración térmica de tipo reciclaje TNV
El sistema de incineración térmica de tipo reciclado (en alemán, Thermische Nachverbrennung TNV) utiliza la combustión directa de gas o combustible para calentar los gases residuales que contienen disolventes orgánicos. Bajo la acción de altas temperaturas, las moléculas de disolvente orgánico se descomponen por oxidación en dióxido de carbono y agua. Los gases de combustión a alta temperatura, mediante un dispositivo de transferencia de calor multietapa, se calientan para el proceso de producción que requiere aire o agua caliente. De esta manera, se recicla completamente la energía térmica de la descomposición por oxidación de los gases residuales orgánicos, reduciendo el consumo energético de todo el sistema. Por lo tanto, el sistema TNV es una forma eficiente e ideal de tratar los gases residuales que contienen disolventes orgánicos cuando el proceso de producción requiere mucha energía térmica. Para la nueva línea de producción de recubrimiento de pintura electroforética, generalmente se adopta el sistema de incineración térmica de recuperación TNV.
El sistema TNV consta de tres partes: sistema de precalentamiento e incineración de gases residuales, sistema de calefacción de aire circulante y sistema de intercambio de calor de aire fresco. El dispositivo central de calefacción por incineración de gases residuales es la parte principal del sistema TNV, y está compuesto por el cuerpo del horno, la cámara de combustión, el intercambiador de calor, el quemador y la válvula reguladora de la chimenea principal. Su proceso de funcionamiento es el siguiente: mediante un ventilador de alta presión, los gases residuales orgánicos de la sala de secado se precalientan en el intercambiador de calor integrado del dispositivo central de calefacción por incineración de gases residuales, se dirigen a la cámara de combustión y, posteriormente, se calientan a alta temperatura (aproximadamente 750 ℃) mediante oxidación y descomposición, transformándose en dióxido de carbono y agua. Los gases de combustión generados a alta temperatura se descargan a través del intercambiador de calor y la tubería principal de gases de combustión en el horno. Estos gases calientan el aire circulante de la sala de secado, proporcionando la energía térmica necesaria. Al final del sistema se instala un dispositivo de transferencia de calor por aire fresco para recuperar el calor residual. El aire fresco, proveniente de la sala de secado, se calienta con los gases de combustión y se introduce en ella. Además, la tubería principal de gases de combustión cuenta con una válvula reguladora eléctrica que permite ajustar la temperatura de los gases a la salida del dispositivo, manteniendo la temperatura final de emisión en torno a los 160 °C.
Las características del dispositivo de calefacción central por incineración de gases residuales incluyen: el tiempo de permanencia de los gases residuales orgánicos en la cámara de combustión es de 1 a 2 segundos; la tasa de descomposición de los gases residuales orgánicos es superior al 99%; la tasa de recuperación de calor puede alcanzar el 76%; y la relación de ajuste de la salida del quemador puede alcanzar 26:1, hasta 40:1.
Desventajas: al tratar gases residuales orgánicos de baja concentración, el costo de operación es mayor; el intercambiador de calor tubular solo funciona de forma continua, por lo que tiene una larga vida útil.
1.2 Esquema de tratamiento de los gases residuales orgánicos en la sala de pintura en aerosol y en la sala de secado.
El gas que se descarga de la cabina de pintura y de secado es de baja concentración, con un caudal elevado y a temperatura ambiente. Su composición principal de contaminantes son hidrocarburos aromáticos, éteres de alcohol y disolventes orgánicos ésteres. Actualmente, los métodos más avanzados en el extranjero consisten en: la concentración inicial del gas residual orgánico para reducir su volumen total; la adsorción inicial (con carbón activado o zeolita como adsorbente) del gas de escape de pintura en aerosol de baja concentración a temperatura ambiente; la extracción del gas a alta temperatura; y la concentración del gas de escape mediante combustión catalítica o combustión térmica regenerativa.
1.2.1 Dispositivo de adsorción, desorción y purificación de carbón activado
Utilizando carbón activado en forma de panal como adsorbente, y combinando los principios de purificación por adsorción, regeneración por desorción y concentración de COV y combustión catalítica, se logra la purificación del aire mediante adsorción con carbón activado en forma de panal, obteniendo un alto volumen de aire y una baja concentración de gases residuales orgánicos. Una vez saturado el carbón activado, se regenera con aire caliente. La materia orgánica concentrada desorbida se envía al lecho de combustión catalítica, donde se oxida a dióxido de carbono y agua inocuos. Los gases de escape calientes calientan el aire frío mediante un intercambiador de calor. Parte de la emisión de gas refrigerante tras el intercambio de calor se utiliza para la regeneración por desorción del carbón activado en forma de panal, logrando así el aprovechamiento del calor residual y el ahorro energético. El dispositivo completo se compone de un prefiltro, un lecho de adsorción, un lecho de combustión catalítica, un elemento ignífugo, un ventilador, una válvula, etc.
El dispositivo de purificación por adsorción-desorción de carbón activado está diseñado según los dos principios básicos de adsorción y combustión catalítica, utilizando un flujo continuo de doble vía de gas, una cámara de combustión catalítica y dos lechos de adsorción que se utilizan alternativamente. Primero, el gas residual orgánico se adsorbe con carbón activado; cuando se alcanza la saturación, se detiene la adsorción y luego se utiliza un flujo de aire caliente para eliminar la materia orgánica del carbón activado y regenerarlo. La materia orgánica se ha concentrado (con una concentración decenas de veces mayor que la original) y se envía a la cámara de combustión catalítica para su combustión catalítica en dióxido de carbono y descarga de vapor de agua. Cuando la concentración del gas residual orgánico alcanza más de 2000 ppm, el gas residual orgánico puede mantener la combustión espontánea en el lecho catalítico sin calentamiento externo. Parte del gas de escape de la combustión se descarga a la atmósfera y la mayor parte se envía al lecho de adsorción para la regeneración del carbón activado. Esto puede satisfacer la energía térmica requerida para la combustión y la adsorción, logrando así el objetivo de ahorro de energía. La regeneración puede pasar a la siguiente adsorción. En el proceso de desorción, la purificación puede llevarse a cabo mediante otro lecho de adsorción, apto tanto para funcionamiento continuo como intermitente.
Rendimiento y características técnicas: rendimiento estable, estructura simple, seguro y fiable, ahorro de energía y mano de obra, sin contaminación secundaria. El equipo ocupa poco espacio y es ligero. Muy adecuado para uso a gran escala. El lecho de carbón activado que adsorbe los gases residuales orgánicos utiliza los gases residuales tras la combustión catalítica para la regeneración por desorción, y el gas de desorción se envía a la cámara de combustión catalítica para su purificación, sin necesidad de energía externa, lo que resulta en un ahorro energético significativo. La desventaja es que el carbón activado es escaso y su coste operativo es elevado.
1.2.2 Dispositivo de purificación por adsorción-desorción con rueda de transferencia de zeolita
Los componentes principales de la zeolita son: silicio y aluminio, con capacidad de adsorción, y pueden utilizarse como adsorbentes. El sistema de zeolita aprovecha las características de su porosidad específica, que permite la adsorción y desorción de contaminantes orgánicos, de modo que los gases de escape con COV de baja y alta concentración reducen el coste operativo de los equipos de tratamiento final. Sus características son adecuadas para el tratamiento de grandes caudales, bajas concentraciones y diversos componentes orgánicos. La desventaja radica en la elevada inversión inicial.
El dispositivo de purificación por adsorción con rodillo de zeolita es un dispositivo de purificación de gases que puede realizar continuamente operaciones de adsorción y desorción. Los dos lados de la rueda de zeolita están divididos en tres áreas por un dispositivo de sellado especial: área de adsorción, área de desorción (regeneración) y área de enfriamiento. El proceso de funcionamiento del sistema es el siguiente: la rueda giratoria de zeolita gira continuamente a baja velocidad, circulando a través del área de adsorción, el área de desorción (regeneración) y el área de enfriamiento; cuando el gas de escape de baja concentración y volumen pasa continuamente a través del área de adsorción del rodillo, los COV presentes en el gas de escape son adsorbidos por la zeolita de la rueda giratoria, emitiéndose directamente después de la adsorción y purificación; el disolvente orgánico adsorbido por la rueda se envía a la zona de desorción (regeneración) con la rotación de la rueda, luego con un pequeño volumen de aire caliente pasa continuamente a través del área de desorción, los COV adsorbidos por la rueda se regeneran en la zona de desorción, el gas de escape con COV se descarga junto con el aire caliente; La rueda se dirige al área de enfriamiento para permitir la readsorción. Con la rotación constante de la rueda giratoria, se lleva a cabo un ciclo de adsorción, desorción y enfriamiento, lo que garantiza el funcionamiento continuo y estable del tratamiento de gases residuales.
El dispositivo de zeolita es esencialmente un concentrador, y el gas de escape que contiene solvente orgánico se divide en dos partes: aire limpio que se puede descargar directamente y aire reciclado con alta concentración de solvente orgánico. El aire limpio se puede descargar directamente y reciclar en el sistema de ventilación de aire acondicionado pintado; la alta concentración de gases COV es aproximadamente 10 veces mayor que la concentración de COV antes de ingresar al sistema. El gas concentrado se trata mediante incineración a alta temperatura a través del sistema de incineración térmica de recuperación TNV (u otro equipo). El calor generado por la incineración se utiliza para calentar la sala de secado y el proceso de extracción de zeolita, respectivamente, y la energía térmica se aprovecha completamente para lograr el efecto de ahorro de energía y reducción de emisiones.
Rendimiento y características técnicas: estructura simple, fácil mantenimiento, larga vida útil; alta eficiencia de absorción y desorción, convierte el gas residual de COV original de alto volumen de aire y baja concentración en gas residual de bajo volumen de aire y alta concentración, lo que reduce el costo del equipo de tratamiento final posterior; caída de presión extremadamente baja, lo que puede reducir en gran medida el consumo de energía eléctrica; preparación general del sistema y diseño modular, con requisitos mínimos de espacio, y proporciona un modo de control continuo y no tripulado; puede cumplir con el estándar nacional de emisiones; el adsorbente utiliza zeolita no combustible, lo que hace que su uso sea más seguro; la desventaja es la inversión única con alto costo.
Hora de publicación: 03-ene-2023
