Los contaminantes descargados son principalmente: neblina de pintura y disolventes orgánicos producidos por la pintura en aerosol, así como disolventes orgánicos producidos durante la volatilización del secado. La neblina de pintura proviene principalmente del recubrimiento con disolvente durante la pulverización con aire, y su composición es la misma que la del recubrimiento utilizado. Los disolventes orgánicos provienen principalmente de los disolventes y diluyentes utilizados en el proceso de recubrimiento; la mayoría son emisiones volátiles, y sus principales contaminantes son el xileno, el benceno, el tolueno, etc. Por lo tanto, la principal fuente de gases residuales nocivos descargados en el recubrimiento son las salas de pulverización y de secado.
1. Método de tratamiento de gases residuales de la línea de producción de automóviles
1.1 Esquema de tratamiento del gas residual orgánico en el proceso de secado
El gas descargado de la sala de secado de electroforesis, recubrimiento de medios y recubrimiento de superficies pertenece a los gases residuales de alta temperatura y alta concentración, aptos para el método de incineración. Actualmente, las medidas de tratamiento de gases residuales más utilizadas en el proceso de secado incluyen la tecnología de oxidación térmica regenerativa (RTO), la tecnología de combustión catalítica regenerativa (RCO) y el sistema de incineración térmica con recuperación de TNV.
1.1.1 Tecnología de oxidación térmica (RTO) de tipo almacenamiento térmico
El oxidador térmico (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, con concentraciones de gases residuales orgánicos entre 100 PPM y 20 000 PPM. Su bajo coste operativo permite que, cuando la concentración de gases residuales orgánicos supere las 450 PPM, el RTO no necesite añadir combustible auxiliar. Su alta tasa de purificación, con dos lechos de RTO, puede superar el 98 %, y con tres lechos, el 99 %, eliminando la contaminación secundaria, como los NOx. Su control automático, su funcionamiento sencillo y su alta seguridad.
El dispositivo de oxidación térmica regenerativa utiliza el método de oxidación térmica para tratar concentraciones medias y bajas de gases residuales orgánicos. Para recuperar el calor, utiliza un intercambiador de calor de lecho cerámico. Está compuesto por un lecho cerámico, una válvula de control automática, una cámara de combustión y un sistema de control. Sus principales características son: la válvula de control automática, ubicada en la parte inferior del lecho cerámico, está conectada a los tubos principales de admisión y escape, respectivamente. El lecho cerámico almacena el calor mediante el precalentamiento del gas residual orgánico que entra en él con material cerámico para absorber y liberar calor. El gas residual orgánico, precalentado a una temperatura determinada (760 °C), se oxida durante la combustión en la cámara de combustión para generar dióxido de carbono y agua, y se purifica. La estructura principal típica de un 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 puede maximizar la recuperación de calor en más del 95 %. El tratamiento de gases residuales orgánicos utiliza poco o nada de combustible.
Ventajas: Al tratar con alto flujo y baja concentración de gases residuales orgánicos, el costo operativo es muy bajo.
Desventajas: alta inversión única, alta temperatura de combustión, no es adecuado para el tratamiento de alta concentración de gases residuales orgánicos, hay muchas partes móviles, necesita más trabajo de mantenimiento.
1.1.2 Tecnología de combustión catalítica térmica (RCO)
El dispositivo de combustión catalítica regenerativa (RCO) se aplica directamente a la purificación de gases residuales orgánicos de concentración media y alta (1000 mg/m³-10 000 mg/m³). La tecnología de tratamiento RCO es especialmente adecuada para la alta demanda de recuperación de calor, pero también para la misma línea de producción, ya que, al ser diferentes productos, la composición o la concentración de los gases residuales suelen variar considerablemente. Es especialmente adecuada para la recuperación de energía térmica en empresas o para el tratamiento de gases residuales de líneas troncales de secado, y esta recuperación de energía puede utilizarse en líneas troncales de secado para lograr el objetivo de ahorro energético.
La tecnología de tratamiento de combustión catalítica regenerativa consiste en una reacción típica en fase gas-sólido, que consiste en la oxidación profunda de especies reactivas de oxígeno. En el proceso de oxidación catalítica, la adsorción en la superficie del catalizador enriquece las moléculas de reactivo en su 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 oxida fácilmente a baja temperatura inicial (250-300 °C), descomponiéndose en dióxido de carbono y agua, liberando una gran cantidad de energía térmica.
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 sistemas. En el proceso de producción industrial, el gas orgánico de escape descargado ingresa a la válvula rotatoria del equipo a través del ventilador de tiro inducido, y el gas de entrada y el gas de salida se separan completamente a través de la válvula rotatoria. 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. El gas de escape continúa calentándose a través del área de calentamiento (ya sea por calentamiento eléctrico o por gas natural) y se mantiene a la temperatura establecida. Luego ingresa a la capa catalítica para completar la reacción de oxidación catalítica, es decir, 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 rotatoria. Tras la purificación, la temperatura de escape es solo ligeramente superior a la temperatura previa al tratamiento de gases residuales. El sistema funciona de forma continua y conmuta automáticamente. A través del trabajo de la válvula giratoria, todas las capas de relleno de cerámica completan los pasos del ciclo de calentamiento, enfriamiento y purificación, y se puede recuperar la energía térmica.
Ventajas: flujo de proceso simple, equipo compacto, operación confiable; alta eficiencia de purificación, generalmente más del 98%; baja temperatura de combustión; baja inversión desechable, bajo costo operativo, la eficiencia de recuperación de calor generalmente puede alcanzar más del 85%; todo el proceso sin producción de 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 propósito 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 el tratamiento de gases residuales de sustancias pegajosas como humo aceitoso no es adecuado y el catalizador debe envenenarse; la concentración de gases residuales orgánicos es inferior al 20%.
1.1.3TNV Sistema de incineración térmica de tipo reciclaje
El sistema de incineración térmica de tipo reciclado (en alemán, Thermische Nachverbrennung TNV) utiliza la combustión directa de gas o combustible para calentar gases residuales que contienen disolventes orgánicos. Bajo la acción de altas temperaturas, las moléculas de disolventes orgánicos se oxidan y descomponen en dióxido de carbono y agua. El proceso de producción de calentamiento de los gases de combustión a alta temperatura, mediante un dispositivo de transferencia de calor multietapa, requiere aire o agua caliente. El reciclaje completo de la oxidación y la descomposición de los gases residuales orgánicos reduce el consumo energético del 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 una gran cantidad de energía térmica. Para las nuevas líneas de producción de recubrimientos de pintura electroforética, se suele adoptar 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 calentamiento de aire circulante y sistema de intercambio de calor de aire fresco. El dispositivo de calentamiento central de incineración de gases residuales en el sistema es la parte central del TNV, que está compuesto por el cuerpo del horno, la cámara de combustión, el intercambiador de calor, el quemador y la válvula reguladora de humos principal. Su proceso de trabajo es: con un ventilador de cabeza de alta presión, los gases residuales orgánicos de la sala de secado, después del precalentamiento del intercambiador de calor incorporado en el dispositivo de calentamiento central de incineración de gases residuales, a la cámara de combustión, y luego a través del calentamiento del quemador, a alta temperatura (aproximadamente 750 ℃) a la descomposición por oxidación de los gases residuales orgánicos, la descomposición de los gases residuales orgánicos en dióxido de carbono y agua. El gas de combustión a alta temperatura generado se descarga a través del intercambiador de calor y la tubería principal de gases de combustión en el horno. El gas de combustión descargado calienta el aire circulante en la sala de secado para proporcionar la energía térmica requerida para la sala de secado. Un dispositivo de transferencia de calor de aire fresco se instala al final del sistema para recuperar el calor residual. El aire fresco, proveniente de la sala de secado, se calienta con gases de combustión y se envía a la sala de secado. Además, la tubería principal de gases de combustión cuenta con una válvula reguladora eléctrica que ajusta la temperatura de los gases de combustión a la salida del dispositivo, lo que permite controlar la temperatura final de los gases de combustión a aproximadamente 160 °C.
Las características del dispositivo de calefacción central de incineración de gases residuales incluyen: el tiempo de permanencia del gas residual orgánico en la cámara de combustión es de 1 a 2 s; la tasa de descomposición del gas residual orgánico es más del 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 está en funcionamiento continuo, tiene una larga vida útil.
1.2 Esquema de tratamiento de gases residuales orgánicos en la sala de pintura en aerosol y la sala de secado
El gas descargado desde la sala de pintura en aerosol y la sala de secado es de baja concentración, con un gran caudal y a temperatura ambiente. La principal composición de contaminantes son hidrocarburos aromáticos, éteres alcohólicos y disolventes orgánicos de ésteres. Actualmente, los métodos más desarrollados son: la primera concentración de gases orgánicos residuales para reducir la cantidad total de gases orgánicos residuales, el primer método de adsorción (carbón activado o zeolita como adsorbente) para la adsorción de gases de escape de pintura en aerosol a baja concentración a temperatura ambiente, la extracción de gases a alta temperatura, la concentración de gases de escape mediante combustión catalítica o el método de combustión térmica regenerativa.
1.2.1 Dispositivo de adsorción-desorción y purificación de carbón activado
Utilizando el carbón activado en panal como adsorbente, combinado con los principios de purificación por adsorción, regeneración por desorción y concentración de COV y combustión catalítica, alto volumen de aire, baja concentración de gases residuales orgánicos a través de la adsorción con carbón activado en panal para lograr el propósito de la purificación del aire, cuando el carbón activado está saturado y luego se utiliza aire caliente para regenerar el carbón activado, la materia orgánica concentrada desorbida se envía al lecho de combustión catalítica para la combustión catalítica, la materia orgánica se oxida a dióxido de carbono inofensivo y agua, los gases de escape calientes quemados calientan el aire frío a través de un intercambiador de calor, algo de emisión del gas de enfriamiento después del intercambio de calor, parte para la regeneración desorbitoria del carbón activado en panal, para lograr el propósito de la utilización del calor residual y el ahorro de energía. Todo el dispositivo está compuesto por prefiltro, lecho de adsorción, lecho de combustión catalítica, retardante de llama, ventilador relacionado, válvula, etc.
El dispositivo de purificación por adsorción-desorción de carbón activado está diseñado según los principios básicos de adsorción y combustión catalítica. Utiliza un sistema de trabajo continuo de doble trayectoria de gas, una cámara de combustión catalítica y dos lechos de adsorción que se alternan. Primero, el gas residual orgánico se adsorbe con carbón activado; cuando la saturación es rápida, la adsorción se detiene. A continuación, se utiliza un flujo de aire caliente para eliminar la materia orgánica del carbón activado y regenerarlo. Esta materia orgánica se concentra (concentración decenas de veces superior a la original) y se envía a la cámara de combustión catalítica para su combustión catalítica, generando dióxido de carbono y vapor de agua. Cuando la concentración del gas residual orgánico supera las 2000 ppm, este puede mantener la combustión espontánea en el lecho catalítico sin necesidad de 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 permite obtener la energía térmica necesaria para la combustión y la adsorción, con el fin de ahorrar energía. La regeneración puede pasar a la siguiente etapa de adsorción. En la desorción, la operación de purificación puede realizarse mediante otro lecho de adsorción, adecuado tanto para operación continua como para operación intermitente.
Rendimiento técnico y características: Rendimiento estable, estructura simple, seguro y fiable, ahorro de energía y mano de obra, sin contaminación secundaria. El equipo ocupa un área pequeña y es ligero. Ideal para grandes volúmenes de producción. El lecho de carbón activado, que adsorbe el gas residual orgánico, utiliza el gas residual tras la combustión catalítica para la regeneración de desorción, y este gas se envía a la cámara de combustión catalítica para su purificación, sin necesidad de energía externa, lo que supone un ahorro energético considerable. La desventaja es la escasez de carbón activado y su elevado coste operativo.
1.2.2 Dispositivo de purificación por adsorción-desorción con rueda de transferencia de zeolita
Los principales componentes de la zeolita son silicio y aluminio, con capacidad de adsorción, lo que permite su uso como adsorbente. El corredor de zeolita aprovecha las características de su apertura específica, que le confieren capacidad de adsorción y desorción para contaminantes orgánicos, de modo que los gases de escape de COV, tanto de baja como de alta concentración, reducen el coste operativo de los equipos de tratamiento final. Sus características son adecuadas para el tratamiento de grandes caudales y baja concentración de diversos componentes orgánicos. La desventaja es que la inversión inicial es elevada.
El dispositivo de adsorción-purificación de corredor de zeolita es un dispositivo de purificación de gases que puede realizar operaciones de adsorción y desorción de forma continua. 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 trabajo del sistema es: la rueda giratoria de zeolitas gira continuamente a baja velocidad, circulando a través del área de adsorción, área de desorción (regeneración) y área de enfriamiento; cuando el gas de escape de baja concentración y volumen de gas pasa continuamente a través del área de adsorción del corredor, el COV en el gas de escape es adsorbido por la zeolita de la rueda giratoria, emisión directa 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 se calienta el aire continuamente a través del área de desorción, el COV adsorbido a la rueda se regenera en la zona de desorción, el gas de escape de COV se descarga junto con el aire caliente; La rueda hacia el área de enfriamiento para enfriamiento por enfriamiento puede ser readsorda, Con la rotación constante de la rueda giratoria, se realiza el ciclo de adsorción, desorción y enfriamiento, asegurando el funcionamiento continuo y estable del tratamiento de gases residuales.
El dispositivo de corredor de zeolita es esencialmente un concentrador, y el gas de escape que contiene disolvente orgánico se divide en dos partes: aire limpio, que se puede descargar directamente, y aire reciclado con una alta concentración de disolvente orgánico. El aire limpio, que se puede descargar directamente y reciclar en el sistema de ventilación del aire acondicionado pintado, presenta una alta concentración de COV aproximadamente diez veces mayor que la concentración de COV antes de entrar en el sistema. El gas concentrado se trata mediante incineración a alta temperatura a través de un sistema de incineración térmica con recuperación de TNV (u otro equipo). El calor generado por la incineración se utiliza para calentar la sala de secado y la extracción de zeolita, respectivamente, y la energía térmica se aprovecha al máximo para lograr el ahorro energético y la reducción de emisiones.
Rendimiento técnico y características: estructura simple, fácil mantenimiento, larga vida útil; alta eficiencia de absorción y extracción, convierte el alto volumen de viento original y el gas residual de COV de baja concentración en un volumen de aire bajo y un gas residual de alta concentración, reduce el costo del equipo de tratamiento final; caída de presión extremadamente baja, puede reducir en gran medida el consumo de energía; preparación general del sistema y diseño modular, con requisitos mínimos de espacio, y proporciona un modo de control continuo y no tripulado; puede alcanzar el estándar de emisión nacional; el adsorbente utiliza zeolita no combustible, el uso es más seguro; la desventaja es una inversión única con un alto costo.
Hora de publicación: 03-ene-2023
