Do odprowadzanych zanieczyszczeń należą głównie: mgła lakiernicza i rozpuszczalniki organiczne powstające podczas natryskiwania farby oraz rozpuszczalniki organiczne powstające podczas suszenia i ulatniania. Mgła lakiernicza pochodzi głównie z części powłoki rozpuszczalnikowej w procesie natryskiwania powietrznego, a jej skład jest zgodny z rodzajem użytej powłoki. Rozpuszczalniki organiczne pochodzą głównie z rozpuszczalników i rozcieńczalników stosowanych w procesie nakładania powłok. Większość z nich to emisje lotne, a ich głównymi zanieczyszczeniami są ksylen, benzen, toluen itd. Dlatego głównym źródłem szkodliwych gazów odlotowych emitowanych podczas produkcji powłok jest pomieszczenie lakierni natryskowej, suszarnia i suszarnia.
1. Metoda oczyszczania gazów odlotowych w linii produkcyjnej samochodów
1.1 Schemat oczyszczania gazów odpadowych organicznych w procesie suszenia
Gaz odprowadzany z suszarni elektroforezy, powlekania medium i powlekania powierzchni należy do gazów odlotowych o wysokiej temperaturze i stężeniu, które nadają się do spalania. Obecnie do powszechnie stosowanych metod oczyszczania gazów odlotowych w procesie suszenia należą: technologia regeneracyjnego utleniania termicznego (RTO), technologia regeneracyjnego spalania katalitycznego (RCO) oraz system termicznego spalania z odzyskiem węglowodorów (TNV).
1.1.1 Technologia utleniania termicznego (RTO) z wykorzystaniem magazynowania ciepła
Regeneracyjny utleniacz termiczny (RTO) to energooszczędne urządzenie do oczyszczania gazów odlotowych z lotnych związków organicznych o średnim i niskim stężeniu. Nadaje się do dużych objętości i niskich stężeń, w zakresie stężeń organicznych gazów odlotowych od 100 PPM do 20 000 PPM. Koszty eksploatacji są niskie, a gdy stężenie organicznych gazów odlotowych przekracza 450 PPM, urządzenie RTO nie wymaga dodatkowego paliwa. Wysoka wydajność oczyszczania – dwuzłożowy RTO może osiągnąć ponad 98%, a trójzłożowy ponad 99%, a także brak zanieczyszczeń wtórnych, takich jak NOX. Automatyczna kontrola, prosta obsługa i wysoki poziom bezpieczeństwa.
Urządzenie do regeneracyjnego utleniania ciepła wykorzystuje metodę utleniania termicznego do oczyszczania średnich i niskich stężeń organicznych gazów odlotowych, a do odzysku ciepła służy wymiennik ciepła z ceramicznym złożem akumulacyjnym. Urządzenie składa się z ceramicznego złoża akumulacyjnego, automatycznego zaworu sterującego, komory spalania i układu sterowania. Główne cechy: automatyczny zawór sterujący u dołu złoża akumulacyjnego jest połączony odpowiednio z głównym przewodem wlotowym i wylotowym, a złoże akumulacyjne jest magazynowane poprzez wstępne podgrzewanie organicznych gazów odlotowych dochodzących do złoża za pomocą ceramicznego materiału akumulacyjnego w celu absorpcji i oddania ciepła; organiczne gazy odlotowe podgrzane do określonej temperatury (760°C) są utleniane podczas spalania w komorze spalania, wytwarzając dwutlenek węgla i wodę, a następnie oczyszczane. Typowa dwuzłożowa główna konstrukcja regeneracyjnego wymiennika ciepła (RTO) składa się z jednej komory spalania, dwóch ceramicznych złóż wypełnienia i czterech zaworów przełączających. Regeneracyjny ceramiczny wymiennik ciepła w urządzeniu pozwala zmaksymalizować odzysk ciepła na poziomie ponad 95%. Podczas oczyszczania organicznych gazów odlotowych nie stosuje się paliwa lub zużywa się go w niewielkim stopniu.
Zalety: Biorąc pod uwagę duży przepływ i niskie stężenie organicznych gazów odpadowych, koszty eksploatacji są bardzo niskie.
Wady: wysokie koszty inwestycji jednorazowej, wysoka temperatura spalania, nieodpowiednie do oczyszczania dużych stężeń organicznych gazów odlotowych, duża liczba ruchomych części, konieczność przeprowadzania większej ilości prac konserwacyjnych.
1.1.2 Technologia termicznego spalania katalitycznego (RCO)
Urządzenie do regeneracyjnego spalania katalitycznego (Regenerative Catalytic Oxidizer RCO) jest bezpośrednio stosowane do oczyszczania gazów odlotowych o średnim i wysokim stężeniu (1000–10000 mg/m3). Technologia oczyszczania RCO jest szczególnie odpowiednia dla dużych wymagań w zakresie odzysku ciepła, a także dla tej samej linii produkcyjnej, ze względu na różnorodność produktów, częste zmiany składu gazów odlotowych lub znaczne wahania ich stężenia. Jest ona szczególnie przydatna w przypadku konieczności odzysku energii cieplnej w przedsiębiorstwach lub oczyszczania gazów odlotowych z linii suszenia. Odzysk energii może być wykorzystany do osuszania linii suszenia, co pozwala na osiągnięcie celu oszczędności energii.
Technologia regeneracyjnego spalania katalitycznego to typowa reakcja fazy gazowo-stałej, która w rzeczywistości polega na głębokim utlenianiu reaktywnych form tlenu. W procesie utleniania katalitycznego adsorpcja powierzchni katalizatora powoduje wzbogacenie cząsteczek reagentów na powierzchni katalizatora. Wpływ katalizatora na obniżenie energii aktywacji przyspiesza reakcję utleniania i poprawia jej szybkość. Pod wpływem działania specjalnego katalizatora materia organiczna ulega bezstratnemu spalaniu w niskiej temperaturze początkowej (250–300°C), rozkładając się na dwutlenek węgla i wodę, z uwolnieniem dużej ilości energii cieplnej.
Urządzenie RCO składa się głównie z korpusu pieca, korpusu katalitycznego akumulującego ciepło, układu spalania, automatycznego układu sterowania, zaworu automatycznego i kilku innych układów. W przemysłowym procesie produkcyjnym odprowadzane organiczne spaliny trafiają do zaworu obrotowego urządzenia przez wentylator wyciągowy, a gaz wlotowy i wylotowy są całkowicie rozdzielone przez zawór obrotowy. Magazynowanie energii cieplnej i wymiana ciepła gazu osiągają niemal temperaturę zadaną przez katalityczne utlenianie warstwy katalitycznej; spaliny nadal nagrzewają się w obszarze grzewczym (za pomocą ogrzewania elektrycznego lub gazowego) i utrzymują zadaną temperaturę; wchodzą do warstwy katalitycznej, aby zakończyć reakcję katalitycznego utleniania, a mianowicie reakcja generuje dwutlenek węgla i wodę oraz uwalnia dużą ilość energii cieplnej, aby osiągnąć pożądany efekt obróbki. Gaz katalizowany przez utlenianie trafia do warstwy materiału ceramicznego 2, a energia cieplna jest odprowadzana do atmosfery przez zawór obrotowy. Po oczyszczeniu temperatura spalin jest tylko nieznacznie wyższa niż temperatura przed obróbką gazów odlotowych. System pracuje w sposób ciągły i przełącza się automatycznie. Dzięki obrotowemu zaworowi wszystkie ceramiczne warstwy wypełnienia przechodzą przez kolejne etapy cyklu: nagrzewania, chłodzenia i oczyszczania, a energia cieplna może zostać odzyskana.
Zalety: prosty przebieg procesu, kompaktowe wyposażenie, niezawodna praca; wysoka wydajność oczyszczania, zazwyczaj ponad 98%; niska temperatura spalania; niskie koszty inwestycyjne, niskie koszty eksploatacji, wydajność odzysku ciepła może zazwyczaj osiągnąć ponad 85%; cały proces bez wytwarzania ścieków, proces oczyszczania nie powoduje wtórnego zanieczyszczenia NOX; wyposażenie oczyszczające RCO może być stosowane z suszarnią, oczyszczony gaz może być bezpośrednio ponownie wykorzystany w suszarni, w celu osiągnięcia celu oszczędzania energii i redukcji emisji;
Wady: urządzenie do spalania katalitycznego nadaje się wyłącznie do oczyszczania gazów odlotowych zawierających związki organiczne o niskiej temperaturze wrzenia i niskiej zawartości popiołu. Nie nadaje się do oczyszczania gazów odlotowych zawierających substancje lepkie, takie jak dym oleisty. Katalizator należy zatruć. Stężenie gazów odlotowych zawierających związki organiczne wynosi poniżej 20%.
1.1.3TNV System termicznego spalania typu recyklingowego
System termicznego spalania z odzyskiem (niem. Thermische Nachverbrennung, TNV) wykorzystuje bezpośrednie spalanie gazu lub paliwa, a następnie rozkład cząsteczek rozpuszczalnika organicznego na dwutlenek węgla i wodę. Wysokotemperaturowe spaliny, ogrzewane za pomocą wielostopniowego urządzenia do wymiany ciepła, ogrzewają się, a proces produkcyjny wymaga powietrza lub gorącej wody. Pełny recykling, utlenianie i rozkład organicznych spalin, zmniejsza zużycie energii cieplnej całego systemu. Dlatego system TNV jest wydajnym i idealnym sposobem na oczyszczanie gazów odlotowych zawierających rozpuszczalniki organiczne, gdy proces produkcyjny wymaga dużej ilości energii cieplnej. W nowej linii produkcyjnej elektroforetycznych powłok malarskich, powszechnie stosowany jest system termicznego spalania z odzyskiem TNV.
System TNV składa się z trzech części: układu podgrzewania i spalania spalin, układu ogrzewania powietrza obiegowego oraz układu wymiany ciepła świeżego powietrza. Urządzenie do spalania spalin w systemie centralnego ogrzewania stanowi jego rdzeń, składający się z korpusu pieca, komory spalania, wymiennika ciepła, palnika i głównego zaworu regulacyjnego spalin. Jego działanie polega na: za pomocą wentylatora wysokociśnieniowego, organiczne spaliny z suszarni są podgrzewane przez wbudowany wymiennik ciepła, a następnie kierowane do komory spalania. Następnie, poprzez palnik, podgrzewane w wysokiej temperaturze (około 750°C), następuje rozkład utleniania i rozkładu organicznych spalin na dwutlenek węgla i wodę. Wytworzone spaliny o wysokiej temperaturze są odprowadzane przez wymiennik ciepła i główny przewód spalinowy w piecu. Odprowadzane spaliny ogrzewają powietrze obiegowe w suszarni, dostarczając niezbędną energię cieplną do suszarni. Na końcu systemu znajduje się urządzenie do wymiany ciepła świeżego powietrza, które odzyskuje ciepło odpadowe z systemu i przekazuje je do odzysku końcowego. Świeże powietrze, dostarczane przez suszarnię, jest podgrzewane spalinami, a następnie przesyłane do suszarni. Dodatkowo, na głównym przewodzie spalinowym znajduje się elektryczny zawór regulacyjny, który służy do regulacji temperatury spalin na wylocie urządzenia. Temperatura spalin może być regulowana na poziomie około 160°C.
Cechy urządzenia centralnego ogrzewania do spalania gazów odlotowych obejmują: czas przebywania organicznych gazów odlotowych w komorze spalania wynosi 1–2 s; szybkość rozkładu organicznych gazów odlotowych wynosi ponad 99%; współczynnik odzysku ciepła może osiągnąć 76%; a współczynnik regulacji mocy palnika może osiągnąć 26 ∶ 1, do 40 ∶ 1.
Wady: w przypadku oczyszczania gazów odpadowych o niskim stężeniu koszty eksploatacji są wyższe; wymiennik ciepła rurowy pracuje tylko w trybie ciągłym, ma długą żywotność.
1.2 Schemat oczyszczania gazów odpadowych organicznych w pomieszczeniu do malowania natryskowego i suszarni
Gaz odprowadzany z pomieszczenia do malowania natryskowego i suszarni charakteryzuje się niskim stężeniem, dużym natężeniem przepływu i temperaturą pokojową. Głównym składnikiem zanieczyszczeń są węglowodory aromatyczne, etery alkoholowe i estry rozpuszczalników organicznych. Obecnie, bardziej zaawansowaną metodą jest: pierwsze zagęszczenie organicznych gazów odlotowych w celu zmniejszenia całkowitej ilości organicznych gazów odlotowych, z pierwszą metodą adsorpcji (węgiel aktywny lub zeolit jako adsorbent) do niskiego stężenia gazów odlotowych z farby natryskowej w temperaturze pokojowej, z wysokotemperaturowym odpędzaniem gazów, zagęszczeniem gazów odlotowych metodą spalania katalitycznego lub regeneracyjnego spalania termicznego.
1.2.1 Urządzenie do adsorpcji, desorpcji i oczyszczania za pomocą węgla aktywnego
Wykorzystanie węgla aktywnego o strukturze plastra miodu jako adsorbentu, w połączeniu z zasadami oczyszczania adsorpcyjnego, regeneracji desorpcyjnej i zagęszczania lotnych związków organicznych (LZO) oraz spalania katalitycznego, zapewnia wysoką objętość powietrza i niskie stężenie organicznych gazów odlotowych dzięki adsorpcji węgla aktywnego o strukturze plastra miodu. Po nasyceniu węgla aktywnego, gorące powietrze regeneruje węgiel aktywny. Zdesorbowana, skoncentrowana materia organiczna jest kierowana do złoża spalania katalitycznego w celu katalitycznego spalania. Materia organiczna jest utleniana do nieszkodliwego dwutlenku węgla i wody. Spalone gorące spaliny ogrzewają zimne powietrze w wymienniku ciepła. Po wymianie ciepła następuje częściowa emisja gazu chłodzącego. Część służy do regeneracji desorbcyjnej węgla aktywnego o strukturze plastra miodu, co pozwala na wykorzystanie ciepła odpadowego i oszczędność energii. Całe urządzenie składa się z filtra wstępnego, złoża adsorpcyjnego, złoża spalania katalitycznego, elementu zmniejszającego palność, wentylatora, zaworu itp.
Urządzenie do oczyszczania metodą adsorpcji i desorpcji z węglem aktywnym zostało zaprojektowane zgodnie z dwiema podstawowymi zasadami: adsorpcji i spalania katalitycznego. Wykorzystuje ono podwójną ścieżkę gazową, komorę spalania katalitycznego i dwa złoża adsorpcyjne, pracujące naprzemiennie. Najpierw następuje adsorpcja organicznych gazów odlotowych z węglem aktywnym, a po szybkim nasyceniu następuje zatrzymanie adsorpcji. Następnie za pomocą strumienia gorącego powietrza usuwa się materię organiczną z węgla aktywnego, co umożliwia regenerację węgla aktywnego. Materia organiczna zostaje zagęszczona (stężenie kilkadziesiąt razy wyższe niż pierwotne) i kierowana do komory spalania katalitycznego, gdzie następuje katalityczne spalanie, uwalniając dwutlenek węgla i parę wodną. Gdy stężenie organicznych gazów odlotowych przekroczy 2000 ppm, mogą one ulegać samozapłonowi w złożu katalitycznym bez konieczności zewnętrznego ogrzewania. Część spalin jest odprowadzana do atmosfery, a większość kierowana jest do złoża adsorpcyjnego w celu regeneracji węgla aktywnego. Pozwala to na zaspokojenie zapotrzebowania na energię cieplną, co pozwala na osiągnięcie celu, jakim jest oszczędność energii. Regeneracja może przejść do kolejnej adsorpcji. w przypadku desorpcji operację oczyszczania można przeprowadzić za pomocą innego złoża adsorpcyjnego, nadającego się zarówno do pracy ciągłej, jak i przerywanej.
Parametry techniczne i charakterystyka: stabilna praca, prosta konstrukcja, bezpieczeństwo i niezawodność, energooszczędność i oszczędność pracy, brak zanieczyszczeń wtórnych. Urządzenie zajmuje niewielką powierzchnię i charakteryzuje się niewielką wagą. Doskonale nadaje się do stosowania w dużych ilościach. Złoże węgla aktywnego, które absorbuje organiczne gazy odpadowe, wykorzystuje gazy odpadowe po spalaniu katalitycznym do regeneracji strippingowej. Gaz strippingowy jest następnie kierowany do komory spalania katalitycznego w celu oczyszczenia, bez udziału energii z zewnątrz, co zapewnia znaczną oszczędność energii. Wadą jest krótki czas pracy węgla aktywnego i wysoki koszt jego eksploatacji.
1.2.2 Urządzenie do oczyszczania adsorpcyjno-desorpcyjnego z wykorzystaniem koła transferowego zeolitu
Głównymi składnikami zeolitu są krzem i glin, które dzięki swoim właściwościom adsorpcyjnym mogą być stosowane jako adsorbenty. Zeolitowy układ filtracyjny wykorzystuje właściwości zeolitu, charakteryzujące się zdolnością adsorpcji i desorpcji zanieczyszczeń organicznych, dzięki czemu gazy wylotowe LZO o niskim i wysokim stężeniu mogą obniżyć koszty eksploatacji końcowych urządzeń do oczyszczania. Urządzenie nadaje się do oczyszczania dużych przepływów, o niskim stężeniu, zawierających różnorodne składniki organiczne. Wadą jest wysoki koszt początkowy.
Urządzenie adsorpcyjno-oczyszczające zeolitowe to urządzenie do oczyszczania gazu, które może w sposób ciągły wykonywać operacje adsorpcji i desorpcji. Dwie strony koła zeolitowego są podzielone specjalnym urządzeniem uszczelniającym na trzy obszary: obszar adsorpcji, obszar desorpcji (regeneracji) i obszar chłodzenia. Proces działania systemu jest następujący: obracające się koło zeolitowe obraca się ciągle z niską prędkością, cyrkulacja przez obszar adsorpcji, obszar desorpcji (regeneracji) i obszar chłodzenia; gdy gazy spalinowe o niskim stężeniu i dużej objętości stale przepływają przez obszar adsorpcji kanału, lotne związki organiczne (LZO) w gazach spalinowych są adsorbowane przez zeolit obracającego się koła. Bezpośrednia emisja po adsorpcji i oczyszczeniu; Rozpuszczalnik organiczny zaadsorbowany przez koło jest przesyłany do strefy desorpcji (regeneracji) wraz z obrotem koła. Następnie, za pomocą małej objętości powietrza, powietrze jest ciągle podgrzewane przez obszar desorpcji. Zaadsorbowane na kole lotne związki organiczne (LZO) są regenerowane w strefie desorpcji. Spaliny LZO są odprowadzane wraz z gorącym powietrzem. Koło jest kierowane do obszaru chłodzenia w celu ponownego schłodzenia i adsorpcji. Dzięki stałemu obrotowi koła, wykonywane są cykle adsorpcji, desorpcji i chłodzenia, co zapewnia ciągłą i stabilną pracę oczyszczania gazów odlotowych.
Urządzenie do spalania zeolitu jest zasadniczo koncentratorem, a spaliny zawierające rozpuszczalnik organiczny są dzielone na dwie części: czyste powietrze, które może być odprowadzane bezpośrednio, oraz powietrze recyrkulowane o wysokim stężeniu rozpuszczalnika organicznego. Czyste powietrze, które może być odprowadzane bezpośrednio i recyrkulowane w malowanym systemie wentylacji i klimatyzacji; wysokie stężenie lotnych związków organicznych (LZO) jest około 10-krotnie wyższe niż stężenie LZO przed wejściem do systemu. Stężony gaz jest przetwarzany poprzez wysokotemperaturowe spalanie w systemie odzysku ciepła TNV (lub innym sprzęcie). Ciepło generowane podczas spalania jest odpowiednio wykorzystywane do ogrzewania suszarni i ogrzewania zeolitu, a energia cieplna jest w pełni wykorzystywana do osiągnięcia efektu oszczędności energii i redukcji emisji.
Parametry techniczne i charakterystyka: prosta konstrukcja, łatwa konserwacja, długa żywotność; wysoka wydajność absorpcji i usuwania, przekształca pierwotną objętość powietrza i niskie stężenie gazów odlotowych LZO w małą objętość powietrza i wysokie stężenie gazów odlotowych, zmniejszając koszty końcowego sprzętu do oczyszczania; wyjątkowo niski spadek ciśnienia, co znacznie zmniejsza zużycie energii; ogólne przygotowanie systemu i modułowa konstrukcja, minimalne wymagania przestrzenne, ciągły i bezobsługowy tryb sterowania; może osiągnąć krajową normę emisji; adsorbent wykorzystuje niepalny zeolit, co jest bezpieczniejsze w użyciu; wadą jest jednorazowa inwestycja o wysokim koszcie.
Czas publikacji: 03-01-2023
