Analisi della composizione dei gas di scarico della verniciatura a spruzzo

1. Formazione e componenti principali dei gas di scarico della vernice spray

Il processo di verniciatura è ampiamente utilizzato nei settori della meccanica, dell'industria automobilistica, delle apparecchiature elettriche, degli elettrodomestici, delle navi, dell'arredamento e in altri settori industriali.

Materie prime per la pittura: la pittura è composta da componenti volatili e non volatili. I componenti volatili includono la sostanza filmogena e la sostanza filmogena ausiliaria, mentre l'agente diluente volatile viene utilizzato per diluire la pittura, al fine di ottenere una superficie liscia e uniforme.

Il processo di verniciatura a spruzzo produce principalmente nebbia di vernice e inquinamento da gas organici di scarto. La vernice, sotto l'azione dell'alta pressione, si frammenta in particelle; durante la spruzzatura, parte della vernice non raggiunge la superficie di spruzzo e si diffonde con il flusso d'aria formando la nebbia di vernice. I gas organici di scarto derivano dalla volatilizzazione del diluente; il solvente organico non aderisce alla superficie della vernice e, durante il processo di verniciatura e indurimento, rilascia gas organici di scarto (tra cui centinaia di composti organici volatili, rispettivamente alcani, olefine, composti aromatici, alcoli, aldeidi, chetoni, esteri, eteri e altri composti).

2. Fonte e caratteristiche dei gas di scarico dei rivestimenti automobilistici

Un'officina di verniciatura automobilistica dovrebbe eseguire il pretrattamento della vernice, l'elettroforesi e la verniciatura a spruzzo sul pezzo in lavorazione. Il processo di verniciatura comprende la verniciatura a spruzzo, il flusso e l'asciugatura; in questi processi si producono gas di scarico organici (COV) e vapori di vernice, quindi è necessario trattare i gas di scarico della cabina di verniciatura.

(1) Gas di scarico dalla stanza della verniciatura a spruzzo

Al fine di mantenere un ambiente di lavoro adeguato per la verniciatura a spruzzo, in conformità con le disposizioni della legge sulla salute e sicurezza sul lavoro, l'aria nella cabina di verniciatura deve essere continuamente ricambiata e la velocità di ricambio dell'aria deve essere controllata entro l'intervallo (0,25~1) m/s. La composizione principale dei gas di scarico è costituita dai solventi organici della vernice a spruzzo, i cui componenti principali sono idrocarburi aromatici (tre idrocarburi totali non metanici, come il benzene), alcoli, eteri ed esteri. Poiché il volume di scarico della cabina di verniciatura è molto elevato, la concentrazione totale dei gas di scarico organici è molto bassa, solitamente circa 100 mg/m³. Inoltre, l'aria di scarico della cabina di verniciatura spesso contiene una piccola quantità di nebbia di vernice non trattata, soprattutto nelle cabine di verniciatura a spruzzo a secco. La nebbia di vernice presente nell'aria di scarico può ostacolare il trattamento dei gas di scarico, che pertanto devono essere pretrattati.

(2) Gas di scarico dalla camera di essiccazione

Dopo la verniciatura a spruzzo, prima dell'asciugatura, è necessario far circolare aria. Il film di vernice umida, durante il processo di asciugatura, può volatilizzarsi a causa dell'accumulo di solventi organici nell'aria interna, al fine di prevenire esplosioni e conseguenti danni. La camera di aerazione deve essere ventilata continuamente, con una velocità dell'aria generalmente controllata intorno a 0,2 m/s. L'aria di scarico deve essere composta da gas di scarico della camera di verniciatura, ma non deve contenere nebbie di vernice. La concentrazione totale di gas di scarico organici deve essere maggiore rispetto a quella della camera di verniciatura, in base al volume di scarico. Generalmente, la concentrazione di gas di scarico nella camera di verniciatura è circa il doppio, potendo raggiungere i 300 mg/m³. Di solito, i gas di scarico vengono miscelati con quelli della camera di verniciatura dopo un trattamento centralizzato. Inoltre, anche la camera di verniciatura e la vasca di ricircolo delle acque reflue della vernice superficiale devono scaricare gas di scarico organici simili.

(3)Dgas di scarico

La composizione dei gas di scarico del processo di essiccazione è più complessa: oltre al solvente organico, a parte del plastificante o del monomero di resina e ad altri componenti volatili, contiene anche prodotti di decomposizione termica e prodotti di reazione. L'essiccazione del primer elettroforetico e del rivestimento di finitura a base solvente produce emissioni gassose, ma la loro composizione e concentrazione presentano notevoli differenze.

※Rischi derivanti dai gas di scarico delle vernici spray:

Dalle analisi è emerso che i gas di scarico provenienti dalla cabina di verniciatura, dalla cabina di asciugatura, dalla cabina di miscelazione delle vernici e dalla cabina di trattamento delle acque reflue della verniciatura di finitura presentano una bassa concentrazione e un flusso elevato, e che i principali componenti inquinanti sono idrocarburi aromatici, eteri alcolici e solventi organici esteri. Secondo lo "Standard globale sulle emissioni di inquinamento atmosferico", la concentrazione di questi gas di scarico rientra generalmente nei limiti di emissione. Per rispettare i requisiti di emissione previsti dallo standard, la maggior parte delle fabbriche automobilistiche adotta il metodo di emissione ad alta quota. Sebbene questo metodo possa soddisfare gli attuali standard di emissione, i gas di scarico sono essenzialmente emissioni diluite non trattate e la quantità totale di inquinanti gassosi scaricati da una grande linea di verniciatura di carrozzeria può raggiungere centinaia di tonnellate, causando danni molto gravi all'atmosfera.

La nebbia di vernice prodotta da solventi organici come benzene, toluene e xilene è un solvente fortemente tossico che, se disperso nell'aria dell'ambiente di lavoro, può causare intossicazioni acute e croniche, principalmente a carico del sistema nervoso centrale e del sistema ematopoietico. L'inalazione a breve termine di elevate concentrazioni (superiori a 1500 mg/m³) di vapori di benzene può provocare anemia aplastica, mentre l'inalazione frequente di basse concentrazioni può causare vomito e sintomi neurologici come confusione.

※Selezione del metodo di trattamento dei gas di scarico per la verniciatura a spruzzo:

Nella scelta dei metodi di trattamento organico, è opportuno considerare in generale i seguenti fattori: il tipo e la concentrazione degli inquinanti organici, la temperatura e la portata dei gas di scarico organici, il contenuto di particolato e il livello di controllo degli inquinanti che si desidera raggiungere.

1STrattamento della vernice a temperatura ambiente

I gas di scarico provenienti dalla sala di verniciatura, dalla sala di asciugatura, dalla sala di miscelazione delle vernici e dalla sala di trattamento delle acque reflue della verniciatura finale sono gas di scarico a temperatura ambiente, a bassa concentrazione e ad alto flusso, e la loro composizione principale di inquinanti è costituita da idrocarburi aromatici, alcoli, eteri e solventi organici esteri. Secondo la norma GB16297 "Standard completo sulle emissioni di inquinamento atmosferico", la concentrazione di questi gas di scarico rientra generalmente nei limiti di emissione. Per rispettare i requisiti di emissione previsti dalla norma, la maggior parte delle case automobilistiche adotta il metodo di emissione ad alta quota. Sebbene questo metodo possa soddisfare gli attuali standard di emissione, i gas di scarico sono essenzialmente emissioni diluite e non trattate, e la quantità totale di inquinanti gassosi scaricati da una grande linea di verniciatura della carrozzeria può raggiungere centinaia di tonnellate, causando gravi danni all'atmosfera.

Per ridurre drasticamente le emissioni inquinanti dei gas di scarico, è possibile utilizzare congiuntamente diversi metodi di trattamento, ma il costo del trattamento di gas di scarico ad alto volume è molto elevato. Attualmente, il metodo più consolidato all'estero prevede innanzitutto la concentrazione (utilizzando una ruota di adsorbimento-desorbimento per concentrare la quantità totale circa 15 volte), al fine di ridurre la quantità totale da trattare, e successivamente l'utilizzo di un metodo distruttivo per trattare i gas di scarico concentrati. Esistono metodi simili in Cina: si utilizza inizialmente un metodo di adsorbimento (con carbone attivo o zeolite come adsorbente) per i gas di scarico di verniciatura a spruzzo a bassa concentrazione e a temperatura ambiente, seguito da un desorbimento ad alta temperatura, e infine si utilizza la combustione catalitica o la combustione termica rigenerativa per trattare i gas di scarico concentrati. Sono in fase di sviluppo anche metodi di trattamento biologico per i gas di scarico di verniciatura a spruzzo a bassa concentrazione e a temperatura ambiente; la tecnologia nazionale, al momento, non è ancora matura, ma merita attenzione. Per ridurre realmente l'inquinamento pubblico causato dai gas di scarico della verniciatura, è necessario risolvere il problema alla fonte, ad esempio utilizzando tazze rotanti elettrostatiche e altri metodi per migliorare il tasso di utilizzo delle vernici, sviluppando vernici a base d'acqua e altre vernici ecocompatibili.

2Dtrattamento dei gas di scarico

I gas di scarico derivanti dall'essiccazione appartengono alla categoria dei gas di scarico ad alta temperatura a media e alta concentrazione, adatti al trattamento mediante combustione. La reazione di combustione presenta tre parametri importanti: tempo, temperatura e agitazione, ovvero le condizioni di combustione 3T. L'efficienza del trattamento dei gas di scarico dipende essenzialmente dal grado di reazione di combustione e dal controllo delle condizioni 3T della reazione stessa. Il sistema RTO (Reverse Turnover) consente di controllare la temperatura di combustione (820~900℃) e il tempo di permanenza (1,0~1,2 s), garantendo l'agitazione necessaria (miscelazione completa di aria e materia organica). In questo modo, l'efficienza del trattamento raggiunge il 99%, il recupero del calore di scarto è elevato e il consumo energetico è basso. La maggior parte degli stabilimenti automobilistici giapponesi e cinesi utilizza il sistema RTO per il trattamento centralizzato dei gas di scarico derivanti dall'essiccazione (primer, strato intermedio, strato finale). Ad esempio, la linea di verniciatura per autovetture Nissan di Dongfeng a Huadu, che utilizza il sistema RTO per il trattamento centralizzato dei gas di scarico derivanti dall'essiccazione, ottiene ottimi risultati e soddisfa pienamente i requisiti delle normative sulle emissioni. Tuttavia, a causa dell'elevato investimento iniziale richiesto per le apparecchiature di trattamento dei gas di scarico RTO, il trattamento di gas di scarico con flussi ridotti non risulta economicamente vantaggioso.

Per una linea di produzione di rivestimenti completa, quando è necessario un sistema aggiuntivo di trattamento dei gas di scarico, si possono utilizzare sia il sistema di combustione catalitica che il sistema di combustione termica rigenerativa. Il sistema di combustione catalitica richiede un investimento contenuto e presenta un basso consumo energetico.

In generale, l'uso del platino come catalizzatore può ridurre la temperatura di ossidazione della maggior parte dei gas di scarico organici a circa 315 °C. Il sistema di combustione catalitica può essere utilizzato per il trattamento generale dei gas di scarico derivanti dall'essiccazione, risultando particolarmente adatto per gli impianti di essiccazione alimentati da riscaldamento elettrico. Il problema principale è come evitare l'avvelenamento del catalizzatore. Secondo l'esperienza di alcuni utenti, per i gas di scarico derivanti dall'essiccazione di vernici superficiali, aumentando la filtrazione dei gas di scarico e adottando altre misure, è possibile garantire una durata del catalizzatore di 3-5 anni. I gas di scarico derivanti dall'essiccazione di vernici elettroforetiche tendono invece a causare facilmente l'avvelenamento del catalizzatore, pertanto il trattamento di tali gas mediante combustione catalitica deve essere eseguito con cautela. Nel processo di trattamento e trasformazione dei gas di scarico della linea di verniciatura di carrozzerie per veicoli commerciali Dongfeng, i gas di scarico derivanti dall'essiccazione del primer elettroforetico vengono trattati con il metodo RTO, mentre i gas di scarico derivanti dall'essiccazione della vernice di finitura vengono trattati con il metodo di combustione catalitica, ottenendo buoni risultati.

※Processo di trattamento dei gas di scarico durante la verniciatura a spruzzo:

Il sistema di trattamento dei gas di scarico dell'industria della verniciatura a spruzzo è utilizzato principalmente per il trattamento dei gas di scarico delle cabine di verniciatura a spruzzo, delle fabbriche di mobili, dell'industria meccanica, delle fabbriche di guardrail, dell'industria automobilistica e delle officine di riparazione auto (4S). Attualmente, esistono diversi processi di trattamento, come ad esempio: il metodo di condensazione, il metodo di assorbimento, il metodo di combustione, il metodo catalitico, il metodo di adsorbimento, il metodo biologico e il metodo ionico.

1. WMetodo di spruzzatura dell'acqua + adsorbimento e desorbimento su carbone attivo + combustione catalitica

Utilizzando una torre di spruzzatura per rimuovere la nebbia di vernice e il materiale solubile in acqua, dopo il filtro a secco, nel dispositivo di adsorbimento a carbone attivo, ad esempio fino al completo adsorbimento del carbone attivo, quindi strippaggio (metodo di strippaggio con strippaggio a vapore, riscaldamento elettrico, strippaggio con azoto), dopo il gas di strippaggio (concentrazione aumentata di decine di volte) tramite un ventilatore di strippaggio nel dispositivo di combustione catalitica, combustione in anidride carbonica e acqua, dopo scarico.

2. Wnebulizzazione d'acqua + adsorbimento e desorbimento su carbone attivo + metodo di recupero della condensazione

Utilizzando una torre di spruzzatura per rimuovere la nebbia di vernice e il materiale solubile in acqua, dopo il filtraggio a secco, in un dispositivo di adsorbimento a carbone attivo, ad esempio con adsorbimento completo su carbone attivo, quindi allo stripping (metodo di stripping con stripping a vapore, riscaldamento elettrico, stripping con azoto), dopo il trattamento del gas di scarico adsorbito e condensato concentrato, il condensato mediante separazione recupera la preziosa materia organica. Questo metodo viene utilizzato per il trattamento di gas di scarico ad alta concentrazione, bassa temperatura e basso volume d'aria. Tuttavia, questo metodo presenta costi di investimento elevati, un alto consumo energetico e costi operativi elevati, la concentrazione di "trebenzene" e altri gas di scarico nei gas di scarico della verniciatura a spruzzo è generalmente inferiore a 300 mg/m³, bassa concentrazione, grande volume d'aria (il volume d'aria di un'officina di verniciatura automobilistica è spesso superiore a 100.000), e poiché la composizione dei solventi organici dei gas di scarico della verniciatura automobilistica, il riciclo del solvente è difficile e produce facilmente inquinamento secondario, quindi nel trattamento dei gas di scarico della verniciatura generalmente non si utilizza questo metodo.

3. Wmetodo di adsorbimento del gas di scarico

Il trattamento dei gas di scarico della verniciatura a spruzzo mediante adsorbimento può essere suddiviso in adsorbimento chimico e adsorbimento fisico, ma l'attività chimica dei gas di scarico del "trebenzene" è bassa, quindi generalmente non si utilizza l'assorbimento chimico. Il fluido assorbente fisico assorbe meno sostanze volatili e assorbe i componenti con maggiore affinità per il riscaldamento, il raffreddamento e il riutilizzo per l'analisi dell'assorbimento di saturazione. Questo metodo è utilizzato per lo spostamento dell'aria, a bassa temperatura e a bassa concentrazione. L'installazione è complessa, l'investimento è elevato, la scelta del fluido assorbente è più difficile, ci sono due tipi di inquinamento

4. Aapparecchiatura per adsorbimento su carbone attivo + ossidazione fotocatalitica UV

(1): adsorbimento diretto del gas organico tramite carbone attivo, per raggiungere un tasso di purificazione del 95%, attrezzatura semplice, piccolo investimento, funzionamento conveniente, ma è necessario sostituire spesso il carbone attivo, bassa concentrazione di inquinanti, nessun recupero. (2) Metodo di adsorbimento: gas organico adsorbito su carbone attivo, desorbimento dell'aria satura di carbone attivo e rigenerazione.

5.UNapparecchiatura per adsorbimento su carbone attivo + plasma a bassa temperatura

Dopo l'adsorbimento su carbone attivo, il gas di scarico viene trattato con apparecchiature al plasma a bassa temperatura, raggiungendo lo standard di scarico gassoso. Il metodo ionico utilizza il plasma (plasma ionico) per degradare i gas di scarico organici, rimuovere gli odori sgradevoli, uccidere batteri e virus e purificare l'aria. Si tratta di una tecnologia all'avanguardia a livello internazionale, considerata dagli esperti nazionali e internazionali una delle quattro principali tecnologie ambientali del XXI secolo. Il principio chiave di questa tecnologia risiede nella scarica a impulsi ad alta tensione di un gran numero di ioni di ossigeno attivi (plasma), che attivano il gas, producendo una varietà di radicali liberi attivi, come OH, HO2, O, ecc., degradando, ossidando e innescando complesse reazioni fisico-chimiche, tra cui benzene, toluene, xilene, ammoniaca, alcani e altri gas di scarico organici. I sottoprodotti sono atossici e si evita l'inquinamento secondario. Questa tecnologia presenta caratteristiche quali un consumo energetico estremamente basso, ingombro ridotto, semplicità di funzionamento e manutenzione, ed è particolarmente adatta al trattamento di gas con diverse componenti.

BRiepilogo della resa:

Attualmente sul mercato sono disponibili molti metodi di trattamento; per soddisfare gli standard di trattamento nazionali e locali, di solito si opta per una combinazione di diversi metodi per il trattamento dei gas di scarico, scegliendo quello più adatto al proprio specifico processo di trattamento.