Gli inquinanti emessi sono principalmente: nebbie di vernice e solventi organici prodotti dalla verniciatura a spruzzo, nonché solventi organici volatilizzati durante l'essiccazione. Le nebbie di vernice provengono principalmente dalla fase di verniciatura a spruzzo con solventi e la loro composizione è coerente con quella della vernice utilizzata. I solventi organici provengono principalmente dai solventi e dai diluenti impiegati nel processo di verniciatura, sono per lo più emissioni volatili e i principali inquinanti sono xilene, benzene, toluene e altri. Pertanto, la principale fonte di gas nocivi emessi durante il processo di verniciatura è rappresentata dalla cabina di verniciatura a spruzzo, dalla cabina di essiccazione e dal locale di essiccazione.
1. Metodo di trattamento dei gas di scarico della linea di produzione automobilistica
1.1 Schema di trattamento dei gas di scarico organici nel processo di essiccazione
Il gas di scarico proveniente dalla camera di essiccazione per elettroforesi, rivestimento del mezzo e rivestimento superficiale è un gas di scarico ad alta temperatura e alta concentrazione, adatto al metodo di incenerimento. Attualmente, i metodi di trattamento del gas di scarico comunemente utilizzati nel processo di essiccazione includono: la tecnologia di ossidazione termica rigenerativa (RTO), la tecnologia di combustione catalitica rigenerativa (RCO) e il sistema di incenerimento termico per il recupero del TNV.
1.1.1 Tecnologia di ossidazione termica ad accumulo termico (RTO)
L'ossidatore termico (ossidatore termico rigenerativo, RTO) è un dispositivo ecologico a risparmio energetico per il trattamento di gas di scarico organici volatili a media e bassa concentrazione. È adatto per grandi volumi e basse concentrazioni, con concentrazioni di gas di scarico organici comprese tra 100 PPM e 20000 PPM. I costi operativi sono bassi: quando la concentrazione di gas di scarico organici supera i 450 PPM, il dispositivo RTO non necessita di combustibile ausiliario; il tasso di purificazione è elevato, con un RTO a due letti che può raggiungere oltre il 98% e un RTO a tre letti che può superare il 99%, e non produce inquinamento secondario come NOx; il controllo è automatico, il funzionamento è semplice e la sicurezza è elevata.
Il dispositivo di ossidazione termica rigenerativa adotta il metodo di ossidazione termica per trattare gas di scarico organici a media e bassa concentrazione, e utilizza uno scambiatore di calore a letto ceramico per recuperare il calore. È composto da un letto ceramico per l'accumulo di calore, una valvola di controllo automatica, una camera di combustione e un sistema di controllo. Le caratteristiche principali sono: la valvola di controllo automatica posta sul fondo del letto di accumulo di calore è collegata rispettivamente al tubo principale di aspirazione e al tubo principale di scarico; il letto di accumulo di calore immagazzina il calore preriscaldando i gas di scarico organici in ingresso, assorbendo e rilasciando calore tramite un materiale ceramico per l'accumulo di calore; i gas di scarico organici, preriscaldati a una certa temperatura (760 °C), vengono ossidati nella camera di combustione generando anidride carbonica e acqua, e purificati. La tipica struttura principale del dispositivo RTO a due letti è composta da una camera di combustione, due letti di riempimento ceramico e quattro valvole di commutazione. Lo scambiatore di calore a letto ceramico rigenerativo presente nel dispositivo può massimizzare il recupero di calore, raggiungendo oltre il 95%; durante il trattamento dei gas di scarico organici non viene utilizzato alcun combustibile o solo una quantità minima.
Vantaggi: Nel trattamento di flussi elevati e basse concentrazioni di gas di scarico organici, i costi operativi sono molto bassi.
Svantaggi: elevato investimento iniziale, alta temperatura di combustione, non adatto al trattamento di gas di scarico organici ad alta concentrazione, presenza di numerose parti mobili, necessità di maggiore manutenzione.
1.1.2 Tecnologia di combustione catalitica termica (RCO)
Il dispositivo di combustione catalitica rigenerativa (ossidatore catalitico rigenerativo RCO) è applicato direttamente alla purificazione di gas di scarico organici a media e alta concentrazione (1000 mg/m³-10000 mg/m³). La tecnologia di trattamento RCO è particolarmente adatta per le esigenze di elevato recupero di calore, ma è anche idonea per la stessa linea di produzione, poiché, a causa dei diversi prodotti, la composizione dei gas di scarico varia spesso o la loro concentrazione fluttua notevolmente. È particolarmente indicato per le esigenze di recupero di energia termica delle aziende o per il trattamento dei gas di scarico della linea di essiccazione, e l'energia recuperata può essere utilizzata per la linea di essiccazione, consentendo così di ottenere un risparmio energetico.
La tecnologia di trattamento a combustione catalitica rigenerativa è una tipica reazione in fase gas-solido, che consiste nell'ossidazione profonda delle specie reattive dell'ossigeno. Nel processo di ossidazione catalitica, l'adsorbimento sulla superficie del catalizzatore fa sì che le molecole dei reagenti si concentrino sulla superficie del catalizzatore stesso. L'effetto del catalizzatore nel ridurre l'energia di attivazione accelera la reazione di ossidazione e ne migliora la velocità. Sotto l'azione di uno specifico catalizzatore, la materia organica subisce una combustione ossidativa senza necessità di ulteriore ossidazione a basse temperature iniziali (250-300 °C), decomponendosi in anidride carbonica e acqua e rilasciando una grande quantità di energia termica.
Il dispositivo RCO è composto principalmente dal corpo del forno, dal corpo di accumulo termico catalitico, dal sistema di combustione, dal sistema di controllo automatico, dalla valvola automatica e da diversi altri sistemi. Nel processo di produzione industriale, i gas di scarico organici entrano nella valvola rotante dell'apparecchiatura attraverso il ventilatore di aspirazione, e il gas in ingresso e quello in uscita vengono completamente separati attraverso la valvola rotante. L'accumulo di energia termica e lo scambio termico del gas raggiungono quasi la temperatura impostata tramite l'ossidazione catalitica dello strato catalitico; i gas di scarico continuano a riscaldarsi attraverso la zona di riscaldamento (tramite riscaldamento elettrico o a gas naturale) e si mantengono alla temperatura impostata; entrano nello strato catalitico per completare la reazione di ossidazione catalitica, ovvero la reazione genera anidride carbonica e acqua e rilascia una grande quantità di energia termica per ottenere l'effetto di trattamento desiderato. Il gas catalizzato dall'ossidazione entra nello strato di materiale ceramico 2 e l'energia termica viene scaricata nell'atmosfera attraverso la valvola rotante. Dopo la purificazione, la temperatura dei gas di scarico è solo leggermente superiore alla temperatura prima del trattamento dei gas di scarico. Il sistema funziona in modo continuo e commuta automaticamente. Grazie al funzionamento della valvola rotante, tutti gli strati di riempimento ceramico completano le fasi cicliche di riscaldamento, raffreddamento e purificazione, consentendo il recupero dell'energia termica.
Vantaggi: flusso di processo semplice, apparecchiature compatte, funzionamento affidabile; elevata efficienza di purificazione, generalmente superiore al 98%; bassa temperatura di combustione; basso investimento iniziale, bassi costi operativi, efficienza di recupero del calore generalmente superiore all'85%; l'intero processo non produce acque reflue, il processo di purificazione non produce inquinamento secondario da NOX; le apparecchiature di purificazione RCO possono essere utilizzate con la camera di essiccazione, il gas purificato può essere riutilizzato direttamente nella camera di essiccazione, per raggiungere l'obiettivo di risparmio energetico e riduzione delle emissioni;
Svantaggi: il dispositivo di combustione catalitica è adatto solo al trattamento di gas di scarico organici con componenti organici a basso punto di ebollizione e basso contenuto di ceneri, e non è adatto al trattamento di gas di scarico contenenti sostanze viscose come fumi oleosi; inoltre, il catalizzatore deve essere avvelenato; la concentrazione di gas di scarico organici deve essere inferiore al 20%.
1.1.3TNV Sistema di incenerimento termico a riciclo
Il sistema di incenerimento termico a riciclo (in tedesco Thermische Nachverbrennung TNV) utilizza gas o combustibili per riscaldare i gas di scarico contenenti solventi organici. Ad alta temperatura, le molecole di solvente organico si decompongono per ossidazione in anidride carbonica e acqua. I gas di scarico ad alta temperatura, attraverso un dispositivo di scambio termico multistadio, riscaldano l'aria o l'acqua calda necessaria al processo produttivo, consentendo il riciclo completo dell'energia termica derivante dalla decomposizione per ossidazione dei gas di scarico organici e riducendo il consumo energetico dell'intero sistema. Pertanto, il sistema TNV rappresenta una soluzione efficiente e ideale per il trattamento dei gas di scarico contenenti solventi organici quando il processo produttivo richiede un elevato fabbisogno di energia termica. Per le nuove linee di produzione di vernici elettroforetiche, viene generalmente adottato il sistema di incenerimento termico a riciclo TNV.
Il sistema TNV è costituito da tre parti: sistema di preriscaldamento e incenerimento dei gas di scarico, sistema di riscaldamento dell'aria circolante e sistema di scambio termico dell'aria fresca. Il componente principale del sistema TNV è l'unità centrale di incenerimento e riscaldamento dei gas di scarico, composta da corpo forno, camera di combustione, scambiatore di calore, bruciatore e valvola di regolazione dei fumi principali. Il suo processo di funzionamento è il seguente: un ventilatore ad alta pressione aspira i gas di scarico organici dalla camera di essiccazione, li preriscalda nello scambiatore di calore integrato nell'unità centrale di incenerimento e riscaldamento dei gas di scarico, li convoglia nella camera di combustione e, attraverso il bruciatore, li riscalda ad alta temperatura (circa 750 °C) per ossidare e decomporre i gas di scarico organici, trasformandoli in anidride carbonica e acqua. I fumi ad alta temperatura prodotti vengono scaricati attraverso lo scambiatore di calore e il condotto principale dei fumi all'interno del forno. I fumi scaricati riscaldano l'aria circolante nella camera di essiccazione, fornendo l'energia termica necessaria. Un dispositivo di scambio termico ad aria esterna è installato alla fine del sistema per recuperare il calore di scarto del sistema per il recupero finale. L'aria esterna immessa nella camera di essiccazione viene riscaldata con i gas di scarico e quindi inviata nella camera di essiccazione. Inoltre, è presente anche una valvola di regolazione elettrica sulla condotta principale dei gas di scarico, utilizzata per regolare la temperatura dei gas di scarico all'uscita del dispositivo, in modo che la temperatura finale dei gas di scarico in uscita possa essere controllata a circa 160 °C.
Le caratteristiche del dispositivo di riscaldamento centralizzato a incenerimento dei gas di scarico includono: il tempo di permanenza dei gas di scarico organici nella camera di combustione è di 1-2 secondi; il tasso di decomposizione dei gas di scarico organici è superiore al 99%; il tasso di recupero del calore può raggiungere il 76%; e il rapporto di regolazione della potenza del bruciatore può raggiungere 26:1, fino a 40:1.
Svantaggi: nel trattamento di gas di scarico organici a bassa concentrazione, i costi operativi sono più elevati; lo scambiatore di calore tubolare, essendo in funzione continua, ha una lunga durata.
1.2 Schema di trattamento dei gas di scarico organici nella sala di verniciatura a spruzzo e nella sala di asciugatura
I gas di scarico provenienti dalla cabina di verniciatura a spruzzo e dalla cabina di asciugatura sono gas di scarico a bassa concentrazione, ad alta portata e a temperatura ambiente, e la loro composizione principale è costituita da idrocarburi aromatici, eteri alcolici e solventi organici esteri. Attualmente, il metodo più consolidato a livello internazionale prevede: una prima concentrazione dei gas di scarico organici per ridurne la quantità totale; un primo metodo di adsorbimento (con carbone attivo o zeolite come adsorbente) per i gas di scarico a bassa concentrazione e a temperatura ambiente; un successivo stripping ad alta temperatura; e infine la concentrazione dei gas di scarico mediante combustione catalitica o combustione termica rigenerativa.
1.2.1 Dispositivo di adsorbimento-desorbimento e purificazione a carbone attivo
Utilizzando il carbone attivo a nido d'ape come adsorbente, combinato con i principi di purificazione per adsorbimento, rigenerazione per desorbimento e concentrazione di VOC e combustione catalitica, un elevato volume d'aria e una bassa concentrazione di gas di scarico organici vengono adsorbiti tramite il carbone attivo a nido d'ape per raggiungere lo scopo di purificazione dell'aria. Quando il carbone attivo è saturo, viene quindi rigenerato utilizzando aria calda. La materia organica concentrata e desorbita viene inviata al letto di combustione catalitica per la combustione catalitica. La materia organica viene ossidata in anidride carbonica e acqua innocue. I gas di scarico caldi della combustione riscaldano l'aria fredda attraverso uno scambiatore di calore. Parte del gas di raffreddamento emesso dopo lo scambio termico viene utilizzato per la rigenerazione per desorbimento del carbone attivo a nido d'ape, al fine di raggiungere lo scopo di utilizzo del calore di scarto e risparmio energetico. L'intero dispositivo è composto da pre-filtro, letto di adsorbimento, letto di combustione catalitica, ritardante di fiamma, ventilatore, valvola, ecc.
Il dispositivo di purificazione ad adsorbimento-desorbimento su carbone attivo è progettato secondo i due principi fondamentali di adsorbimento e combustione catalitica, utilizzando un doppio percorso del gas in continuo. Una camera di combustione catalitica e due letti di adsorbimento vengono utilizzati alternativamente. Inizialmente, il gas di scarico organico viene adsorbito sul carbone attivo; una volta raggiunta la saturazione, l'adsorbimento si interrompe. Successivamente, un flusso di aria calda rimuove la materia organica dal carbone attivo, consentendone la rigenerazione. La materia organica, concentrata (a una concentrazione decine di volte superiore a quella originale), viene inviata alla camera di combustione catalitica dove viene bruciata, producendo anidride carbonica e vapore acqueo. Quando la concentrazione del gas di scarico organico supera le 2000 ppm, il gas può mantenere la combustione spontanea nel letto catalitico senza necessità di riscaldamento esterno. Parte dei gas di scarico della combustione viene rilasciata nell'atmosfera, mentre la maggior parte viene inviata al letto di adsorbimento per la rigenerazione del carbone attivo. Questo processo soddisfa il fabbisogno energetico di combustione e adsorbimento, consentendo un notevole risparmio energetico. La rigenerazione può avvenire nella fase di adsorbimento successiva; nella fase di desorbimento, l'operazione di purificazione può essere eseguita mediante un altro letto di adsorbimento, risultando adatta sia al funzionamento continuo che a quello intermittente.
Prestazioni e caratteristiche tecniche: prestazioni stabili, struttura semplice, sicuro e affidabile, risparmio energetico e di manodopera, nessun inquinamento secondario. L'apparecchiatura occupa poco spazio ed è leggera. Molto adatta per l'uso ad alto volume. Il letto di carbone attivo che adsorbe i gas di scarico organici utilizza i gas di scarico dopo la combustione catalitica per la rigenerazione dello stripping, e il gas di stripping viene inviato alla camera di combustione catalitica per la purificazione, senza energia esterna, con un significativo effetto di risparmio energetico. Lo svantaggio è che il carbone attivo è disponibile in quantità limitata e il suo costo operativo è elevato.
1.2.2 Dispositivo di purificazione ad adsorbimento-desorbimento con ruota di trasferimento in zeolite
I componenti principali della zeolite sono: silicio, alluminio, con capacità di adsorbimento, può essere utilizzato come adsorbente; il dispositivo a zeolite sfrutta le caratteristiche della zeolite con aperture specifiche con capacità di adsorbimento e desorbimento per gli inquinanti organici, in modo che i gas di scarico VOC a bassa e alta concentrazione possano ridurre i costi operativi delle apparecchiature di trattamento finale a valle. Le sue caratteristiche sono adatte al trattamento di grandi flussi, basse concentrazioni, contenenti una varietà di componenti organici. Lo svantaggio è che l'investimento iniziale è elevato.
Il dispositivo di adsorbimento e purificazione a girante di zeolite è un dispositivo di purificazione dei gas in grado di eseguire operazioni di adsorbimento e desorbimento in modo continuo. I due lati della girante di zeolite sono divisi in tre aree da uno speciale dispositivo di tenuta: area di adsorbimento, area di desorbimento (rigenerazione) e area di raffreddamento. Il processo di funzionamento del sistema è il seguente: la girante di zeolite ruota continuamente a bassa velocità, facendo circolare il gas attraverso l'area di adsorbimento, l'area di desorbimento (rigenerazione) e l'area di raffreddamento; quando il gas di scarico a bassa concentrazione e basso volume attraversa continuamente l'area di adsorbimento della girante, i VOC presenti nel gas di scarico vengono adsorbiti dalla zeolite della girante rotante e rilasciati direttamente dopo l'adsorbimento e la purificazione. Il solvente organico adsorbito dalla ruota viene inviato alla zona di desorbimento (rigenerazione) con la rotazione della ruota. Successivamente, un piccolo volume d'aria calda attraversa continuamente l'area di desorbimento. I VOC adsorbiti sulla ruota vengono rigenerati nella zona di desorbimento. I gas di scarico contenenti VOC vengono scaricati insieme all'aria calda. La ruota viene quindi inviata all'area di raffreddamento per consentire il riassorbimento. Con la rotazione costante della ruota, si esegue un ciclo di adsorbimento, desorbimento e raffreddamento, garantendo il funzionamento continuo e stabile dell'impianto di trattamento dei gas di scarico.
Il dispositivo a canale di zeolite è essenzialmente un concentratore, e i gas di scarico contenenti solventi organici vengono divisi in due parti: aria pulita che può essere scaricata direttamente e aria riciclata contenente un'alta concentrazione di solventi organici. L'aria pulita può essere scaricata direttamente e riciclata nel sistema di ventilazione e condizionamento dell'aria verniciato; l'aria ad alta concentrazione di VOC è circa 10 volte superiore alla concentrazione di VOC prima dell'ingresso nel sistema. Il gas concentrato viene trattato mediante incenerimento ad alta temperatura attraverso un sistema di incenerimento termico di recupero TNV (o altra apparecchiatura). Il calore generato dall'incenerimento viene utilizzato rispettivamente per il riscaldamento della camera di essiccazione e per il riscaldamento del processo di strippaggio della zeolite, e l'energia termica viene pienamente sfruttata per ottenere un effetto di risparmio energetico e di riduzione delle emissioni.
Prestazioni e caratteristiche tecniche: struttura semplice, facile manutenzione, lunga durata; elevata efficienza di assorbimento e strippaggio, converte i gas di scarico originali ad alto volume d'aria e bassa concentrazione di VOC in gas di scarico a basso volume d'aria e alta concentrazione, riducendo i costi delle apparecchiature di trattamento finale a valle; caduta di pressione estremamente bassa, può ridurre notevolmente il consumo di energia; predisposizione complessiva del sistema e design modulare, con requisiti di spazio minimi e fornisce una modalità di controllo continua e automatizzata; può raggiungere lo standard nazionale sulle emissioni; l'adsorbente utilizza zeolite non combustibile, l'uso è più sicuro; lo svantaggio è l'investimento una tantum con costi elevati.
Data di pubblicazione: 03-01-2023
