Izpuščena onesnaževala so predvsem: barvna meglica in organska topila, ki nastanejo pri brizganju barve, ter organska topila, ki nastanejo pri sušenju in izhlapevanju. Barvna meglica večinoma nastane pri nanosu topil pri brizganju z zrakom, njena sestava pa je skladna z uporabljenim premazom. Organska topila večinoma nastanejo iz topil in razredčil v procesu uporabe premazov, večina teh je hlapnih emisij, njihova glavna onesnaževala pa so ksilen, benzen, toluen itd. Zato je glavni vir škodljivih odpadnih plinov, ki se izpuščajo pri nanosu, prostor za brizganje, sušilnica in sušilnica.
1. Metoda čiščenja odpadnih plinov avtomobilske proizvodne linije
1.1 Shema čiščenja organskih odpadnih plinov v procesu sušenja
Plin, ki se sprošča iz sušilnice elektroforeze, srednjega premaza in površinskega premaza, spada med odpadne pline z visoko temperaturo in visoko koncentracijo, ki so primerni za metodo sežiganja. Trenutno se med najpogosteje uporabljene ukrepe za čiščenje odpadnih plinov v procesu sušenja uvrščajo: tehnologija regenerativne termične oksidacije (RTO), tehnologija regenerativnega katalitičnega zgorevanja (RCO) in sistem termičnega sežiganja z rekuperacijo TNV.
1.1.1 Tehnologija termične oksidacije (RTO) za shranjevanje toplote
Termični oksidator (regenerativni termični oksidator, RTO) je energetsko varčna naprava za varstvo okolja za obdelavo hlapnih organskih odpadnih plinov srednje in nizke koncentracije. Primeren je za velike količine, nizke koncentracije, primeren pa je za koncentracije organskih odpadnih plinov med 100 PPM in 20000 PPM. Obratovalni stroški so nizki, ko je koncentracija organskih odpadnih plinov nad 450 PPM, napravi RTO ni treba dodajati pomožnega goriva; stopnja čiščenja je visoka, stopnja čiščenja dvoslojnega RTO lahko doseže več kot 98 %, stopnja čiščenja trislojnega RTO pa več kot 99 %, brez sekundarnega onesnaženja, kot je NOX; avtomatsko krmiljenje, preprosto upravljanje in visoka varnost.
Naprava za regenerativno toplotno oksidacijo uporablja metodo termične oksidacije za obdelavo organskih odpadnih plinov srednje in nizke koncentracije, za rekuperacijo toplote pa se uporablja keramični toplotni izmenjevalec s toplotno plastjo. Sestavljena je iz keramične toplotne plasti, avtomatskega regulacijskega ventila, zgorevalne komore in krmilnega sistema. Glavne značilnosti so: avtomatski regulacijski ventil na dnu toplotne plasti je povezan z glavno sesalno cevjo oziroma glavno izpušno cevjo, toplotna plast pa se shranjuje s predgrevanjem organskih odpadnih plinov, ki prihajajo v toplotno plast, s keramičnim materialom za shranjevanje toplote, ki absorbira in sprošča toploto; organski odpadni plin, predhodno segret na določeno temperaturo (760 ℃), se med zgorevanjem v zgorevalni komori oksidira, da nastane ogljikov dioksid in voda, in se nato prečisti. Tipična glavna struktura dvoslojne RTO je sestavljena iz ene zgorevalne komore, dveh keramičnih polnilnih plasti in štirih preklopnih ventilov. Regenerativni toplotni izmenjevalec s keramičnim polnilom v napravi lahko maksimizira rekuperacijo toplote več kot 95 %; pri obdelavi organskih odpadnih plinov se ne uporablja ali se uporablja zelo malo goriva.
Prednosti: Pri delu z visokim pretokom in nizko koncentracijo organskih odpadnih plinov so obratovalni stroški zelo nizki.
Slabosti: visoka enkratna naložba, visoka temperatura zgorevanja, ni primerno za obdelavo visokokoncentriranih organskih odpadnih plinov, veliko je gibljivih delov, potrebno je več vzdrževalnih del.
1.1.2 Tehnologija termičnega katalitičnega zgorevanja (RCO)
Naprava za regenerativno katalitično zgorevanje (regenerativni katalitični oksidator RCO) se neposredno uporablja za čiščenje organskih odpadnih plinov srednje in visoke koncentracije (1000 mg/m3–10000 mg/m3). Tehnologija obdelave RCO je še posebej primerna za visoke potrebe po izkoristku toplote, primerna pa je tudi za isto proizvodno linijo, saj se zaradi različnih izdelkov sestava odpadnih plinov pogosto spreminja ali pa koncentracija odpadnih plinov močno niha. Še posebej je primerna za potrebe podjetij po pridobivanju toplotne energije ali za čiščenje odpadnih plinov iz sušilnih cevi, pri čemer se lahko pridobivanje energije uporabi za sušenje cevi, da se doseže namen varčevanja z energijo.
Tehnologija regenerativnega katalitičnega zgorevanja je tipična plinsko-trdnofazna reakcija, ki je pravzaprav globoka oksidacija reaktivnih kisikovih spojin. Med procesom katalitične oksidacije adsorpcija na površino katalizatorja povzroči, da se molekule reaktantov obogatijo na površini katalizatorja. Učinek katalizatorja pri zmanjševanju aktivacijske energije pospeši oksidacijsko reakcijo in izboljša hitrost oksidacijske reakcije. Pod delovanjem specifičnega katalizatorja pride do zgorevanja organske snovi brez oksidacije pri nizki začetni temperaturi (250~300 ℃), ki se razgradi v ogljikov dioksid in vodo ter sprosti veliko količino toplotne energije.
Naprava RCO je sestavljena predvsem iz telesa peči, katalitičnega telesa za shranjevanje toplote, sistema za zgorevanje, avtomatskega krmilnega sistema, avtomatskega ventila in več drugih sistemov. V industrijskem proizvodnem procesu izpušni organski izpušni plini vstopijo v vrtljivi ventil opreme prek ventilatorja za vlek, vhodni in izpušni plin pa sta skozi vrtljivi ventil popolnoma ločena. Shranjevanje toplotne energije in izmenjava toplote plina skoraj dosežeta temperaturo, ki jo določa katalitična oksidacija katalitične plasti; izpušni plini se še naprej segrevajo skozi ogrevalno območje (bodisi z električnim ogrevanjem bodisi z ogrevanjem na zemeljski plin) in vzdržujejo nastavljeno temperaturo; vstopijo v katalitično plast, da dokončajo reakcijo katalitične oksidacije, in sicer reakcijo, ki ustvari ogljikov dioksid in vodo, ter sprostijo veliko količino toplotne energije za doseganje želenega učinka obdelave. Plin, ki ga katalizira oksidacija, vstopi v plast keramičnega materiala 2, toplotna energija pa se skozi rotacijski ventil odda v ozračje. Po čiščenju je temperatura izpušnih plinov le nekoliko višja od temperature pred čiščenjem odpadnih plinov. Sistem deluje neprekinjeno in se samodejno preklaplja. Z vrtečim se ventilom vse keramične polnilne plasti zaključijo cikel ogrevanja, hlajenja in čiščenja, toplotno energijo pa je mogoče rekuperirati.
Prednosti: preprost procesni potek, kompaktna oprema, zanesljivo delovanje; visoka učinkovitost čiščenja, običajno nad 98 %; nizka temperatura zgorevanja; nizka investicija v porabo, nizki obratovalni stroški, učinkovitost rekuperacije toplote lahko običajno doseže več kot 85 %; celoten postopek poteka brez nastajanja odpadne vode, postopek čiščenja ne povzroča sekundarnega onesnaženja z NOX; oprema za čiščenje RCO se lahko uporablja skupaj s sušilnico, prečiščeni plin pa se lahko neposredno ponovno uporabi v sušilnici, da se doseže namen varčevanja z energijo in zmanjšanja emisij;
Slabosti: naprava za katalitično zgorevanje je primerna le za obdelavo organskih odpadnih plinov z organskimi sestavinami z nizkim vreliščem in nizko vsebnostjo pepela, obdelava odpadnih plinov z lepljivimi snovmi, kot je oljnat dim, pa ni primerna in katalizator je treba zastrupiti; koncentracija organskih odpadnih plinov je pod 20 %.
1.1.3 TNV Sistem termičnega sežiganja recikliranega tipa
Sistem termičnega sežiganja recikliranega tipa (nemško Thermische Nachverbrennung TNV) je sistem za toplotno obdelavo odpadnih plinov, ki vsebujejo organska topila, z neposrednim zgorevanjem na plin ali gorivo. Pod vplivom visoke temperature se molekule organskih topil oksidativno razgradijo v ogljikov dioksid in vodo. Visokotemperaturni dimni plini se s pomočjo večstopenjske naprave za prenos toplote segrevajo z zrakom ali vročo vodo. Popolna reciklirana toplotna energija organskih odpadnih plinov se nato reciklira in oksidacijsko razgradi, kar zmanjša porabo energije celotnega sistema. Zato je sistem TNV učinkovit in idealen način za čiščenje odpadnih plinov, ki vsebujejo organska topila, kadar proizvodni proces potrebuje veliko toplotne energije. Za novo proizvodno linijo elektroforetskih premazov za barve se običajno uporablja sistem termičnega sežiganja TNV z recikliranjem.
Sistem TNV je sestavljen iz treh delov: sistema za predgrevanje in sežiganje odpadnih plinov, sistema za ogrevanje s kroženjem zraka in sistema za izmenjavo toplote s svežim zrakom. Centralna ogrevalna naprava za sežiganje odpadnih plinov v sistemu je osrednji del TNV, ki ga sestavljajo telo peči, zgorevalna komora, toplotni izmenjevalnik, gorilnik in glavni regulacijski ventil za dimnik. Njen delovni proces je naslednji: organski odpadni plini iz sušilnice se z visokotlačnim ventilatorjem po predgrevanju, vgrajenem v centralno ogrevanje za sežiganje odpadnih plinov, prenesejo v zgorevalno komoro, nato pa se preko gorilnika pri visoki temperaturi (približno 750 °C) oksidacijsko razgradijo in razgradijo v ogljikov dioksid in vodo. Nastali dimni plini z visoko temperaturo se odvajajo skozi toplotni izmenjevalnik in glavno dimno cev v peči. Odvedeni dimni plini segrevajo krožni zrak v sušilnici, da zagotovijo potrebno toplotno energijo za sušilnico. Na koncu sistema je nameščena naprava za prenos toplote s svežim zrakom, ki rekuperira odpadno toploto sistema za končno rekuperacijo. Svež zrak, ki ga dopolnjuje sušilnica, se segreje z dimnimi plini in nato pošlje v sušilnico. Poleg tega je na glavnem dimovodu nameščen tudi električni regulacijski ventil, ki se uporablja za nastavitev temperature dimnih plinov na izhodu naprave, končno emisijo temperature dimnih plinov pa je mogoče nadzorovati pri približno 160 ℃.
Značilnosti centralne ogrevalne naprave za sežiganje odpadnih plinov vključujejo: čas zadrževanja organskih odpadnih plinov v zgorevalni komori je 1~2 s; stopnja razgradnje organskih odpadnih plinov je več kot 99 %; stopnja rekuperacije toplote lahko doseže 76 %; in razmerje nastavitve moči gorilnika lahko doseže od 26 ∶ 1 do 40 ∶ 1.
Slabosti: pri čiščenju organskih odpadnih plinov z nizko koncentracijo so obratovalni stroški višji; cevni toplotni izmenjevalec deluje le neprekinjeno in ima dolgo življenjsko dobo.
1.2 Shema čiščenja organskih odpadnih plinov v prostoru za brizganje barv in sušilnem prostoru
Plin, ki se izpušča iz prostora za barvanje z brizganjem in sušilnice, je nizkokoncentriran odpadni plin z velikim pretokom in sobno temperaturo, glavna sestava onesnaževal pa so aromatski ogljikovodiki, alkoholni etri in estrska organska topila. Trenutno je tuja bolj zrela metoda: prva koncentracija organskih odpadnih plinov za zmanjšanje skupne količine organskih odpadnih plinov, prva metoda adsorpcije (aktivno oglje ali zeolit kot adsorbent) za nizkokoncentrirano adsorpcijo izpušnih plinov iz brizganja z sobno temperaturo, z odstranjevanjem plina pri visoki temperaturi, koncentrirani izpušni plini z uporabo katalitskega zgorevanja ali regenerativnega termičnega zgorevanja.
1.2.1 Naprava za adsorpcijo, desorpcijo in čiščenje z aktivnim ogljem
Uporaba satjastega aktivnega oglja kot adsorbenta v kombinaciji z načeli adsorpcijskega čiščenja, desorpcijske regeneracije in koncentracije HOS ter katalitičnega zgorevanja. Visoka prostornina zraka, nizka koncentracija organskih odpadnih plinov zaradi adsorpcije satjastega aktivnega oglja za doseganje namena čiščenja zraka. Ko je aktivno oglje nasičeno in se nato za regeneracijo aktivnega oglja uporabi vroč zrak, se desorbirana koncentrirana organska snov pošlje v katalitično zgorevalno posteljo za katalitično zgorevanje. Organska snov se oksidira v neškodljiv ogljikov dioksid in vodo. Zgoreli vroči izpušni plini segrevajo hladen zrak s toplotnim izmenjevalnikom. Po izmenjavi toplote se sprosti nekaj hladilnega plina. Del za desorbcijsko regeneracijo satjastega aktivnega oglja. Za doseganje namena izkoriščanja odpadne toplote in varčevanja z energijo. Celotna naprava je sestavljena iz predfiltra, adsorpcijske posteljo, katalitske zgorevalne posteljo, zaviralca gorenja, povezanega ventilatorja, ventila itd.
Naprava za čiščenje z adsorpcijo in desorpcijo aktivnega oglja je zasnovana v skladu z dvema osnovnima načeloma: adsorpcijo in katalitično zgorevanje. Z uporabo dvojne plinske poti v neprekinjenem delovanju se v katalitični zgorevalni komori izmenično uporabljata dve adsorpcijski plasti. Najprej se organski odpadni plin adsorbira z aktivnim ogljem, ko se hitro nasiči, se adsorpcija ustavi, nato pa se s pretokom vročega zraka odstranijo organske snovi iz aktivnega oglja, da se izvede regeneracija aktivnega oglja. Organska snov se koncentrira (koncentracija je več desetkrat višja od prvotne) in se pošlje v katalitično zgorevalno komoro za katalitično zgorevanje v ogljikov dioksid in vodno paro. Ko koncentracija organskih odpadnih plinov doseže več kot 2000 ppm, lahko organski odpadni plini vzdržujejo spontano zgorevanje v katalitični plasti brez zunanjega segrevanja. Del zgorevalnih izpušnih plinov se izpusti v ozračje, večina pa se pošlje v adsorpcijsko plast za regeneracijo aktivnega oglja. To lahko zadosti potrebni toplotni energiji za zgorevanje in adsorpcijo ter doseže namen varčevanja z energijo. Regeneracija lahko vstopi v naslednjo adsorpcijo; pri desorpciji se lahko čiščenje izvede z drugo adsorpcijsko plastjo, primerno tako za neprekinjeno kot za občasno delovanje.
Tehnične lastnosti in značilnosti: stabilno delovanje, preprosta struktura, varno in zanesljivo delovanje, varčevanje z energijo in delovno silo, brez sekundarnega onesnaževanja. Oprema pokriva majhno površino in je lahka. Zelo primerna za uporabo v velikih količinah. Plast aktivnega oglja, ki adsorbira organske odpadne pline, uporablja odpadne pline po katalitičnem zgorevanju za regeneracijo odstranjevanja, nato pa se izločeni plin pošlje v katalitično zgorevalno komoro za čiščenje brez zunanje energije, kar ima znaten učinek varčevanja z energijo. Slabost je, da je aktivno oglje kratkotrajno in da so obratovalni stroški visoki.
1.2.2 Naprava za adsorpcijsko-desorpcijsko čiščenje z zeolitnim prenosnim kolesom
Glavni sestavini zeolita sta silicij in aluminij, ki imata adsorpcijsko sposobnost in se lahko uporabljata kot adsorbent; zeolitni kanal uporablja značilnosti zeolita s specifično odprtino, ki ima adsorpcijsko in desorpcijsko sposobnost za organska onesnaževala, tako da lahko izpušni plini z nizko in visoko koncentracijo HOS zmanjšajo obratovalne stroške končne obdelave. Zaradi svojih lastnosti je naprava primerna za obdelavo velikih pretokov z nizko koncentracijo, ki vsebujejo različne organske sestavine. Pomanjkljivost je visoka zgodnja naložba.
Naprava za adsorpcijsko čiščenje zeolitnega kolesa je naprava za čiščenje plinov, ki lahko neprekinjeno izvaja adsorpcijo in desorpcijo. Obe strani zeolitnega kolesa sta s posebno tesnilno napravo razdeljeni na tri območja: adsorpcijsko območje, območje desorpcije (regeneracije) in območje hlajenja. Delovni proces sistema je naslednji: vrteče se kolo zeolita se neprekinjeno vrti z nizko hitrostjo, kroženje skozi adsorpcijsko območje, območje desorpcije (regeneracije) in območje hlajenja; ko izpušni plini z nizko koncentracijo in veliko prostornino neprekinjeno prehajajo skozi adsorpcijsko območje kolesa, se HOS v izpušnih plinih adsorbira na zeolit vrtečega se kolesa, po adsorpciji in čiščenju pa se neposredno izpusti; organsko topilo, adsorbirano na kolesu, se z vrtenjem kolesa pošlje v desorpcijsko (regeneracijsko) cono, nato pa se z majhno količino zraka zrak neprekinjeno segreva skozi desorpcijsko območje, HOS, adsorbiran na kolesu, se regenerira v desorpcijski coni, izpušni plini HOS pa se odvajajo skupaj z vročim zrakom; Kolo se lahko ponovno adsorbira v hladilno območje za hlajenje. Z nenehnim vrtenjem vrtečega se kolesa izvajajo cikel adsorpcije, desorpcije in hlajenja, kar zagotavlja neprekinjeno in stabilno delovanje čiščenja odpadnih plinov.
Naprava z zeolitnim kanalom je v bistvu koncentrator, v katerem se izpušni plini, ki vsebujejo organska topila, razdelijo na dva dela: čisti zrak, ki se lahko neposredno izpusti, in reciklirani zrak z visoko koncentracijo organskih topil. Čist zrak, ki se lahko neposredno izpusti, se lahko reciklira v prezračevalnem sistemu klimatske naprave; visoka koncentracija HOS plina je približno 10-krat večja od koncentracije HOS pred vstopom v sistem. Koncentrirani plin se obdela s sežiganjem pri visoki temperaturi s pomočjo sistema za termično sežiganje TNV (ali druge opreme). Toplota, ki nastane pri sežiganju, se uporablja za ogrevanje sušilnice oziroma odstranjevanje zeolita, toplotna energija pa se v celoti izkoristi za doseganje učinka varčevanja z energijo in zmanjšanja emisij.
Tehnične lastnosti in značilnosti: preprosta konstrukcija, enostavno vzdrževanje, dolga življenjska doba; visoka učinkovitost absorpcije in odstranjevanja, pretvorba prvotnega odpadnega plina z visoko količino vetra in nizko koncentracijo HOS v odpadni plin z nizko količino zraka in visoko koncentracijo, zmanjšanje stroškov opreme za končno obdelavo; izjemno nizek padec tlaka, ki lahko znatno zmanjša porabo energije; celotna priprava sistema in modularna zasnova z minimalnimi prostorskimi zahtevami ter zagotavlja neprekinjen in brezpilotni način krmiljenja; lahko doseže nacionalni emisijski standard; adsorbent uporablja negorljiv zeolit, uporaba je varnejša; pomanjkljivost je enkratna naložba z visokimi stroški.
Čas objave: 3. januar 2023
