De vrijgekomen verontreinigende stoffen bestaan hoofdzakelijk uit: verfnevel en organische oplosmiddelen die vrijkomen bij het spuiten van verf, en organische oplosmiddelen die verdampen tijdens het drogen. Verfnevel is voornamelijk afkomstig van het oplosmiddel dat vrijkomt bij het spuiten van de coating en de samenstelling ervan is consistent met de gebruikte coating. Organische oplosmiddelen zijn voornamelijk afkomstig van de oplosmiddelen en verdunningsmiddelen die tijdens het aanbrengen van de coating worden gebruikt. De meeste hiervan zijn vluchtige emissies en de belangrijkste verontreinigende stoffen zijn xyleen, benzeen, tolueen, enzovoort. De belangrijkste bronnen van de schadelijke afvalgassen die vrijkomen bij de coatingproductie zijn daarom de spuitcabine, de droogruimte en de droogkamer.
1. Methode voor de behandeling van afvalgassen van een autoproductielijn
1.1 Behandelingsschema van het organische afvalgas tijdens het droogproces
Het gas dat vrijkomt uit de elektroforese-, mediumcoating- en oppervlaktecoatingdroogruimte behoort tot de afvalgassen met hoge temperatuur en hoge concentratie, die geschikt zijn voor verbranding. De gangbare methoden voor de behandeling van afvalgassen tijdens het droogproces omvatten momenteel: regeneratieve thermische oxidatietechnologie (RTO), regeneratieve katalytische verbrandingstechnologie (RCO) en thermische verbrandingssystemen met terugwinning van TNV.
1.1.1 Thermische opslagtype: thermische oxidatietechnologie (RTO)
Een thermische oxidator (regeneratieve thermische oxidator, RTO) is een energiebesparend en milieuvriendelijk apparaat voor de behandeling van vluchtige organische afvalgassen met een gemiddelde tot lage concentratie. Het is geschikt voor grote volumes en lage concentraties, met een organische afvalgasconcentratie tussen 100 ppm en 20.000 ppm. De bedrijfskosten zijn laag; bij een organische afvalgasconcentratie boven 450 ppm hoeft er geen hulpbrandstof te worden toegevoegd. De zuiveringsgraad is hoog: een RTO met twee bedden kan meer dan 98% bereiken, een RTO met drie bedden meer dan 99%, en er is geen sprake van secundaire vervuiling zoals NOx. De installatie is automatisch geregeld, eenvoudig te bedienen en zeer veilig.
Het regeneratieve warmteoxidatiesysteem (RTO) maakt gebruik van thermische oxidatie om organisch afvalgas met een gemiddelde tot lage concentratie te behandelen. De warmte wordt teruggewonnen met behulp van een keramische warmtebuffer. Het systeem bestaat uit een keramische warmtebuffer, een automatische regelklep, een verbrandingskamer en een besturingssysteem. De belangrijkste kenmerken zijn: de automatische regelklep aan de onderkant van de warmtebuffer is respectievelijk verbonden met de inlaat- en uitlaatleiding. De organische afvalgassen die de warmtebuffer binnenkomen, worden voorverwarmd met keramisch materiaal, dat warmte absorbeert en afgeeft. De voorverwarmde organische afvalgassen (760 °C) worden in de verbrandingskamer geoxideerd, waarbij kooldioxide en water vrijkomen en het gas wordt gezuiverd. De typische RTO-structuur met twee warmtebuffers bestaat uit een verbrandingskamer, twee keramische buffers en vier regelkleppen. De regeneratieve keramische warmtebuffer in het systeem kan een warmteterugwinning van meer dan 95% bereiken. Bij de behandeling van organisch afvalgas wordt weinig tot geen brandstof gebruikt.
Voordelen: Bij de verwerking van grote hoeveelheden organisch afvalgas met een lage concentratie zijn de bedrijfskosten zeer laag.
Nadelen: hoge eenmalige investering, hoge verbrandingstemperatuur, niet geschikt voor de behandeling van organische afvalgassen met een hoge concentratie, veel bewegende onderdelen, meer onderhoud nodig.
1.1.2 Thermische katalytische verbrandingstechnologie (RCO)
De regeneratieve katalytische verbrandingsinstallatie (Regenerative Catalytic Oxidizer RCO) wordt rechtstreeks toegepast voor de zuivering van organische afvalgassen met een gemiddelde tot hoge concentratie (1000 mg/m³-10000 mg/m³). De RCO-behandelingstechnologie is met name geschikt voor toepassingen met een hoge warmteterugwinningsgraad, maar ook voor productielijnen waar de samenstelling of concentratie van de afvalgassen sterk varieert. De technologie is vooral geschikt voor bedrijven die warmte-energie willen terugwinnen of voor de behandeling van afvalgassen in drooginstallaties. De teruggewonnen energie kan vervolgens worden gebruikt voor de drooginstallatie, wat bijdraagt aan energiebesparing.
De regeneratieve katalytische verbrandingstechnologie is een typische gas-vastestofreactie, die feitelijk neerkomt op de diepe oxidatie van reactieve zuurstofsoorten. Tijdens het katalytische oxidatieproces zorgt de adsorptie van reactantmoleculen aan het katalysatoroppervlak ervoor dat deze moleculen zich aan het oppervlak van de katalysator ophopen. Het effect van de katalysator op de verlaging van de activeringsenergie versnelt de oxidatiereactie en verhoogt de reactiesnelheid. Onder invloed van een specifieke katalysator vindt bij een lage starttemperatuur (250-300 °C) een oxidatieve verbranding van organisch materiaal plaats, waarbij kooldioxide en water vrijkomen en een grote hoeveelheid warmte-energie vrijkomt.
Het RCO-apparaat bestaat hoofdzakelijk uit de ovenbehuizing, de katalytische warmteopslag, het verbrandingssysteem, het automatische besturingssysteem, de automatische klep en diverse andere systemen. Tijdens het industriële productieproces wordt het organische uitlaatgas via de afzuigventilator naar de roterende klep van de installatie geleid. De inlaat- en uitlaatgassen worden volledig gescheiden door de roterende klep. Door de warmteopslag en warmte-uitwisseling bereikt het gas bijna de temperatuur die is ingesteld door de katalytische oxidatie in de katalytische laag. Het uitlaatgas wordt verder verwarmd in het verwarmingsgebied (door elektrische verwarming of aardgasverwarming) en op deze temperatuur gehouden. Vervolgens komt het in de katalytische laag terecht om de katalytische oxidatiereactie te voltooien, waarbij koolstofdioxide en water vrijkomen en een grote hoeveelheid warmte-energie vrijkomt om het gewenste behandelingseffect te bereiken. Het door de oxidatie gekatalyseerde gas komt in de keramische materiaallaag 2 terecht en de warmte-energie wordt via de roterende klep in de atmosfeer afgevoerd. Na de zuivering is de uitlaatgastemperatuur slechts iets hoger dan de temperatuur vóór de behandeling van de afvalgassen. Het systeem werkt continu en schakelt automatisch. Door de werking van de roterende kleppen doorlopen alle keramische vullagen de cyclusstappen van verwarmen, koelen en zuiveren, waardoor de warmte-energie kan worden teruggewonnen.
Voordelen: eenvoudige processtroom, compacte apparatuur, betrouwbare werking; hoge zuiveringsefficiëntie, doorgaans meer dan 98%; lage verbrandingstemperatuur; lage eenmalige investering, lage bedrijfskosten, warmteterugwinningsrendement kan doorgaans meer dan 85% bereiken; het gehele proces produceert geen afvalwater, het zuiveringsproces produceert geen NOx-uitstoot; de RCO-zuiveringsinstallatie kan worden gebruikt in combinatie met een droogruimte, waardoor het gezuiverde gas direct in de droogruimte kan worden hergebruikt, wat bijdraagt aan energiebesparing en emissiereductie.
Nadelen: de katalytische verbrandingsinstallatie is alleen geschikt voor de behandeling van organisch afvalgas met organische componenten met een laag kookpunt en een laag asgehalte. De behandeling van afvalgas met kleverige stoffen zoals olieachtige rook is niet geschikt en de katalysator kan vergiftigd raken. De concentratie organisch afvalgas moet lager zijn dan 20%.
1.1.3TNV Thermisch verbrandingssysteem van het recyclingtype
Een thermisch verbrandingssysteem met terugwinning van organische oplosmiddelen (TNV) maakt gebruik van directe verbranding van gas of brandstof om afvalgas met organische oplosmiddelen te verwarmen. Onder invloed van hoge temperaturen oxideren de moleculen van de organische oplosmiddelen tot kooldioxide en water. De hete rookgassen worden vervolgens verwarmd door middel van een meertraps warmteoverdrachtsinstallatie. Het productieproces maakt gebruik van lucht of warm water, waardoor de warmte-energie van de oxidatie en ontleding van de organische oplosmiddelen volledig wordt hergebruikt en het energieverbruik van het gehele systeem wordt verlaagd. Daarom is een TNV-systeem een efficiënte en ideale manier om afvalgas met organische oplosmiddelen te behandelen wanneer er in het productieproces veel warmte nodig is. Voor nieuwe productielijnen voor elektroforetische verfcoatings wordt doorgaans een thermisch verbrandingssysteem met terugwinning van organische oplosmiddelen toegepast.
Het TNV-systeem bestaat uit drie onderdelen: een systeem voor het voorverwarmen en verbranden van afvalgassen, een systeem voor het verwarmen van de circulerende lucht en een systeem voor het uitwisselen van verse lucht. De centrale verwarmingseenheid voor de verbranding van afvalgassen vormt de kern van het TNV-systeem en bestaat uit een ovenlichaam, een verbrandingskamer, een warmtewisselaar, een brander en een regelklep voor de hoofdafvoer van de rookgassen. Het werkingsproces is als volgt: een hogedrukventilator voert de organische afvalgassen uit de droogruimte, na voorverwarming in de warmtewisselaar van de centrale verwarmingseenheid voor de verbranding van afvalgassen, naar de verbrandingskamer. Daar verhit de brander de organische afvalgassen bij een hoge temperatuur (ongeveer 750 °C) tot oxidatie en ontleding, waarbij de organische afvalgassen worden afgebroken tot kooldioxide en water. De gegenereerde hete rookgassen worden via de warmtewisselaar en de hoofdafvoerleiding van de oven afgevoerd. De afgevoerde rookgassen verwarmen de circulerende lucht in de droogruimte en voorzien zo de droogruimte van de benodigde warmte-energie. Aan het einde van het systeem is een warmteoverdrachtsinstallatie voor verse lucht geplaatst om de restwarmte van het systeem terug te winnen. De verse lucht die door de droogruimte wordt aangevoerd, wordt verwarmd met rookgassen en vervolgens naar de droogruimte geleid. Daarnaast is er een elektrische regelklep op de hoofdleiding voor rookgassen, waarmee de temperatuur van de rookgassen bij de uitgang van de installatie kan worden geregeld. De uiteindelijke temperatuur van de rookgassen kan zo worden ingesteld op ongeveer 160 °C.
De kenmerken van een centrale verwarmingsinstallatie voor de verbranding van afvalgas zijn onder andere: de verblijftijd van organisch afvalgas in de verbrandingskamer is 1-2 seconden; de ontledingsgraad van organisch afvalgas is meer dan 99%; het warmteterugwinningspercentage kan 76% bereiken; en de regelverhouding van het brandervermogen kan 26:1 tot wel 40:1 bedragen.
Nadelen: bij de behandeling van organisch afvalgas met een lage concentratie zijn de bedrijfskosten hoger; de buiswarmtewisselaar werkt alleen bij continu gebruik en heeft daardoor een lange levensduur.
1.2 Behandelingsschema van organisch afvalgas in de spuitcabine en droogruimte
Het gas dat vrijkomt uit de spuitcabine en droogruimte is een afvalgas met een lage concentratie, een hoge stroomsnelheid en een temperatuur van kamertemperatuur. De belangrijkste verontreinigende stoffen zijn aromatische koolwaterstoffen, alcoholethers en esterorganische oplosmiddelen. De momenteel in het buitenland meer beproefde methode is: eerst de concentratie van organisch afvalgas om de totale hoeveelheid organisch afvalgas te verminderen, vervolgens adsorptie met behulp van een adsorptiemethode (actieve kool of zeoliet als adsorptiemiddel) voor de adsorptie van spuitgas met een lage concentratie bij kamertemperatuur, en daarna gasstripping bij hoge temperatuur. Het geconcentreerde afvalgas wordt vervolgens gekatalyseerd of regeneratief thermisch verbrand.
1.2.1 Apparaat voor adsorptie, desorptie en zuivering van actieve kool
Door gebruik te maken van honingraatvormige actieve kool als adsorptiemiddel, in combinatie met de principes van adsorptiezuivering, desorptieregeneratie en concentratie van VOC's en katalytische verbranding, wordt een groot luchtvolume met een lage concentratie organische afvalgassen geadsorbeerd door de honingraatvormige actieve kool. Dit resulteert in luchtzuivering. Wanneer de actieve kool verzadigd is, wordt deze geregenereerd met hete lucht. De gedesorbeerde, geconcentreerde organische stoffen worden naar de katalytische verbrandingskamer geleid voor katalytische verbranding. De organische stoffen worden geoxideerd tot onschadelijk kooldioxide en water. De verbrande hete uitlaatgassen verwarmen de koude lucht via een warmtewisselaar. Een deel van de koelgassen wordt na de warmtewisseling afgevoerd en een ander deel wordt gebruikt voor desorptieregeneratie van de honingraatvormige actieve kool. Dit draagt bij aan het benutten van restwarmte en energiebesparing. Het gehele systeem bestaat uit een voorfilter, adsorptiekamer, katalytische verbrandingskamer, vlamvertrager, ventilator, klep, enz.
Het adsorptie-desorptiezuiveringsapparaat met actieve kool is ontworpen volgens de twee basisprincipes van adsorptie en katalytische verbranding. Het maakt gebruik van een dubbel gaspad voor continue werking, waarbij een katalytische verbrandingskamer en twee adsorptiebedden afwisselend worden gebruikt. Eerst adsorbeert het organische afvalgas aan de actieve kool. Wanneer de verzadiging snel bereikt is, stopt de adsorptie. Vervolgens wordt met een hete luchtstroom de organische stoffen van de actieve kool verwijderd, waardoor deze wordt geregenereerd. De geconcentreerde organische stoffen (tot tientallen keren de oorspronkelijke concentratie) worden naar de katalytische verbrandingskamer geleid voor katalytische verbranding tot kooldioxide en waterdamp. Wanneer de concentratie van het organische afvalgas meer dan 2000 ppm bedraagt, kan het organische afvalgas spontaan verbranden in het katalytische bed zonder externe verwarming. Een deel van de verbrandingsgassen wordt in de atmosfeer geloosd, het grootste deel wordt naar het adsorptiebed geleid voor de regeneratie van de actieve kool. Dit kan voorzien in de verbranding en adsorptie van de benodigde warmte-energie, waardoor energiebesparing mogelijk wordt. De regeneratie kan vervolgens plaatsvinden na adsorptie; tijdens de desorptie kan de zuivering worden uitgevoerd door een ander adsorptiebed, geschikt voor zowel continu als intermitterend gebruik.
Technische prestaties en kenmerken: stabiele prestaties, eenvoudige structuur, veilig en betrouwbaar, energie- en arbeidsbesparend, geen secundaire vervuiling. De apparatuur neemt weinig ruimte in beslag en is licht van gewicht. Zeer geschikt voor gebruik in grote volumes. Het actieve koolbed dat organisch afvalgas adsorbeert, gebruikt het afvalgas na katalytische verbranding voor stripping en regeneratie. Het strippinggas wordt vervolgens naar de katalytische verbrandingskamer geleid voor zuivering, zonder externe energiebron, wat een aanzienlijk energiebesparend effect oplevert. Het nadeel is dat de actieve kool schaars is en de bedrijfskosten hoog zijn.
1.2.2 Zeoliet-transferwiel adsorptie-desorptie zuiveringsapparaat
De belangrijkste componenten van zeoliet zijn silicium en aluminium. Deze hebben adsorptiecapaciteit en kunnen als adsorbent worden gebruikt. Een zeolietrunner maakt gebruik van de specifieke poriegrootte van zeoliet, die zorgt voor adsorptie en desorptie van organische verontreinigende stoffen. Hierdoor kunnen zowel lage als hoge concentraties vluchtige organische stoffen (VOC's) in de uitlaatgassen worden verwijderd, wat de operationele kosten van de nabehandelingsinstallatie verlaagt. De eigenschappen van dit apparaat maken het geschikt voor de behandeling van grote stromen met lage concentraties en een verscheidenheid aan organische componenten. Een nadeel is de hoge initiële investering.
Het adsorptie- en zuiveringssysteem met zeolietwiel is een gaszuiveringsinstallatie die continu adsorptie- en desorptieprocessen uitvoert. De twee zijden van het zeolietwiel zijn door een speciale afdichting verdeeld in drie zones: een adsorptiezone, een desorptie- (regeneratie)zone en een koelzone. Het werkingsproces van het systeem is als volgt: het roterende zeolietwiel draait continu met een lage snelheid en circuleert door de adsorptiezone, de desorptie- (regeneratie)zone en de koelzone. Wanneer het uitlaatgas met een lage concentratie en een groot volume continu door de adsorptiezone van het wiel stroomt, worden de VOC's in het uitlaatgas geadsorbeerd door het zeoliet van het roterende wiel en na adsorptie en zuivering direct afgevoerd. Het door het wiel geadsorbeerde organische oplosmiddel wordt door de rotatie van het wiel naar de desorptie- (regeneratie)zone geleid. Vervolgens wordt er continu een kleine hoeveelheid hete lucht door de desorptiezone geleid, waardoor de aan het wiel geadsorbeerde VOC's worden geregenereerd. De VOC-uitstoot wordt samen met de hete lucht afgevoerd. Het wiel wordt vervolgens naar de koelzone geleid voor koeling en kan opnieuw worden geadsorbeerd. Door de constante rotatie van het wiel wordt de adsorptie-, desorptie- en koelcyclus herhaald, wat een continue en stabiele werking van de afvalgasbehandeling garandeert.
Het zeoliet-afscheidersysteem is in essentie een concentrator. Het uitlaatgas met organische oplosmiddelen wordt in twee delen gesplitst: schone lucht die direct kan worden afgevoerd en gerecyclede lucht met een hoge concentratie organische oplosmiddelen. De schone lucht die direct kan worden afgevoerd, kan worden gerecycled in het ventilatiesysteem van de geverfde airconditioning. De hoge concentratie VOC-gas is ongeveer tien keer zo hoog als de VOC-concentratie vóórdat het systeem werd ingevoerd. Het geconcentreerde gas wordt behandeld door middel van verbranding op hoge temperatuur in een TNV-terugwinningsinstallatie (of andere apparatuur). De warmte die vrijkomt bij de verbranding wordt gebruikt voor de verwarming van de droogruimte en de verwarming van de zeoliet-afscheiding. De warmte-energie wordt volledig benut om energiebesparing en emissiereductie te realiseren.
Technische prestaties en kenmerken: eenvoudige structuur, gemakkelijk onderhoud, lange levensduur; hoge absorptie- en strippingsefficiëntie, zet het oorspronkelijke afvalgas met een hoog luchtvolume en lage VOC-concentratie om in afvalgas met een laag luchtvolume en hoge concentratie, waardoor de kosten van de nabewerkingsapparatuur worden verlaagd; extreem lage drukval, waardoor het energieverbruik aanzienlijk kan worden verminderd; modulair systeemontwerp met minimale ruimtebehoefte en continue, onbemande bediening; voldoet aan de nationale emissienormen; het adsorptiemiddel is gemaakt van onbrandbare zeoliet, wat het gebruik veiliger maakt; nadeel is de eenmalige investering met hoge kosten.
Plaatsingstijd: 03-01-2023
