Les polluants rejetés sont principalement : le brouillard de peinture et les solvants organiques produits par la pulvérisation de peinture, ainsi que les solvants organiques produits lors du séchage par volatilisation. Le brouillard de peinture provient principalement de la phase de revêtement au solvant lors de la pulvérisation à air comprimé, et sa composition est adaptée au revêtement utilisé. Les solvants organiques proviennent principalement des solvants et diluants utilisés lors de l'utilisation des revêtements. La plupart sont des émissions volatiles, et leurs principaux polluants sont le xylène, le benzène, le toluène, etc. Par conséquent, les principales sources de gaz résiduaires nocifs rejetés lors du revêtement sont les salles de pulvérisation, de séchage et de séchage.
1. Méthode de traitement des gaz résiduaires d'une chaîne de production automobile
1.1 Schéma de traitement des gaz résiduaires organiques dans le processus de séchage
Les gaz rejetés par les salles de séchage d'électrophorèse, de revêtement de milieu et de revêtement de surface sont des gaz résiduaires à haute température et à forte concentration, adaptés à l'incinération. Actuellement, les procédés de traitement des gaz résiduaires couramment utilisés dans le processus de séchage comprennent : l'oxydation thermique régénérative (RTO), la combustion catalytique régénérative (RCO) et le système d'incinération thermique de récupération TNV.
1.1.1 Technologie d'oxydation thermique de type stockage thermique (RTO)
L'oxydateur thermique (Oxydateur Thermique Régénératif, RTO) est un dispositif économe en énergie et respectueux de l'environnement pour le traitement des gaz organiques volatils résiduaires de moyenne et faible concentration. Adapté aux grands volumes et aux faibles concentrations, il convient aux concentrations de gaz organiques résiduaires comprises entre 100 et 20 000 ppm. Son faible coût d'exploitation permet d'éviter l'ajout de combustible auxiliaire lorsque la concentration de gaz organiques résiduaires est supérieure à 450 ppm. Son taux de purification est élevé : plus de 98 % pour un RTO à deux lits et plus de 99 % pour un RTO à trois lits, sans pollution secondaire telle que les NOx. Son contrôle automatique est simple d'utilisation et sa sécurité est élevée.
Le dispositif d'oxydation thermique régénérative utilise la méthode d'oxydation thermique pour traiter les gaz résiduaires organiques à moyenne et faible concentration. Un échangeur de chaleur à lit de stockage en céramique permet de récupérer la chaleur. Il est composé d'un lit de stockage en céramique, d'une vanne de régulation automatique, d'une chambre de combustion et d'un système de contrôle. Ses principales caractéristiques sont les suivantes : la vanne de régulation automatique située en bas du lit de stockage est reliée respectivement aux conduites d'admission et d'échappement principales. Le lit de stockage est stocké par préchauffage des gaz résiduaires organiques entrant dans le lit de stockage avec un matériau de stockage en céramique pour absorber et restituer la chaleur. Les gaz résiduaires organiques préchauffés à une température donnée (760 °C) sont oxydés lors de la combustion dans la chambre de combustion pour produire du dioxyde de carbone et de l'eau, puis purifiés. La structure principale typique d'un RTO à deux lits comprend une chambre de combustion, deux lits de garnissage en céramique et quatre vannes de commutation. L'échangeur de chaleur à lit de garnissage en céramique régénérative permet une récupération de chaleur supérieure à 95 %. Le traitement des gaz résiduaires organiques ne nécessite pas, voire peu, de combustible.
Avantages : En traitant un débit élevé et une faible concentration de gaz résiduaires organiques, le coût d'exploitation est très faible.
Inconvénients : investissement ponctuel élevé, température de combustion élevée, ne convient pas au traitement de concentrations élevées de gaz résiduaires organiques, il y a beaucoup de pièces mobiles, nécessite plus de travaux de maintenance.
1.1.2 Technologie de combustion catalytique thermique (RCO)
L'appareil de combustion catalytique régénérative (RCO) est directement applicable à la purification des gaz résiduaires organiques à moyenne et haute concentration (1 000 mg/m³ à 10 000 mg/m³). La technologie de traitement RCO est particulièrement adaptée aux exigences élevées en matière de récupération de chaleur, mais également à une même ligne de production. En raison de la diversité des produits, la composition des gaz résiduaires varie fréquemment ou leur concentration fluctue fortement. Elle est particulièrement adaptée aux besoins de récupération d'énergie thermique des entreprises ou au traitement des gaz résiduaires des lignes principales de séchage. Cette récupération d'énergie peut être utilisée pour le séchage des lignes principales, permettant ainsi de réaliser des économies d'énergie.
La technologie de traitement par combustion catalytique régénérative est une réaction gaz-solide classique, qui consiste en une oxydation profonde des espèces réactives de l'oxygène. Lors de l'oxydation catalytique, l'adsorption à la surface du catalyseur enrichit les molécules réactives à sa surface. La réduction de l'énergie d'activation du catalyseur accélère et améliore la vitesse de la réaction d'oxydation. Sous l'action d'un catalyseur spécifique, la matière organique subit une combustion par oxydation sans oxygène à basse température initiale (250 à 300 °C). Elle se décompose en dioxyde de carbone et en eau, libérant ainsi une grande quantité d'énergie thermique.
Le dispositif RCO se compose principalement du corps du four, du corps de stockage de chaleur catalytique, du système de combustion, du système de contrôle automatique, de la vanne automatique et de plusieurs autres systèmes. Lors du processus de production industrielle, les gaz d'échappement organiques évacués pénètrent dans la vanne rotative de l'équipement par le ventilateur à tirage induit, et les gaz d'admission et de sortie sont complètement séparés par cette vanne. Le stockage d'énergie thermique et l'échange thermique du gaz atteignent presque la température définie par l'oxydation catalytique de la couche catalytique ; les gaz d'échappement continuent de chauffer à travers la zone de chauffage (par chauffage électrique ou au gaz naturel) et se maintiennent à la température définie ; ils pénètrent dans la couche catalytique pour achever la réaction d'oxydation catalytique, qui génère du dioxyde de carbone et de l'eau, et libère une grande quantité d'énergie thermique pour obtenir l'effet de traitement souhaité. Le gaz catalysé par l'oxydation pénètre dans la couche de matériau céramique 2 et l'énergie thermique est rejetée dans l'atmosphère par la vanne rotative. Après purification, la température des gaz d'échappement n'est que légèrement supérieure à la température avant traitement des gaz résiduaires. Le système fonctionne en continu et commute automatiquement. Grâce à la vanne rotative, toutes les couches de remplissage en céramique complètent les cycles de chauffage, de refroidissement et de purification, et l'énergie thermique peut être récupérée.
Avantages : flux de processus simple, équipement compact, fonctionnement fiable ; efficacité de purification élevée, généralement supérieure à 98 % ; basse température de combustion ; faible investissement jetable, faible coût d'exploitation, l'efficacité de récupération de chaleur peut généralement atteindre plus de 85 % ; l'ensemble du processus sans production d'eaux usées, le processus de purification ne produit pas de pollution secondaire NOX ; l'équipement de purification RCO peut être utilisé avec la salle de séchage, le gaz purifié peut être directement réutilisé dans la salle de séchage, pour atteindre l'objectif d'économie d'énergie et de réduction des émissions ;
Inconvénients : le dispositif de combustion catalytique ne convient qu'au traitement des gaz résiduaires organiques à faible point d'ébullition et à faible teneur en cendres, et le traitement des gaz résiduaires de substances collantes telles que la fumée huileuse n'est pas adapté, et le catalyseur doit être empoisonné ; la concentration de gaz résiduaires organiques est inférieure à 20 %.
1.1.3TNV Système d'incinération thermique de type recyclage
Le système d'incinération thermique à recyclage (TNV, Thermische Nachverbrennung) utilise la combustion directe de gaz ou de combustible pour chauffer les gaz résiduaires contenant des solvants organiques. Sous l'action de la chaleur, les molécules de solvant organique se décomposent en dioxyde de carbone et en eau. Le chauffage des gaz de combustion à haute température, via un dispositif de transfert de chaleur à plusieurs étages, nécessite de l'air ou de l'eau chaude. Le recyclage complet de l'énergie thermique des gaz résiduaires organiques, résultant de la décomposition par oxydation, réduit la consommation énergétique de l'ensemble du système. Par conséquent, le système TNV est une solution efficace et idéale pour traiter les gaz résiduaires contenant des solvants organiques lorsque le processus de production nécessite beaucoup d'énergie thermique. Pour les nouvelles lignes de production de peinture électrophorétique, le système d'incinération thermique à récupération TNV est généralement adopté.
Le système TNV se compose de trois parties : un système de préchauffage et d'incinération des gaz résiduaires, un système de chauffage à air pulsé et un système d'échange de chaleur d'air frais. Le dispositif de chauffage central de l'incinération des gaz résiduaires constitue l'élément central du système TNV. Il comprend le corps du four, la chambre de combustion, l'échangeur de chaleur, le brûleur et la vanne de régulation du conduit de fumées principal. Son fonctionnement est le suivant : grâce à un ventilateur haute pression, les gaz résiduaires organiques de la chambre de séchage sont acheminés vers la chambre de combustion, après préchauffage de l'échangeur de chaleur intégré au dispositif de chauffage central de l'incinération des gaz résiduaires. Ils sont ensuite chauffés à haute température (environ 750 °C) par le brûleur, jusqu'à leur décomposition par oxydation et leur décomposition en dioxyde de carbone et en eau. Les gaz de combustion à haute température générés sont évacués par l'échangeur de chaleur et le conduit de fumées principal du four. Ils chauffent l'air circulant dans la chambre de séchage pour fournir l'énergie thermique nécessaire à celle-ci. Un dispositif de transfert de chaleur par air frais est installé en sortie du système afin de récupérer la chaleur résiduelle. L'air frais fourni par la salle de séchage est chauffé par les fumées puis envoyé dans la salle de séchage. De plus, une vanne de régulation électrique est installée sur la conduite principale des fumées, permettant de réguler la température des fumées à la sortie du dispositif. La température finale des fumées peut être contrôlée à environ 160 °C.
Les caractéristiques du dispositif de chauffage central d'incinération des gaz résiduaires comprennent : le temps de séjour des gaz résiduaires organiques dans la chambre de combustion est de 1 à 2 s ; le taux de décomposition des gaz résiduaires organiques est supérieur à 99 % ; le taux de récupération de chaleur peut atteindre 76 % ; et le rapport de réglage de la puissance du brûleur peut atteindre 26 ∶ 1, jusqu'à 40 ∶ 1.
Inconvénients : lors du traitement des gaz résiduaires organiques à faible concentration, le coût d'exploitation est plus élevé ; l'échangeur de chaleur tubulaire est uniquement en fonctionnement continu, il a une longue durée de vie.
1.2 Schéma de traitement des gaz résiduaires organiques dans la salle de peinture au pistolet et la salle de séchage
Les gaz rejetés par la salle de pulvérisation et la salle de séchage sont des gaz résiduaires à faible concentration, à débit important et à température ambiante. Leurs principaux polluants sont des hydrocarbures aromatiques, des éthers d'alcool et des solvants organiques esters. À l'heure actuelle, la méthode étrangère la plus aboutie est la première concentration de gaz résiduaires organiques pour réduire la quantité totale de gaz résiduaires organiques, avec la première méthode d'adsorption (charbon actif ou zéolite comme adsorbant) pour l'adsorption des gaz résiduaires de peinture à faible concentration à température ambiante, avec stripping des gaz à haute température, et avec la combustion catalytique ou la combustion thermique régénérative.
1.2.1 Dispositif d'adsorption-désorption et de purification au charbon actif
Utilisation du charbon actif en nid d'abeille comme adsorbant, combinant les principes de purification par adsorption, de régénération par désorption, de concentration des COV et de combustion catalytique. Volume d'air élevé et faible concentration de gaz résiduaires organiques grâce à l'adsorption sur charbon actif en nid d'abeille pour atteindre l'objectif de purification de l'air. Une fois le charbon actif saturé, l'air chaud est utilisé pour régénérer le charbon actif. La matière organique concentrée désorbée est envoyée au lit de combustion catalytique pour la combustion catalytique. La matière organique est oxydée en dioxyde de carbone et en eau inoffensifs. Les gaz d'échappement chauds brûlés chauffent l'air froid via un échangeur de chaleur. Une certaine émission de gaz de refroidissement après l'échange de chaleur. Partie pour la régénération par désorbitation du charbon actif en nid d'abeille, pour atteindre l'objectif d'utilisation de la chaleur perdue et d'économie d'énergie. L'ensemble du dispositif est composé d'un préfiltre, d'un lit d'adsorption, d'un lit de combustion catalytique, d'un retardateur de flamme, d'un ventilateur associé, d'une vanne, etc.
Le dispositif de purification par adsorption-désorption au charbon actif est conçu selon les deux principes fondamentaux de l'adsorption et de la combustion catalytique. Il utilise un double circuit de gaz continu, une chambre de combustion catalytique et deux lits d'adsorption alternés. L'adsorption des gaz organiques sur charbon actif est d'abord réalisée. En cas de saturation rapide, l'adsorption est stoppée. Un flux d'air chaud permet ensuite d'extraire la matière organique du charbon actif et de le régénérer. La matière organique est concentrée (concentration dix fois supérieure à la concentration initiale) et envoyée vers la chambre de combustion catalytique pour la combustion catalytique, libérant du dioxyde de carbone et de la vapeur d'eau. Lorsque la concentration des gaz organiques dépasse 2 000 ppm, la combustion spontanée dans le lit catalytique peut se poursuivre sans chauffage externe. Une partie des gaz de combustion est rejetée dans l'atmosphère, tandis que la majeure partie est envoyée vers le lit d'adsorption pour la régénération du charbon actif. Cela permet de répondre aux besoins de combustion et d'adsorption de l'énergie thermique, permettant ainsi des économies d'énergie. La régénération peut alors passer à l'adsorption suivante. dans la désorption, l'opération de purification peut être réalisée par un autre lit d'adsorption, adapté à la fois au fonctionnement continu et au fonctionnement intermittent.
Performances et caractéristiques techniques : performances stables, structure simple, sécurité et fiabilité, économie d'énergie et de main-d'œuvre, absence de pollution secondaire. L'équipement couvre une petite surface et est léger. Il est donc parfaitement adapté à une utilisation en grande quantité. Le lit de charbon actif adsorbant les gaz résiduaires organiques utilise les gaz résiduaires après combustion catalytique pour la régénération par stripping. Les gaz de stripping sont ensuite envoyés vers la chambre de combustion catalytique pour purification, sans apport d'énergie externe. Les économies d'énergie sont significatives. L'inconvénient du charbon actif est sa faible consommation et son coût d'exploitation élevé.
1.2.2 Dispositif de purification par adsorption-désorption à roue de transfert de zéolite
Les principaux composants de la zéolite sont le silicium et l'aluminium, qui possèdent une forte capacité d'adsorption et peuvent être utilisés comme adsorbants. Le canal zéolite utilise les caractéristiques de son ouverture spécifique, qui lui confère une capacité d'adsorption et de désorption des polluants organiques. Ainsi, les gaz d'échappement COV, qu'ils soient à faible ou à forte concentration, peuvent réduire les coûts d'exploitation des équipements de traitement final. Ses caractéristiques sont adaptées au traitement de grands débits, de faibles concentrations et de divers composés organiques. L'inconvénient est un investissement initial élevé.
Le dispositif d'adsorption-épuration à roue zéolithique est un appareil de purification de gaz capable d'effectuer des opérations d'adsorption et de désorption en continu. Les deux faces de la roue zéolithique sont divisées en trois zones par un dispositif d'étanchéité spécial : adsorption, désorption (régénération) et refroidissement. Le système fonctionne comme suit : la roue zéolithique tourne en continu à faible vitesse, circulant à travers les zones d'adsorption, de désorption (régénération) et de refroidissement. Lorsque les gaz d'échappement, à faible concentration et à fort volume, traversent en continu la zone d'adsorption de la roue, les COV présents dans les gaz d'échappement sont adsorbés par la zéolite de la roue en rotation, ce qui permet une émission directe après adsorption et purification. Le solvant organique adsorbé par la roue est envoyé vers la zone de désorption (régénération) grâce à la rotation de la roue. Un faible volume d'air est ensuite chauffé en continu à travers la zone de désorption. Les COV adsorbés sur la roue sont régénérés dans la zone de désorption. Les COV sont évacués avec l'air chaud. La roue vers la zone de refroidissement pour le refroidissement peut être réadsorbée. Avec la rotation constante de la roue rotative, l'adsorption, la désorption et le cycle de refroidissement sont effectués, assurant le fonctionnement continu et stable du traitement des gaz résiduaires.
Le dispositif à zéolite est essentiellement un concentrateur. Les gaz d'échappement contenant du solvant organique sont divisés en deux parties : l'air propre, directement évacuable, et l'air recyclé, fortement concentré en solvant organique. L'air propre, directement évacuable, peut être recyclé dans le système de ventilation et de climatisation peint. La concentration élevée en COV est environ dix fois supérieure à celle des COV avant son entrée dans le système. Le gaz concentré est traité par incinération à haute température via un système d'incinération thermique à récupération de vapeurs de zéolite (ou autre équipement). La chaleur générée par l'incinération est utilisée respectivement pour chauffer la salle de séchage et pour chauffer le décapage de la zéolite. Cette énergie thermique est pleinement exploitée pour réaliser des économies d'énergie et réduire les émissions.
Performances et caractéristiques techniques : structure simple, entretien facile, longue durée de vie ; efficacité d'absorption et de décapage élevée, convertit le volume de vent élevé d'origine et le gaz résiduaire COV à faible concentration en un faible volume d'air et un gaz résiduaire à haute concentration, réduit le coût de l'équipement de traitement final en aval ; chute de pression extrêmement faible, peut réduire considérablement la consommation d'énergie électrique ; préparation globale du système et conception modulaire, avec des exigences d'espace minimales, et fournit un mode de contrôle continu et sans pilote ; il peut atteindre la norme nationale d'émission ; l'adsorbant utilise de la zéolite non combustible, l'utilisation est plus sûre ; l'inconvénient est un investissement unique avec un coût élevé.
Date de publication : 03/01/2023
