Aplicación de oxidadores térmicos regenerativos en la industria de tintas y recubrimientos.

Con regulaciones ambientales cada vez más estrictas, industrias como la de tintas, recubrimientos y adhesivos se enfrentan a mayores requisitos para el control de emisiones de COV (compuestos orgánicos volátiles). Dado que se utilizan grandes cantidades de disolventes orgánicos durante la producción de tinta, el gas residual generado se caracteriza por un gran volumen de aire, composiciones complejas y concentraciones fluctuantes. Por lo tanto, es fundamental seleccionar un sistema estable, eficiente y que ahorre energía. Tecnología de tratamiento de gases residuales es particularmente importante.

RTO (Oxidador Térmico Regenerativo), como una de las tecnologías de oxidación térmica más utilizadas en la industria Tratamiento de compuestos orgánicos volátilesEl sistema RTO se ha aplicado ampliamente en industrias como la de tintas, recubrimientos, productos químicos, embalaje e impresión, y nuevos materiales debido a su alta eficiencia de recuperación de calor, operación estable y gran adaptabilidad a condiciones de trabajo complejas. Los sistemas RTO descomponen los COV en los gases residuales orgánicos mediante oxidación a alta temperatura, convirtiéndolos en CO₂ y H₂O, mientras que se utilizan medios de almacenamiento de calor cerámicos para recuperar la energía térmica. La eficiencia de recuperación de calor generalmente puede superar el 95%, lo que hace que el RTO sea altamente ventajoso para condiciones de tratamiento de COV de concentración media y baja y gran volumen de aire. Particularmente en la industria de la tinta, donde el gas de escape a menudo contiene ésteres, alcoholes y otros disolventes orgánicos, los sistemas RTO rotativos pueden no solo mejorar la eficiencia de purificación, sino también reducir eficazmente el consumo de gas natural y los costos operativos.

I. Introducción a la producción de tinta

La fabricación de tintas y productos similares se refiere a las actividades de producción de sustancias coloreadas en forma de pasta que se utilizan para la impresión, la impresión por ordenador y la tinta de fotocopiadora, las cuales se producen mediante la mezcla y molienda de pigmentos, aglutinantes (aceites vegetales, aceites minerales, resinas, disolventes) y cargas.

Durante la producción, se utilizan disolventes para la dispersión y disolución de los materiales. Estos disolventes incluyen principalmente acetato de etilo, acetato de propilo, n-propanol, isopropanol, etanol anhidro, tolueno, xileno y acetato de monometil éter de propilenglicol.

Los principales procesos de producción de tinta incluyen la mezcla, agitación, molienda, dispersión, llenado y limpieza. Entre ellos, la mezcla, la agitación y la molienda son las etapas que generan principalmente emisiones de COV (compuestos orgánicos volátiles). Dado que se volatilizan grandes cantidades de disolventes orgánicos durante la producción, el sistema de tratamiento de gases residuales generalmente debe tener una alta resistencia a las cargas de impacto, adaptabilidad a las fluctuaciones de concentración y capacidad de operación continua y estable. Esta es también una razón importante por la que los sistemas RTO (tratamiento de gases residuales) se utilizan ampliamente en la industria de la tinta.

Figura 1. Diagrama de flujo del proceso de producción y puntos de emisión de COV.

II. Solución técnica general para el tratamiento de COV en la industria de tintas y recubrimientos
1. Selección de la ruta de la tecnología de tratamiento

La industria de la tinta emite una gran cantidad de COV (compuestos orgánicos volátiles), pero estas emisiones se encuentran relativamente dispersas. Debido a las diferencias en los procesos de producción y las materias primas, la composición de los gases residuales generados también varía, lo que genera ciertas dificultades en su tratamiento. Por lo tanto, es necesario seleccionar las tecnologías de tratamiento adecuadas según las condiciones específicas de cada empresa.

Generalmente, la concentración de COV en los gases residuales de las líneas de producción de tinta oscila entre 900 y 1500 mg/m³, con un volumen de aire de escape de 10 000 a 20 000 m³/h, lo que corresponde a las condiciones de funcionamiento típicas de gran volumen de aire y concentración media de COV. En estas condiciones, la tecnología de incineración RTO presenta claras ventajas en cuanto a eficiencia de tratamiento, estabilidad del sistema y aprovechamiento de la energía térmica.

Considerando tanto el cumplimiento de las normas ambientales como la reducción de los costos operativos, se propone la ruta técnica de “filtración inicial + RTO” para el tratamiento de las emisiones de COV de las líneas de producción de tinta. El proceso específico es el siguiente:

Recopilar los COV emitidos en cada sección del proceso de producción;
Los gases residuales orgánicos mixtos que se van a tratar pasan por un dispositivo de filtración frontal para eliminar el polvo y las partículas de los gases de escape, evitando así la obstrucción del medio cerámico de almacenamiento de calor dentro del RTO;
Los gases residuales pretratados entran en el sistema RTO rotatorio a través de tuberías y se descargan tras un tratamiento de combustión a alta temperatura.

Figura 2. Diagrama de flujo del proceso de tratamiento de gases residuales con COV.

2. Factores para la selección de equipos de tratamiento
1) Selección de equipos de filtración

Los filtros secos se suelen elegir para sistemas de filtración de gases residuales. Los filtros primarios más comunes son los G3/G4, mientras que los de eficiencia media incluyen los F5/F6. Estos filtros se caracterizan por su alta capacidad de retención de polvo, buena permeabilidad al aire, diseño modular, fácil montaje y larga vida útil.

Eficiencia G3: Para partículas ≥5,0 μm, eficiencia de filtración 70＞E≥50% (correspondiente al estándar estadounidense L5);

Eficiencia G4: Para partículas ≥5,0 μm, eficiencia de filtración 90＞E≥70% (correspondiente al estándar estadounidense L6);

Eficiencia F5: Para partículas ≥1,0 ​​μm, eficiencia de filtración 50＞E≥30% (correspondiente a las normas estadounidenses M9 y M10);

Eficiencia F6: Para partículas ≥1,0 ​​μm, eficiencia de filtración 80＞E≥50% (correspondiente a las normas estadounidenses M11 y M12).

2) Selección de equipos de incineración

Actualmente, las principales tecnologías de incineración de residuos son RCO y RTO. Debido a la complejidad de la composición de los disolventes utilizados en la producción de tinta, es probable que se produzca envenenamiento y desactivación del catalizador en los sistemas RCO. Además, el coste de inversión de los sistemas RCO de gran volumen de aire es relativamente alto, y la vida útil del catalizador suele ser de tan solo unas 8000 horas, lo que genera costes de reemplazo excesivos. Por lo tanto, se ha seleccionado RTO como método de tratamiento de residuos.

Los sistemas RTO emplean el principio de oxidación térmica a alta temperatura para tratar los gases residuales con COV y lograr una alta eficiencia de eliminación de ésteres, alcoholes y otros compuestos orgánicos. Además, el sistema ofrece mayor estabilidad operativa y mejor adaptabilidad a las fluctuaciones en la concentración de los gases residuales.

Dado que la concentración de COV de este proyecto es de aproximadamente 900–1500 mg/m³, lo que corresponde a una condición de trabajo típica de concentración media y baja, se selecciona un sistema RTO rotativo con mayor eficiencia térmica y menor consumo de energía operativa.

3. Selección de equipos

Los gases residuales de COV generados por una determinada empresa de tintas provienen principalmente de procesos como la mezcla, la agitación y la molienda. Tras una recolección organizada, el volumen de aire de escape es de aproximadamente 20 000 m³/h.

Cabe destacar que la eficiencia de la recolección de gases residuales varía entre empresas, y la concentración real recolectada fluctúa significativamente. Por lo tanto, antes de diseñar el sistema RTO, se deben realizar mediciones y análisis in situ según las condiciones de operación reales. Si los gases residuales contienen componentes halogenados como cloro o flúor, se recomienda su recolección y tratamiento por separado para reducir los riesgos de corrosión de los equipos y garantizar el funcionamiento estable a largo plazo del sistema RTO.

Los principales parámetros de los gases de escape son los siguientes:

Equipo de filtración en seco seleccionado: 20.000 m³/h, filtración en dos etapas con G4 y F6;

Equipo RTO seleccionado: 20.000 m³/h.

4. Objetivos del tratamiento de emisiones

Tras el tratamiento, la concentración de emisiones de COV es ≤30 mg/m³, cumpliendo así con las normas locales de protección ambiental.

III. Beneficios sociales

La aplicación de equipos RTO rotativos para el tratamiento de gases residuales de COV generados durante la producción de tinta puede lograr los siguientes efectos:

Concentración de emisiones de COV ≤30 mg/m³, cumpliendo con las normas nacionales y locales de protección ambiental en materia de emisiones;
El sistema RTO adopta la tecnología de descomposición por oxidación térmica y no genera contaminación secundaria como aguas residuales;
El sistema de almacenamiento de calor RTO puede recuperar eficazmente la energía térmica de la combustión, reduciendo el consumo de gas natural y los costes operativos de la empresa.
Los equipos RTO rotativos se caracterizan por un alto grado de automatización y permiten un funcionamiento continuo y estable a largo plazo, lo que reduce la presión de gestión ambiental para las empresas.
Ayuda a las empresas a alcanzar sus objetivos de producción ecológica y de ahorro energético/reducción de emisiones, al tiempo que mejora su capacidad de cumplimiento medioambiental y su competitividad en el sector.