Application d'un oxydant thermique régénératif dans l'industrie du revêtement de films
Auteur : Équipe d'ingénierie des procédés et de l'environnement
Catégorie : Contrôle des COV | Industrie du revêtement de films
Mots-clés : Revêtement de film, COV, RTO, concentrateur rotatif, gaz d’échappement contenant du silicone
Table des matières
1. Aperçu des émissions de COV dans les procédés de revêtement de films
2. Caractéristiques typiques d'émission de COV dans les revêtements de films
2.1 Solvants courants utilisés dans le revêtement de films
2.2 Caractéristiques des gaz d'échappement contenant du silicone
2.3 Limites de concentration de COV sans danger
3. Sélection de Traitement des COV Équipements pour installations de revêtement de films
3.1 Traitement des COV organisés provenant des fours de revêtement
3.2 Traitement des COV en grand volume et à faible concentration
4. Solutions de contrôle des COV pour les usines de revêtement de films
4.1 Procédé de traitement des gaz résiduaires contenant des COV :
4.2 Méthodes et sélection de la récupération de la chaleur résiduelle
1. Aperçu des émissions de COV dans les procédés de revêtement de films
Lors de la production de revêtements de film, une grande quantité de gaz d'échappement organisés et des émissions de COV à faible concentration et à débit d'air élevé sont générées.
Ces émissions sont devenues l'un des principaux facteurs empêchant les entreprises d'atteindre la conformité environnementale et un développement vert et durable.
Dès lors, la question se pose : comment contrôler efficacement les émissions de COV issues des procédés de revêtement de films ?
2. Caractéristiques typiques d'émission de COV dans les revêtements de films
2.1 Solvants courants utilisés dans les procédés de revêtement de films
Les solvants suivants sont couramment utilisés dans la production de revêtements de films, ainsi que leurs propriétés physiques et de combustion typiques :
| Substance | Formule moléculaire | Poids moléculaire | Limite inférieure d'explosivité (%) | Densité (kg/L) | Valeur calorique (kcal/kg) |
| Acétate d'éthyle (EAC) | C₄H₈O₂ | 88 | 2.2 | 0,895 | 6101 |
| Toluène | C₆H₅CH₃ | 92 | 1.2 | 0,870 | 10138 |
| Butanone (MEK) | CH₃COC₂H₅ | 72 | 1.7 | 0,810 | 8098 |
| acétate de n-propyle | C₅H₁₀O₂ | 102 | 2.0 | 0,888 | 6770 |
| Xylène | C₈H₁₀ | 106 | 1.2 | 0,870 | 10295 |
| Méthanol | CH₃OH | 32 | 6.0 | 0,792 | 5688 |
| Acétone | CH₃RED₃ | 58 | 2.5 | 0,785 | 7363 |
| Cyclohexane | C₆H₁₂ | 84 | 1.1 | 0,947 | 10012 |
| Cyclohexanone | C₆H₁₀O | 98 | 1.1 | 0,950 | 8584 |
| Éthanol | C₂H₆O | 46 | 3.3 | 0,790 | 7098 |
| Isopropanol | C₃H₈O | 60 | 2.0 | 0,786 | 7902 |
| Huile solvante 120# | Mélange de n-heptane, d'isoheptane, de cycloheptane, etc. |
| 1.1 | 0,766 | 10695 |
2.2 Caractéristiques des gaz d'échappement contenant du silicone
Lors de la production de films de démoulage en silicone, de papiers de démoulage et de films protecteurs en silicone, les gaz d'échappement contiennent des composés organosiliciés.
Les adhésifs utilisés pour ces produits contiennent généralement des siloxanes et des résines de silicone comme composants de revêtement, et utilisent généralement de l'huile solvante 120#, du toluène, du xylène ou de l'acétate d'éthyle comme solvants.
Au cours de la production, notamment dans les zones de four à haute température, une petite partie des siloxanes et des résines de silicone (environ 0,7 % de la masse du revêtement) se volatilise et est rejetée avec les gaz d'échappement du four.
Lorsque ces gaz d'échappement contenant du silicone sont traités dans un RTO, les composés organosiliciés sont oxydés à haute température en dioxyde de silicium (SiO₂), communément appelé poussière de silice.
Par conséquent, lors du choix d'un équipement de traitement des COV, l'impact de la formation de silice sur les équipements de contrôle environnemental doit être pleinement pris en compte.
2.3 Limites de concentration de COV sans danger
Lors de la production de revêtements de film, il est essentiel de veiller à ce que la concentration de COV dans les gaz d'échappement du four reste inférieure à 25 % de la limite inférieure d'explosivité (LIE) afin de garantir la sécurité d'exploitation.
Lorsque la concentration de COV dépasse 25 % de la LIE, il existe un risque important d'explosion.
Pour cette raison, des détecteurs LIE doivent être installés à :
* Fours de revêtement
* Conduits d'évacuation principaux
* Nombre total de sorties d'échappement
Ces détecteurs doivent être intégrés à des systèmes de verrouillage de sécurité et régulièrement étalonnés afin de garantir un fonctionnement sûr.
3. Sélection des équipements de traitement des COV pour les installations de revêtement de films
3.1 Sélection des équipements pour le traitement des COV organisés provenant des fours de revêtement
Le RTO est couramment choisi comme équipement de traitement principal pour les COV organisés émis par les fours de revêtement, en raison des avantages suivants :
1. Capable de traiter presque tous les types de composés organiques
2. Capable de s'adapter aux fluctuations de la composition et de la concentration des COV
3. Insensible aux faibles quantités de poussière ou de particules solides dans les gaz d'échappement
4. Rendement thermique le plus élevé parmi toutes les technologies d'oxydation thermique
5. Fonctionnement autonome sans combustible auxiliaire sous des concentrations de COV appropriées
6. Efficacité de destruction jusqu'à 99,5 %
7. Faible charge de maintenance, fonctionnement sûr et fiable ; les dépôts organiques peuvent être éliminés périodiquement, le média régénératif peut être remplacé, la perte de charge globale du système est faible, les fluctuations de pression sont minimales et la durée de vie est longue.
8. Bien que l’investissement initial d’un RTO soit relativement élevé, les avantages de la récupération de la chaleur résiduelle sont importants et l’investissement peut généralement être récupéré en 3 à 5 ans.
3.2 Traitement des COV en grand volume et à faible concentration
Dans des conditions typiques, les COV émis par les têtes d'enduction, les salles de préparation d'adhésifs et les zones de stockage d'adhésifs bruts sont caractérisés par un volume d'air important et une faible concentration, généralement inférieure à 500 mg/m³.
Si ces gaz d'échappement sont traités directement par un RTO, la consommation d'énergie en fonctionnement sera extrêmement élevée, nécessitant une très grande capacité de RTO et entraînant des coûts d'investissement et d'exploitation élevés.
Par conséquent, un procédé de concentration par adsorption-désorption est généralement adopté.
Les gaz d'échappement à faible concentration de COV sont d'abord concentrés d'un facteur 10 à 12, puis le flux concentré est envoyé au RTO pour oxydation thermique.
Comparaison des équipements de concentration par adsorption-désorption des gaz résiduaires
| Non. | Article | Concentration par adsorption du rotor à tamis moléculaire zéolite | Concentration par adsorption sur lit fixe |
|---|---|---|---|
| 1 | Matériau d'adsorption | tamis moléculaire zéolite | charbon actif |
| 2 | Température de désorption | 200 °C, une température de désorption plus élevée, permet une désorption plus complète. | À 100 °C, une température de désorption inférieure entraîne une désorption incomplète. |
| 3 | Vitesse de désorption | 1,5 m/s, soit environ la moitié de la vitesse d'adsorption, assurant une désorption complète | La vitesse de désorption, limitée à 0,45 m/s par des contraintes structurelles, représente 20 % de la vitesse d'adsorption initiale, ce qui peut entraîner un écoulement irrégulier et une désorption incomplète. |
| 4 | Capacité de désorption | Les COV à point d'ébullition élevé (supérieur à 200 °C) peuvent être désorbés par régénération à haute température. La concentration de COV en sortie reste très stable. | Les COV à point d'ébullition élevé (environ 200 °C) peuvent se désorber partiellement, mais une désorption complète est difficile (ce qui entraîne une dégradation des performances). La concentration en COV est très instable (stable au début, elle diminue progressivement avec le temps). |
| 5 | Rétention des performances | Performances très stables (peut maintenir des performances stables pendant environ 5 ans) | Les performances diminuent continuellement dès le début de l'utilisation, et des performances stables ne sont généralement pas garanties. |
| 6 | Durée de vie | La durée de vie du rotor est d'environ 8 ans. | La durée de vie du charbon actif est d'environ 1 an. |
| 7 | Variation des performances | Aucun | déclin continu |
| 8 | Sécurité | Haute performance : désorption complète, absence de solvants résiduels et présence de matériaux inorganiques éliminant les risques d’incendie | Une désorption incomplète, des solvants résiduels localisés et des matières carbonées combustibles peuvent provoquer un incendie si les températures locales atteignent le point d'inflammation. |
| 9 | Courbe de concentration de désorption | Pour une concentration d'entrée de 100 mg/m³, la concentration de désorption du charbon actif en nid d'abeille présente de fortes fluctuations, avec une concentration moyenne intégrée d'environ 930 mg/m³, nettement inférieure aux 1921 mg/m³ obtenus avec le rotor à tamis moléculaire, ce qui entraîne une consommation d'énergie plus élevée pour la désorption dans les systèmes à charbon actif en nid d'abeille. | |
| 10 | Empreinte | Petit (environ 30 % de l'empreinte du système à charbon actif) | Grand |
| 11 | Post-traitement | Les matériaux adsorbants sont classés comme déchets généraux. | Le matériau adsorbant est classé comme déchet dangereux et nécessite un traitement spécialisé ; le coût de son élimination sur le marché est d'environ 3 000 à 5 000 yens par mètre cube. |
| 12 | Coût de remplacement des matériaux | Faible | Haut |
Précautions à prendre lors du choix d'un concentrateur rotatif :
| Statut | Substance/Composant | Raison |
|---|---|---|
| Substances difficiles à absorber | Méthanol | Une polarité élevée rend l'adsorption difficile |
| Cyclohexane | Les propriétés structurales entravent l'adsorption | |
| Formaldéhyde, acétaldéhyde, autres substances à bas point d'ébullition ( | Un point d'ébullition bas réduit l'efficacité d'adsorption | |
| brouillard d'huile/brouillard de goudron | Faible capacité d'adsorption | |
| Substances difficiles à désorber | Plastifiants (par exemple, DEP, DOP) | Un point d'ébullition élevé entrave la désorption |
| Terpinéol | Réagit et s'accumule dans les micropores | |
| chlorure de vinyle monomère, acrylonitrile, isocyanates, autres substances polymérisables | Tendance à polymériser | |
| Monoéthanolamine (MEA) | La faible pression de vapeur entrave la désorption | |
| Autres amines | La transformation chimique lors de l'adsorption réduit l'efficacité de la désorption | |
| Substances à point d'ébullition élevé (>200°C) | Désorption difficile en raison du point d'ébullition élevé | |
| Substances provoquant la dégradation du tamis moléculaire | Substances dont la pression de vapeur est inférieure à 20 Pa (à 20 °C) | La faible volatilité entrave la désorption |
| Substances acides ou alcalines | Dégrader la structure de la zéolite | |
| Peintures/revêtements | Revêtement de la surface du tamis moléculaire, entraînant sa désactivation |
4. Solutions de contrôle des COV pour les usines de revêtement de films
4.1 Procédé de traitement des gaz résiduaires contenant des COV :
Après avoir passé en revue la sélection des équipements, la section suivante présente des solutions pratiques de contrôle des COV et des configurations de processus optimales utilisées dans l'industrie du revêtement de films.
* Les COV en grand volume et à faible concentration provenant des têtes d'enduction, des salles de préparation d'adhésifs et des entrepôts d'adhésifs bruts sont d'abord concentrés 10 à 12 fois, puis traités dans un RTO.
* Les gaz d'échappement organisés à haute concentration provenant des sorties des fours de revêtement sont directement introduits dans le RTO, où les COV sont oxydés à environ 800 °C en dioxyde de carbone et en eau.
La chaleur dégagée lors de l'oxydation est récupérée et réutilisée pour fournir l'énergie thermique nécessaire au processus de revêtement.
4.2 Méthodes et sélection de la récupération de la chaleur résiduelle
Figurant parmi les technologies de traitement des COV les plus efficaces, la vanne rotative RTO assure non seulement la décomposition complète des composants organiques et des émissions conformes, mais génère également un excès de chaleur récupérable lorsque la concentration de COV dépasse 1,5 à 2,0 g/m³.
L'intégration de systèmes de récupération de chaleur résiduelle permet de récupérer la chaleur des gaz de combustion à haute température, améliorant ainsi l'efficacité énergétique globale et les performances économiques du système.
Actuellement, les méthodes de récupération de chaleur résiduelle couramment utilisées dans l'industrie du revêtement de films comprennent :
* Récupération d'air chaud
* Systèmes à huile thermique
* Génération de vapeur
La méthode spécifique peut être sélectionnée en fonction du mode de chauffage de la ligne de revêtement.
