Application d'un oxydant thermique régénératif dans l'industrie des résines de pâte PVC
Dans le domaine actuel du traitement des COV industriels (gaz résiduaires), RTO (Oxydateur thermique régénératifL'oxydation thermique régénérative (OTR), technologie mature et très performante, est largement utilisée dans divers secteurs industriels. Elle décompose les gaz résiduaires organiques en CO₂ et H₂O par oxydation à haute température, offrant une efficacité de traitement élevée (≥ 99 %), une grande adaptabilité aux conditions de fonctionnement et un rendement élevé de récupération d'énergie thermique. Pour les gaz résiduaires organiques complexes générés lors du séchage de la résine PVC en pâte, l'OTR compense efficacement les insuffisances des procédés traditionnels en termes d'efficacité de traitement et de conformité aux normes d'émissions, et représente un axe de développement majeur pour ce secteur.
La résine PVC en pâte, grâce à ses excellentes propriétés de formation de pâte et de dispersion, est principalement utilisée dans le domaine des matériaux PVC souples. Elle convient au revêtement, à l'imprégnation, à la pulvérisation, au moussage et à d'autres techniques de transformation. On la retrouve fréquemment dans la fabrication de cuir artificiel, de matériaux décoratifs, de revêtements de sol, de papiers peints, de bandes transporteuses industrielles, de revêtements de sol sportifs, de jouets, de gants médicaux jetables, d'articles de décoration, d'instruments électriques et d'outils électriques.
Lors du processus de production de produits en résine PVC en pâte, les étapes de séchage et de chauffage génèrent des gaz résiduaires. Les principaux composants de ces gaz sont le DOP, le DOTP et l'huile solvante D60/D70. Ces gaz résiduaires doivent être traités par des équipements de protection de l'environnement afin de respecter les normes d'émissions en vigueur, conformément aux réglementations environnementales nationales et locales. Dans ce contexte, l'introduction d'un système régénératif est envisagée. Système d'oxydation thermique peut améliorer efficacement l'efficacité globale du traitement des gaz résiduaires et garantir une conformité stable aux normes d'émission.
I. Schéma technique global pour le traitement des gaz résiduaires lors du séchage de la résine de pâte PVC (combiné à un procédé d'oxydation thermique régénératif) ;
1. Procédé existant de traitement des gaz résiduaires ;
Schéma de flux existant pour le traitement des gaz résiduaires
Actuellement, les gaz résiduaires issus du séchage de la résine PVC sont traités par récupération électrostatique : les gaz sont d’abord refroidis, puis le DOP, le DOTP et d’autres plastifiants sont capturés et transformés en huile liquide par capture électrostatique en vue de leur récupération. Bien que ce procédé permette de récupérer le DOP, le DOTP et d’autres plastifiants, il présente les inconvénients suivants :
1) Le dispositif de récupération électrostatique présente une faible efficacité pour le traitement du DOP et du DOTP. Les gaz résiduaires contiennent des composants d'huile solvante D60/D70, et la récupération électrostatique ne permet pas de capturer efficacement ces huiles solvantes à bas point d'ébullition et à petites molécules, ce qui entraîne des émissions non conformes. Dans ce cas, l'ajout d'une unité RTO en aval permet une oxydation poussée des COV non capturés afin de garantir la conformité.
2) Le dispositif de récupération électrostatique ne peut pas éliminer efficacement les odeurs, tandis que le RTO peut réduire considérablement les odeurs grâce à la décomposition à haute température des composés organiques.
3) Le dispositif de récupération électrostatique nécessite un nettoyage périodique des cylindres de champ électrique. Ce nettoyage génère des eaux usées, source de pollution secondaire, qui requièrent un traitement ultérieur. À l'inverse, le système RTO ne produit pas d'eaux usées en fonctionnement, évitant ainsi toute pollution secondaire.
2. Procédé technique de traitement des gaz résiduaires lors du séchage de la résine de pâte PVC
Face aux problèmes rencontrés dans le procédé actuel de traitement des gaz résiduaires, les solutions techniques suivantes sont mises en œuvre : « récupération électrostatique + traitement profond RTO » ou « prétraitement + traitement principal RTO », afin de garantir une conformité stable et une faible consommation d’énergie. Le système RTO utilise des lits régénératifs pour récupérer la chaleur, ce qui réduit considérablement la consommation de combustible et améliore l’efficacité globale du système.
1) En fonction de la concentration réelle des gaz résiduaires provenant du séchage de la résine de pâte PVC et compte tenu des avantages réels de la récupération électrostatique, il est possible de déterminer si un équipement de récupération électrostatique est nécessaire.
2) Installez un pare-flammes à l'entrée du RTO pour éviter le retour de flamme.
3) Les gaz résiduaires pénètrent dans l'unité de traitement thermique (RTO) où ils sont oxydés et décomposés à une température élevée d'environ 800 °C, transformant ainsi le DOP, le DOTP et les huiles solvantes en dioxyde de carbone et en eau. Simultanément, de la chaleur est dégagée pour assurer le fonctionnement de l'unité RTO. Les émissions sont stables et conformes aux normes, et les odeurs sont efficacement éliminées.
4) Étant donné que le DOP et le DOTP peuvent se présenter sous forme de fines gouttelettes d'huile en suspension dans les gaz résiduaires, le fonctionnement prolongé du RTO peut entraîner l'adhérence de ces gouttelettes à la couche inférieure des lits céramiques régénératifs. Une chambre de mélange est installée à l'entrée du RTO et de l'air à haute température provenant de la chambre de combustion est utilisé périodiquement pour préchauffer les gaz résiduaires. Ces gaz préchauffés traversent les lits régénératifs inférieurs, détachant l'huile adhérente et la transportant dans la chambre d'oxydation pour sa décomposition, résolvant ainsi efficacement le problème d'adhérence de l'huile.
5) Les gaz résiduaires contenant des brouillards d'huile, il existe un risque d'encrassement du média régénératif du RTO, ce qui peut entraîner une mauvaise évacuation des gaz et une réduction de l'efficacité du stockage de chaleur. Les mesures suivantes sont mises en œuvre : utilisation d'un média régénératif en céramique à larges pores au fond du RTO, optimisation de la disposition des médias régénératifs et conception appropriée des orifices d'accès pour la maintenance.
3. Facteurs de sélection du matériel de traitement ;
1. Sélection de l'équipement de récupération électrostatique ;
En fonction de la concentration réelle des gaz résiduaires issus du séchage de la résine de pâte PVC et des avantages économiques de la récupération électrostatique, il est possible de déterminer si un équipement de récupération électrostatique est nécessaire.
a) Si la concentration de gaz résiduaires est élevée et qu'après récupération électrostatique, la concentration peut encore satisfaire aux conditions de fonctionnement auto-entretenues du RTO (c'est-à-dire sans consommation de gaz naturel), ou si l'avantage économique de la récupération électrostatique dépasse la consommation de gaz naturel du RTO, il est recommandé de conserver (ou d'ajouter) l'équipement de récupération électrostatique ;
b) Si la concentration de gaz résiduaires est faible, les gaz résiduaires peuvent être traités directement par le RTO pour atteindre des émissions conformes.
1. Sélection des équipements de traitement en aval ;
Les principales technologies de traitement en aval sont l'oxydation à froid (RCO) et l'oxydation à froid (RTO). La composition de la résine PVC en pâte n'étant pas un solvant unique, mais incluant des composants complexes tels que des agents de séchage rapide, des agents de nivellement, des réducteurs de viscosité et des antimousses, l'empoisonnement et la désactivation du catalyseur sont susceptibles de se produire. De plus, le coût d'investissement d'une RCO à grand volume d'air est élevé, et la durée de vie du catalyseur n'est généralement que de 8 000 à 100 000 heures, ce qui engendre des coûts de remplacement importants. C'est pourquoi la RTO est privilégiée comme méthode de traitement en aval.
4. Objectifs de contrôle des émissions :
Concentration de COV après traitement : ≤30 mg/m³, conforme aux normes environnementales locales ;
Efficacité d'élimination des odeurs : 99 % ;
| Polluant | Limite d'émission (mg/m³) | Limite de débit (kg/h) | Taux cible (kg/h) |
|---|---|---|---|
| COV (norme nationale) | ≤120 | - | - |
| Après traitement rotatif RTO | ≤50 | - | - |
II. Analyse de la consommation d'énergie
1. Fonctionnement autonome de la chaleur du RTO rotatif
Le fonctionnement autosuffisant d'un RTO signifie que toute la chaleur nécessaire à son fonctionnement est fournie par la chaleur dégagée par la décomposition des gaz résiduaires, sans consommation de gaz naturel.
Table chauffante auto-entretenue rotative RTO
| Volume d'air RTO | Chaleur nécessaire au fonctionnement autonome |
|---|---|
| 10 000 m³/h | 120 000 kcal |
| 20 000 m³/h | 240 000 kcal |
| 30 000 m³/h | 360 000 kcal |
| 40 000 m³/h | 480 000 kcal |
| 50 000 m³/h | 600 000 kcal |
| 60 000 m³/h | 720 000 kcal |
| 70 000 m³/h | 840 000 kcal |
2. Analyse de la consommation d'énergie
Le pouvoir calorifique supérieur du DOP, du DOTP et du D80 présents dans les gaz résiduaires de séchage de résine PVC est comparable à celui du kérosène. Avec un pouvoir calorifique de 10 000 kcal/m³, lorsque la concentration de ces gaz atteint 1 200 mg/m³, le RTO peut fonctionner en mode autonome sans consommation de gaz naturel.
Masse de solvant nécessaire au fonctionnement autonome du RTO
| Volume d'air RTO (m³/h) | 10000 | 20000 | 30000 | 40000 | 50000 | 60000 | 70000 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Masse de solvant (kg/h) | ≥12 | ≥24 | ≥36 | ≥48 | ≥60 | ≥72 | ≥84 |
D'après l'analyse précédente, lorsque la concentration des gaz résiduaires atteint 1 200 mg/m³, le RTO fonctionne en mode autonome ; en dessous de 1 200 mg/m³, un faible apport de gaz naturel est nécessaire. L'efficacité de récupération du dispositif de récupération électrostatique peut être ajustée en fonction de la concentration réelle des gaz résiduaires afin d'optimiser le fonctionnement et les économies d'énergie.
Par exemple, si la concentration des gaz résiduaires générés par le séchage de la résine PVC est de 2 000 mg/m³, l’efficacité de récupération du dispositif de récupération électrostatique peut être ajustée pour que la concentration en sortie atteigne 1 200 mg/m³. Dans ce cas, l’unité de traitement rapide (RTO) peut fonctionner sans consommation de gaz naturel, tandis que la partie amont permet de récupérer les solvants, générant ainsi des économies et assurant une performance optimale du système.
III. Avantages sociaux
L'utilisation d'un système RTO rotatif pour traiter les gaz résiduaires générés lors de la production de résine PVC en pâte permet d'obtenir les résultats suivants :
1. Émission totale d'hydrocarbures non méthaniques ≤ 30 mg/m³, conforme aux normes nationales et locales ;
2. Les odeurs contenues dans les gaz résiduaires peuvent être complètement éliminées.
3. Pour les procédés sans récupération électrostatique et utilisant uniquement du RTO, aucune eau usée ni déchet solide n'est généré pendant le traitement, évitant ainsi la pollution secondaire.