Application d'un oxydant thermique régénératif dans l'industrie des encres et des revêtements

Face à des réglementations environnementales de plus en plus strictes, les industries telles que l'encre, les revêtements et les adhésifs sont soumises à des exigences accrues en matière de contrôle des émissions de COV (Composés Organiques Volatils). La production d'encre nécessitant l'utilisation de grandes quantités de solvants organiques, les gaz résiduaires générés se caractérisent par un volume important, une composition complexe et des concentrations fluctuantes. Il est donc essentiel de choisir une solution stable, efficace et économe en énergie. Technologie de traitement des gaz résiduaires est particulièrement important.

L'oxydateur thermique régénératif (RTO) est l'une des technologies d'oxydation thermique les plus utilisées dans l'industrie. Traitement des COVLe système RTO (oxyde de tungstène rotatif) est largement utilisé dans des secteurs tels que les encres, les revêtements, la chimie, l'emballage, l'impression et les nouveaux matériaux, grâce à son rendement élevé de récupération de chaleur, sa stabilité de fonctionnement et sa grande adaptabilité aux conditions de travail complexes. Les systèmes RTO décomposent les COV (composés organiques volatils) présents dans les gaz résiduaires organiques par oxydation à haute température, les convertissant en CO₂ et H₂O, tandis que des supports de stockage de chaleur en céramique permettent de récupérer l'énergie thermique. Le rendement de récupération de chaleur peut généralement dépasser 95 %, ce qui rend le système RTO particulièrement avantageux pour le traitement des COV à concentration faible ou moyenne dans des volumes d'air importants. Dans l'industrie des encres, où les gaz d'échappement contiennent souvent des esters, des alcools et d'autres solvants organiques, les systèmes RTO rotatifs permettent non seulement d'améliorer l'efficacité de la purification, mais aussi de réduire efficacement la consommation de gaz naturel et les coûts d'exploitation.

I. Introduction à la production d'encre

La fabrication d'encres et de produits similaires désigne les activités de production de substances colorées sous forme de pâte utilisées pour l'impression, l'impression informatique et l'encre de photocopieur, qui sont produites en mélangeant et en broyant des pigments, des liants (huiles végétales, huiles minérales, résines, solvants) et des charges.

Lors de la production, des solvants sont utilisés pour la dispersion et la dissolution des matériaux. Ces solvants comprennent principalement l'acétate d'éthyle, l'acétate de propyle, le n-propanol, l'isopropanol, l'éthanol anhydre, le toluène, le xylène et l'acétate de monométhyléther de propylène glycol.

Les principales étapes de production d'encre comprennent le mélange, l'agitation, le broyage, la dispersion, le remplissage et le nettoyage. Parmi celles-ci, le mélange, l'agitation et le broyage sont les principales sources d'émissions de COV. Étant donné la volatilisation importante de solvants organiques lors de la production, le système de traitement des gaz résiduaires doit généralement présenter une forte résistance aux chocs, une capacité d'adaptation aux variations de concentration et une fiabilité de fonctionnement continue. C'est également une des principales raisons de l'utilisation répandue des systèmes RTO dans l'industrie de l'encre.

Figure 1 Flux du processus de production et points d'émission de COV

II. Solution technique globale pour le traitement des COV dans l'industrie des encres et des revêtements
1. Choix de la voie technologique de traitement

L'industrie de l'encre émet une quantité importante de COV, mais ces émissions sont relativement dispersées. En raison des différences de procédés de production et de matières premières, la composition des gaz résiduaires varie également, ce qui complexifie leur traitement. Il convient donc de sélectionner les technologies de traitement les plus adaptées aux spécificités de chaque entreprise.

Généralement, la concentration en COV des gaz résiduaires des lignes de production d'encre est de 900 à 1 500 mg/m³, pour un débit d'air d'extraction de 10 000 à 20 000 m³/h, ce qui correspond aux conditions de fonctionnement typiques d'un volume d'air important et d'une concentration moyenne en COV. Dans ces conditions, la technologie d'incinération RTO présente des avantages indéniables en termes d'efficacité de traitement, de stabilité du système et d'utilisation de l'énergie thermique.

Afin de concilier respect de l'environnement et réduction des coûts d'exploitation, la solution technique « filtration en amont + RTO » est proposée pour le traitement des émissions de COV issues des lignes de production d'encre. Le procédé est le suivant :

Collecter les COV émis par chaque section du processus de production ;
Le gaz résiduaire organique mixte à traiter passe par un dispositif de filtration en amont pour éliminer la poussière et les particules du gaz d'échappement, empêchant ainsi le blocage du support de stockage de chaleur en céramique à l'intérieur du RTO ;
Les gaz résiduaires prétraités pénètrent dans le système RTO rotatif par des canalisations et sont évacués après un traitement de combustion à haute température.

Figure 2 Schéma du procédé de traitement des COV (composés organiques volatils)

2. Facteurs de sélection du matériel de traitement
1) Sélection de l'équipement de filtration

On utilise généralement des filtres secs pour les systèmes de filtration des gaz résiduaires. Les filtres primaires les plus courants sont les G3/G4, tandis que les filtres à moyenne efficacité comprennent les F5/F6. Ces filtres se caractérisent par une capacité de rétention des poussières élevée, une bonne perméabilité à l'air, une conception modulaire, un assemblage facile et une longue durée de vie.

Efficacité G3 : Pour les particules ≥5,0 μm, efficacité de filtration 70＞E≥50% (correspondant à la norme américaine L5) ;

Efficacité G4 : Pour les particules ≥5,0 μm, efficacité de filtration 90＞E≥70% (correspondant à la norme américaine L6) ;

Efficacité F5 : Pour les particules ≥1,0 ​​μm, efficacité de filtration 50＞E≥30% (correspondant aux normes américaines M9 et M10) ;

Efficacité F6 : Pour les particules ≥1,0 ​​μm, efficacité de filtration 80＞E≥50% (correspondant aux normes américaines M11 et M12).

2) Sélection de l'équipement d'incinération

Actuellement, les principales technologies d'incinération en aval sont l'oxydation à froid (RCO) et l'oxydation à froid (RTO). En raison de la complexité des solvants utilisés dans la production d'encre, l'empoisonnement et la désactivation du catalyseur sont fréquents dans les systèmes RCO. De plus, le coût d'investissement des systèmes RCO à grand volume d'air est relativement élevé et la durée de vie du catalyseur n'est généralement que d'environ 8 000 heures, ce qui engendre des coûts de remplacement excessifs. C'est pourquoi l'oxydation à froid est privilégiée comme méthode de traitement en aval.

Les systèmes RTO utilisent le principe de l'oxydation thermique à haute température pour traiter les gaz résiduaires contenant des COV et permettent d'obtenir une efficacité d'élimination élevée des esters, des alcools et autres composés organiques. Ce système offre également une stabilité de fonctionnement accrue et une meilleure adaptabilité aux variations de concentration des gaz résiduaires.

Étant donné que la concentration de COV de ce projet est d'environ 900 à 1500 mg/m³, ce qui correspond à des conditions de travail typiques de concentration moyenne et faible, un système RTO rotatif avec un rendement thermique plus élevé et une consommation d'énergie de fonctionnement plus faible est sélectionné.

3. Sélection de l'équipement

Les COV (composés organiques volatils) émis par une entreprise de fabrication d'encre proviennent principalement de procédés tels que le mélange, l'agitation et le broyage. Après collecte, le volume d'air rejeté est d'environ 20 000 m³/h.

Il convient de noter que l'efficacité de la collecte des gaz résiduaires varie d'une entreprise à l'autre et que la concentration réellement collectée fluctue considérablement. Par conséquent, avant de concevoir le système RTO, des mesures et des analyses sur site doivent être effectuées en fonction des conditions réelles d'exploitation. Si les gaz résiduaires contiennent des halogènes tels que le chlore ou le fluor, une collecte et un traitement séparés sont recommandés afin de réduire les risques de corrosion des équipements et de garantir le fonctionnement stable et durable du système RTO.

Les principaux paramètres des gaz d'échappement sont les suivants :

Équipement de filtration à sec sélectionné : 20 000 m³/h, filtration en deux étapes avec G4 et F6 ;

Équipement RTO sélectionné : 20 000 m³/h.

4. Objectifs de traitement des émissions

Après traitement, la concentration d'émissions de COV est ≤30 mg/m³, respectant les normes locales de protection de l'environnement.

III. Avantages sociaux

L'utilisation d'un équipement RTO rotatif pour le traitement des COV (composés organiques volatils) résiduaires générés lors de la production d'encre permet d'obtenir les effets suivants :

Concentration d'émissions de COV ≤30 mg/m³, conforme aux normes nationales et locales de protection de l'environnement ;
Le système RTO utilise une technologie de décomposition par oxydation thermique et ne génère pas de pollution secondaire telle que des eaux usées ;
Le système de stockage de chaleur RTO permet de récupérer efficacement l'énergie thermique de combustion, réduisant ainsi la consommation de gaz naturel et les coûts d'exploitation de l'entreprise ;
L'équipement rotatif RTO présente un haut degré d'automatisation et peut assurer un fonctionnement continu et stable à long terme, réduisant ainsi la pression en matière de gestion environnementale pour les entreprises ;
Elle aide les entreprises à atteindre leurs objectifs de production écologique et d'économie d'énergie/réduction des émissions, tout en renforçant leur capacité de conformité environnementale et leur compétitivité industrielle.