L'industrie des membranes d'étanchéité, secteur important pour les produits à base d'asphalte, fait l'objet d'une attention croissante concernant le traitement des fumées d'asphalte et des gaz résiduaires organiques générés lors de leur production. En raison de la composition complexe de ces gaz d'échappement, qui contiennent non seulement des composés organiques volatils (COV), mais aussi de grandes quantités de fumées d'asphalte, de particules et de substances odorantes, des exigences plus élevées sont imposées en matière de stabilité et d'adaptabilité des systèmes de traitement. Équipement de traitement des gaz résiduaires.

RTO (Régénératif) Oxydateur thermiqueL'oxydation thermique à basse température (RTO), l'une des technologies de traitement des gaz résiduaires les plus utilisées dans le domaine du contrôle des COV industriels, offre des avantages tels qu'une efficacité de destruction élevée, un fonctionnement stable, un rendement de récupération de chaleur important et une grande adaptabilité aux conditions d'exploitation complexes. Grâce à cette oxydation, la RTO décompose complètement les polluants organiques en CO₂ et H₂O, tandis que le matériau de stockage de chaleur en céramique récupère l'énergie thermique, atteignant un rendement de récupération de chaleur supérieur à 95 %. Pour les gaz résiduaires organiques à concentration moyenne et faible et à volume d'air élevé générés par l'industrie des membranes d'étanchéité, le système de traitement des gaz résiduaires RTO permet une purification efficace et un fonctionnement économe en énergie.

I. Solution technique globale pour le traitement des COV dans l'industrie des membranes d'étanchéité

1. Aperçu

Le principal polluant atmosphérique généré par les fabricants de membranes d'étanchéité est la fumée d'asphalte. Cette fumée est un mélange hétérocyclique contenant une grande quantité d'hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) et une faible quantité de composés oxygénés, azotés et soufrés, généralement présents dans l'air sous forme d'aérosols. La fumée d'asphalte contient divers polluants nocifs pour les humains, les animaux et les plantes.[un]Le pyrène présent dans les fumées d'asphalte est une substance hautement cancérigène.

Les fumées d'asphalte sont principalement composées de phases gazeuse et liquide. La phase liquide est constituée de condensats volatils extrêmement fins, dont la taille des particules varie généralement de 0,1 à 1 µm, les plus petites mesurant seulement 0,01 µm et les plus grandes environ 10,0 µm. La phase gazeuse est un mélange de différents gaz. Compte tenu de la faible concentration et de la forte dispersion de ces fumées d'asphalte, les méthodes classiques de dépoussiérage et de purification ne permettent pas un traitement complet.

La production de membranes d'étanchéité comprend principalement deux étapes : le dosage et l'application de l'enrobé. À son arrivée à l'usine, l'enrobé est transféré dans des réservoirs de stockage et chauffé par un système à huile thermique afin de le maintenir à l'état fluide. L'enrobé chauffé est ensuite transporté par canalisations jusqu'aux cuves de mélange de l'atelier de dosage, où la température est maintenue à environ 180 °C. Des matériaux auxiliaires tels que des huiles usagées, de la poudre de caoutchouc et de la poudre de pierre sont ajoutés et mélangés pour former un matériau composite.

Le matériau mélangé est ensuite transporté vers le bain d'imprégnation de l'atelier de revêtement. Lors de la production de la membrane, le tissu de renfort est immergé dans le bain d'imprégnation, puis subit les étapes suivantes : revêtement, refroidissement, lamination du film et autres traitements, avant que les membranes étanches finies ne soient stockées en entrepôt.

Lors des procédés de production décrits ci-dessus, des COV (composés organiques volatils) et des fumées d'asphalte sont générés en quantités variables lors du stockage, du chauffage, du mélange, du transport, de l'enrobage et du refroidissement de l'asphalte. Compte tenu des multiples points d'émission et des températures élevées des gaz d'échappement, un système de collecte fermé est généralement mis en place pour une collecte centralisée, suivie d'un prétraitement et d'un traitement par un système d'oxydation thermique régénérative (RTO). Grâce à une conception appropriée du système de collecte des gaz d'échappement, des équipements de prétraitement et de l'oxydateur thermique régénératif (RTO), les fumées d'asphalte et les polluants COV peuvent être efficacement éliminés, tout en réduisant la consommation d'énergie du système et en améliorant la performance environnementale de l'entreprise.

2. Choix de la voie technologique de traitement

Compte tenu des exigences environnementales et des économies potentielles sur les coûts d'exploitation, le procédé « Élimination de l'huile par cyclone + Filtration en tour + RTO » est proposé pour le traitement des gaz résiduaires. Le schéma de procédé est présenté ci-dessous.

Description du processus :

a. Comme le montre le schéma simplifié du procédé, l'atelier de membranes d'étanchéité comprend deux sections : le dosage de l'asphalte et l'application de l'asphalte. Les gaz résiduaires de la section de dosage contiennent de fortes concentrations de particules de noir de carbone et de composants huileux. Ils passent d'abord dans un séparateur cyclonique pour éliminer les poussières et les huiles, séparant ainsi les grosses particules de poussière et les gouttelettes d'huile.

b. Après être passés par le séparateur cyclonique, les gaz résiduaires de la section de dosage d'asphalte sont mélangés aux gaz résiduaires de la section d'enrobage d'asphalte dans un filtre à tour et subissent une élimination profonde de la poussière et de l'huile par filtration sur treillis métallique.

c. Des vannes manuelles sont installées au bas du séparateur cyclone et du filtre de tour pour l'élimination périodique des huiles usées et des poussières.

d. Un manomètre différentiel est installé sur le filtre à treillis métallique pour rappeler aux opérateurs de nettoyer ou de remplacer le filtre lorsque la différence de pression atteint la limite prédéfinie.

e. Un soufflage inversé périodique est effectué à l'aide de gaz de combustion à haute température afin d'éliminer les contaminants huileux adhérant aux briques réfractaires inférieures. Concrètement, la vitesse de rotation de la vanne rotative est fortement réduite, ce qui entraîne une élévation progressive de la température des briques réfractaires inférieures jusqu'à environ 180 °C. Les contaminants huileux adhérant aux briques réfractaires inférieures sont alors délogeés et évacués par l'orifice de sortie d'huile situé au bas de la vanne rotative. Cette méthode permet de résoudre efficacement le problème d'encrassement des briques réfractaires inférieures par des substances huileuses.

f. Une chambre de mélange haute et basse température est installée afin d'utiliser les gaz à haute température provenant du four pour préchauffer les gaz résiduaires. Ces gaz pénètrent en continu dans les 12 chambres de l'extracteur de chaleur à retour (RTO), entraînant les substances huileuses contenues dans les briques de stockage de chaleur inférieures vers la chambre de combustion du RTO. Dans cette chambre, les contaminants huileux sont entièrement oxydés et décomposés avant leur rejet conforme aux normes. Cette méthode permet de résoudre efficacement les problèmes d'obstruction causés par les substances huileuses dans les briques de stockage de chaleur inférieures, tout en garantissant des émissions conformes aux normes.

g. Un orifice d'évacuation d'huile est installé au bas de la vanne rotative RTO pour permettre l'élimination périodique des contaminants d'huile accumulés.

h. Un orifice d'évacuation d'huile est également installé à la base du ventilateur principal du RTO pour permettre l'élimination périodique de l'huile. La turbine du ventilateur principal du RTO est conçue pour être démontée manuellement, facilitant ainsi le nettoyage régulier des dépôts d'huile sur la turbine.

i. Après préchauffage, le gaz résiduaire pénètre dans l'extracteur rotatif. Il est d'abord préchauffé à plus de 760 °C à travers cinq chambres de l'extracteur, puis brassé de manière turbulente dans la chambre d'oxydation, où la température atteint 850 °C avec un temps de séjour d'au moins 1,0 seconde. Après oxydation des COV et traitement conforme aux normes d'émission, le gaz traverse cinq autres chambres où la chaleur est stockée dans un matériau de stockage thermique en céramique avant d'être évacué par la partie inférieure de l'extracteur.

j. Une conduite et une vanne de dérivation sont installées au-dessus du RTO. Lorsque la température du four dépasse la limite fixée, la vanne de dérivation s'ouvre automatiquement pour évacuer rapidement les gaz de combustion à haute température et refroidir rapidement le four.

k. Compte tenu du risque d'incendie lié à l'accumulation prolongée de substances huileuses dans les canalisations, des systèmes d'extinction automatique à eau, des disques de rupture et des ouvertures de nettoyage/inspection sont installés à plusieurs endroits dans le réseau de conduits. Un clapet coupe-feu est installé à l'entrée du dispositif de sécurité de récupération (RTO).

l. Des regards de visite sont prévus entre la couche inférieure et la deuxième couche de briques de stockage de chaleur dans chaque zone de l'échangeur de chaleur rotatif (12 regards de visite pour 12 zones). Les vapeurs d'asphalte ayant tendance à se condenser sur la couche inférieure et à provoquer un colmatage, l'état des briques de stockage de chaleur peut être contrôlé par ces regards, et la couche inférieure peut être facilement remplacée si nécessaire.

2.2 Planification du volume d'air

Volume d'air de référence pour les cuves de dosage (réacteurs) : 550 m³/h (chacune)

Volume d'air de référence pour une ligne de production de revêtement d'asphalte de 2 mètres : 22 000 m³/h (par ligne)

Volume d'air de référence pour une ligne de production de revêtement d'asphalte de 1 mètre : 11 000 m³/h (par ligne)

Volume d'air de référence pour une ligne de production de revêtement d'asphalte de 1 mètre sans substrat de renforcement : 7 000 m³/h (par ligne)

Volume d'air de référence pour les réservoirs de stockage d'asphalte : 1 000 m³/h (par réservoir)

II. Facteurs de sélection des équipements

1. Sélection des équipements de prétraitement

La plupart des fabricants de membranes d'étanchéité ont déjà installé des systèmes d'épuration des gaz de combustion. La technologie couramment utilisée dans le secteur est un système de « refroidissement par pulvérisation en trois étapes et dépoussiérage + précipitation électrostatique ». Cependant, en raison d'une faible efficacité d'épuration, d'un fonctionnement instable et de performances de traitement insatisfaisantes, ainsi que de la production importante d'eaux usées, cette solution n'est pas idéale.

En se basant sur les principes d'économie, de protection de l'environnement et de réduction des coûts d'investissement, un séparateur cyclonique peut être sélectionné pour éliminer la poussière et l'huile des gaz résiduaires, suivi d'un filtre à tour pour une élimination poussée de l'huile, et enfin le gaz est envoyé au système RTO pour une purification complète.

2. Sélection de l'équipement backend

Les méthodes de purification courantes utilisées dans l'industrie des membranes d'étanchéité comprennent la précipitation électrostatique, l'adsorption et l'absorption. Cependant, en raison de leur faible efficacité de purification, de l'élimination incomplète des odeurs et de leur tendance à générer une pollution secondaire, il est difficile pour ces technologies de respecter les normes d'émission.

Bien que la composition des gaz d'échappement des fumées d'asphalte soit extrêmement complexe, ses principaux composants sont des hydrocarbures combustibles. Sous certaines conditions de température et au contact de l'air, ils peuvent brûler complètement. Lorsque la température dépasse 790 °C et que le temps de séjour excède 0,5 seconde, les hydrocarbures peuvent être brûlés presque entièrement.

Les principales technologies d'oxydation thermique actuellement disponibles sont l'oxydation à froid (RCO) et l'oxydation à froid rotative (RTO). Les gaz d'échappement des fumées d'asphalte présentant généralement une concentration relativement faible et une composition extrêmement complexe, 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 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 excessifs. Par conséquent, une oxydation à froid rotative, moins énergivore, est privilégiée comme méthode de traitement en aval.

III. Étude de cas

Prenons l'exemple des émissions de gaz résiduaires organisés d'une entreprise : le débit d'air de la section de dosage d'asphalte est de 6 000 m³/h et celui de la section d'enrobage d'asphalte est de 12 000 m³/h. Une unité RTO rotative de 20 000 m³/h est sélectionnée, et le schéma de procédé est présenté ci-dessus.

Selon cette solution technique, il convient de sélectionner un RTO rotatif de 20 000 m³/h.

D'après les données pertinentes, sur la base d'une concentration de 350 mg/m³, d'un volume d'air de 18 000 m³/h et d'un pouvoir calorifique de l'asphalte de 37,7 kJ/g :

Concentration des gaz résiduaires (mg/m³)	Volume d'air d'échappement (m³/h)	Dégagement de chaleur par oxydation (kcal/h)	Chaleur requise pour un fonctionnement autonome (kcal/h)	Apport de chaleur supplémentaire (kcal/h)	Consommation de gaz naturel (m³/h)
350	18 000	56 820	200 235	143 415	14,5

Le calcul montre que la consommation de gaz naturel est de 14,5 m³/h. En supposant un prix du gaz naturel de 3 RMB/m³, le coût d'exploitation est de 43,5 RMB par heure, pour une combustion complète.

Démarrage à froid (2 h)

Énergie	Consommation	Unité	Prix ​​unitaire (RMB)	Temps (h)	Coût (RMB)
Électricité	35	kWh	0,8	2	56
Gaz naturel	34	m³/h	3	2	204

Total : 260 RMB par départ

Démarrage à chaud (0,8 h)

Énergie	Consommation	Unité	Prix ​​unitaire (RMB)	Coût (RMB)
Électricité	35	kWh	0,8	22.4
Gaz naturel	40	m³/h	3	120

Total : 142,4 RMB par départ

Fonctionnement normal (pleine charge)

Énergie	Consommation	Unité	Prix ​​unitaire (RMB)	Temps (h)	Coût (RMB)
Électricité (70%)	49	kWh	0,8	1	39.2
Gaz naturel	14,5	m³/h	3	1	43,5

Total : 82,7 RMB par heure

IV. Avantages sociaux

L'application d'un équipement RTO rotatif pour le traitement des gaz résiduaires générés lors de la production de membranes étanches peut permettre d'obtenir les résultats suivants :

1. Les fumées d'asphalte, les hydrocarbures non méthaniques et autres indicateurs d'émissions peuvent respecter les normes nationales d'émissions ;
2. Les substances odorantes présentes dans les gaz d'échappement peuvent être complètement éliminées.