Aplicação de oxidante térmico regenerativo na indústria de revestimento de filmes
Autor: Equipe de Engenharia de Processos e Ambiental
Categoria: Controle de COVs | Indústria de Revestimento de Filmes
Palavras-chave: Revestimento de filme, COVs, RTO, Concentrador rotativo, Gás de escape contendo silicone
Índice
1. Visão geral das emissões de COVs em processos de revestimento de filmes
2. Características típicas de emissão de COVs em revestimentos de película
2.1 Solventes comuns usados em revestimento de filmes
2.2 Características dos gases de escape contendo silicone
2.3 Limites de concentração seguros para COVs
3. Seleção de Tratamento VOCs Equipamentos para fábricas de revestimento de filmes
3.1 Tratamento de COVs organizados provenientes de fornos de revestimento
3.2 Tratamento de COVs de grande volume e baixa concentração
4. Soluções para o controle de COVs em fábricas de revestimento de filmes
4.1 Processo de tratamento de gases residuais contendo COVs:
4.2 Métodos e seleção de recuperação de calor residual
1. Visão geral das emissões de COVs em processos de revestimento de filmes
Durante o processo de revestimento de películas, é gerada uma grande quantidade de gases de escape organizados e emissões de COVs (Compostos Orgânicos Voláteis) de baixa concentração e alto fluxo de ar.
Essas emissões se tornaram um dos principais fatores que impedem as empresas de atingirem a conformidade ambiental e o desenvolvimento verde e sustentável.
Portanto, surge a questão: como as emissões de COVs (Compostos Orgânicos Voláteis) dos processos de revestimento de filmes podem ser controladas de forma eficaz?
2. Características típicas de emissão de COVs em revestimentos de película
2.1 Solventes comuns usados em processos de revestimento de filmes
Os seguintes solventes são comumente usados na produção de revestimentos de filmes, juntamente com suas propriedades físicas e de combustão típicas:
| Substância | Fórmula Molecular | Peso molecular | Limite Inferior de Explosividade (%) | Densidade (kg/L) | Valor calórico (kcal/kg) |
| Acetato de etila (EAC) | C₄H₈O₂ | 88 | 2.2 | 0,895 | 6101 |
| Tolueno | C₆H₅CH₃ | 92 | 1.2 | 0,870 | 10138 |
| Butanona (MEK) | CH₃COC₂H₅ | 72 | 1.7 | 0,810 | 8098 |
| acetato de n-propila | C₅H₁₀O₂ | 102 | 2.0 | 0,888 | 6770 |
| Xileno | C₈H₁₀ | 106 | 1.2 | 0,870 | 10295 |
| Metanol | CH₃OH | 32 | 6.0 | 0,792 | 5688 |
| Acetona | CH₃RED₃ | 58 | 2,5 | 0,785 | 7363 |
| Ciclohexano | C₆H₁₂ | 84 | 1.1 | 0,947 | 10012 |
| Ciclohexanona | C₆H₁₀O | 98 | 1.1 | 0,950 | 8584 |
| Etanol | C₂H₆O | 46 | 3.3 | 0,790 | 7098 |
| Isopropanol | C₃H₈O | 60 | 2.0 | 0,786 | 7902 |
| Óleo solvente nº 120 | Mistura de n-heptano, isoheptano, cicloheptano, etc. |
| 1.1 | 0,766 | 10695 |
2.2 Características dos gases de escape contendo silicone
Na produção de filmes de silicone antiaderente, papéis antiaderentes e filmes protetores de silicone, o gás de escape contém compostos organossilícios.
Os adesivos utilizados nesses produtos geralmente contêm siloxanos e resinas de silicone como componentes de revestimento e, normalmente, utilizam óleo solvente 120#, tolueno, xileno ou acetato de etila como solventes.
Durante a produção, particularmente em zonas de fornos de alta temperatura, uma pequena porção de siloxanos e resinas de silicone (aproximadamente 0,7% da massa do revestimento) volatiliza e é expelida com o gás de exaustão do forno.
Quando esse gás de escape contendo silicone é tratado em um RTO (reator de oxidação rápida), os compostos organossilícios são oxidados em alta temperatura, transformando-se em dióxido de silício (SiO₂), comumente chamado de pó de sílica.
Portanto, ao selecionar equipamentos para tratamento de COVs, o impacto da formação de sílica nos equipamentos de controle ambiental deve ser totalmente considerado.
2.3 Limites de concentração seguros para COVs
Durante o processo de revestimento de filmes, é essencial garantir que a concentração de COVs (Compostos Orgânicos Voláteis) nos gases de exaustão do forno permaneça abaixo de 25% do Limite Inferior de Explosividade (LIE) para assegurar a segurança operacional.
Quando a concentração de COVs (Compostos Orgânicos Voláteis) excede 25% do LEL (Limite Inferior de Explosividade), existe um risco significativo de explosão.
Por esse motivo, os detectores de LEL devem ser instalados em:
* Fornos de revestimento
* Dutos de exaustão principais
* Total de saídas de escape
Esses detectores devem ser integrados a sistemas de intertravamento de segurança e calibrados regularmente para garantir uma operação segura.
3. Seleção de equipamentos para tratamento de COVs em fábricas de revestimento de filmes
3.1 Seleção de equipamentos para a separação de COVs (Compostos Orgânicos Voláteis) provenientes de fornos de revestimento
O RTO é geralmente escolhido como o principal equipamento de tratamento de COVs (Compostos Orgânicos Voláteis) emitidos por fornos de revestimento, devido às seguintes vantagens:
1. Capaz de tratar quase todos os tipos de compostos orgânicos.
2. Capacidade de adaptação às flutuações na composição e concentração de COVs (Compostos Orgânicos Voláteis).
3. Insensível a pequenas quantidades de poeira ou partículas sólidas nos gases de escape.
4. Maior eficiência térmica entre todas as tecnologias de oxidação térmica.
5. Operação autossustentável sem combustível auxiliar sob concentrações adequadas de COVs (Compostos Orgânicos Voláteis).
6. Eficiência de destruição de até 99,5%
7. Baixa necessidade de manutenção, operação segura e confiável; depósitos orgânicos podem ser removidos periodicamente, o meio regenerativo pode ser substituído, a perda de pressão geral do sistema é baixa, a flutuação de pressão é mínima e a vida útil é longa.
8. Embora o investimento inicial em um RTO seja relativamente alto, os benefícios da recuperação de calor residual são significativos e o investimento normalmente pode ser recuperado em 3 a 5 anos.
3.2 Tratamento de COVs de grande volume e baixa concentração
Em condições típicas, os COVs emitidos pelas cabeças de revestimento, salas de preparação de adesivos e áreas de armazenamento de adesivos brutos são caracterizados por grande volume de ar e baixa concentração, geralmente abaixo de 500 mg/m³.
Se esses gases de escape forem tratados diretamente por um RTO (Transformador de Oxigênio Reativo), o consumo de energia operacional será extremamente alto, exigindo uma capacidade de RTO muito grande e resultando em altos custos de capital e operacionais.
Portanto, um processo de concentração por adsorção-dessorção é comumente adotado.
O gás de escape com baixa concentração de COVs é primeiramente concentrado por um fator de 10 a 12, e o fluxo concentrado é então enviado para o RTO para oxidação térmica.
Comparação de equipamentos de concentração por adsorção-dessorção de gases residuais
| Não. | Item | Concentração de adsorção do rotor de peneira molecular de zeólita | Concentração por adsorção em leito fixo |
|---|---|---|---|
| 1 | Material de adsorção | Peneira molecular de zeólita | Carvão ativado |
| 2 | Temperatura de dessorção | 200 °C, uma temperatura de dessorção mais alta permite uma dessorção mais completa. | 100 °C; temperaturas de dessorção mais baixas resultam em dessorção incompleta. |
| 3 | Velocidade de dessorção | 1,5 m/s, aproximadamente metade da velocidade de adsorção, garantindo uma desorção completa. | A velocidade de dessorção, de 0,45 m/s, limitada por restrições estruturais, é 20% da velocidade de adsorção original, o que a torna propensa a fluxo irregular e dessorção incompleta. |
| 4 | Capacidade de dessorção | Compostos orgânicos voláteis (COVs) com alto ponto de ebulição (acima de 200 °C) podem ser dessorvidos por meio de regeneração em alta temperatura. A concentração de COVs obtida permanece altamente estável. | Compostos orgânicos voláteis (COVs) com alto ponto de ebulição (em torno de 200 °C) podem sofrer dessorção parcial, mas a dessorção completa é difícil (levando à degradação do desempenho). A concentração de COVs é altamente instável (estável no início, mas diminui gradualmente com o tempo). |
| 5 | Retenção de desempenho | Desempenho altamente estável (pode manter um desempenho estável por cerca de 5 anos) | O desempenho declina continuamente desde o início do uso, e a estabilidade do desempenho geralmente não é garantida. |
| 6 | Vida útil | A vida útil do rotor é de aproximadamente 8 anos. | A vida útil do carvão ativado é de aproximadamente 1 ano. |
| 7 | Variação de desempenho | Nenhum | declínio contínuo |
| 8 | Segurança | Alta eficiência – dessorção completa, sem solventes residuais, e material inorgânico elimina riscos de incêndio. | Baixa dessorção incompleta, solventes residuais localizados e material carbonáceo combustível podem levar a incêndios se as temperaturas locais atingirem o ponto de ignição. |
| 9 | Curva de concentração de dessorção | Com uma concentração de entrada de 100 mg/m³, a concentração de dessorção do carvão ativado em favo de mel apresenta grandes flutuações, com uma concentração média integrada de cerca de 930 mg/m³, significativamente inferior aos 1921 mg/m³ obtidos com o rotor de peneira molecular. Isso resulta em maior consumo de energia para a dessorção em sistemas de carvão ativado em favo de mel. | |
| 10 | Pegada | Pequeno (aproximadamente 30% da pegada de carbono do sistema de carvão ativado) | Grande |
| 11 | Pós-tratamento | O material de adsorção é classificado como resíduo comum. | O material de adsorção é classificado como resíduo perigoso, exigindo descarte especializado; o custo de descarte no mercado é de aproximadamente ¥3.000 a ¥5.000 por metro cúbico. |
| 12 | Custo de substituição de material | Baixo | Alto |
Precauções para a seleção de concentradores rotativos:
| Status | Substância/Componente | Razão |
|---|---|---|
| Substâncias difíceis de absorver | Metanol | A alta polaridade dificulta a adsorção. |
| Ciclohexano | As propriedades estruturais dificultam a adsorção. | |
| Formaldeído, acetaldeído, outras substâncias de baixo ponto de ebulição ( | O baixo ponto de ebulição reduz a eficácia da adsorção. | |
| Névoa de óleo/névoa de alcatrão | Baixa capacidade de adsorção | |
| Substâncias difíceis de dessorver | Plastificantes (ex: DEP, DOP) | O alto ponto de ebulição impede a dessorção. |
| Terpineol | Reage e se acumula dentro dos microporos. | |
| Cloreto de vinila monomérico, acrilonitrila, isocianatos, outras substâncias polimerizáveis | Tendência à polimerização | |
| Monoetanolamina (MEA) | A baixa pressão de vapor dificulta a dessorção. | |
| Outras aminas | A transformação química durante a adsorção reduz a eficiência de dessorção. | |
| Substâncias com ponto de ebulição elevado (>200°C) | Difícil de dessorver devido ao alto ponto de ebulição. | |
| Substâncias que causam a degradação da peneira molecular | Substâncias com pressão de vapor | A baixa volatilidade impede a dessorção. |
| Substâncias ácidas ou alcalinas | Degradar a estrutura da zeólita | |
| Tintas/revestimentos | Revestir a superfície da peneira molecular leva à sua desativação. |
4. Soluções para o controle de COVs em fábricas de revestimento de filmes
4.1 Processo de tratamento de gases residuais contendo COVs:
Após analisar a seleção de equipamentos, a seção seguinte apresenta soluções práticas para o controle de COVs (Compostos Orgânicos Voláteis) e configurações de processo ideais utilizadas na indústria de revestimento de filmes.
* Os VOCs de grande volume e baixa concentração provenientes de cabeçotes de revestimento, salas de preparação de adesivos e armazéns de adesivos brutos são primeiro concentrados de 10 a 12 vezes e, em seguida, tratados em um RTO.
* Os gases de exaustão concentrados provenientes das saídas dos fornos de revestimento são introduzidos diretamente no RTO, onde os COVs são oxidados a aproximadamente 800 °C, transformando-se em dióxido de carbono e água.
O calor liberado durante a oxidação é recuperado e reutilizado para fornecer energia térmica ao processo de revestimento.
4.2 Métodos e seleção de recuperação de calor residual
Sendo uma das tecnologias de tratamento de COVs mais eficazes, a válvula rotativa RTO não só garante a decomposição completa dos componentes orgânicos e emissões dentro dos padrões exigidos, como também gera calor recuperável em excesso quando a concentração de COVs ultrapassa 1,5–2,0 g/m³.
Ao integrar sistemas de recuperação de calor residual, é possível recuperar o calor dos gases de combustão em altas temperaturas, melhorando a eficiência energética geral do sistema e o desempenho econômico.
Atualmente, os métodos de recuperação de calor residual comumente aplicados na indústria de revestimento de filmes incluem:
* Recuperação de ar quente
* Sistemas de óleo térmico
* Geração de vapor
O método específico pode ser selecionado de acordo com o modo de aquecimento da linha de revestimento.
