Aplicação de oxidante térmico regenerativo na indústria de tintas e revestimentos

Com regulamentações ambientais cada vez mais rigorosas, indústrias como a de tintas, revestimentos e adesivos enfrentam exigências maiores no controle de emissões de COVs (Compostos Orgânicos Voláteis). Como grandes quantidades de solventes orgânicos são utilizadas durante a produção de tintas, o gás residual gerado é caracterizado por grande volume, composição complexa e concentrações variáveis. Portanto, selecionar um sistema de tratamento de gases estável, eficiente e que economize energia é fundamental. Tecnologia de tratamento de gases residuais é particularmente importante.

O RTO (Oxidante Térmico Regenerativo) é uma das tecnologias de oxidação térmica mais utilizadas na indústria. Tratamento VOCsA oxidação rotativa (RTO) tem sido amplamente aplicada em indústrias como tintas, revestimentos, produtos químicos, embalagens e impressão, além de novos materiais, devido à sua alta eficiência de recuperação de calor, operação estável e forte adaptabilidade a condições de trabalho complexas. Os sistemas RTO decompõem compostos orgânicos voláteis (COVs) em gases residuais orgânicos por meio de oxidação em alta temperatura, convertendo-os em CO₂ e H₂O, enquanto meios de armazenamento de calor cerâmicos são utilizados para recuperar a energia térmica. A eficiência de recuperação de calor geralmente pode ultrapassar 95%, tornando a RTO altamente vantajosa para o tratamento de COVs em concentrações médias e baixas e em grandes volumes de ar. Particularmente na indústria de tintas, onde os gases de exaustão frequentemente contêm ésteres, álcoois e outros solventes orgânicos, os sistemas RTO rotativos podem não apenas melhorar a eficiência da purificação, mas também reduzir efetivamente o consumo de gás natural e os custos operacionais.

I. Introdução à Produção de Tinta

A fabricação de tintas e produtos similares refere-se às atividades de produção de substâncias pastosas coloridas utilizadas para impressão, impressão computadorizada e tinta para copiadoras, que são produzidas pela mistura e moagem de pigmentos, aglutinantes (óleos vegetais, óleos minerais, resinas, solventes) e cargas.

Durante a produção, solventes são utilizados para dispersão e dissolução do material. Esses solventes incluem principalmente acetato de etila, acetato de propila, n-propanol, isopropanol, etanol anidro, tolueno, xileno e acetato de monometil éter de propilenoglicol.

Os principais processos de produção de tinta incluem mistura, agitação, moagem, dispersão, enchimento e limpeza. Dentre eles, a mistura, a agitação e a moagem são as principais etapas geradoras de emissões de COVs (Compostos Orgânicos Voláteis). Como grandes quantidades de solventes orgânicos volatilizam durante a produção, o sistema de tratamento de gases residuais geralmente precisa ter alta resistência a cargas de impacto, adaptabilidade a flutuações de concentração e capacidade de operação contínua e estável. Essa é também uma razão importante pela qual os sistemas RTO (Otimização em Tempo Real) são amplamente utilizados na indústria de tintas.

Figura 1: Fluxograma do processo de produção e pontos de emissão de COVs

II. Solução técnica global para o tratamento de COVs na indústria de tintas e revestimentos
1. Seleção da via de tecnologia de tratamento

A indústria de tintas emite uma grande quantidade de COVs (Compostos Orgânicos Voláteis), mas as emissões são relativamente dispersas. Devido às diferenças nos processos de produção e nas matérias-primas, a composição dos gases residuais gerados também varia, resultando em certas dificuldades de tratamento. Portanto, as tecnologias de tratamento adequadas devem ser selecionadas de acordo com as condições reais da empresa.

Geralmente, a concentração de COVs (Compostos Orgânicos Voláteis) nos gases residuais das linhas de produção de tinta é de 900 a 1500 mg/m³, com um volume de ar de exaustão de 10.000 a 20.000 m³/h, o que caracteriza uma condição típica de operação com grande volume de ar e concentração média de COVs. Nessas condições, a tecnologia de incineração por RTO (Óleo de Trióxido Reativo) apresenta vantagens evidentes em termos de eficiência de tratamento, estabilidade do sistema e aproveitamento da energia térmica.

Considerando tanto a conformidade ambiental quanto a redução dos custos operacionais, a rota técnica de “filtração inicial + RTO” é proposta para o tratamento das emissões de COVs (Compostos Orgânicos Voláteis) provenientes de linhas de produção de tinta. O processo específico é o seguinte:

Coletar os COVs emitidos em cada seção do processo de produção;
O gás residual orgânico misto a ser tratado passa por um dispositivo de filtragem inicial para remover poeira e partículas do gás de escape, evitando o bloqueio do meio de armazenamento de calor cerâmico dentro do RTO;
O gás residual pré-tratado entra no sistema RTO rotativo através de tubulações e é descarregado após tratamento de combustão em alta temperatura.

Figura 2 Fluxograma do processo de tratamento de gases residuais contendo COVs

2. Fatores para a seleção de equipamentos de tratamento
1) Seleção de Equipamentos de Filtração

Para sistemas de filtragem de gases residuais, geralmente são selecionados filtros secos. Os filtros primários mais comuns são os G3/G4, enquanto os filtros de média eficiência incluem os F5/F6. Esses filtros apresentam alta capacidade de retenção de poeira, boa permeabilidade ao ar, design modular, montagem prática e longa vida útil.

Eficiência G3: Para partículas ≥5,0 μm, eficiência de filtração 70＞E≥50% (correspondente ao padrão americano L5);

Eficiência G4: Para partículas ≥5,0 μm, eficiência de filtração 90＞E≥70% (correspondente ao padrão americano L6);

Eficiência F5: Para partículas ≥1,0 ​​μm, eficiência de filtração 50＞E≥30% (correspondente aos padrões americanos M9 e M10);

Eficiência F6: Para partículas ≥1,0 ​​μm, eficiência de filtração 80＞E≥50% (correspondente aos padrões americanos M11 e M12).

2) Seleção de Equipamentos de Incineração

Atualmente, as principais tecnologias de incineração de resíduos são o RCO e o RTO. Devido à complexidade da composição dos solventes utilizados na produção de tintas, o envenenamento e a desativação do catalisador são prováveis ​​em sistemas de RCO. Além disso, o custo de investimento em sistemas de RCO de grande volume de ar é relativamente alto, e a vida útil do catalisador é geralmente de apenas cerca de 8.000 horas, resultando em custos excessivos de substituição. Portanto, o RTO foi selecionado como método de tratamento final.

Os sistemas RTO adotam o princípio da oxidação térmica em alta temperatura para tratar gases residuais compostos orgânicos voláteis (VOCs), alcançando alta eficiência na remoção de ésteres, álcoois e outros compostos orgânicos. O sistema também oferece maior estabilidade operacional e melhor adaptabilidade às flutuações na concentração dos gases residuais.

Considerando que a concentração de COVs (Compostos Orgânicos Voláteis) neste projeto é de aproximadamente 900–1500 mg/m³, o que se enquadra em uma condição típica de trabalho com concentrações médias e baixas, foi selecionado um sistema RTO rotativo com maior eficiência térmica e menor consumo de energia operacional.

3. Seleção de Equipamentos

Os gases residuais compostos orgânicos voláteis (VOCs) gerados por uma determinada fábrica de tintas provêm principalmente de processos como mistura, agitação e moagem. Após a coleta adequada, o volume de ar exaurido é de aproximadamente 20.000 m³/h.

É importante observar que a eficiência da coleta de gases residuais varia entre as empresas, e a concentração real coletada apresenta flutuações significativas. Portanto, antes de projetar o sistema RTO, devem ser realizadas medições e análises no local, de acordo com as condições operacionais reais. Caso haja gases residuais contendo componentes halogenados, como cloro ou flúor, recomenda-se a coleta e o tratamento separados para reduzir os riscos de corrosão dos equipamentos e garantir a operação estável do sistema RTO a longo prazo.

Os principais parâmetros dos gases de escape são os seguintes:

Equipamentos selecionados para filtração a seco: 20.000 m³/h, filtração em dois estágios com G4 e F6;

Equipamentos RTO selecionados: 20.000 m³/h.

4. Metas de tratamento de emissões

Após o tratamento, a concentração de emissão de COVs é ≤30 mg/m³, atendendo aos padrões locais de proteção ambiental.

III. Benefícios Sociais

A aplicação de equipamentos RTO rotativos para o tratamento de gases residuais compostos orgânicos voláteis (VOCs) gerados durante a produção de tinta pode alcançar os seguintes efeitos:

Concentração de emissão de COVs ≤30 mg/m³, atendendo aos padrões nacionais e locais de emissão para proteção ambiental;
O sistema RTO adota a tecnologia de decomposição por oxidação térmica e não gera poluição secundária, como águas residuais;
O sistema de armazenamento de calor RTO pode recuperar eficazmente a energia térmica da combustão, reduzindo o consumo de gás natural e os custos operacionais da empresa;
Os equipamentos rotativos RTO apresentam um alto grau de automação e podem realizar uma operação contínua e estável a longo prazo, reduzindo a pressão da gestão ambiental para as empresas;
Auxilia as empresas a atingirem metas de produção sustentável e de economia de energia/redução de emissões, ao mesmo tempo que aprimora a capacidade de conformidade ambiental e a competitividade do setor.