A indústria de membranas impermeabilizantes, um setor importante para produtos à base de asfalto, tem recebido crescente atenção no que diz respeito ao tratamento de fumos de asfalto e gases residuais orgânicos gerados durante a produção. Devido à complexa composição dos gases de exaustão, que contêm não apenas compostos orgânicos voláteis (COVs), mas também grandes quantidades de fumos de asfalto, material particulado e substâncias odoríferas, exigências maiores são impostas à estabilidade e adaptabilidade dos sistemas de tratamento de gases. Equipamentos para tratamento de gases residuais.

RTO (Regenerativo) Oxidante térmicoA oxidação térmica reativa (RTO), uma das tecnologias de tratamento de gases residuais mais utilizadas no controle de compostos orgânicos voláteis (COVs) industriais, oferece vantagens como alta eficiência de destruição, operação estável, alta eficiência de recuperação de calor e forte adaptabilidade a condições operacionais complexas. Através da oxidação térmica em alta temperatura, a RTO decompõe completamente os poluentes orgânicos em CO₂ e H₂O, enquanto o meio de armazenamento térmico cerâmico recupera a energia térmica, atingindo uma eficiência de recuperação de calor superior a 95%. Para gases residuais orgânicos de média e baixa concentração e alto volume de ar gerados na indústria de membranas impermeabilizantes, o sistema de tratamento de gases residuais por RTO permite tanto a purificação eficiente quanto a operação com economia de energia.

I. Solução técnica global para o tratamento de COVs na indústria de membranas impermeabilizantes

1. Visão geral

O principal poluente atmosférico gerado pelos fabricantes de membranas impermeabilizantes é a fumaça de asfalto. A fumaça de asfalto é uma mistura heterocíclica que contém uma grande quantidade de hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (HAPs) e uma pequena quantidade de compostos contendo oxigênio, nitrogênio e enxofre, geralmente presente no ar na forma de aerossóis. A fumaça de asfalto contém diversos poluentes nocivos a humanos, animais e plantas. Benzoato de sódio[um]O pireno presente nos vapores do asfalto é uma substância altamente cancerígena.

Os vapores de asfalto são compostos principalmente por fases gasosa e líquida. A fase líquida consiste em condensados ​​voláteis extremamente finos, com tamanhos de partículas que variam principalmente de 0,1 a 1 μm, sendo as menores de apenas 0,01 μm e as maiores de aproximadamente 10,0 μm. A fase gasosa é uma mistura de diferentes gases. Para vapores de asfalto tão concentrados e altamente dispersos, os métodos convencionais de coleta e purificação de poeira não conseguem purificá-los e tratá-los completamente.

A produção de membranas impermeabilizantes compreende principalmente dois processos: dosagem e revestimento asfálticos. Após entrar na usina, o asfalto é transferido para tanques de armazenamento e aquecido por um sistema de óleo térmico para manter seu estado fluido. O asfalto aquecido é então transportado por tubulações até os tanques de mistura na central de dosagem, onde a temperatura é mantida em aproximadamente 180 °C. Materiais auxiliares, como óleo residual, pó de borracha e pó de pedra, são adicionados e misturados para formar um material composto.

O material misturado é então transportado para o tanque de imersão na oficina de revestimento. Durante a produção da membrana, o tecido de reforço entra no tanque de imersão para impregnação, seguido de revestimento, resfriamento, laminação do filme e outros processos, antes que os produtos de membrana impermeável acabados sejam armazenados no depósito.

Durante os processos de produção descritos acima, gases residuais compostos por COVs (Compostos Orgânicos Voláteis) e vapores de asfalto são gerados em diferentes graus, provenientes do armazenamento, aquecimento, mistura, transporte, revestimento e resfriamento do asfalto. Devido aos múltiplos pontos de emissão e às elevadas temperaturas dos gases de escape, um sistema de coleta fechado é geralmente adotado para a coleta centralizada, seguido de pré-tratamento e tratamento por meio de um sistema de oxidação térmica regenerativa (RTO). Através do projeto adequado do sistema de coleta de gases de escape, do equipamento de pré-tratamento e do oxidante térmico regenerativo (RTO), os vapores de asfalto e os poluentes COVs podem ser removidos de forma eficaz, reduzindo o consumo de energia do sistema e melhorando o desempenho ambiental da empresa.

2. Seleção da via tecnológica de tratamento

Considerando tanto os requisitos de proteção ambiental quanto a redução dos custos operacionais, a rota técnica de "Remoção de Óleo por Ciclone + Filtração em Torre + RTO" é proposta para o tratamento de gases residuais. O fluxograma do processo é mostrado na figura abaixo.

Descrição do processo:

a. Conforme ilustrado no diagrama de fluxo simplificado, a oficina de membranas impermeabilizantes consiste em duas seções: dosagem de asfalto e revestimento asfáltico. O gás residual da seção de dosagem de asfalto contém altas concentrações de partículas de negro de fumo e componentes oleosos. Ele passa inicialmente por um separador ciclônico para remoção de poeira e óleo, separando partículas maiores de poeira e gotículas de óleo.

b. Após passar pelo separador ciclônico, o gás residual da seção de dosagem de asfalto é misturado com o gás residual da seção de revestimento asfáltico em um filtro de torre e submetido à remoção profunda de poeira e óleo por meio de filtração em malha metálica.

c. Válvulas manuais são instaladas na parte inferior do separador ciclônico e do filtro de torre para a remoção periódica de óleo residual e poeira.

d. Um manômetro diferencial é instalado no filtro de malha metálica para lembrar os operadores de limpar ou substituir o filtro quando a diferença de pressão atingir o limite predefinido.

e. A inversão periódica do fluxo de ar é realizada para remover contaminantes oleosos aderidos aos leitos cerâmicos inferiores, utilizando gases de combustão em alta temperatura. O método específico de implementação consiste em reduzir significativamente a velocidade de rotação da válvula rotativa, fazendo com que a temperatura dos tijolos de armazenamento de calor inferiores suba gradualmente para aproximadamente 180 °C. Os contaminantes oleosos aderidos aos tijolos de armazenamento de calor inferiores são então removidos por inversão de fluxo e expelidos através da saída de óleo na parte inferior da válvula rotativa. Este método resolve eficazmente o problema do entupimento dos tijolos de armazenamento de calor inferiores por substâncias oleosas.

f. Uma câmara de mistura de alta e baixa temperatura é instalada para utilizar o gás de alta temperatura do forno no pré-aquecimento do gás residual. O gás de alta temperatura entra continuamente nas 12 câmaras do RTO, transportando as substâncias oleosas dos tijolos de armazenamento de calor inferiores para a câmara de combustão do RTO, onde os contaminantes oleosos são totalmente oxidados e decompostos antes da descarga em conformidade com as normas. Este método pode resolver eficazmente o problema de bloqueio causado por substâncias oleosas nos tijolos de armazenamento de calor inferiores, garantindo simultaneamente emissões em conformidade com as normas.

g. Uma saída de descarga de óleo é instalada na parte inferior da válvula rotativa RTO para permitir a remoção periódica de contaminantes de óleo acumulados.

h. Uma saída de descarga de óleo também está instalada na parte inferior do ventilador principal do RTO para remoção periódica do óleo. O impulsor do ventilador principal do RTO foi projetado para ser removido manualmente, facilitando a limpeza regular dos depósitos de óleo no impulsor.

i. Após o pré-aquecimento, o gás residual entra no RTO rotativo. Ele é pré-aquecido a uma temperatura superior a 760 °C através de cinco câmaras do RTO rotativo e, em seguida, é completamente misturado turbulentamente na câmara de oxidação, onde a temperatura atinge 850 °C com um tempo de residência de pelo menos 1,0 segundo. Após a oxidação e o tratamento dos COVs para atender aos padrões de emissão, o gás passa por outras cinco câmaras, onde o calor é armazenado em um meio de armazenamento térmico cerâmico antes de ser descarregado pela parte inferior do RTO.

j. Um tubo de desvio e uma válvula de desvio são instalados na parte superior do RTO. Quando a temperatura do forno excede o limite definido, a válvula de desvio abre automaticamente para descarregar rapidamente os gases de combustão em alta temperatura e resfriar o forno rapidamente.

k. Considerando o risco de incêndio causado pelo acúmulo prolongado de substâncias oleosas em tubulações, sistemas de sprinklers, discos de ruptura e aberturas para limpeza/inspeção são instalados em vários pontos da rede de dutos. Um damper corta-fogo é instalado na entrada do RTO.

l. Em cada zona do RTO rotativo (12 portas de inspeção para 12 zonas), são previstas aberturas de inspeção entre a camada inferior e a segunda camada de tijolos de armazenamento de calor. Como os vapores de asfalto tendem a condensar na camada inferior e causar obstruções, o estado dos tijolos de armazenamento de calor pode ser monitorado através dessas aberturas de inspeção, permitindo a substituição conveniente da camada inferior quando necessário.

2.2 Planejamento do Volume de Ar

Volume de ar de referência para tanques de dosagem (reatores): 550 m³/h (cada)

Volume de ar de referência para linha de produção de revestimento asfáltico de 2 metros: 22.000 m³/h (cada linha)

Volume de ar de referência para linha de produção de revestimento asfáltico de 1 metro: 11.000 m³/h (cada linha)

Volume de ar de referência para linha de produção de revestimento asfáltico de 1 metro sem substrato de reforço: 7.000 m³/h (cada linha)

Volume de ar de referência para tanques de armazenamento de asfalto: 1.000 m³/h (cada tanque)

II. Fatores para Seleção de Equipamentos

1. Seleção de Equipamentos de Pré-tratamento

A maioria dos fabricantes de membranas impermeabilizantes já instalou sistemas de purificação de gases de combustão. A tecnologia mais comum no setor é um sistema de "resfriamento por aspersão em três estágios e remoção de poeira + precipitação eletrostática". No entanto, devido à baixa eficiência de purificação, à operação instável do sistema e ao desempenho insatisfatório do tratamento, além da geração de grandes quantidades de águas residuais, essa solução não é ideal.

Com base nos princípios de economia, proteção ambiental e redução de custos de investimento, um separador ciclônico pode ser selecionado para remover poeira e óleo do gás residual, seguido por um filtro de torre para remoção profunda de óleo e, finalmente, o gás é enviado para o sistema RTO para purificação completa.

2. Seleção de Equipamentos de Back-end

Os métodos de purificação mais comuns utilizados na indústria de membranas impermeabilizantes incluem precipitação eletrostática, adsorção e absorção. No entanto, devido à baixa eficiência de purificação, à remoção incompleta de odores e à tendência de gerar poluição secundária, essas tecnologias têm dificuldade em atender aos padrões de emissão.

Embora a composição dos gases de exaustão da queima de asfalto seja extremamente complexa, seus principais componentes são hidrocarbonetos combustíveis. Sob certas condições de temperatura e em contato com o ar, eles podem sofrer combustão completa. Quando a temperatura atinge valores acima de 790 °C e o tempo de permanência no ar excede 0,5 segundos, os hidrocarbonetos podem ser quase completamente queimados.

As principais tecnologias de oxidação térmica atualmente disponíveis são o RCO e o RTO. Como os gases de exaustão da fumaça do asfalto geralmente apresentam uma concentração relativamente baixa e uma composição extremamente complexa, o envenenamento e a desativação do catalisador podem ocorrer facilmente em sistemas de RCO. Além disso, o custo de investimento em sistemas de RCO de grande volume de ar é elevado, e a vida útil do catalisador geralmente é de apenas 8.000 a 100.000 horas, resultando em custos excessivos de substituição. Portanto, um RTO rotativo com menor consumo de energia foi selecionado como método de tratamento final.

III. Estudo de Caso

Tomando como exemplo as emissões de gases residuais organizados de uma determinada empresa, o volume de ar da seção de dosagem de asfalto é de 6.000 m³/h e o volume de ar da seção de revestimento asfáltico é de 12.000 m³/h. Uma unidade rotativa RTO de 20.000 m³/h é selecionada, e o fluxograma do processo é mostrado no diagrama acima.

De acordo com essa solução técnica, deve-se selecionar um RTO rotativo de 20.000 m³/h.

De acordo com os dados relevantes, com base numa concentração de 350 mg/m³, um volume de ar de 18.000 m³/h e um poder calorífico do asfalto de 37,7 kJ/g:

Concentração de gases residuais (mg/m³)	Volume de ar de exaustão (m³/h)	Liberação de calor por oxidação (kcal/h)	Calor necessário para operação autossustentável (kcal/h)	Calor suplementar (kcal/h)	Consumo de gás natural (m³/h)
350	18.000	56.820	200.235	143.415	14,5

O cálculo mostra que o consumo de gás natural é de 14,5 m³/h. Considerando um preço do gás natural de 3 RMB/m³, o custo operacional é de 43,5 RMB por hora, atingindo a combustão completa.

Partida a frio (2 h)

Energia	Consumo	Unidade	Preço unitário (RMB)	Tempo (h)	Custo (RMB)
Eletricidade	35	kWh	0,8	2	56
Gás natural	34	m³/h	3	2	204

Total: 260 RMB por partida

Início a quente (0,8 h)

Energia	Consumo	Unidade	Preço unitário (RMB)	Custo (RMB)
Eletricidade	35	kWh	0,8	22,4
Gás natural	40	m³/h	3	120

Total: 142,4 RMB por partida

Operação normal (carga máxima)

Energia	Consumo	Unidade	Preço unitário (RMB)	Tempo (h)	Custo (RMB)
Eletricidade (70%)	49	kWh	0,8	1	39,2
Gás natural	14,5	m³/h	3	1	43,5

Total: 82,7 RMB por hora

IV. Benefícios Sociais

A aplicação de equipamentos RTO rotativos para o tratamento de gases residuais gerados na produção de membranas impermeabilizantes pode alcançar os seguintes resultados:

1. Os vapores de asfalto, os hidrocarbonetos não metânicos e outros indicadores de emissão podem atender aos padrões nacionais de emissão;
2. Substâncias odoríferas presentes nos gases de escape podem ser completamente removidas.