Polutan yang dilepaskan terutama terdiri dari: kabut cat dan pelarut organik yang dihasilkan oleh pengecatan semprot, serta pelarut organik yang dihasilkan saat penguapan pengeringan. Kabut cat terutama berasal dari bagian pelapisan pelarut dalam penyemprotan udara, dan komposisinya konsisten dengan pelapis yang digunakan. Pelarut organik terutama berasal dari pelarut dan pengencer dalam proses penggunaan pelapis, sebagian besar merupakan emisi volatil, dan polutan utamanya adalah xilena, benzena, toluena, dan sebagainya. Oleh karena itu, sumber utama gas buang berbahaya yang dilepaskan dalam proses pengecatan adalah ruang pengecatan semprot, ruang pengeringan, dan ruang pengeringan.
1. Metode pengolahan gas buang pada lini produksi otomotif
1.1 Skema pengolahan gas buang organik dalam proses pengeringan
Gas yang dikeluarkan dari ruang pengeringan elektroforesis, pelapisan medium, dan pelapisan permukaan termasuk gas buang bersuhu tinggi dan berkonsentrasi tinggi, yang cocok untuk metode pembakaran. Saat ini, langkah-langkah pengolahan gas buang yang umum digunakan dalam proses pengeringan meliputi: teknologi oksidasi termal regeneratif (RTO), teknologi pembakaran katalitik regeneratif (RCO), dan sistem pembakaran termal pemulihan TNV.
1.1.1 Teknologi oksidasi termal (RTO) tipe penyimpanan termal
Oksidator termal (Regenerative Thermal Oxidizer, RTO) adalah perangkat hemat energi dan ramah lingkungan untuk mengolah gas buang organik volatil dengan konsentrasi sedang dan rendah. Cocok untuk volume besar, konsentrasi rendah, dan konsentrasi gas buang organik antara 100 PPM-20000 PPM. Biaya operasional rendah, ketika konsentrasi gas buang organik di atas 450 PPM, perangkat RTO tidak perlu menambahkan bahan bakar tambahan; tingkat pemurnian tinggi, tingkat pemurnian RTO dua bed dapat mencapai lebih dari 98%, tingkat pemurnian RTO tiga bed dapat mencapai lebih dari 99%, dan tidak ada polusi sekunder seperti NOX; kontrol otomatis, pengoperasian sederhana; keamanan tinggi.
Perangkat oksidasi panas regeneratif mengadopsi metode oksidasi termal untuk mengolah gas buang organik konsentrasi sedang dan rendah, dan penukar panas bed penyimpanan panas keramik digunakan untuk memulihkan panas. Perangkat ini terdiri dari bed penyimpanan panas keramik, katup kontrol otomatis, ruang pembakaran, dan sistem kontrol. Fitur utamanya adalah: katup kontrol otomatis di bagian bawah bed penyimpanan panas terhubung dengan pipa utama pemasukan dan pipa utama pembuangan, dan bed penyimpanan panas menyimpan gas buang organik yang masuk ke bed penyimpanan panas dengan pemanasan awal menggunakan material penyimpanan panas keramik untuk menyerap dan melepaskan panas; gas buang organik yang dipanaskan hingga suhu tertentu (760℃) dioksidasi dalam pembakaran ruang pembakaran untuk menghasilkan karbon dioksida dan air, dan dimurnikan. Struktur utama RTO dua bed tipikal terdiri dari satu ruang pembakaran, dua bed kemasan keramik, dan empat katup pengalih. Penukar panas bed kemasan keramik regeneratif dalam perangkat dapat memaksimalkan pemulihan panas lebih dari 95%; sedikit atau tidak ada bahan bakar yang digunakan saat mengolah gas buang organik.
Keunggulan: Dalam menangani aliran tinggi dan konsentrasi rendah gas buang organik, biaya operasionalnya sangat rendah.
Kekurangan: investasi awal yang tinggi, suhu pembakaran tinggi, tidak cocok untuk pengolahan gas buang organik dengan konsentrasi tinggi, terdapat banyak komponen bergerak, membutuhkan lebih banyak pekerjaan perawatan.
1.1.2 Teknologi pembakaran katalitik termal (RCO)
Perangkat pembakaran katalitik regeneratif (Regenerative Catalytic Oxidizer RCO) diterapkan langsung untuk pemurnian gas buang organik konsentrasi menengah dan tinggi (1000 mg/m3-10000 mg/m3). Teknologi pengolahan RCO sangat cocok untuk kebutuhan tingkat pemulihan panas yang tinggi, tetapi juga cocok untuk lini produksi yang sama, karena produk yang berbeda, komposisi gas buang sering berubah atau konsentrasi gas buang berfluktuasi secara signifikan. Teknologi ini sangat cocok untuk kebutuhan pemulihan energi panas di perusahaan atau pengolahan gas buang jalur utama pengeringan, dan energi yang dipulihkan dapat digunakan untuk jalur utama pengeringan, sehingga mencapai tujuan penghematan energi.
Teknologi pengolahan pembakaran katalitik regeneratif merupakan reaksi fase gas-padat yang khas, yang sebenarnya adalah oksidasi mendalam dari spesies oksigen reaktif. Dalam proses oksidasi katalitik, adsorpsi permukaan katalis membuat molekul reaktan terkonsentrasi di permukaan katalis. Efek katalis dalam mengurangi energi aktivasi mempercepat reaksi oksidasi dan meningkatkan laju reaksi oksidasi. Di bawah pengaruh katalis tertentu, bahan organik mengalami pembakaran oksidasi tanpa bahan bakar pada suhu awal rendah (250~300℃), yang terurai menjadi karbon dioksida dan air, serta melepaskan sejumlah besar energi panas.
Perangkat RCO terutama terdiri dari badan tungku, badan penyimpanan panas katalitik, sistem pembakaran, sistem kontrol otomatis, katup otomatis, dan beberapa sistem lainnya. Dalam proses produksi industri, gas buang organik yang dibuang masuk ke katup putar peralatan melalui kipas hisap, dan gas masuk dan gas keluar dipisahkan sepenuhnya melalui katup putar. Penyimpanan energi panas dan pertukaran panas gas hampir mencapai suhu yang ditetapkan oleh oksidasi katalitik lapisan katalitik; gas buang terus dipanaskan melalui area pemanasan (baik dengan pemanasan listrik atau pemanasan gas alam) dan dipertahankan pada suhu yang ditetapkan; gas tersebut masuk ke lapisan katalitik untuk menyelesaikan reaksi oksidasi katalitik, yaitu, reaksi tersebut menghasilkan karbon dioksida dan air, dan melepaskan sejumlah besar energi panas untuk mencapai efek pengolahan yang diinginkan. Gas yang dikatalisis oleh oksidasi masuk ke lapisan material keramik 2, dan energi panas dibuang ke atmosfer melalui katup putar. Setelah pemurnian, suhu gas buang setelah pemurnian hanya sedikit lebih tinggi daripada suhu sebelum pengolahan gas buang. Sistem beroperasi terus menerus dan beralih secara otomatis. Melalui kerja katup putar, semua lapisan pengisi keramik menyelesaikan tahapan siklus pemanasan, pendinginan, dan pemurnian, dan energi panas dapat dipulihkan.
Keunggulan: alur proses sederhana, peralatan ringkas, pengoperasian andal; efisiensi pemurnian tinggi, umumnya di atas 98%; suhu pembakaran rendah; investasi awal rendah, biaya operasional rendah, efisiensi pemulihan panas umumnya dapat mencapai lebih dari 85%; seluruh proses tanpa produksi air limbah, proses pemurnian tidak menghasilkan polusi sekunder NOX; peralatan pemurnian RCO dapat digunakan dengan ruang pengering, gas yang telah dimurnikan dapat langsung digunakan kembali di ruang pengering, untuk mencapai tujuan penghematan energi dan pengurangan emisi;
Kekurangan: perangkat pembakaran katalitik hanya cocok untuk pengolahan gas buang organik dengan komponen organik titik didih rendah dan kadar abu rendah, dan tidak cocok untuk pengolahan gas buang yang mengandung zat lengket seperti asap berminyak, dan katalis harus diracuni; konsentrasi gas buang organik di bawah 20%.
1.1.3 Sistem pembakaran termal tipe daur ulang TNV
Sistem pembakaran termal daur ulang (Thermische Nachverbrennung TNV) menggunakan gas atau bahan bakar untuk memanaskan gas buang yang mengandung pelarut organik. Di bawah pengaruh suhu tinggi, molekul pelarut organik mengalami dekomposisi oksidasi menjadi karbon dioksida dan air. Gas buang bersuhu tinggi tersebut kemudian diproses dengan pemanasan menggunakan perangkat transfer panas bertahap yang membutuhkan udara atau air panas. Proses produksi ini sepenuhnya mendaur ulang energi panas dari gas buang organik yang mengalami dekomposisi oksidasi, sehingga mengurangi konsumsi energi seluruh sistem. Oleh karena itu, sistem TNV merupakan cara yang efisien dan ideal untuk mengolah gas buang yang mengandung pelarut organik ketika proses produksi membutuhkan banyak energi panas. Untuk lini produksi pelapisan cat elektroforesis yang baru, sistem pembakaran termal daur ulang TNV umumnya diadopsi.
Sistem TNV terdiri dari tiga bagian: sistem pemanasan awal dan pembakaran gas buang, sistem pemanasan udara sirkulasi, dan sistem pertukaran panas udara segar. Perangkat pemanas sentral pembakaran gas buang dalam sistem ini merupakan bagian inti dari TNV, yang terdiri dari badan tungku, ruang pembakaran, penukar panas, pembakar, dan katup pengatur cerobong utama. Proses kerjanya adalah: dengan kipas bertekanan tinggi, gas buang organik dari ruang pengeringan akan dialirkan, setelah dipanaskan terlebih dahulu oleh penukar panas yang terpasang pada perangkat pemanas sentral pembakaran gas buang, menuju ruang pembakaran, kemudian dipanaskan oleh pembakar pada suhu tinggi (sekitar 750℃) untuk mengoksidasi dan mendekomposisi gas buang organik menjadi karbon dioksida dan air. Gas buang bersuhu tinggi yang dihasilkan dibuang melalui penukar panas dan pipa gas buang utama di dalam tungku. Gas buang yang dibuang memanaskan udara sirkulasi di ruang pengeringan untuk menyediakan energi panas yang dibutuhkan ruang pengeringan. Perangkat transfer panas udara segar dipasang di ujung sistem untuk memulihkan panas limbah sistem untuk pemulihan akhir. Udara segar yang masuk ke ruang pengering dipanaskan dengan gas buang dan kemudian dialirkan ke ruang pengering. Selain itu, terdapat juga katup pengatur listrik pada pipa gas buang utama, yang digunakan untuk mengatur suhu gas buang di saluran keluar perangkat, dan suhu gas buang yang keluar dapat dikontrol sekitar 160℃.
Karakteristik perangkat pemanas sentral pembakaran gas buang meliputi: waktu tinggal gas buang organik di ruang pembakaran adalah 1~2 detik; tingkat dekomposisi gas buang organik lebih dari 99%; tingkat pemulihan panas dapat mencapai 76%; dan rasio pengaturan keluaran pembakar dapat mencapai 26 : 1, hingga 40 : 1.
Kekurangan: ketika mengolah gas buang organik konsentrasi rendah, biaya operasinya lebih tinggi; penukar panas tubular hanya beroperasi secara terus menerus, sehingga memiliki umur pakai yang panjang.
1.2 Skema pengolahan gas buang organik di ruang pengecatan semprot dan ruang pengeringan
Gas buangan dari ruang pengecatan semprot dan ruang pengeringan memiliki konsentrasi rendah, laju aliran besar, dan suhu ruang, dengan komposisi utama polutan berupa hidrokarbon aromatik, eter alkohol, dan pelarut organik ester. Saat ini, metode yang lebih matang di luar negeri adalah: pertama-tama mengkonsentrasikan gas buangan organik untuk mengurangi jumlah total gas buangan organik, dengan metode adsorpsi pertama (karbon aktif atau zeolit sebagai adsorben) untuk adsorpsi gas buangan cat semprot suhu ruang dengan konsentrasi rendah, dengan pengupasan gas suhu tinggi, dan gas buangan terkonsentrasi menggunakan metode pembakaran katalitik atau pembakaran termal regeneratif.
1.2.1 Perangkat adsorpsi-desorpsi dan pemurnian karbon aktif
Dengan menggunakan arang aktif sarang lebah sebagai adsorben, dikombinasikan dengan prinsip pemurnian adsorpsi, regenerasi desorpsi, dan konsentrasi VOC serta pembakaran katalitik, volume udara tinggi, gas buang organik konsentrasi rendah melalui adsorpsi arang aktif sarang lebah mencapai tujuan pemurnian udara. Ketika arang aktif jenuh, udara panas digunakan untuk meregenerasi arang aktif. Zat organik terkonsentrasi yang terdesorpsi dikirim ke bed pembakaran katalitik untuk pembakaran katalitik. Zat organik dioksidasi menjadi karbon dioksida dan air yang tidak berbahaya. Gas buang panas yang terbakar memanaskan udara dingin melalui penukar panas. Sebagian gas pendingin dikeluarkan setelah pertukaran panas, sebagian untuk regenerasi desorpsi arang aktif sarang lebah, untuk mencapai tujuan pemanfaatan panas limbah dan penghematan energi. Seluruh perangkat terdiri dari pra-filter, bed adsorpsi, bed pembakaran katalitik, penghambat api, kipas terkait, katup, dll.
Perangkat pemurnian adsorpsi-desorpsi karbon aktif dirancang berdasarkan dua prinsip dasar adsorpsi dan pembakaran katalitik, menggunakan jalur gas ganda yang bekerja secara kontinu, satu ruang pembakaran katalitik, dan dua lapisan adsorpsi yang digunakan secara bergantian. Pertama, gas buang organik diadsorpsi oleh karbon aktif, ketika saturasi cepat dihentikan adsorpsinya, kemudian aliran udara panas digunakan untuk menghilangkan zat organik dari karbon aktif agar karbon aktif dapat beregenerasi; zat organik yang telah terkonsentrasi (konsentrasi puluhan kali lebih tinggi dari aslinya) dikirim ke ruang pembakaran katalitik untuk pembakaran katalitik menjadi karbon dioksida dan uap air. Ketika konsentrasi gas buang organik mencapai lebih dari 2000 PPm, gas buang organik dapat mempertahankan pembakaran spontan di lapisan katalitik tanpa pemanasan eksternal. Sebagian gas buang hasil pembakaran dibuang ke atmosfer, dan sebagian besar dikirim ke lapisan adsorpsi untuk regenerasi karbon aktif. Hal ini dapat memenuhi kebutuhan energi panas untuk pembakaran dan adsorpsi, untuk mencapai tujuan penghematan energi. Regenerasi dapat memasuki proses adsorpsi selanjutnya; Dalam proses desorpsi, operasi pemurnian dapat dilakukan dengan menggunakan bed adsorpsi lain, sehingga cocok untuk operasi kontinu maupun operasi intermiten.
Kinerja dan karakteristik teknis: kinerja stabil, struktur sederhana, aman dan andal, hemat energi dan tenaga kerja, tidak menimbulkan polusi sekunder. Peralatan ini membutuhkan area yang kecil dan memiliki bobot ringan. Sangat cocok untuk penggunaan dalam volume besar. Lapisan karbon aktif yang menyerap gas buang organik menggunakan gas buang setelah pembakaran katalitik untuk regenerasi stripping, dan gas hasil stripping dikirim ke ruang pembakaran katalitik untuk pemurnian, tanpa energi eksternal, dan efek penghematan energinya signifikan. Kekurangannya adalah karbon aktifnya terbatas dan biaya operasionalnya tinggi.
1.2.2 Perangkat pemurnian adsorpsi-desorpsi roda transfer zeolit
Komponen utama zeolit adalah: silikon, aluminium, dengan kapasitas adsorpsi, dapat digunakan sebagai adsorben; runner zeolit digunakan untuk memanfaatkan karakteristik bukaan spesifik zeolit dengan kapasitas adsorpsi dan desorpsi untuk polutan organik, sehingga gas buang VOC dengan konsentrasi rendah dan tinggi dapat dikurangi biaya operasional peralatan pengolahan akhir. Karakteristik perangkatnya cocok untuk pengolahan aliran besar, konsentrasi rendah, yang mengandung berbagai komponen organik. Kekurangannya adalah investasi awal yang tinggi.
Perangkat adsorpsi-pemurnian zeolit runner adalah perangkat pemurnian gas yang dapat melakukan operasi adsorpsi dan desorpsi secara kontinu. Kedua sisi roda zeolit dibagi menjadi tiga area oleh perangkat penyegelan khusus: area adsorpsi, area desorpsi (regenerasi), dan area pendinginan. Proses kerja sistem ini adalah: roda zeolit berputar terus menerus dengan kecepatan rendah, bersirkulasi melalui area adsorpsi, area desorpsi (regenerasi), dan area pendinginan; Ketika gas buang dengan konsentrasi rendah dan volume kecil terus menerus melewati area adsorpsi runner, VOC dalam gas buang diadsorpsi oleh zeolit pada roda berputar, langsung dikeluarkan setelah adsorpsi dan pemurnian; Pelarut organik yang diadsorpsi oleh roda dikirim ke zona desorpsi (regenerasi) dengan putaran roda, kemudian dengan volume udara panas yang kecil terus menerus melewati area desorpsi, VOC yang diadsorpsi ke roda diregenerasi di zona desorpsi, gas buang VOC dibuang bersama dengan udara panas; Roda yang berputar ke area pendinginan memungkinkan proses adsorpsi ulang. Dengan putaran konstan roda yang berputar, siklus adsorpsi, desorpsi, dan pendinginan dilakukan, memastikan pengoperasian pengolahan gas buang yang berkelanjutan dan stabil.
Perangkat runner zeolit pada dasarnya adalah konsentrator, dan gas buang yang mengandung pelarut organik dibagi menjadi dua bagian: udara bersih yang dapat dibuang langsung, dan udara daur ulang yang mengandung konsentrasi pelarut organik tinggi. Udara bersih yang dapat dibuang langsung dan dapat didaur ulang dalam sistem ventilasi pendingin udara yang dicat; gas dengan konsentrasi VOC tinggi sekitar 10 kali lipat dari konsentrasi VOC sebelum memasuki sistem. Gas terkonsentrasi diolah dengan pembakaran suhu tinggi melalui sistem pembakaran termal pemulihan TNV (atau peralatan lain). Panas yang dihasilkan oleh pembakaran digunakan untuk pemanasan ruang pengeringan dan pemanasan pengupasan zeolit, dan energi panas dimanfaatkan sepenuhnya untuk mencapai efek penghematan energi dan pengurangan emisi.
Kinerja dan karakteristik teknis: struktur sederhana, perawatan mudah, masa pakai lama; efisiensi penyerapan dan pemisahan yang tinggi, mengubah gas buang VOC bervolume tinggi dan konsentrasi rendah menjadi gas buang bervolume rendah dan konsentrasi tinggi, mengurangi biaya peralatan pengolahan akhir; penurunan tekanan yang sangat rendah, dapat mengurangi konsumsi energi listrik secara signifikan; persiapan sistem secara keseluruhan dan desain modular, dengan persyaratan ruang minimum, dan menyediakan mode kontrol berkelanjutan dan tanpa awak; dapat mencapai standar emisi nasional; adsorben menggunakan zeolit yang tidak mudah terbakar, penggunaannya lebih aman; kekurangannya adalah investasi awal dengan biaya tinggi.
Waktu posting: 03-Jan-2023
