Redukcja emisji LZO

Ograniczenie emisji lotnych związków organicznych (LZO) jest jednym z istotnych zadań związanych z oczyszczaniem powietrza w procesach przemysłowych. W przypadku technologii przygotowania powierzchni, w tym malowania i suszenia, istotne znaczenie ma zastosowanie wysokowydajnych instalacji redukcji LZO, przy jednoczesnym ograniczeniu zużycia energii.

Rozwiązania stosowane przez SciTeeX są indywidualnie projektowane i dopasowywane do konkretnej technologii oraz potrzeb zakładu. W zależności od parametrów procesu mogą obejmować regeneracyjne adsorbery zeolitowe i węglowe, absorbery pionowe i poziome oraz dopalacze termiczne i katalityczne, działające samodzielnie lub w różnych konfiguracjach.

Technologie te znajdują zastosowanie m.in. w przemyśle samochodowym, autobusowym i produkcji pojazdów trakcji szynowej, a także w przemyśle drzewnym i meblarskim, chemicznym, farmaceutycznym, petrochemicznym, poligraficznym oraz w zakładach produkcji farb i żywic.

Rekuperacyjny utleniacz termiczny – ReXi-RecTO

Rekuperacyjny utleniacz termiczny służy do eliminacji lotnych związków organicznych poprzez ich termiczne utlenianie. Zanieczyszczony strumień powietrza przechodzi przez komorę, w której temperatura jest utrzymywana na poziomie nie niższym niż 750°C przez co najmniej 0,6 s. Źródłem ciepła jest palnik gazowy lub olejowy. Technologia może być stosowana do palnych substancji szkodliwych w postaci par i gazów, a szczególnie skuteczna jest przy wysokich stężeniach LZO.

W przypadku procesów lakierniczych istotna jest możliwość wykorzystania energii zawartej w strumieniu zanieczyszczeń oraz odzysku ciepła powstającego podczas utleniania. Może ono zostać wykorzystane w suszarkach, wyparkach, piecach, do przygotowania wody technologicznej, ogrzewania hal i podgrzewania wody użytkowej. Możliwe jest także wykorzystanie odzyskanego ciepła do produkcji energii elektrycznej w systemach ORC.

Dopalacze termiczne mogą pracować przy dużych strumieniach i zmiennych stężeniach LZO. Możliwe jest utlenianie związków organicznych w strumieniu 50 000 m³/h przy stężeniu do 10 g/m³, z uzyskaniem stężenia w powietrzu emitowanym na poziomie 5 mg/m³.

W technologii termicznego utleniania istotnym zagadnieniem jest emisja NOx. Wzrost temperatury ogranicza emisję LZO, ale jednocześnie może zwiększać ilość powstających tlenków azotu. Dlatego temperatura pracy jest optymalizowana pod kątem skuteczności utleniania i kontroli emisji NOx.

Rekuperacyjny utleniacz katalityczny – RcCaXi

Rekuperacyjny utleniacz katalityczny wykorzystuje katalizator do utleniania LZO przy niższej temperaturze niż klasyczny dopalacz termiczny. Zanieczyszczone powietrze jest wstępnie ogrzewane w wymiennikach ciepła, następnie trafia do komory palnika i na złoże katalityczne, gdzie związki organiczne są utleniane do CO₂ i H₂O.

Zastosowanie katalizatora pozwala obniżyć temperaturę konwersji oraz skrócić czas reakcji. W przedstawionym rozwiązaniu proces może zachodzić w temperaturze około 350–400°C, podczas gdy klasyczne dopalacze termiczne pracują w zakresie około 750–800°C. Niższa temperatura oznacza mniejsze zapotrzebowanie na energię i ograniczenie emisji NOx.

Ciepło powstające podczas utleniania LZO może być odzyskiwane w wymiennikach i wykorzystane w dalszym procesie. W rezultacie możliwe jest ograniczenie zapotrzebowania na dodatkowe źródła energii, a w niektórych przypadkach całkowite wyeliminowanie zewnętrznego źródła ciepła. Konstrukcja urządzenia jest również bardziej kompaktowa.

Technologia znajduje zastosowanie m.in. w lakierniach i zakładach powlekania. Może być stosowana przy strumieniach powietrza do około 60 000 m³/h. Uzyskuje się skuteczność oczyszczania na poziomie 99,8% oraz możliwość stężenia zanieczyszczeń rzędu kilku mg/m³.

Wśród zrealizowanych przez SciTeeX instalacji rekuperacyjnego utleniacza katalitycznego RcCaXi znajduje się projekt wykonany dla firmy MESKO S.A. z grupy PGZ.

Koncentrator zeolitowy z utleniaczem katalitycznym – RCCTO

Oczyszczanie bardzo dużych strumieni powietrza, przekraczających 100 000 m³/h, przy niskich stężeniach LZO stanowi szczególne wyzwanie, zwłaszcza w malarniach elementów wielkogabarytowych, np. pojazdów szynowych, sekcji wież wiatrowych czy dużych konstrukcji stalowych oraz w drukarniach przemysłowych.

Rozwiązaniem jest połączenie koncentratora zeolitowego z utleniaczem katalitycznym. Zeolit selektywnie adsorbuje związki organiczne z głównego strumienia powietrza. Po zgromadzeniu odpowiedniej ilości zanieczyszczeń następuje ich desorpcja. Podgrzane powietrze usuwa LZO z matrycy zeolitowej, a skoncentrowany strumień jest kierowany do utleniacza katalitycznego.

Zastosowanie koncentracji pozwala wielokrotnie zmniejszyć objętość strumienia kierowanego do utleniania. Dzięki temu możliwa jest neutralizacja bardzo dużej ilości powietrza przy jednoczesnym ograniczeniu kosztów eksploatacyjnych. Zeolity mogą być modyfikowane tak, aby uzyskać właściwości hydrofobowe, co ogranicza wpływ wilgoci na proces adsorpcji. Są również odporne na temperatury do około 300°C.

Technologia RCCTO jest wskazywana m.in. dla lakierni samochodowych, produkcji farb, lakierów i żywic, przemysłu drukarskiego, chemicznego i farmaceutycznego, petrochemicznego, produkcji tworzyw sztucznych oraz przemysłu elektronicznego.

Do jej najważniejszych zalet należą możliwość oczyszczania strumieni przekraczających 100 000 m³/h, ograniczenie strumienia kierowanego do dopalania nawet 30-krotnie, odporność zeolitów na wysoką temperaturę, właściwości hydrofobowe oraz ciągła, automatycznie regulowana praca systemu.

Przykładowe projekty SciTeeX wykonane w technologii RCCTO to dwie instalacje dla firmy WELCON z Danii działającej w sektorze energetyki wiatrowej oraz instalacja dla firmy LUBAWA S.A. działającej w sektorze obronnym.

Regeneracyjny adsorber LZO z kondensacją – RegAd

Regeneracyjny adsorber LZO z kondensacją łączy proces adsorpcji i kondensacji. Technologia jest szczególnie interesująca tam, gdzie oprócz oczyszczania powietrza możliwy jest odzysk i ponowne wykorzystanie rozpuszczalników lub innych wartościowych substancji.

Proces obejmuje trzy podstawowe etapy: adsorpcję, regenerację oraz schładzanie adsorbera. Podczas adsorpcji LZO są zatrzymywane na powierzchni adsorbentu. Po określonym czasie następuje regeneracja, podczas której zaadsorbowane związki są usuwane, a następnie adsorber jest chłodzony i ponownie włączany do procesu.

Regeneracja może odbywać się z wykorzystaniem przegrzanej pary wodnej lub gazu obojętnego, np. azotu albo dwutlenku węgla. Strumień zawierający wysokie stężenie LZO jest następnie kierowany do układu chłodniczego, gdzie następuje kondensacja i separacja LZO. Zastosowanie wymienników ciepła i chłodu umożliwia odzysk energii oraz ograniczenie kosztów eksploatacyjnych.

W przemyśle lakierniczym technologia może być stosowana m.in. do odzysku lotnych składników farb i lakierów. Wśród jej zalet można wymienić odzysk wartościowych substancji, wysoką skuteczność oczyszczania, ograniczenie kosztów operacyjnych, ciągłość pracy oraz możliwość dostosowania konfiguracji do specyfiki procesu.
Kondensacja może być również rozwiązaniem dla związków organicznych, których nie należy poddawać utlenianiu, w tym tych zawierających chlor, fluor lub metale. W takim przypadku umożliwia separację, a potencjalnie również ponowne wykorzystanie odzyskanych substancji.

Odzysk energii z ciepła odpadowego – EasyORC

Elementem uzupełniającym technologie redukcji LZO może być odzysk energii z ciepła odpadowego. System ORC (Organic Rankine Cycle) umożliwia przekształcenie ciepła w energię elektryczną w zamkniętym obiegu termodynamicznym. Dzięki zastosowaniu cieczy roboczej odparowującej w niższej temperaturze niż woda technologia może wykorzystywać również źródła ciepła o niższej temperaturze.

W przypadku instalacji redukcji LZO źródłem ciepła mogą być spaliny z dopalaczy termicznych i katalitycznych. Energia może zostać wykorzystana do produkcji energii elektrycznej lub w układzie kogeneracyjnym, dostarczając jednocześnie ciepło odbiorcom.

System EasyORC ma konstrukcję modułową. Dostępne są jednostki o mocach 10, 20, 50, 100 i 200 kW, z możliwością łączenia wielu jednostek. System może pracować automatycznie i dopasowywać parametry do dostępnego źródła ciepła.

Dobór technologii dla lakierni

Wybór technologii redukcji LZO powinien uwzględniać parametry konkretnego procesu. Dla wysokich stężeń LZO stosuje się dopalacze termiczne. Przy niższych i średnich koncentracjach interesującym rozwiązaniem są dopalacze katalityczne, pracujące w niższej temperaturze. W przypadku bardzo dużych strumieni powietrza o niskim stężeniu LZO zastosowanie koncentratora zeolitowego pozwala ograniczyć strumień kierowany do utleniania. Natomiast tam, gdzie istotny jest odzysk rozpuszczalników lub innych wartościowych substancji, zastosowanie może znaleźć regeneracyjna adsorpcja z kondensacją.

Wszystkie rozwiązania mogą być projektowane indywidualnie i łączone w różne konfiguracje. Istotnym elementem takiego podejścia jest wykorzystanie energii odzyskanej w trakcie procesu. Ciepło może zostać ponownie wykorzystane w procesie technologicznym, do celów grzewczych lub do produkcji energii elektrycznej w systemie ORC.
Dla lakierni oznacza to możliwość połączenia redukcji emisji LZO z poprawą efektywności energetycznej zakładu. Ostateczna konfiguracja instalacji zależy od parametrów procesu, rodzaju i stężenia zanieczyszczeń oraz oczekiwanego sposobu wykorzystania odzyskanej energii.

Podczas konferencji SAMES Defence & Industrial Coating Systems Day będzie można porozmawiać bezpośrednio z ekspertami SciTeeX o doborze technologii redukcji emisji LZO, integracji instalacji z procesami produkcyjnymi oraz możliwościach odzysku energii.

[Program konferencji i rejestracja]