Os poluentes emitidos são principalmente: névoa de tinta e solventes orgânicos produzidos pela pintura por pulverização, e solventes orgânicos gerados durante a volatilização da secagem. A névoa de tinta provém principalmente da evaporação de solventes durante a pulverização a ar, e sua composição é compatível com a tinta utilizada. Os solventes orgânicos provêm principalmente dos solventes e diluentes utilizados no processo de aplicação das tintas, sendo a maioria emissões voláteis, e seus principais poluentes são xileno, benzeno, tolueno, entre outros. Portanto, a principal fonte de gases residuais nocivos emitidos na indústria de tintas é a cabine de pintura, a cabine de secagem e a cabine de secagem.
1. Método de tratamento de gases residuais em linha de produção de automóveis
1.1 Esquema de tratamento do gás residual orgânico no processo de secagem
O gás liberado pelas salas de secagem de eletroforese, revestimento intermediário e revestimento superficial é classificado como gás residual de alta temperatura e alta concentração, sendo adequado para incineração. Atualmente, as medidas de tratamento de gases residuais mais comuns no processo de secagem incluem: tecnologia de oxidação térmica regenerativa (RTO), tecnologia de combustão catalítica regenerativa (RCO) e sistema de incineração térmica com recuperação de TNV.
1.1.1 Tecnologia de oxidação térmica do tipo armazenamento térmico (RTO)
O oxidante térmico (Oxidante Térmico Regenerativo, RTO) é um dispositivo de proteção ambiental e economia de energia para o tratamento de gases residuais orgânicos voláteis de baixa e média concentração. É adequado para grandes volumes e baixas concentrações, com gases residuais orgânicos entre 100 PPM e 20.000 PPM. O custo operacional é baixo e, quando a concentração de gases residuais orgânicos é superior a 450 PPM, o dispositivo RTO não necessita de combustível auxiliar. A taxa de purificação é alta, podendo atingir mais de 98% em um RTO de dois leitos e mais de 99% em um RTO de três leitos, sem gerar poluição secundária como NOx. Possui controle automático, operação simples e alto nível de segurança.
O dispositivo de oxidação térmica regenerativa adota o método de oxidação térmica para tratar gases residuais orgânicos de concentração média e baixa, utilizando um trocador de calor com leito de armazenamento térmico cerâmico para recuperar o calor. É composto por um leito de armazenamento térmico cerâmico, válvula de controle automático, câmara de combustão e sistema de controle. As principais características são: a válvula de controle automático na parte inferior do leito de armazenamento térmico é conectada, respectivamente, aos tubos principais de admissão e exaustão; o leito de armazenamento térmico armazena calor pré-aquecendo os gases residuais orgânicos que entram no leito, absorvendo e liberando calor com o material cerâmico de armazenamento térmico; os gases residuais orgânicos pré-aquecidos a uma determinada temperatura (760 °C) são oxidados na câmara de combustão para gerar dióxido de carbono e água, sendo posteriormente purificados. A estrutura principal típica de um RTO de dois leitos consiste em uma câmara de combustão, dois leitos de enchimento cerâmico e quatro válvulas de comutação. O trocador de calor com leito de enchimento cerâmico regenerativo do dispositivo maximiza a recuperação de calor para mais de 95%; o consumo de combustível no tratamento de gases residuais orgânicos é mínimo ou inexistente.
Vantagens: Ao lidar com alto fluxo e baixa concentração de gases residuais orgânicos, o custo operacional é muito baixo.
Desvantagens: alto investimento inicial, alta temperatura de combustão, inadequado para o tratamento de gases residuais orgânicos em alta concentração, possui muitas peças móveis, necessitando de mais manutenção.
1.1.2 Tecnologia de combustão catalítica térmica (RCO)
O dispositivo de combustão catalítica regenerativa (Oxidador Catalítico Regenerativo RCO) é aplicado diretamente na purificação de gases residuais orgânicos de média e alta concentração (1000 mg/m³ a 10000 mg/m³). A tecnologia de tratamento RCO é especialmente adequada para altas demandas de recuperação de calor, mas também funciona bem em uma mesma linha de produção, visto que, devido à variação frequente na composição ou concentração dos gases residuais entre diferentes produtos, a tecnologia é indicada. É particularmente indicada para empresas que necessitam de recuperação de energia térmica ou para o tratamento de gases residuais em linhas de secagem, permitindo que a energia recuperada seja utilizada na própria linha de secagem, alcançando assim o objetivo de economia de energia.
A tecnologia de tratamento por combustão catalítica regenerativa é uma reação típica em fase gás-sólido, que consiste na oxidação profunda de espécies reativas de oxigênio. No processo de oxidação catalítica, a adsorção na superfície do catalisador faz com que as moléculas reagentes se concentrem nessa superfície. O efeito do catalisador na redução da energia de ativação acelera a reação de oxidação e melhora sua taxa. Sob a ação de um catalisador específico, a matéria orgânica sofre combustão sem oxidação a baixas temperaturas iniciais (250~300 °C), decompondo-se em dióxido de carbono e água, e liberando uma grande quantidade de energia térmica.
O dispositivo RCO é composto principalmente pelo corpo do forno, o corpo de armazenamento de calor catalítico, o sistema de combustão, o sistema de controle automático, a válvula automática e diversos outros sistemas. No processo de produção industrial, o gás orgânico residual entra na válvula rotativa do equipamento através do ventilador de tiragem induzida, sendo completamente separado do gás de entrada pelo gás de saída. O armazenamento e a troca de calor do gás quase atingem a temperatura definida pela oxidação catalítica na camada catalítica; o gás residual continua a ser aquecido na área de aquecimento (seja por aquecimento elétrico ou a gás natural) e mantido na temperatura definida; ele entra na camada catalítica para completar a reação de oxidação catalítica, ou seja, a reação gera dióxido de carbono e água, liberando uma grande quantidade de energia térmica para atingir o efeito de tratamento desejado. O gás catalisado pela oxidação entra na camada de material cerâmico 2, e a energia térmica é liberada para a atmosfera através da válvula rotativa. Após a purificação, a temperatura do gás residual é apenas ligeiramente superior à temperatura antes do tratamento. O sistema opera continuamente e alterna automaticamente. Por meio do funcionamento da válvula rotativa, todas as camadas de enchimento cerâmico completam as etapas do ciclo de aquecimento, resfriamento e purificação, e a energia térmica pode ser recuperada.
Vantagens: fluxo de processo simples, equipamento compacto, operação confiável; alta eficiência de purificação, geralmente acima de 98%; baixa temperatura de combustão; baixo investimento inicial, baixo custo operacional, eficiência de recuperação de calor geralmente superior a 85%; todo o processo sem geração de efluentes, o processo de purificação não produz poluição secundária por NOx; o equipamento de purificação de RCO pode ser usado com a câmara de secagem, o gás purificado pode ser reutilizado diretamente na câmara de secagem, atingindo o objetivo de economia de energia e redução de emissões;
Desvantagens: o dispositivo de combustão catalítica é adequado apenas para o tratamento de gases residuais orgânicos com componentes orgânicos de baixo ponto de ebulição e baixo teor de cinzas, não sendo adequado para o tratamento de gases residuais contendo substâncias viscosas, como fumaça oleosa, e exigindo o envenenamento do catalisador; a concentração de gases residuais orgânicos deve ser inferior a 20%.
1.1.3TNV Sistema de incineração térmica do tipo reciclagem
O sistema de incineração térmica de reciclagem (em alemão, Thermische Nachverbrennung - TNV) utiliza a combustão direta de gás ou combustível para aquecer gases residuais contendo solventes orgânicos. Sob a ação de altas temperaturas, as moléculas do solvente orgânico sofrem oxidação e decomposição em dióxido de carbono e água. Os gases de combustão em alta temperatura são então aquecidos por um dispositivo de transferência de calor de múltiplos estágios, que aquece o ar ou a água quente necessários para o processo produtivo. Dessa forma, a energia térmica dos gases residuais orgânicos é totalmente reciclada por oxidação e decomposição, reduzindo o consumo de energia de todo o sistema. Portanto, o sistema TNV é uma maneira eficiente e ideal de tratar gases residuais contendo solventes orgânicos em processos produtivos que exigem grande quantidade de energia térmica. Para a nova linha de produção de tinta eletroforética, o sistema de incineração térmica de recuperação TNV é geralmente adotado.
O sistema TNV consiste em três partes: sistema de pré-aquecimento e incineração de gases residuais, sistema de aquecimento do ar de circulação e sistema de troca de calor com ar fresco. O dispositivo central de aquecimento e incineração de gases residuais é a parte principal do sistema TNV, composto por corpo do forno, câmara de combustão, trocador de calor, queimador e válvula reguladora principal de gases de combustão. Seu processo de funcionamento é o seguinte: um ventilador de alta pressão aspira os gases residuais orgânicos da câmara de secagem, que, após o pré-aquecimento pelo trocador de calor integrado ao dispositivo central de aquecimento e incineração de gases residuais, são direcionados para a câmara de combustão. Em seguida, são aquecidos pelo queimador a alta temperatura (cerca de 750 °C) para a decomposição por oxidação dos gases residuais orgânicos, transformando-os em dióxido de carbono e água. Os gases de combustão gerados em alta temperatura são descarregados através do trocador de calor e do tubo principal de gases de combustão para dentro do forno. Esses gases aquecem o ar de circulação na câmara de secagem, fornecendo a energia térmica necessária para o processo. Um dispositivo de transferência de calor com ar fresco é instalado na extremidade do sistema para recuperar o calor residual e realizar a recuperação final do calor. O ar fresco proveniente da câmara de secagem é aquecido pelos gases de combustão e, em seguida, enviado para a câmara. Além disso, existe também uma válvula reguladora elétrica na tubulação principal de gases de combustão, que é utilizada para ajustar a temperatura dos gases na saída do equipamento, permitindo controlar a temperatura final dos gases de combustão emitidos em cerca de 160 °C.
As características do dispositivo de aquecimento central por incineração de gases residuais incluem: o tempo de permanência dos gases residuais orgânicos na câmara de combustão é de 1 a 2 segundos; a taxa de decomposição dos gases residuais orgânicos é superior a 99%; a taxa de recuperação de calor pode atingir 76%; e a taxa de ajuste da potência do queimador pode chegar a 26:1, podendo atingir até 40:1.
Desvantagens: no tratamento de gases residuais orgânicos de baixa concentração, o custo operacional é mais elevado; o trocador de calor tubular opera apenas em regime contínuo, tendo uma longa vida útil.
1.2 Esquema de tratamento de gases residuais orgânicos na cabine de pintura e na cabine de secagem
O gás liberado pelas cabines de pintura e secagem é um gás residual de baixa concentração, grande vazão e temperatura ambiente, sendo sua principal composição de poluentes hidrocarbonetos aromáticos, éteres de álcool e solventes orgânicos ésteres. Atualmente, o método mais consolidado no exterior consiste em: primeiro, concentrar o gás residual orgânico para reduzir a quantidade total de gases residuais orgânicos; em seguida, utilizar um método de adsorção (com carvão ativado ou zeólita como adsorvente) para adsorver gases residuais de pintura a jato de baixa concentração em temperatura ambiente; e, por fim, realizar a remoção do gás residual em alta temperatura, concentrando-o por meio de combustão catalítica ou combustão térmica regenerativa.
1.2.1 Dispositivo de adsorção-desorção e purificação de carvão ativado
Utilizando carvão ativado em formato de colmeia como adsorvente, e combinando os princípios de purificação por adsorção, regeneração por dessorção e concentração de COVs (Compostos Orgânicos Voláteis) e combustão catalítica, o sistema permite a purificação do ar com alto volume de ar e baixa concentração de gases residuais orgânicos através da adsorção pelo carvão ativado em formato de colmeia. Quando o carvão ativado está saturado, utiliza-se ar quente para sua regeneração. A matéria orgânica concentrada e dessorvida é enviada para o leito de combustão catalítica, onde é oxidada a dióxido de carbono e água, substâncias inofensivas. Os gases de exaustão quentes, após a combustão, aquecem o ar frio através de um trocador de calor. Parte do gás de resfriamento emitido após a troca de calor é utilizada para a regeneração por dessorção do carvão ativado em formato de colmeia, resultando no aproveitamento do calor residual e na economia de energia. O dispositivo completo é composto por pré-filtro, leito de adsorção, leito de combustão catalítica, retardante de chamas, ventilador, válvulas, etc.
O dispositivo de purificação por adsorção-dessorção de carvão ativado é projetado com base nos dois princípios fundamentais da adsorção e da combustão catalítica, utilizando um sistema de dupla circulação de gás em funcionamento contínuo, com uma câmara de combustão catalítica e dois leitos de adsorção operando alternadamente. Inicialmente, o carvão ativado adsorve os gases residuais orgânicos. Quando a adsorção é rapidamente saturada, ela é interrompida e, em seguida, um fluxo de ar quente é utilizado para remover a matéria orgânica do carvão ativado, promovendo sua regeneração. A matéria orgânica, após ser concentrada (a uma concentração dezenas de vezes maior que a original), é enviada para a câmara de combustão catalítica, onde ocorre a combustão catalítica, resultando na liberação de dióxido de carbono e vapor de água. Quando a concentração dos gases residuais orgânicos atinge mais de 2000 ppm, a combustão espontânea no leito catalítico é mantida sem a necessidade de aquecimento externo. Parte dos gases de combustão é liberada na atmosfera, enquanto a maior parte retorna ao leito de adsorção para a regeneração do carvão ativado. Isso permite o aproveitamento da energia térmica necessária para a combustão e a adsorção, alcançando o objetivo de economia de energia. O material regenerado pode então ser utilizado na próxima etapa de adsorção. Na dessorção, a operação de purificação pode ser realizada por outro leito de adsorção, adequado tanto para operação contínua quanto intermitente.
Desempenho e características técnicas: desempenho estável, estrutura simples, seguro e confiável, economia de energia e mão de obra, sem poluição secundária. O equipamento ocupa uma pequena área e é leve. Muito adequado para uso em grande escala. O leito de carvão ativado que adsorve gases residuais orgânicos utiliza o gás residual após a combustão catalítica para regeneração por arraste de gases, e o gás de arraste é enviado para a câmara de combustão catalítica para purificação, sem necessidade de energia externa, resultando em significativa economia de energia. A desvantagem é que o carvão ativado é escasso e seu custo operacional é alto.
1.2.2 Dispositivo de purificação por adsorção-dessorção com roda de transferência de zeólita
Os principais componentes da zeólita são: silício e alumínio, que possuem capacidade de adsorção e podem ser usados como adsorventes. O reator de zeólita utiliza as características da porosidade específica da zeólita, que permite a adsorção e dessorção de poluentes orgânicos, de modo que gases de exaustão com compostos orgânicos voláteis (COVs) de baixa e alta concentração possam ser tratados, reduzindo o custo operacional dos equipamentos de tratamento final. Suas características o tornam adequado para o tratamento de grandes vazões, baixas concentrações e diversos componentes orgânicos. A desvantagem é o alto investimento inicial.
O dispositivo de purificação por adsorção com rotor de zeólita é um equipamento de purificação de gases que realiza operações contínuas de adsorção e dessorção. Os dois lados do rotor de zeólita são divididos em três áreas por um dispositivo de vedação especial: área de adsorção, área de dessorção (regeneração) e área de resfriamento. O processo de funcionamento do sistema é o seguinte: o rotor de zeólita gira continuamente em baixa velocidade, circulando pelas áreas de adsorção, dessorção (regeneração) e resfriamento; quando o gás de exaustão de baixa concentração e volume passa continuamente pela área de adsorção do rotor, os COVs (Compostos Orgânicos Voláteis) presentes no gás de exaustão são adsorvidos pela zeólita do rotor, sendo liberados diretamente após adsorção e purificação; o solvente orgânico adsorvido pelo rotor é enviado para a zona de dessorção (regeneração) juntamente com a rotação do rotor, onde um pequeno volume de ar aquecido circula continuamente pela área de dessorção, regenerando os COVs adsorvidos pelo rotor. O gás de exaustão com COVs é então liberado juntamente com o ar quente. A roda para a área de resfriamento para resfriamento pode ser readsorvida. Com a rotação constante da roda, o ciclo de adsorção, dessorção e resfriamento é realizado, garantindo a operação contínua e estável do tratamento de gases residuais.
O dispositivo de zeólito é essencialmente um concentrador, e o gás de exaustão contendo solvente orgânico é dividido em duas partes: ar limpo, que pode ser descarregado diretamente, e ar reciclado com alta concentração de solvente orgânico. O ar limpo, que pode ser descarregado diretamente, é reciclado no sistema de ventilação do ar condicionado. A alta concentração de COVs (Compostos Orgânicos Voláteis) presente no gás é cerca de 10 vezes maior que a concentração de COVs antes de entrar no sistema. O gás concentrado é tratado por incineração em alta temperatura através de um sistema de incineração térmica com recuperação de TNV (ou outro equipamento). O calor gerado pela incineração é utilizado para aquecimento da câmara de secagem e para a remoção do solvente orgânico pelo zeólito, sendo a energia térmica totalmente aproveitada para alcançar o efeito de economia de energia e redução de emissões.
Desempenho e características técnicas: estrutura simples, fácil manutenção, longa vida útil; alta eficiência de absorção e remoção, convertendo gases residuais de alto volume e baixa concentração de COVs em gases residuais de baixo volume e alta concentração, reduzindo o custo dos equipamentos de tratamento final; queda de pressão extremamente baixa, reduzindo significativamente o consumo de energia; sistema completo e design modular, com requisitos mínimos de espaço, e oferece modo de controle contínuo e autônomo; atende aos padrões nacionais de emissão; o adsorvente utiliza zeólita não combustível, tornando seu uso mais seguro; a desvantagem é o alto custo do investimento inicial.
Data da publicação: 03/01/2023
