Pozitiva a negativa různých typů technologií
snižování emisí VOC provozů
povrchových úprav
Ing. Klára HAVRÁNKOVÁ
Za dobu zpřísnění legislativy v oblasti
ochrany ovzduší se jistě mnoho z nás,
výrobců, provozovatelů či dodavatelů
výrobních technologií již setkalo s různými druhy a typy likvidace plynných
emisí z povrchových úprav. Můžeme tedy říct, že máme zkušenosti a to jak pozitivní, tak i negativní. O těch negativních se však mnoho nemluví.
Metod likvidace plynných emisí, respektive emisí s obsahem VOC, je
Aplikace Termické oxidace na povrchové
úpravy kompresorů
opravdu mnoho. Liší se nejen svoji podstatnou, tedy způsobem likvidace, ale také investičními a provozními náklady na
daný typ likvidace.
Při realizaci většinou uplatňujeme následující postup (zejména při realizaci
provozů povrchových úprav), který přináší řadu otázek ve výběru vhodného
konceptu na snížení emisí VOC. Nejdříve je navržena vlastní technologie
vhodná pro povrchovou úpravu daného
typu výrobku, následně jsou zvoleny
optimální systémy nátěrových hmot
a v závěru přichází požadavek na co investičně a zároveň provozně nejúspornější systém redukce VOC. V řadě případů se realizovatelné řešení hledá velmi obtížně.
Na konečné řešení určující investiční
a provozní náklady u zařízení ke snížení emisí a provozní rizika mají zásadní
vliv následující parametry:
P o v r c h o v é ú p r a v y 4 / 2 0 11
■ provozní režim povrchových úprav,
■ objem a teplota odsávané vzdušiny,
■ provozní stavy a schopnost regulace
odsávací VZT,
■ způsob předfiltrace tuhých látek (filt-
rační materiály, suchá a mokrá metoda),
■ typ a vlastnosti těkavých organických
látek obsažených v nátěrových systémech a jejich koncentrace v odplynu,
■ stabilita používání zvoleného nátěrového systému nebo požadavek na
univerzálnost používaných nátěrových hmot.
Jednotlivé metody likvidace jsou pak
vhodné pro různě limitující rozsahy jednotlivých, výše uvedených charakteristik. Pro bližší představu uvedu stručnou
charakteristiku metod likvidace s jejich
výhodami a nevýhodami.
sorpce jako metoda likvidace VOC dobrou alternativou oxidačním metodám.
Sorpce na pevném loži aktivního uhlí
s desorpcí in situ
Tento typ sorpce se nejčastěji používá pro zdroje VOC – povrchové úpravy
s použitím rozpouštědlových barev. Jedná se o stříkání v boxech nebo na volné
ploše s odsávací stěnou. Tyto technologie nanášení nátěrových hmot jsou vybaveny odsávací vzduchotechnikou s výkony řádově v desítkách tisíc m3/h.
Adsorpce
Jedná se o princip reverzibilního záchytu těkavých organických látek na
aktivním povrchu. Vyčerpaná náplň je
při poklesu pod minimální účinnost nahrazena novou náplní, nebo je regenerována.
Z hlediska požárních rizik jsou používány dva základní druhy sorbentů: aktivní uhlí nebo nehořlavé sorbenty na bázi zeolitů, ty však pouze pro kontinuální
technologie rotačních adsorbérů s co nejmenším objemem náplně. V závislosti
na specifických poměrech může být ad-
Obnova sorpční kapacity je zajišťována u velkých zdrojů s prahovou spotřebou přes 5 tun/rok a s technologií pevného sorpčního lože vlastní desorpční
jednotkou. Po vyčerpání kapacity se náplň v adsorbéru regeneruje horkým
vzduchem, VOC v odplynech se likvidují v termické spalovně.
Aplikace Regenerativní termické
oxidace na povrchové úpravy
hliníkových nádob
Aplikace Likvidace VOC na pevném loži
aktivního uhlí s termickou oxidací na povrchové úpravy kolejových vozidel
Aplikace Likvidace VOC na zeolitovém rotoru s termickou oxidací na povrchové
úpracě tužek
9
Použití aktivního uhlí má i svá rizika, a to především v nutnosti omezení
používaných VOC u adsorbérů s aktivním uhlím. Vzhledem k tomu, že desorpci horkým vzduchem lze provádět
s teplotami 80 - 130 °C. Látky pro desorpci lze rozdělit do čtyř skupin:
I. Vhodné VOC
Patří sem xyleny, tolueny, benzeny,
lakový benzín, alkoholy, acetáty, metoxyetoxyacetáty, alkany, apod. – zde není problematické použití aktivního uhlí
i pro desorpci.
II. VOC s nižší účinností desorpce
Solventní nafta, benzinové frakce lehké i těžké, 2, 4, 6-tris (dimetylaminometyl) fenol, látky s bodem varu přes
300 oC – postupně zablokují sorpční kapacitu sorbentu, je možné periodicky odvézt na externí desorpci horkým dusíkem.
III. VOC s rizikem zapálení akt. uhlí
Do této skupiny VOC patří ketony
(aceton, MEK, MiBK...), cyklohexanon
apod. Podíl těchto látek je velmi rizikový, protože při styku s horkým povrchem
dochází k exotermnímu rozkladu a tím
k vývinu vysokých teplot. Postupně tedy
dochází ke zvyšování teploty v prostředí, které není inertní a může způsobit hoření sorbentu a poškození technologie.
Nikdy nelze nepoužít pro nátěrové hmoty s podílem ketonů vyšším jak 0-3 %
hmot. Vhodnější je vůbec nepoužít.
IV. VOC blokující sorpci
Typickým příkladem je styren – ten
zablokuje reakci sorpce, je třeba řešit
oxidační metodou.
Likvidace VOC na aktivním uhlí je
tedy investičně nejlevnější, avšak provozně nejdražší metoda s možnými bezpečnostními problémy.
Kontinuální sorpce a desorpce
s rotačním koncentrátorem
Jako bezpečná a BAT technologie pro
likvidaci emisí z provozů povrchových
úprav a to především pro kontinuální lakovny nebo provozy s konstantním
množstvím odtahované vzdušiny a koncentracemi VOC je vhodná technologie
s použitím rotačního koncentrátoru s náplní zeolitů. Tato technologie je vhodná
i pro procesy používající ketony (aceton,
MiBK a další) a pro objemy odplynů
10 000 – 500 000 m3/h, pro koncentrace VOC v rozmezí 0,1-1,0 g/m3/h. Pro
10
běžnou šířku výplně 400 mm voštinového zeolitu je předpokládaná účinnost
záchytu ca 85 - 90 %.
Organické látky se zachytávají
v sorpční části na povrchu pomocí mezimolekulárních sil, nepůsobí zde chemické vazby. Horkým vzduchem o teplotě až 250°C se potom desorbují v koncentračním poměru 1:8 až 1:25 dle zatížení vstupního odplynu. Desorpční
odplyn je veden do spalovací komory
s hořákem na zemní plyn, kde je trvale
udržována teplota v rozmezí 750 až
850 °C. Při uvedených teplotách dochází k oxidaci škodlivin v odplynu na
CO2 + H2O.
Pořízení systému RA+TNV vychází obecně o 5 - 20 % dráž než systém
AU+TNV.
U kontinuálních provozů (stálá koncentrace 200 - 900 mgVOC/Nm3, 2 až
3 směnný provoz) jsou provozní náklady systému RA+TNV stejné či nižší než
u systému AU+ TNV.
Obecně platí, že systém RA+TNV je
sice investičně mírně dražší, ale daleko
univerzálnější a bezpečnější než systém
AU+TNV.
Likvidace VOC pomocí sorpce na
syntetickém zeolitu je bezpečnou a spolehlivou alternativou k sorpci na aktivním uhlí. Není zde omezení používaných
látek. Provozní náklady jsou reálně výrazně nižší a to především pro dlouhou
životnost náplně a celého systému.
Termická oxidace
Oxidační metody likvidace plynných
emisí jsou založeny na principu termické či katalytické oxidace škodlivin na
CO2 a H2O.
Tato technologie patří doposud k BAT
technologiím a to s ohledem na emisní
účinnost zařízení, která se v tomto případě pohybuje až kolem 99 %.
Termická oxidace probíhá při teplotách cca 750 - 850°C v závislosti na typu VOC zatěžujících odplyn z výrobní technologie. Obecně platí, že tyto
technologie jsou použity pro provozy
s převážně kontinuálním provozem (či
alespoň dvousměnným), s koncentrací
VOC v odplynu od 0,5g/Nm3 a více.
Termická oxidace / Regenerativní
termická oxidace
Regenerativní termická oxidace je
velmi často využita při procesech povrchových úprav, a to především pro velmi nízké provozní náklady a takřka
absolutní svobodu výběru systému NH.
Základní část tvoří dvou(tří) komorový reaktor. Reaktorové komory jsou vyplněny keramickou voštinovou hmotou
pro akumulaci tepla. Reaktorové komory jsou v horní části propojeny oxidační
komorou, kde při teplotách 750 - 830°C
dochází k oxidaci uhlovodíků na CO2
a H2O.
Vyčištěný odplyn odchází z oxidační
komory přes voštinou keramickou hmotu, kde odevzdá část svého tepla. Při
změně proudění je toto teplo následně
využito pro předehřev vstupujícího odpadního vzduchu. Teplota předehřátého
odplynu je přibližně z 95 % rovna teplotě oxidační.
Střídání směru proudění přes jednotlivé reaktorové komory je realizováno pomocí pneumaticky ovládaných klapek.
Ohřev a udržování teploty v oxidační komoře je umožněno průmyslovým
hořákem na zemní plyn.
Likvidace VOC metodou termické
oxidace je nejlepší dostupná technologie
na trhu. Emisní účinnost této metody je
více než 95% a účinnost termická u RTO
až 99%. Tato metoda je také provozně
nejúspornější s nejdelší životností.
Katalytická oxidace
V neposlední řadě patří mezi běžné metody likvidace plynných emisí
z povrchových úprav i katalytická
oxidace. Tato metoda je založená na
exotermní reakci látek na katalytickém loži. V současné době existuje
rozsáhlá nabídka typů katalyzátorů,
které již částečně odbourávají nectnosti tohoto systému, jimiž jsou: krátká životnost katalyzátoru – cca 12000
hod. provozu, citlivost na katalytické jedy apod.
Technologie katalytické oxidace je
vhodná pro provoz od 1 - 4 g/Nm3
VOC. Pro předehřev je pak využito
částečně i rekuperace, případně regenerace tepla.
Katalytická oxidace ENETEX (kontakt na str. 8) se vyznačuje nízkou
spotřebou přídavného paliva, vysokou
regulační schopností ve vztahu
k množství, teplotě a obsahu spalitelných látek v odplynu a stabilní a dokonalou oxidací škodlivin v celém regulačním rozsahu.
Likvidace VOC metodou katalytické
oxidace patří k dlouholetým stálicím,
avšak ani pořizovací náklady, ani provozní – a to především z důvodu nutnosti výměny katalytického lože, nelze
považovat za nejnižší.
■
P o v r c h o v é ú p r a v y 4 / 2 0 11
Download

Pozitiva a negativa různých typů technologií