Các chất ô nhiễm thải ra chủ yếu là: sương sơn và dung môi hữu cơ sinh ra từ quá trình phun sơn, và dung môi hữu cơ sinh ra trong quá trình bay hơi khi sấy. Sương sơn chủ yếu đến từ phần dung môi phủ trong quá trình phun sơn bằng khí nén, và thành phần của nó phù hợp với loại sơn phủ được sử dụng. Dung môi hữu cơ chủ yếu đến từ các dung môi và chất pha loãng trong quá trình sử dụng sơn phủ, hầu hết chúng là khí thải dễ bay hơi, và các chất gây ô nhiễm chính là xylene, benzen, toluen, v.v. Do đó, nguồn chính của khí thải độc hại thải ra trong quá trình sơn phủ là phòng phun sơn, phòng sấy và phòng hong khô.
1. Phương pháp xử lý khí thải của dây chuyền sản xuất ô tô
1.1 Phương án xử lý khí thải hữu cơ trong quá trình sấy
Khí thải ra từ buồng sấy điện di, phủ lớp trung gian và phủ lớp bề mặt thuộc loại khí thải có nhiệt độ và nồng độ cao, thích hợp cho phương pháp đốt. Hiện nay, các biện pháp xử lý khí thải thường được sử dụng trong quá trình sấy bao gồm: công nghệ oxy hóa nhiệt tái sinh (RTO), công nghệ đốt xúc tác tái sinh (RCO) và hệ thống đốt nhiệt thu hồi TNV.
1.1.1 Công nghệ oxy hóa nhiệt kiểu lưu trữ nhiệt (RTO)
Thiết bị oxy hóa nhiệt (Thiết bị oxy hóa nhiệt tái sinh, RTO) là thiết bị tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường dùng để xử lý khí thải hữu cơ dễ bay hơi có nồng độ trung bình và thấp. Thích hợp cho khối lượng lớn, nồng độ thấp, phù hợp với nồng độ khí thải hữu cơ từ 100 PPM đến 20000 PPM. Chi phí vận hành thấp, khi nồng độ khí thải hữu cơ trên 450 PPM, thiết bị RTO không cần thêm nhiên liệu phụ trợ; tỷ lệ làm sạch cao, tỷ lệ làm sạch của RTO hai tầng có thể đạt trên 98%, tỷ lệ làm sạch của RTO ba tầng có thể đạt trên 99%, và không gây ô nhiễm thứ cấp như NOX; điều khiển tự động, vận hành đơn giản; độ an toàn cao.
Thiết bị oxy hóa nhiệt tái sinh sử dụng phương pháp oxy hóa nhiệt để xử lý khí thải hữu cơ có nồng độ trung bình và thấp, và sử dụng bộ trao đổi nhiệt dạng tầng tích nhiệt gốm để thu hồi nhiệt. Thiết bị bao gồm tầng tích nhiệt gốm, van điều khiển tự động, buồng đốt và hệ thống điều khiển. Các đặc điểm chính là: van điều khiển tự động ở đáy tầng tích nhiệt được kết nối với ống dẫn chính đầu vào và ống dẫn chính đầu ra tương ứng; tầng tích nhiệt lưu trữ nhiệt bằng cách làm nóng trước khí thải hữu cơ đi vào bằng vật liệu tích nhiệt gốm để hấp thụ và giải phóng nhiệt; khí thải hữu cơ được làm nóng trước đến một nhiệt độ nhất định (760℃) được oxy hóa trong buồng đốt để tạo ra carbon dioxide và nước, và được làm sạch. Cấu trúc chính của thiết bị RTO hai tầng điển hình bao gồm một buồng đốt, hai tầng tích nhiệt gốm và bốn van chuyển mạch. Bộ trao đổi nhiệt dạng tầng tích nhiệt gốm tái sinh trong thiết bị có thể tối đa hóa khả năng thu hồi nhiệt lên đến hơn 95%; hầu như không sử dụng nhiên liệu khi xử lý khí thải hữu cơ.
Ưu điểm: Khi xử lý khí thải hữu cơ có lưu lượng cao và nồng độ thấp, chi phí vận hành rất thấp.
Nhược điểm: chi phí đầu tư ban đầu cao, nhiệt độ đốt cao, không phù hợp để xử lý khí thải hữu cơ nồng độ cao, có nhiều bộ phận chuyển động, cần nhiều công tác bảo trì.
1.1.2 Công nghệ đốt xúc tác nhiệt (RCO)
Thiết bị đốt xúc tác tái sinh (Regenerative Catalytic Oxidizer - RCO) được ứng dụng trực tiếp trong việc xử lý khí thải hữu cơ có nồng độ trung bình và cao (1000 mg/m3-10000 mg/m3). Công nghệ xử lý RCO đặc biệt phù hợp với các doanh nghiệp có nhu cầu cao về tỷ lệ thu hồi nhiệt, đồng thời cũng thích hợp cho các dây chuyền sản xuất khác nhau, do thành phần khí thải thường thay đổi hoặc nồng độ khí thải biến động mạnh. Nó đặc biệt phù hợp với nhu cầu thu hồi năng lượng nhiệt của các doanh nghiệp hoặc xử lý khí thải đường ống sấy, và năng lượng thu hồi có thể được sử dụng cho đường ống sấy, nhằm mục đích tiết kiệm năng lượng.
Công nghệ xử lý đốt xúc tác tái sinh là một phản ứng pha khí-rắn điển hình, thực chất là quá trình oxy hóa sâu các chất oxy hoạt tính. Trong quá trình oxy hóa xúc tác, sự hấp phụ trên bề mặt chất xúc tác làm cho các phân tử chất phản ứng được làm giàu trên bề mặt chất xúc tác. Tác dụng của chất xúc tác trong việc giảm năng lượng hoạt hóa giúp tăng tốc phản ứng oxy hóa và cải thiện tốc độ phản ứng oxy hóa. Dưới tác dụng của chất xúc tác đặc hiệu, chất hữu cơ xảy ra quá trình đốt cháy oxy hóa không cần năng lượng ở nhiệt độ khởi đầu thấp (250~300℃), bị phân hủy thành carbon dioxide và nước, đồng thời giải phóng một lượng lớn năng lượng nhiệt.
Thiết bị RCO chủ yếu bao gồm thân lò, thân tích trữ nhiệt xúc tác, hệ thống đốt, hệ thống điều khiển tự động, van tự động và một số hệ thống khác. Trong quá trình sản xuất công nghiệp, khí thải hữu cơ được đưa vào van xoay của thiết bị thông qua quạt hút, và khí đầu vào và khí đầu ra được tách hoàn toàn qua van xoay. Quá trình tích trữ năng lượng nhiệt và trao đổi nhiệt của khí gần đạt đến nhiệt độ được thiết lập bởi quá trình oxy hóa xúc tác của lớp xúc tác; khí thải tiếp tục được làm nóng qua vùng gia nhiệt (bằng điện hoặc khí tự nhiên) và duy trì ở nhiệt độ đã thiết lập; nó đi vào lớp xúc tác để hoàn thành phản ứng oxy hóa xúc tác, tức là phản ứng tạo ra carbon dioxide và nước, và giải phóng một lượng lớn năng lượng nhiệt để đạt được hiệu quả xử lý mong muốn. Khí được xúc tác bởi quá trình oxy hóa đi vào lớp vật liệu gốm 2, và năng lượng nhiệt được thải ra khí quyển thông qua van xoay. Sau khi làm sạch, nhiệt độ khí thải sau khi làm sạch chỉ cao hơn một chút so với nhiệt độ trước khi xử lý khí thải. Hệ thống hoạt động liên tục và chuyển đổi tự động. Thông qua hoạt động của van xoay, tất cả các lớp vật liệu gốm hoàn thành các bước chu trình gia nhiệt, làm mát và làm sạch, và năng lượng nhiệt có thể được thu hồi.
Ưu điểm: quy trình đơn giản, thiết bị nhỏ gọn, vận hành đáng tin cậy; hiệu suất lọc cao, thường trên 98%; nhiệt độ đốt thấp; vốn đầu tư ban đầu thấp, chi phí vận hành thấp, hiệu suất thu hồi nhiệt thường đạt hơn 85%; toàn bộ quy trình không tạo ra nước thải, quá trình lọc không tạo ra ô nhiễm thứ cấp NOX; thiết bị lọc RCO có thể được sử dụng với phòng sấy, khí đã lọc có thể được tái sử dụng trực tiếp trong phòng sấy, nhằm mục đích tiết kiệm năng lượng và giảm phát thải;
Nhược điểm: thiết bị đốt xúc tác chỉ thích hợp để xử lý khí thải hữu cơ có thành phần hữu cơ điểm sôi thấp và hàm lượng tro thấp, không thích hợp để xử lý khí thải có chứa các chất dính như khói dầu, và chất xúc tác cần được khử độc; nồng độ khí thải hữu cơ dưới 20%.
1.1.3 Hệ thống đốt nhiệt tái chế TNV
Hệ thống đốt nhiệt tái chế (tiếng Đức: Thermische Nachverbrennung TNV) sử dụng khí hoặc nhiên liệu để đốt trực tiếp khí thải chứa dung môi hữu cơ. Dưới tác động của nhiệt độ cao, các phân tử dung môi hữu cơ bị oxy hóa phân hủy thành carbon dioxide và nước. Khí thải ở nhiệt độ cao được dẫn qua thiết bị truyền nhiệt nhiều tầng để làm nóng không khí hoặc nước nóng cần thiết cho quá trình sản xuất, giúp tái chế hoàn toàn năng lượng nhiệt từ quá trình oxy hóa phân hủy khí thải hữu cơ, giảm tiêu thụ năng lượng của toàn hệ thống. Do đó, hệ thống TNV là một phương pháp hiệu quả và lý tưởng để xử lý khí thải chứa dung môi hữu cơ khi quá trình sản xuất cần nhiều năng lượng nhiệt. Đối với dây chuyền sản xuất sơn phủ điện di mới, hệ thống đốt nhiệt tái chế TNV thường được sử dụng.
Hệ thống TNV bao gồm ba phần: hệ thống làm nóng sơ bộ và đốt khí thải, hệ thống sưởi ấm không khí tuần hoàn và hệ thống trao đổi nhiệt không khí tươi. Thiết bị làm nóng trung tâm đốt khí thải trong hệ thống là phần cốt lõi của TNV, bao gồm thân lò, buồng đốt, bộ trao đổi nhiệt, đầu đốt và van điều chỉnh ống khói chính. Quá trình hoạt động như sau: quạt áp suất cao sẽ hút khí thải hữu cơ từ phòng sấy, sau khi được làm nóng sơ bộ qua bộ trao đổi nhiệt tích hợp trong thiết bị làm nóng trung tâm đốt khí thải, khí thải sẽ được đưa vào buồng đốt, sau đó qua đầu đốt để làm nóng, ở nhiệt độ cao (khoảng 750℃) sẽ tiến hành quá trình oxy hóa phân hủy khí thải hữu cơ, phân hủy khí thải hữu cơ thành carbon dioxide và nước. Khí thải nhiệt độ cao được tạo ra sẽ được thải ra ngoài qua bộ trao đổi nhiệt và ống dẫn khí thải chính trong lò. Khí thải này làm nóng không khí tuần hoàn trong phòng sấy để cung cấp năng lượng nhiệt cần thiết cho phòng sấy. Một thiết bị truyền nhiệt không khí tươi được đặt ở cuối hệ thống để thu hồi nhiệt thải của hệ thống cho quá trình tái sử dụng cuối cùng. Không khí trong lành được bổ sung từ phòng sấy được làm nóng bằng khí thải rồi đưa vào phòng sấy. Ngoài ra, trên đường ống dẫn khí thải chính còn có một van điều chỉnh điện, dùng để điều chỉnh nhiệt độ khí thải ở đầu ra của thiết bị, giúp kiểm soát nhiệt độ khí thải cuối cùng ở mức khoảng 160℃.
Các đặc điểm của thiết bị sưởi trung tâm bằng cách đốt khí thải bao gồm: thời gian lưu lại của khí thải hữu cơ trong buồng đốt là 1~2 giây; tỷ lệ phân hủy khí thải hữu cơ đạt hơn 99%; tỷ lệ thu hồi nhiệt có thể đạt 76%; và tỷ lệ điều chỉnh công suất đầu đốt có thể đạt từ 26:1 đến 40:1.
Nhược điểm: khi xử lý khí thải hữu cơ nồng độ thấp, chi phí vận hành cao hơn; bộ trao đổi nhiệt dạng ống chỉ hoạt động liên tục, có tuổi thọ cao.
1.2 Phương án xử lý khí thải hữu cơ trong phòng phun sơn và phòng sấy
Khí thải ra từ phòng phun sơn và phòng sấy có nồng độ thấp, lưu lượng lớn và ở nhiệt độ phòng, thành phần ô nhiễm chính là hydrocarbon thơm, ete rượu và dung môi hữu cơ este. Hiện nay, phương pháp tiên tiến hơn ở nước ngoài là: trước tiên cô đặc khí thải hữu cơ để giảm tổng lượng khí thải hữu cơ, sau đó sử dụng phương pháp hấp phụ (than hoạt tính hoặc zeolit làm chất hấp phụ) để hấp phụ khí thải phun sơn ở nhiệt độ phòng với nồng độ thấp, tiếp theo là phương pháp tách khí ở nhiệt độ cao, và khí thải đã được cô đặc sử dụng phương pháp đốt xúc tác hoặc đốt nhiệt tái sinh.
1.2.1 Thiết bị hấp phụ - giải hấp và tinh chế bằng than hoạt tính
Sử dụng than hoạt tính dạng tổ ong làm chất hấp phụ, kết hợp với các nguyên lý làm sạch bằng hấp phụ, tái tạo bằng giải hấp và cô đặc VOC cùng với quá trình đốt xúc tác, hệ thống sử dụng than hoạt tính dạng tổ ong với lưu lượng không khí cao và nồng độ khí thải hữu cơ thấp để làm sạch không khí thông qua quá trình hấp phụ. Khi than hoạt tính bão hòa, không khí nóng được sử dụng để tái tạo than hoạt tính. Chất hữu cơ cô đặc được giải hấp sẽ được đưa đến buồng đốt xúc tác để đốt cháy. Chất hữu cơ được oxy hóa thành carbon dioxide và nước không độc hại. Khí thải nóng sau khi đốt sẽ được làm nóng bằng không khí lạnh thông qua bộ trao đổi nhiệt. Một phần khí làm mát được thải ra sau khi trao đổi nhiệt, một phần dùng để tái tạo bằng giải hấp than hoạt tính dạng tổ ong, nhằm mục đích tận dụng nhiệt thải và tiết kiệm năng lượng. Toàn bộ thiết bị bao gồm bộ lọc sơ cấp, buồng hấp phụ, buồng đốt xúc tác, chất chống cháy, quạt, van, v.v.
Thiết bị lọc và làm sạch bằng hấp phụ-giải hấp than hoạt tính được thiết kế dựa trên hai nguyên lý cơ bản là hấp phụ và đốt xúc tác, sử dụng hệ thống hoạt động liên tục hai đường dẫn khí, một buồng đốt xúc tác và hai lớp hấp phụ được sử dụng luân phiên. Đầu tiên, khí thải hữu cơ được than hoạt tính hấp phụ, khi đạt trạng thái bão hòa nhanh thì dừng quá trình hấp phụ, sau đó sử dụng luồng khí nóng để loại bỏ chất hữu cơ khỏi than hoạt tính nhằm tái tạo than hoạt tính; chất hữu cơ đã được cô đặc (nồng độ cao hơn hàng chục lần so với ban đầu) và được đưa vào buồng đốt xúc tác để đốt cháy thành khí carbon dioxide và hơi nước. Khi nồng độ khí thải hữu cơ đạt trên 2000 PPm, khí thải hữu cơ có thể tự cháy trong lớp xúc tác mà không cần gia nhiệt bên ngoài. Một phần khí thải sau quá trình đốt được thải ra khí quyển, phần lớn được đưa trở lại lớp hấp phụ để tái tạo than hoạt tính. Điều này đáp ứng được nhu cầu năng lượng nhiệt cho quá trình đốt cháy và hấp phụ, đạt được mục đích tiết kiệm năng lượng. Sau khi tái tạo, than hoạt tính có thể chuyển sang giai đoạn hấp phụ tiếp theo; trong giai đoạn giải hấp, quá trình làm sạch có thể được thực hiện bởi một lớp hấp phụ khác, phù hợp cho cả hoạt động liên tục và hoạt động gián đoạn.
Đặc tính và hiệu năng kỹ thuật: hiệu suất ổn định, cấu trúc đơn giản, an toàn và đáng tin cậy, tiết kiệm năng lượng và nhân công, không gây ô nhiễm thứ cấp. Thiết bị chiếm diện tích nhỏ và có trọng lượng nhẹ. Rất phù hợp để sử dụng với khối lượng lớn. Giường than hoạt tính hấp phụ khí thải hữu cơ sử dụng khí thải sau quá trình đốt xúc tác để tái tạo bằng phương pháp tách chiết, và khí tách chiết được đưa đến buồng đốt xúc tác để làm sạch, không cần năng lượng bên ngoài, hiệu quả tiết kiệm năng lượng rất đáng kể. Nhược điểm là lượng than hoạt tính ít và chi phí vận hành cao.
1.2.2 Thiết bị tinh chế hấp phụ-giải hấp bằng bánh xe chuyển Zeolit
Các thành phần chính của zeolit là: silic, nhôm, có khả năng hấp phụ, có thể được sử dụng làm chất hấp phụ; bộ lọc zeolit sử dụng đặc tính kích thước lỗ rỗng đặc trưng của zeolit với khả năng hấp phụ và giải hấp các chất ô nhiễm hữu cơ, giúp xử lý khí thải VOC có nồng độ thấp và cao, từ đó giảm chi phí vận hành của thiết bị xử lý cuối cùng. Đặc điểm thiết bị là phù hợp cho việc xử lý lưu lượng lớn, nồng độ thấp, chứa nhiều loại hợp chất hữu cơ. Nhược điểm là chi phí đầu tư ban đầu cao.
Thiết bị lọc và hấp phụ bằng bánh xe zeolite là thiết bị lọc khí có khả năng thực hiện liên tục quá trình hấp phụ và giải hấp. Hai mặt của bánh xe zeolite được chia thành ba khu vực bằng thiết bị niêm phong đặc biệt: khu vực hấp phụ, khu vực giải hấp (tái sinh) và khu vực làm mát. Quá trình hoạt động của hệ thống như sau: bánh xe zeolite quay liên tục ở tốc độ thấp, tuần hoàn qua khu vực hấp phụ, khu vực giải hấp (tái sinh) và khu vực làm mát; Khi khí thải có nồng độ thấp và lưu lượng lớn liên tục đi qua khu vực hấp phụ của bánh xe, VOC trong khí thải được zeolite của bánh xe quay hấp phụ, sau đó được thải trực tiếp ra ngoài sau quá trình hấp phụ và làm sạch; Dung môi hữu cơ được bánh xe hấp phụ được đưa đến khu vực giải hấp (tái sinh) cùng với sự quay của bánh xe, sau đó một lượng nhỏ không khí nóng được thổi liên tục qua khu vực giải hấp, VOC được hấp phụ trên bánh xe được tái sinh trong khu vực giải hấp, khí thải VOC được thải ra cùng với không khí nóng; Bánh xe đưa vào khu vực làm mát để làm mát và tái hấp phụ. Với sự quay liên tục của bánh xe, chu trình hấp phụ, giải hấp và làm mát được thực hiện, đảm bảo hoạt động liên tục và ổn định của quá trình xử lý khí thải.
Thiết bị dẫn xuất zeolite về cơ bản là một thiết bị cô đặc, và khí thải chứa dung môi hữu cơ được chia thành hai phần: không khí sạch có thể thải trực tiếp và không khí tuần hoàn chứa nồng độ dung môi hữu cơ cao. Không khí sạch có thể thải trực tiếp và được tuần hoàn trong hệ thống thông gió điều hòa không khí; nồng độ khí VOC cao gấp khoảng 10 lần nồng độ VOC trước khi vào hệ thống. Khí cô đặc được xử lý bằng phương pháp đốt ở nhiệt độ cao thông qua hệ thống đốt nhiệt thu hồi TNV (hoặc thiết bị khác). Nhiệt lượng sinh ra từ quá trình đốt được sử dụng để sưởi ấm buồng sấy và sưởi ấm quá trình tách zeolite, và năng lượng nhiệt được tận dụng tối đa để đạt được hiệu quả tiết kiệm năng lượng và giảm phát thải.
Đặc tính và hiệu năng kỹ thuật: cấu trúc đơn giản, dễ bảo trì, tuổi thọ cao; hiệu suất hấp thụ và tách cao, chuyển đổi khí thải VOC nồng độ thấp và lưu lượng gió cao thành khí thải nồng độ cao và lưu lượng gió thấp, giảm chi phí thiết bị xử lý cuối; tổn thất áp suất cực thấp, giúp giảm đáng kể mức tiêu thụ năng lượng; thiết kế hệ thống tổng thể theo dạng mô-đun, yêu cầu không gian tối thiểu và cung cấp chế độ điều khiển liên tục và không người lái; đáp ứng tiêu chuẩn khí thải quốc gia; chất hấp phụ sử dụng zeolite không cháy, an toàn hơn khi sử dụng; nhược điểm là chi phí đầu tư một lần cao.
Thời gian đăng: 03-01-2023
