في عملية إنتاج طلاء السيارات، يأتي غاز نفايات الطلاء بشكل أساسي من عملية الرش والتجفيف

الملوثات المُنبعثة هي بشكل رئيسي: رذاذ الطلاء والمذيبات العضوية الناتجة عن رش الطلاء، والمذيبات العضوية الناتجة عن تطاير التجفيف. يأتي رذاذ الطلاء بشكل رئيسي من جزء طلاء المذيب في الهواء، ويتوافق تركيبه مع الطلاء المستخدم. أما المذيبات العضوية فتأتي بشكل رئيسي من المذيبات والمخففات المستخدمة في عملية استخدام الطلاء، ومعظمها انبعاثات متطايرة، وملوثاتها الرئيسية هي الزيلين والبنزين والتولوين وغيرها. لذلك، فإن المصدر الرئيسي للغازات الضارة المُنبعثة من الطلاء هو غرفة رش الطلاء وغرفة التجفيف وغرفة التجفيف.

1. طريقة معالجة غازات النفايات في خط إنتاج السيارات

1.1 مخطط معالجة غاز النفايات العضوية في عملية التجفيف

ينتمي الغاز المُفرَّغ من غرف تجفيف الرحلان الكهربائي، وطلاء الوسائط، وطلاء الأسطح إلى غازات النفايات عالية الحرارة والتركيز، وهي مناسبة لطريقة الحرق. حاليًا، تشمل إجراءات معالجة غازات النفايات الشائعة الاستخدام في عملية التجفيف: تقنية الأكسدة الحرارية المتجددة (RTO)، وتقنية الاحتراق الحفزي المتجدد (RCO)، ونظام الحرق الحراري لاستعادة TNV.

1.1.1 تقنية الأكسدة الحرارية من نوع التخزين الحراري (RTO)

المؤكسد الحراري (المؤكسد الحراري المتجدد، RTO) هو جهاز موفر للطاقة وصديق للبيئة، يُستخدم لمعالجة غازات النفايات العضوية المتطايرة متوسطة ومنخفضة التركيز. مناسب للكميات الكبيرة والتركيزات المنخفضة، وتركيزات غازات النفايات العضوية بين 100 و20000 جزء في المليون. يتميز بتكلفة تشغيل منخفضة، فعندما يتجاوز تركيز غازات النفايات العضوية 450 جزء في المليون، لا يحتاج جهاز RTO إلى إضافة وقود إضافي؛ كما يتميز بمعدل تنقية عالٍ، حيث يصل معدل تنقية RTO ثنائي الطبقات إلى أكثر من 98%، و99% لـ RTO ثلاثي الطبقات، دون أي تلوث ثانوي مثل أكاسيد النيتروجين؛ يتميز بتحكم تلقائي، وسهولة تشغيل، وأمان عالي.

يعتمد جهاز الأكسدة الحرارية المتجددة على طريقة الأكسدة الحرارية لمعالجة غازات النفايات العضوية ذات التركيزات المتوسطة والمنخفضة، ويُستخدم المبادل الحراري ذو طبقة التخزين الحراري الخزفية لاستعادة الحرارة. يتكون الجهاز من طبقة تخزين حراري خزفية، وصمام تحكم آلي، وغرفة احتراق، ونظام تحكم. ومن أهم مميزاته: صمام التحكم الآلي الموجود أسفل طبقة التخزين الحراري متصل بأنبوب السحب الرئيسي وأنبوب العادم الرئيسي على التوالي، ويتم تخزين غازات النفايات العضوية الداخلة إلى طبقة التخزين الحراري عن طريق التسخين المسبق باستخدام مادة تخزين حرارية خزفية لامتصاص الحرارة وإطلاقها؛ ثم يُؤكسد غازات النفايات العضوية المسخنة مسبقًا إلى درجة حرارة معينة (760 درجة مئوية) أثناء احتراق غرفة الاحتراق لتوليد ثاني أكسيد الكربون والماء، ثم يُنقى. يتكون الهيكل الرئيسي النموذجي لوحدة إعادة تدوير غازات النفايات (RTO) ثنائية الطبقة من غرفة احتراق واحدة، وطبقتي حشو خزفية، وأربعة صمامات تحويل. يمكن لمبادل الحرارة ذو طبقة التعبئة الخزفية المتجددة في الجهاز تحقيق استعادة حرارة قصوى تزيد عن 95%؛ ولا يُستخدم وقود أو يُستهلك القليل منه عند معالجة غازات النفايات العضوية.

المزايا: في التعامل مع التدفق العالي والتركيز المنخفض للغاز العضوي العادم، تكون تكلفة التشغيل منخفضة للغاية.

العيوب: استثمار مرتفع لمرة واحدة، درجة حرارة احتراق عالية، غير مناسبة لمعالجة تركيزات عالية من غاز النفايات العضوية، هناك الكثير من الأجزاء المتحركة، تحتاج إلى المزيد من أعمال الصيانة.

1.1.2 تقنية الاحتراق التحفيزي الحراري (RCO)

يُستخدم جهاز الاحتراق التحفيزي التجديدي (مؤكسد التحفيز التجديدي RCO) مباشرةً لتنقية غازات النفايات العضوية ذات التركيزات المتوسطة والعالية (1000-10000 ملغم/م3). تُعد تقنية معالجة RCO مناسبةً بشكل خاص للطلب العالي على معدل استرداد الحرارة، كما أنها مناسبة لخطوط الإنتاج نفسها، نظرًا لاختلاف المنتجات، حيث يتغير تكوين غازات النفايات أو يتقلب تركيزها بشكل كبير. وهو مناسبٌ بشكل خاص لاحتياجات استرداد الطاقة الحرارية للمؤسسات أو معالجة غازات النفايات في خطوط التجفيف الرئيسية، حيث يمكن استخدام استرداد الطاقة في خطوط التجفيف الرئيسية، مما يحقق هدف توفير الطاقة.

تقنية معالجة الاحتراق التحفيزي التجديدي هي تفاعل نموذجي بين الغاز والصلب، وهو في الواقع أكسدة عميقة لجزيئات الأكسجين التفاعلية. في عملية الأكسدة التحفيزية، يُثري امتزاز سطح المحفز جزيئات المتفاعلات عليه. يُسرّع المحفز، بفضل تقليل طاقة التنشيط، تفاعل الأكسدة ويُحسّن معدله. تحت تأثير المحفز النوعي، تتشكل المادة العضوية دون احتراق مؤكسد عند درجة حرارة ابتدائية منخفضة (250-300 درجة مئوية)، وتتحلل إلى ثاني أكسيد الكربون والماء، مُطلقةً كمية كبيرة من الطاقة الحرارية.

يتكون جهاز RCO بشكل أساسي من هيكل الفرن، وهيكل تخزين الحرارة التحفيزي، ونظام الاحتراق، ونظام التحكم الآلي، والصمام الآلي، والعديد من الأنظمة الأخرى. في عملية الإنتاج الصناعي، يدخل غاز العادم العضوي المُفرّغ إلى الصمام الدوار للمعدات عبر مروحة السحب المُستحثة، ويتم فصل غازي الدخول والخروج تمامًا عبر الصمام الدوار. يصل تخزين الطاقة الحرارية وتبادل الحرارة للغاز تقريبًا إلى درجة الحرارة المُحددة بواسطة الأكسدة التحفيزية للطبقة التحفيزية؛ ويستمر غاز العادم في التسخين عبر منطقة التسخين (سواءً بالتسخين الكهربائي أو بالغاز الطبيعي) ويحافظ على درجة الحرارة المُحددة؛ ثم يدخل الطبقة التحفيزية لإكمال تفاعل الأكسدة التحفيزية، أي أن التفاعل يُولّد ثاني أكسيد الكربون والماء، ويُطلق كمية كبيرة من الطاقة الحرارية لتحقيق تأثير المعالجة المطلوب. يدخل الغاز المُحفّز بواسطة الأكسدة إلى طبقة المادة الخزفية 2، وتُفرّغ الطاقة الحرارية في الغلاف الجوي عبر الصمام الدوار. بعد التنقية، تكون درجة حرارة العادم أعلى بقليل من درجة الحرارة قبل معالجة غازات العادم. يعمل النظام باستمرار ويتحول تلقائيًا. من خلال صمام الدوران، تُكمل جميع طبقات الحشو الخزفية مراحل دورة التسخين والتبريد والتنقية، ويمكن استعادة الطاقة الحرارية.

المزايا: تدفق العملية البسيط، المعدات المدمجة، التشغيل الموثوق به؛ كفاءة تنقية عالية، عمومًا أكثر من 98٪؛ درجة حرارة احتراق منخفضة؛ استثمار منخفض للتخلص منه، تكلفة تشغيل منخفضة، كفاءة استرداد الحرارة يمكن أن تصل عمومًا إلى أكثر من 85٪؛ العملية برمتها بدون إنتاج مياه الصرف الصحي، عملية التنقية لا تنتج تلوثًا ثانويًا بأكسيد النيتروجين؛ يمكن استخدام معدات تنقية RCO مع غرفة التجفيف، ويمكن إعادة استخدام الغاز النقي مباشرة في غرفة التجفيف، لتحقيق غرض توفير الطاقة وخفض الانبعاثات؛

العيوب: جهاز الاحتراق التحفيزي مناسب فقط لمعالجة غاز النفايات العضوية مع المكونات العضوية ذات نقطة الغليان المنخفضة ومحتوى الرماد المنخفض، ومعالجة غاز النفايات للمواد اللزجة مثل الدخان الزيتي غير مناسبة، ويجب تسميم المحفز؛ تركيز غاز النفايات العضوية أقل من 20٪.

1.1.3نظام حرق حراري من نوع إعادة التدوير TNV

نظام الحرق الحراري لإعادة التدوير (الحرق الحراري للأكسجين TNV) هو نظام تسخين يعتمد على الاحتراق المباشر للغاز أو الوقود، حيث يحتوي على مذيب عضوي. تحت تأثير درجات الحرارة العالية، تتأكسد جزيئات المذيب العضوي وتتحلل إلى ثاني أكسيد الكربون والماء. يحتاج غاز المداخن عالي الحرارة، من خلال دعم جهاز نقل الحرارة متعدد المراحل، إلى الهواء أو الماء الساخن، مما يُقلل من استهلاك الطاقة في النظام بأكمله. لذلك، يُعد نظام TNV حلاً فعالاً ومثالياً لمعالجة غازات النفايات المحتوية على مذيبات عضوية عندما تتطلب عملية الإنتاج طاقة حرارية عالية. يُستخدم نظام الحرق الحراري لاستعادة TNV في خطوط إنتاج طلاء الطلاء الكهربائي الجديد.

يتكون نظام TNV من ثلاثة أجزاء: نظام التسخين المسبق لغازات النفايات وحرقها، ونظام تسخين الهواء المتداول، ونظام تبادل الحرارة بالهواء النقي. يُعد جهاز التدفئة المركزية لحرق غازات النفايات في النظام الجزء الأساسي من TNV، والذي يتكون من جسم الفرن، وغرفة الاحتراق، والمبادل الحراري، والموقد، وصمام تنظيم المداخن الرئيسي. تتمثل آلية عملها في: باستخدام مروحة رأس عالية الضغط، سيتم إخراج غازات النفايات العضوية من غرفة التجفيف، وبعد التسخين المسبق لمبادل الحرارة المدمج في جهاز التدفئة المركزية لحرق غازات النفايات، إلى غرفة الاحتراق، ثم من خلال تسخين الموقد، عند درجة حرارة عالية (حوالي 750 درجة مئوية) إلى تحلل أكسدة غازات النفايات العضوية، وتحلل غازات النفايات العضوية إلى ثاني أكسيد الكربون والماء. يتم تفريغ غازات المداخن عالية الحرارة المتولدة من خلال المبادل الحراري وأنبوب غازات المداخن الرئيسي في الفرن. يسخن غازات المداخن المفرغة الهواء المتداول في غرفة التجفيف لتوفير الطاقة الحرارية اللازمة لغرفة التجفيف. يوجد جهاز لنقل الحرارة بالهواء النقي في نهاية النظام لاستعادة الحرارة المفقودة منه، وذلك للاستعادة النهائية. يُسخّن الهواء النقي المُكمّل من غرفة التجفيف بغاز المداخن، ثم يُرسل إلى غرفة التجفيف. كما يوجد صمام تنظيم كهربائي على خط أنابيب غاز المداخن الرئيسي، يُستخدم لضبط درجة حرارة غاز المداخن عند مخرج الجهاز، ويمكن التحكم في درجة حرارة انبعاث غاز المداخن النهائية عند حوالي 160 درجة مئوية.

تشمل خصائص جهاز التدفئة المركزية لحرق غاز النفايات ما يلي: وقت بقاء غاز النفايات العضوية في غرفة الاحتراق هو 1 ~ 2 ثانية ؛ معدل تحلل غاز النفايات العضوية أكثر من 99٪ ؛ يمكن أن يصل معدل استرداد الحرارة إلى 76٪ ؛ ويمكن أن تصل نسبة تعديل ناتج الموقد إلى 26 ∶ 1 ، حتى 40 ∶ 1.

العيوب: عند معالجة غاز النفايات العضوية منخفضة التركيز، تكون تكلفة التشغيل أعلى؛ المبادل الحراري الأنبوبي يعمل فقط بشكل مستمر، وله عمر طويل.

1.2 مخطط معالجة غاز النفايات العضوية في غرفة رش الطلاء وغرفة التجفيف

الغاز المنبعث من غرفة رش الطلاء وغرفة التجفيف منخفض التركيز، وعالي التدفق، وغاز عادم بدرجة حرارة الغرفة، ويتألف بشكل رئيسي من الهيدروكربونات العطرية، وإيثرات الكحول، والمذيبات العضوية الإسترية. حاليًا، تتمثل الطريقة الأجنبية الأكثر نضجًا في: أول تركيز لغازات النفايات العضوية لتقليل الكمية الإجمالية لغازات النفايات العضوية، مع أول طريقة امتزاز (الكربون المنشط أو الزيوليت كمادة ماصة) لامتصاص عادم طلاء الرش منخفض التركيز بدرجة حرارة الغرفة، مع نزع الغاز بدرجة حرارة عالية، وتركيز غاز العادم باستخدام الاحتراق الحفزي أو الاحتراق الحراري التجديدي.

1.2.1 جهاز امتصاص الكربون المنشط وتنقيته

باستخدام الفحم المنشط على شكل قرص العسل كمادة ماصة، مع الجمع بين مبادئ تنقية الامتزاز، وتجديد الامتزاز، وتركيز المركبات العضوية المتطايرة والاحتراق التحفيزي. يتم امتصاص كمية كبيرة من الهواء وتركيز منخفض من غازات النفايات العضوية من خلال امتزاز الكربون المنشط على شكل قرص العسل لتحقيق غرض تنقية الهواء. عندما يتشبع الكربون المنشط ثم يستخدم الهواء الساخن لتجديد الكربون المنشط، يتم إرسال المادة العضوية المركزة الممتصة إلى سرير الاحتراق التحفيزي للاحتراق التحفيزي. تتأكسد المادة العضوية إلى ثاني أكسيد الكربون والماء غير الضارين. تسخن غازات العادم الساخنة المحترقة الهواء البارد من خلال مبادل حراري، ويصدر بعض انبعاث غاز التبريد بعد التبادل الحراري. جزء للتجديد الممتص للفحم المنشط على شكل قرص العسل، لتحقيق غرض استخدام الحرارة المهدرة وتوفير الطاقة. يتكون الجهاز بالكامل من مرشح مسبق، سرير الامتزاز، سرير الاحتراق التحفيزي، مثبطات اللهب، المروحة ذات الصلة، الصمام، إلخ.

صُمم جهاز تنقية الكربون المنشط بالامتصاص والامتصاص وفقًا لمبدأي الامتزاز والاحتراق التحفيزي، باستخدام مسار غاز مزدوج مستمر، وغرفة احتراق تحفيزي، وسريري امتزاز بالتناوب. أولًا، يتم امتصاص غاز النفايات العضوية باستخدام الكربون المنشط، وعند التشبع السريع، يتم إيقاف الامتزاز، ثم يتم استخدام تدفق الهواء الساخن لإزالة المواد العضوية من الكربون المنشط لجعل الكربون المنشط يتجدد؛ تم تركيز المواد العضوية (تركيز أعلى بعشرات المرات من التركيز الأصلي) وإرسالها إلى غرفة الاحتراق التحفيزي، حيث يتم الاحتراق التحفيزي إلى ثاني أكسيد الكربون وتصريف بخار الماء. عندما يصل تركيز غاز النفايات العضوية إلى أكثر من 2000 جزء في المليون، يمكن لغاز النفايات العضوية الحفاظ على الاحتراق التلقائي في السرير التحفيزي دون تسخين خارجي. يتم تفريغ جزء من غاز عادم الاحتراق في الغلاف الجوي، ويتم إرسال معظمه إلى سرير الامتزاز لتجديد الكربون المنشط. هذا يُلبي احتراق وامتصاص الطاقة الحرارية المطلوبة، مما يُوفر الطاقة. يُمكن إدخال التجديد في عملية الامتصاص التالية؛ وفي عملية الامتصاص، يُمكن إجراء عملية التنقية بواسطة طبقة امتصاص أخرى، وهي مناسبة للتشغيل المستمر والمتقطع.

الأداء والخصائص التقنية: أداء مستقر، هيكل بسيط، آمن وموثوق، موفر للطاقة والعمالة، خالي من التلوث الثانوي. يغطي الجهاز مساحة صغيرة ووزن خفيف. مناسب جدًا للاستخدام بكميات كبيرة. يستخدم سرير الكربون المنشط، الذي يمتص غازات النفايات العضوية، غازات النفايات بعد الاحتراق التحفيزي لتجديد الإزالة، ثم يُرسل غاز الإزالة إلى غرفة الاحتراق التحفيزي لتنقيته، دون الحاجة إلى طاقة خارجية، مما يوفر الطاقة بشكل ملحوظ. عيبه هو قصر عمر الكربون المنشط وارتفاع تكلفة تشغيله.

1.2.2 جهاز تنقية الامتزاز بعجلة نقل الزيوليت

المكونات الرئيسية للزيوليت هي: السيليكون والألمنيوم، مع قدرة امتصاص عالية، ويمكن استخدامهما كمادة ماصة. يتميز مُشغِّل الزيوليت بخصائص فتحة الزيوليت الخاصة، مع قدرته على امتصاص وامتصاص الملوثات العضوية، مما يُقلل من تكلفة تشغيل معدات المعالجة النهائية للمركبات العضوية المتطايرة (VOC) منخفضة التركيز وعالية التركيز. يتميز هذا الجهاز بمواصفات مناسبة لمعالجة التدفقات الكبيرة والتركيزات المنخفضة، التي تحتوي على مجموعة متنوعة من المكونات العضوية. لكن عيبه هو ارتفاع تكلفة الاستثمار المبكر.

جهاز الامتزاز والتنقية بمسار الزيوليت هو جهاز تنقية غازي قادر على إجراء عملية امتزاز وامتصاص مستمرة. يُقسّم جانبا عجلة الزيوليت إلى ثلاث مناطق بواسطة جهاز مانع تسرب خاص: منطقة الامتزاز، ومنطقة الامتزاز (التجديد)، ومنطقة التبريد. آلية عمل النظام هي: تدور عجلة الزيوليت الدوارة باستمرار بسرعة منخفضة، ويدور الهواء عبر منطقة الامتزاز، ومنطقة الامتزاز (التجديد)، ومنطقة التبريد؛ وعندما يمر غاز العادم منخفض التركيز والحجم باستمرار عبر منطقة الامتزاز الخاصة بالمسار، يمتص زيوليت العجلة الدوارة المركبات العضوية المتطايرة الموجودة في غاز العادم، ويصدر انبعاثًا مباشرًا بعد الامتزاز والتنقية؛ يتم إرسال المذيب العضوي الممتص بواسطة العجلة إلى منطقة الامتزاز (التجديد) مع دوران العجلة، ثم مع حجم هواء صغير يتم تسخين الهواء بشكل مستمر من خلال منطقة الامتزاز، يتم تجديد المركبات العضوية المتطايرة الممتصة إلى العجلة في منطقة الامتزاز، يتم تفريغ غاز عادم المركبات العضوية المتطايرة مع الهواء الساخن؛ يمكن إعادة امتصاص العجلة إلى منطقة التبريد للتبريد، مع الدوران المستمر للعجلة الدوارة، يتم تنفيذ دورة الامتزاز والامتصاص والتبريد، مما يضمن التشغيل المستمر والمستقر لمعالجة غاز النفايات.

جهاز عداء الزيوليت هو في الأساس مُركّز، وينقسم غاز العادم المحتوي على مُذيب عضوي إلى قسمين: هواء نقي يُمكن تصريفه مباشرةً، وهواء مُعاد تدويره يحتوي على تركيز عالٍ من المُذيب العضوي. يُعاد تدوير الهواء النقي المُصرّف مباشرةً في نظام تهوية تكييف الهواء المُطلي؛ حيث يكون تركيز غاز المركبات العضوية المتطايرة (VOC) العالي حوالي عشرة أضعاف تركيزها قبل دخول النظام. يُعالَج الغاز المُركّز عن طريق حرق عالي الحرارة من خلال نظام حرق حراري لاستعادة TNV (أو معدات أخرى). تُستخدم الحرارة المُولّدة من الحرق لتسخين غرفة التجفيف وتسخين نزع الزيوليت على التوالي، وتُستغل طاقة الحرارة بالكامل لتحقيق تأثير توفير الطاقة وخفض الانبعاثات.

الأداء والخصائص التقنية: هيكل بسيط، صيانة سهلة، عمر خدمة طويل؛ كفاءة امتصاص وتجريد عالية، وتحويل حجم الرياح العالية الأصلي والغاز العادم منخفض التركيز VOC إلى حجم هواء منخفض والغاز العادم عالي التركيز، والحد من تكلفة معدات المعالجة النهائية الخلفية؛ انخفاض الضغط المنخفض للغاية، يمكن أن يقلل بشكل كبير من استهلاك الطاقة؛ إعداد النظام الشامل والتصميم المعياري، مع الحد الأدنى من متطلبات المساحة، وتوفير وضع التحكم المستمر وغير المأهول؛ يمكن أن تصل إلى معيار الانبعاثات الوطني؛ يستخدم الممتز الزيوليت غير القابل للاحتراق، والاستخدام أكثر أمانا؛ العيب هو الاستثمار لمرة واحدة بتكلفة عالية.