Химия и технология лакокрасочных покрытий

ЗАЩИТА ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ

По имеющимся сведениям в России в 2007 г. при объеме потреб­ления лакокрасочных материалов около 1 млн. т до 75 % продукции приходилось на составы, содержащие органические растворители. Са­мое большое количество растворителей (в г/л) содержат органические смывки (до 850), грунтовки и эмали для окрашивания транспортных средств (500-700), мебельные нитратцеллюлозные и полиуретановые лаки (400-600), авторемонтные материалы (500-650). Минимальное количество растворителей приходится на строительные краски.

При работе с органорастворимыми материалами воздух, выбра­сываемый вентиляцией с окрасочных постов (распылительные и су­шильные камеры, местные вентиляционные отсосы и др.), всегда за­грязнен парами растворителей и нередко красочным аэрозолем. Счи­тают, что в момент нанесения лакокрасочного материала из пленки улетучивается в среднем 20 % имеющегося в нем растворителя, осталь­ное его количество удаляется при сушке. Концентрация растворителя в воздушных выбросах распылительных камер, по опыту различных предприятий, составляет 80-400 мг/м3, в газах, отходящих из сушиль­ных камер, достигает 3-5 г/м3. Эти концентрации сильно превосходят предельно допустимые в атмосферном воздухе населенных пунктов, которые для растворителей лежат в пределах 0,1—0,6 мг/м3.

Необходимость создания нормальной экологической обстановки требует соблюдения комплекса технологических мероприятий, на­правленных на снижение загрязнения атмосферы вентиляционными выбросами. Они сводятся:

1) к уменьшению валовых выбросов вредных выделений за счет замены экологически неполноценных лакокрасочных материалов на полноценные (водные и порошковые краски, материалы с высоким Сухим остатком) и применения более совершенного оборудования;

2) к очистке выбрасываемого воздуха.

В связи с тем что удельное потребление лакокрасочных материа­лов, содержащих органические растворители, все еще достаточно велико, важное значение имеет проблема очистки отходящих газов от растворителей и других вредных веществ.

Существуют разные способы очистки газов от присутствующих в них растворителей: конденсация, адсорбция, абсорбция, примене­ние полимерных мембран, термическое и каталитическое окисление,
биоочистка. Первые четыре способа связаны с выделением раствори­телей из газовой среды, их утилизацией; последние предусматривают перевод растворителей в экологически безвредные вещества. Слож­ный состав среды, повышенные температуры (80-250 °С), большие скорости движения газов, достигающие нескольких десятков метров в секунду, и относительно невысокая концентрация полезных ве­ществ затрудняют их выделение; утилизация растворителей из газо­вых выбросов сушильных установок в большинстве случаев оказы­вается нерентабельной.

Наибольшее применение нашла очистка газов, отходящих из су­шильных камер, способом окисления (дожигания). Различают окисле­ние термическое, проводимое при 700-1000 °С, каталитическое, осу­ществляемое на катализаторах при 300-400 °С, и посредством барь­ерного разряда; последний способ находится в стадии разработки.

Термический способ окисления не связан с применением катали­заторов, прост и эффективен. При температурах 900-1000 °С дости­гается практически полная очистка газов; в отдельных случаях окисле­ние растворителей удовлетворительно идет при 700-800 °С. Процесс очистки осуществляется следующим образом. Газы из сушильной камеры отсасываются вентилятором и направляются в теплообмен­ник, где подогреваются противоточно движущимися горячими газа­ми после очистки. После теплообменника загрязненные газы посту­пают в камеру сгорания, где с помощью газовых горелок температу­ра поднимается (в зависимости от состава растворителей) до 700- 1000 °С. Очищенные газы после теплообменника имеют высокую температуру, их используют вторично в сушильных установках и для других технических целей. Установки термического окисления мощностью до 60 тыс. м3/ч (по очищаемым газам) широко исполь­зуются за рубежом, а в последнее время и в нашей стране.

Рис. 12.2. Схема установки для каталитического окисле­ния паров растворителей:

1 - аппарат каталитического окисления; 2 - подогреватель;

3 - газовый теплообменник

Установки для очистки газов способом каталитического окисле­ния считаются более экономичными. На рис. 12.2 приведена схема такой установки. Наиболее активными являются платиновый и пал­ладиевый катализаторы (марки НИАГАЗ-ЗД, НИАГАЗ-8Д, НИАГАЗ- 10Д, НТК-4 и др.). Энергия активации каталитического окисления растворителей на платиновом катализаторе особенно низка: для соль­вента 45 кДж/моль, для толуола 50 кДж/моль. Это позволяет эффек­тивно проводить процесс, начиная с 280 °С. С повышением темпера­туры полнота окисления возрастает. Продуктами окисления являют­ся в основном С02 и Н20.

Очистка газов окислением сопровождается выделением значи­тельного количества теплоты. Так, при дожигании паров сольвента с концентрацией 5 г/м3 температура газов повышается примерно на

150 °С. Это позволяет на */3 компенсировать затраты теплоты на на­грев газовых выбросов до температуры их окисления. Наиболее эф­фективно работают установки, сблокированные с терморадиацион - но-конвективными сушильными камерами газового типа. Установки оснащены реакторами: прямоточным с газовым обогревом или сбло­кированным с рекуператором и имеющим электрообогрев; произво­дительность реакторов по газу достигает 12,5 тыс. м3/ч. До 80 % очи­щенных газов повторно направляется в сушильные установки, т. е. используется по прямому назначению, остальное количество приме­няют для других целей (подогрева воды, отопления и т. д.).

Очистка газовых выбросов естественно вызывает дополнитель­ные затраты, однако при полном использовании (утилизации) теп­лоты этих газов все затраты компенсируются и нередко достигается небольшая прибыль.