橡膠行業(yè)VOCs 治理技術(shù)解決方案
1、概述
隨著我國汽車保有量的不斷增加，橡膠輪胎需求量也逐年遞增，導致其產(chǎn)能急速增長，整個產(chǎn)業(yè)對環(huán)境的污染也逐年增大。橡膠行業(yè)主要污染包括廢水、廢氣、固（危）廢、噪聲等，其中廢氣（VOCs）問題較為突出。《橡膠制品工業(yè)污染物排放標準》（GB27632-2011）于2012年底正式實施后，各地方標準不斷出臺，相關(guān)要求大幅提升，橡膠工業(yè)環(huán)保壓力陡增環(huán)保問題已經(jīng)成為諸多輪胎企業(yè)生存和發(fā)展的“瓶頸”。輪胎生產(chǎn)可分為膠料制造、半成品制造（含壓出、壓延、裁斷、胎圈制造）、成型、硫化及成品檢測等5個工序。在輪胎生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢氣，含有90%以上的揮發(fā)性有機化合物，其中膠料制造（俗稱混煉）工序產(chǎn)生大量煙氣、顆粒物粉塵和揮發(fā)性有機物（VOCs）等物質(zhì)?；鞜挳a(chǎn)生的懸浮顆粒物在空氣中長時間懸浮，會形成氣溶膠；各種有機烴類和苯類對人體和環(huán)境產(chǎn)生巨大的危害，該階段是輪胎制造過程中產(chǎn)生污染物量較大的工段。
2、現(xiàn)存技術(shù)問題
混煉工序是輪胎生產(chǎn)的第一步，炭黑、氧化鋅以及小粉料中能夠飛揚的輕質(zhì)成分會產(chǎn)生粉塵；密煉機混煉過程中，由于混煉膠溫度高達140℃，橡膠助劑、膠料及芳烴油中某些成分將分解、揮發(fā)并發(fā)生化學反應(yīng)，因而形成煉膠煙氣。煉膠煙氣成分復雜，芳烴油產(chǎn)生有毒的烴類油霧，硫黃主要會產(chǎn)生硫化氫和二氧化硫等含硫氣體，天然膠和橡膠助劑產(chǎn)生有機烴類物質(zhì)。煉膠廢氣成分復雜，且屬于大風量、低濃度廢氣，常規(guī)而言所需處理設(shè)備容量（處理能力）極大，這就導致了設(shè)備投資大、運行能耗高、處理效率低等問題。目前國內(nèi)外針對橡膠廢氣常用的預處理方法如下：
干式：濾材污染嚴重，設(shè)備阻力增加，需要經(jīng)常人為更換濾材，人員勞動強度大，有的被污染廢物需要按危廢進行處理，運行費用較高，去除油霧和顆粒物不徹底，對后續(xù)設(shè)備危害較大。濕式：采用噴淋預處理，耗水量較大，系統(tǒng)龐大，對廢氣中油霧的去除效率不高，需要配套增加水處理系統(tǒng)以便對水中的油霧和炭黑塵進行處理，出口經(jīng)常帶水，對后續(xù)設(shè)備造成影響。以上兩種預處理方法實際使用效果都不盡理想，因此急需一種對煉膠廢氣進行高效、穩(wěn)定、較為徹底的預處理設(shè)備。
3、研究內(nèi)容和技術(shù)解決方案
廢氣相關(guān)指標調(diào)研對廢氣的風量和濃度的調(diào)研。為全面了解煉膠車間的污染物排放情況，我們選擇了國內(nèi)某輪胎廠煉膠車間作為研究對象（該輪胎廠具備完整的廢氣收集和排放管道），收集風量為40萬m3/h。通過FID連續(xù)監(jiān)測設(shè)備監(jiān)測膠料廢氣在母煉生產(chǎn)過程中的排放情況，監(jiān)測數(shù)據(jù)見表1。
根據(jù)表1監(jiān)測數(shù)據(jù)，有以下結(jié)論：膠料生產(chǎn)過程中各排口非甲烷總烴排放濃度差距較大，其中母煉進料口、母煉卸料口及終煉進/卸料口3個排口濃度較高，雙螺桿、開煉機濃度較低。
3.1處理工藝及方案結(jié)合廢氣中的主要成分和設(shè)備去除效率等因素，對當前市場上主流的幾種治理工藝進行了詳細的分析和論證，決定采用如下工藝路徑：預處理采用：袋式除塵器+噴消石灰（氫氧化鈣）粉末，利用消石灰粉末較強的吸附作用，起到除油及中和硫氧化物的作用；布袋除塵器過濾除塵效果極佳，并且可以實現(xiàn)分區(qū)自動清灰。后續(xù)處理設(shè)備采用：轉(zhuǎn)輪濃縮+RTO燃燒法相結(jié)合的廢氣處理工藝，將大風量、低濃度的有機廢氣利用沸石分子篩進行吸附和濃縮，然后利用高溫氣體進行脫附，脫附后小風量、高濃度氣體采用RTO進行燃燒分解，最終分解形成CO2和H2O，實現(xiàn)超低排放。整套處理系統(tǒng)的工藝流程見圖1。廢氣首先進入預處理設(shè)備1；預處理后的廢氣分兩路進入二級過濾器2和主工藝風機3；經(jīng)過沸石轉(zhuǎn)輪吸附區(qū)4的氣體，通過管道5直接排放；部分氣體通過脫附風機6在熱風爐7內(nèi)進行換熱，進入沸石轉(zhuǎn)輪脫附區(qū)進行脫附；脫附后廢氣通過RTO風機9進入旋轉(zhuǎn)RTO11燃燒；燃燒后氣體通過管道12排放入煙筒13。
表1煉膠車間的監(jiān)測參數(shù)
圖 1 處理系統(tǒng)工藝流程
3.2關(guān)鍵設(shè)備介紹（1）預處理系統(tǒng)。預處理系統(tǒng)包含了除塵器本體、回收料系統(tǒng)、新鮮料輸送系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)。系統(tǒng)采用人工解包將物料投放到儲斗中，在儲斗下端采用旋轉(zhuǎn)下料器下料，然后用稀相氣力輸灰方式，將消石灰輸送到除塵器進口的風管中，使其先均勻附著在濾袋表面形成3mm左右厚度的過濾層，煙氣中的油霧和水分在穿過過濾層時，被消
石灰充分接觸吸附，從而將煙氣中的油煙和水分去除，保護除塵器濾袋。過濾層吸附將近飽和時（通過阻力設(shè)定），清灰程序啟動進行反吹，去除濾袋表面粉餅，濾袋工況進入下一個循環(huán)。除塵器采用脈沖行噴吹清灰方式，袋式除塵器采用覆膜濾袋，起到防油防水的作用。共設(shè)計6個倉室（5用1備），分倉室清灰，除塵器始終有5個倉室投運。達到一定時間（或壓差）后，6#室切入運行，替代原5個運行倉室中的一個室進行隔離清灰，待該隔離除塵倉室清灰完畢后再切入原系統(tǒng)，替換下一個倉室進行隔離清灰，以此類推。過濾過程中，通過壓差監(jiān)測系統(tǒng)對除塵器壓差進行監(jiān)測。除塵器灰斗設(shè)有高低料位，達到高料位時螺旋輸送機開始排灰。除塵器灰斗內(nèi)的粉料會通過輸灰螺旋自動返回儲斗或外排，外排的消石灰作為固廢進行處理。（2）二級過濾。二級過濾采用F5、F8兩級過濾器，布置在布袋除塵器之后，可分別有效去除1～5μm的顆粒物，進一步保護沸石轉(zhuǎn)輪。二級過濾主要用于去除逃逸的對濃縮設(shè)備有害的粉塵、水分和油污。過濾器設(shè)置壓差計，超壓時報警更換濾材。（3）沸石濃縮轉(zhuǎn)輪裝置。沸石轉(zhuǎn)輪設(shè)備為筒式結(jié)構(gòu)，沸石模塊采用日本東洋紡的材料，采用蜂窩狀疏水性沸石分子篩加工而成，包括吸附區(qū)域和脫附區(qū)域。通常吸附區(qū)較大，而脫附區(qū)則為一個或兩個較小且面積相等處理側(cè)。沸石轉(zhuǎn)輪采用一組電動驅(qū)動設(shè)備以旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)輪，轉(zhuǎn)輪運行時可變速。吸附區(qū)和脫附區(qū)域中裝有壓差計，用于監(jiān)測沸石是否堵塞。轉(zhuǎn)輪的脫附氣體進出口都設(shè)置了熱電偶，用于實時監(jiān)測脫附氣進出口溫度，以便觀察脫附溫度控制系統(tǒng)是否正常。（4）旋轉(zhuǎn)式RTO蓄熱。燃燒裝置RTO（即regenerativethermaloxidizer）為蓄熱式熱氧化反應(yīng)器，原理是把有機廢氣加熱到800℃左右，控制好3T（time、temperature、turbulence），使廢氣中的VOCs氧化分解成二氧化碳和水。氧化產(chǎn)生的高溫氣體流經(jīng)特制的陶瓷蓄熱體，使陶瓷體升溫而“蓄熱”，此“蓄熱”用于預熱后續(xù)進入爐體的有機廢氣，從而節(jié)省廢氣升溫的燃料消耗，降低運行成本。旋轉(zhuǎn)式RTO結(jié)構(gòu)，燃燒室的容積保證了有機廢氣的燃燒時間，燃燒器火焰在燃燒室內(nèi)燃燒，內(nèi)部有足夠厚度的內(nèi)保溫。爐塔內(nèi)安裝熱交換媒介———蓄熱陶瓷。蓄熱陶瓷分為12個固定床，其中5個為進氣區(qū)、5個為排氣區(qū)、1個吹掃區(qū)、1個過渡區(qū)。在旋轉(zhuǎn)切換閥的作用下，各區(qū)呈步進式變化，每次換向只有16.7%陶瓷媒介改變氣流方向，減小RTO進出口的風壓波動，對前端生產(chǎn)線氣壓影響小。旋轉(zhuǎn)閥為旋轉(zhuǎn)式RTO的關(guān)鍵部件，用于空氣流動方向的切換，可按照順時針方向旋轉(zhuǎn)360度，最高可耐溫287℃，具有強力金屬密封圈確保排除的氣體和閥門持續(xù)接觸。蓄熱體做為RTO的重要部件，相當于一個換熱器。其作用是：冷廢氣通過熱蓄熱體時，蓄熱體將貯存的熱量釋放，預熱后的氣體進入燃燒室；燃燒后的熱凈化氣通過冷蓄熱體時，蓄熱體吸收凈化氣體的熱量，使氣體冷卻而蓄熱體本身被加熱（熱周期）。
3.3處理效果該系統(tǒng)于2018年1月正式投入運行，此套廢氣治理設(shè)備運行平穩(wěn)，各項技術(shù)指標完全滿足技術(shù)協(xié)議考核要求，排放濃度指標遠低于國家標準和地方標準。散發(fā)在廠區(qū)上空多年的橡膠臭味基本消失，居民投訴率同比下降74.5%。經(jīng)過第三方檢測機構(gòu)檢測，處理后廢氣中各項指標均遠遠低于國家標準。實際檢測排放濃度見表2。
4結(jié)論
針對煉膠車間產(chǎn)生的廢氣特點，采取“預處理+濃縮轉(zhuǎn)輪+RTO”的工藝方法進行處理，處理后的廢氣排放指標遠遠低于國家標準，可實現(xiàn)超低排放。預處理設(shè)計采用噴粉+布袋除塵器系統(tǒng)，可有效去除廢氣中的油分、顆粒物、硫化物等，該項目已實施近1年，二級過濾和濃縮轉(zhuǎn)輪的入口風道均沒有明顯油污，去油效果極佳。筒式濃縮轉(zhuǎn)輪，沸石模塊采用日本進口材料，濃縮倍率可達25倍，RTO采用旋轉(zhuǎn)式，這種組合方式大大節(jié)省占地面積，節(jié)約投資和運行費用。該技術(shù)基于云平臺的橡膠工廠RTO廢氣治理智慧控制系統(tǒng)，打造了管理信息化、控制自動化、點檢智能化、設(shè)備全壽命監(jiān)控的管理系統(tǒng)。處理后的顆粒物排放濃度為1.9mg/m3，去除效率為84.3%；非甲烷總烴排放濃度為1.0mg/m3，去除效率達98%；臭氣濃度為280，去除效率達88.6%，各項指標遠低于國家標準。隨著國家和各地方環(huán)保標準的不斷提高以及VOCs在線監(jiān)測系統(tǒng)與環(huán)保局聯(lián)網(wǎng)的普及，原來的環(huán)保技術(shù)越來越顯現(xiàn)出局限性，本工藝將成為煉膠車間、硫化車間有機廢氣治理的發(fā)展方向。
參考文獻
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