橡膠行業(yè)VOCs 治理技術(shù)解決方案

曹海洋 黃 燕 徐軍輝 田 平 張衛(wèi)明

（浙江卓錦環(huán)保科技股份有限公司，浙江 杭州310000）

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(dǎo)致其產(chǎn)能急速增長，整個(gè)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?！断鹉z制品工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB27632-2011）于2012 年底正式實(shí)施后，各地方標(biāo)準(zhǔn)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(gè)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(jī)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(jī)物（VOCs）等物質(zhì)?；鞜挳a(chǎn)生的懸浮顆粒物在空氣中長時(shí)間懸浮，會形成氣溶膠；各種有機(jī)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(yáng)的輕質(zhì)成分會產(chǎn)生粉塵；密煉機(jī)混煉過程中，由于混煉膠溫度高達(dá)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(xué)反應(yīng)，因而形成煉膠煙氣。煉膠煙氣成分復(fù)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(jī)烴類物質(zhì)。

煉膠廢氣成分復(fù)雜，且屬于大風(fēng)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(dǎo)致了設(shè)備投資大、運(yùn)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(yù)處理方法如下：

干式：濾材污染嚴(yán)重，設(shè)備阻力增加，需要經(jīng)常人為更換濾材，人員勞動強(qiáng)度大，有的被污染廢物需要按危廢進(jìn)行處理，運(yùn)行費(fèi)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(yù)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(jìn)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(yù)處理方法實(shí)際使用效果都不盡理想，因此急需一種對煉膠廢氣進(jìn)行高效、穩(wěn)定、較為徹底的預(yù)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(biāo)調(diào)研對廢氣的風(fēng)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(fēng)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(jìn)料口、母煉卸料口及終煉進(jìn)/卸料口3 個(gè)排口濃度較高，雙螺桿、開煉機(jī)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(dāng)前市場上主流的幾種治理工藝進(jìn)行了詳細(xì)的分析和論證，決定采用如下工藝路徑：

預(yù)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(qiáng)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(shí)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(fēng)量、低濃度的有機(jī)廢氣利用沸石分子篩進(jìn)行吸附和濃縮，然后利用高溫氣體進(jìn)行脫附，脫附后小風(fēng)量、高濃度氣體采用RTO 進(jìn)行燃燒分解，最終分解形成CO2和H2O，實(shí)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(jìn)入預(yù)處理設(shè)備1；預(yù)處理后的廢氣分兩路進(jìn)入二級過濾器2 和主工藝風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)6 在熱風(fēng)爐7 內(nèi)進(jìn)行換熱，進(jìn)入沸石轉(zhuǎn)輪脫附區(qū)進(jìn)行脫附；脫附后廢氣通過RTO 風(fēng)機(jī)9 進(jìn)入旋轉(zhuǎn)RTO 11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(yù)處理系統(tǒng)。預(yù)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(jìn)口的風(fēng)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(shí)，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(hù)除塵器濾袋。過濾層吸附將近飽和時(shí)（通過阻力設(shè)定），清灰程序啟動進(jìn)行反吹，去除濾袋表面粉餅，濾袋工況進(jìn)入下一個(gè)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(jì)6 個(gè)倉室（5 用1 備），分倉室清灰，除塵器始終有5 個(gè)倉室投運(yùn)。達(dá)到一定時(shí)間（或壓差）后，6#室切入運(yùn)行，替代原5 個(gè)運(yùn)行倉室中的一個(gè)室進(jìn)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(gè)倉室進(jìn)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(jìn)行監(jiān)測。除塵器灰斗設(shè)有高低料位，達(dá)到高料位時(shí)螺旋輸送機(jī)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(jìn)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(jìn)一步保護(hù)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(jì)，超壓時(shí)報(bào)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(gè)或兩個(gè)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(yùn)行時(shí)可變速。吸附區(qū)和脫附區(qū)域中裝有壓差計(jì)，用于監(jiān)測沸石是否堵塞。轉(zhuǎn)輪的脫附氣體進(jìn)出口都設(shè)置了熱電偶，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測脫附氣進(jìn)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regenerativethermal oxidizer）為蓄熱式熱氧化反應(yīng)器，原理是把有機(jī)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(yù)熱后續(xù)進(jìn)入爐體的有機(jī)廢氣，從而節(jié)省廢氣升溫的燃料消耗，降低運(yùn)行成本。

旋轉(zhuǎn)式RTO 結(jié)構(gòu)，燃燒室的容積保證了有機(jī)廢氣的燃燒時(shí)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(gè)固定床，其中5 個(gè)為進(jìn)氣區(qū)、5 個(gè)為排氣區(qū)、1 個(gè)吹掃區(qū)、1 個(gè)過渡區(qū)。在旋轉(zhuǎn)切換閥的作用下，各區(qū)呈步進(jìn)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(jìn)出口的風(fēng)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(shí)針方向旋轉(zhuǎn)360 度，最高可耐溫287℃，具有強(qiáng)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(dāng)于一個(gè)換熱器。其作用是：冷廢氣通過熱蓄熱體時(shí)，蓄熱體將貯存的熱量釋放，預(yù)熱后的氣體進(jìn)入燃燒室；燃燒后的熱凈化氣通過冷蓄熱體時(shí)，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(yùn)行，此套廢氣治理設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)完全滿足技術(shù)協(xié)議考核要求，排放濃度指標(biāo)遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)和地方標(biāo)準(zhǔn)。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(jī)構(gòu)檢測，處理后廢氣中各項(xiàng)指標(biāo)均遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)際檢測排放濃度見表2。

表2 排放濃度檢測

4 結(jié)論

針對煉膠車間產(chǎn)生的廢氣特點(diǎn)，采取“預(yù)處理+濃縮轉(zhuǎn)輪+RTO”的工藝方法進(jìn)行處理，處理后的廢氣排放指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)，可實(shí)現(xiàn)超低排放。

預(yù)處理設(shè)計(jì)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(xiàng)目已實(shí)施近1 年，二級過濾和濃縮轉(zhuǎn)輪的入口風(fēng)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(jìn)口材料，濃縮倍率可達(dá)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(yùn)行費(fèi)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(diǎn)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(dá)98%；臭氣濃度為280，去除效率達(dá)88.6%，各項(xiàng)指標(biāo)遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)。

隨著國家和各地方環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)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(jī)廢氣治理的發(fā)展方向。