漳州市龍海區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)綜合執(zhí)法大隊(duì) 朱忠順

一、前言

節(jié)能減排關(guān)系著工業(yè)的發(fā)展和環(huán)境的保護(hù)，是我國(guó)重要的發(fā)展策略，國(guó)家也出臺(tái)了相關(guān)的政策，比如在1月24日頒發(fā)的《“十四五”節(jié)能減排綜合工作方案》，在此方案中對(duì)我國(guó)的節(jié)能減排有著明確要求，2025年國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值所消耗的能源要比2020年下降13.5%，使能源消費(fèi)總量更加合理，揮發(fā)性有機(jī)物總量會(huì)比2020年下降10%以上，其他如化學(xué)需氧量下降8%，氨氮下降8%。

為認(rèn)真貫徹落實(shí)黨中央、國(guó)務(wù)院重大決策部署，大力推動(dòng)節(jié)能減排，打好污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)，加快建立健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展經(jīng)濟(jì)體系，推進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型，助力實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)，揮發(fā)性有機(jī)物治理工程列入主要目標(biāo)之一。

隨著人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)，國(guó)家對(duì)橡膠行業(yè)的污染也更加重視，并在2011年出臺(tái)了《橡膠制品工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，對(duì)橡膠廢氣的治理引發(fā)了社會(huì)各界的關(guān)注。

本文以某橡膠輪胎制造公司為例，淺談廢氣治理技術(shù)的應(yīng)用。該企業(yè)以生產(chǎn)輪胎為主，密煉車間有多條生產(chǎn)線，在其生產(chǎn)過程中，從加促投料和卸料、未促投料、晾干和卸料的過程中排出含工業(yè)粉塵、H2S、SO2、硫醇類、烷烴、芳香烴、酰胺、甲苯等廢氣，廢氣組分復(fù)雜，主觀氣味會(huì)造成周圍居民投訴，需要進(jìn)行環(huán)保裝置后處理，以達(dá)標(biāo)排放。

二、案例分析

（一）廢氣污染源強(qiáng)分析

某橡膠車間在生產(chǎn)過程中，有折碳、倒碳、加促投料和卸料、未促投料和卸料、晾干五個(gè)生產(chǎn)點(diǎn)的尾氣從不同的車間排出，現(xiàn)統(tǒng)計(jì)參數(shù)如表1。

表1 統(tǒng)計(jì)參數(shù)

（二）密煉煙氣的來源

密煉車間：密煉車間的危害煙塵有很多，其主要產(chǎn)生的原因來自密煉、開練、膠片的壓延等工序，危害煙塵主要是由輕質(zhì)粉末造成的，比如，容易產(chǎn)生輕質(zhì)成分的炭黑、氧化鋅等。此外，還會(huì)產(chǎn)生一定的有毒氣體，硫磺超速促進(jìn)劑產(chǎn)生硫化物，具體內(nèi)容如下：

(1)生膠

生膠可以分為天然膠以及合成橡膠，是一種固定的高分子體系，在進(jìn)行混煉時(shí)并不會(huì)生成有害氣體，只會(huì)揮發(fā)一些烴類物質(zhì)，在污染物中是占比最小的。

(2)炭黑

主要產(chǎn)生粉塵粒子，是煙氣中粉塵的主要來源。

(3)密煉助劑

助劑有很多種，大部分助劑都是有機(jī)化合物，這樣在混煉溫度下極易產(chǎn)生有害的氣體。在密煉過程中污染物主要來自小藥部分。

活化劑：配方成分有醋酸乙酯、丁酮、甲苯等,還包含酯、醚、苯、醇類。

促進(jìn)劑：有兩種促進(jìn)劑，有機(jī)硫化促進(jìn)劑和無機(jī)硫化促進(jìn)劑。無機(jī)硫化劑主要有氧化鋅和氧化鎂，其作用主要為促進(jìn)劑作用，在生產(chǎn)中主要應(yīng)用有機(jī)硫化促進(jìn)劑，主要有硫化促進(jìn)劑M、硫化促進(jìn)劑D等，是有機(jī)化合物，主要含氮和氧。

防老劑：種類非常多，各有各的作用，但是基本上都是氮氧化物，不溶于水，溶于有機(jī)溶劑中，例如防老劑D會(huì)分解生成氧化氮煙氣，防老劑4010NA有毒，能溶于油類。

防焦劑：可以用作橡膠防焦劑的化學(xué)品有三類，即有機(jī)酸類、亞硝基化合物類和次磺酰胺類。

(4)油料軟化劑

主要可以分為三大類，一是石蠟基橡膠油，二是環(huán)烷基橡膠油，三是芳香基橡膠油。污染最嚴(yán)重的是芳香基油，應(yīng)用最廣泛的是環(huán)烷基，毒性比較小。

(5)硫磺和超速促進(jìn)劑

主要產(chǎn)生硫化氫和二氧化硫等硫化物氣體，污染嚴(yán)重。

通過以上的分析，橡膠密煉車間的廢氣主要成分為煙塵、二氧化硫、硫化氫、TVOC(總揮發(fā)性有機(jī)物)。

（三）廢氣治理技術(shù)對(duì)比和選擇

廢氣的治理主要是針對(duì)有機(jī)廢氣污染物進(jìn)行的，這類廢氣污染物種類非常多，具備的特性也各不相同，在治理上采用的常用方法主要有：冷凝法、吸收法、燃燒法、催化法、吸附法等，而隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，一些國(guó)外的新技術(shù)也被應(yīng)用，如生物法和低溫等離子法。橡膠行業(yè)混煉后產(chǎn)生的廢氣中，有一些有機(jī)物是很難被去除的，使用最常用的噴淋吸收都不能有效進(jìn)行清除，而燃燒法存在一定的缺點(diǎn)，如耗能大，就算采用燃燒法也不能把含硫的化合物去除掉。而生物法和低溫等離子法是比較先進(jìn)的處理技術(shù)，但也有一定的缺點(diǎn)，處理效率低、設(shè)備的穩(wěn)定性還不能得到完全保證。吸附法雖然沒有這些缺點(diǎn)，但容易飽和，吸附裝置達(dá)到飽和后會(huì)產(chǎn)生風(fēng)阻。此外，舊式活性炭需要進(jìn)行頻繁更換，清理起來比較麻煩，無法單獨(dú)完成密煉車間廢氣處理任務(wù)。故本方案設(shè)計(jì)內(nèi)容采用國(guó)際上領(lǐng)先的沸石轉(zhuǎn)輪濃縮工藝。

三、檢測(cè)數(shù)據(jù)分析

見表2、表3。

表2 排氣筒有機(jī)廢氣經(jīng)處理后的檢測(cè)數(shù)據(jù)

表3 排氣筒有機(jī)廢氣經(jīng)處理后的檢測(cè)數(shù)據(jù)

說明：廢氣經(jīng)過轉(zhuǎn)輪+燃燒治理后，各排污指數(shù)有效降低，污染物總量有效減少。

四、設(shè)備介紹

（一）干式過濾器

過濾材料選用目前凈化效率最高的玻璃纖維網(wǎng)，這種干式過濾材料是根據(jù)污染物凈化的特點(diǎn)專業(yè)開發(fā)出來的，它由玻璃纖維多層復(fù)合而成，密度隨著厚度逐漸增大，后面用一層不同材質(zhì)起支撐作用，具有高效、容量大、運(yùn)行費(fèi)用低、阻燃等特點(diǎn)。為了保證凈化的高效率，保證排放氣體符合國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)，過濾箱采用四級(jí)過濾的辦法，在第二級(jí)中效過濾的基礎(chǔ)上再進(jìn)行第一級(jí)高效過濾，而且第四級(jí)過濾材料更均勻，密度更高，孔徑更細(xì)，四級(jí)過濾后顆粒的凈化率可達(dá)到95%以上。

（二）濃縮設(shè)備

（1）高性能·高效率

將吸附性極好的疏水性分子篩作為吸附劑使用，對(duì)于橡膠行業(yè)的VOC種類，不同的各種運(yùn)轉(zhuǎn)條件，都可以充分發(fā)揮其性能。

（2）高沸點(diǎn)溶劑的處理

使用疏水性分子篩時(shí)，利用不燃性，高耐熱性的特點(diǎn)可以在高溫條件下再生。因此,對(duì)于使用活性炭時(shí)因?yàn)橛性偕鷾囟认拗贫鵁o法處理的高沸點(diǎn)VOC,也能夠處理。

（3）惰性

即使是苯乙烯和環(huán)己酮等具有熱聚合性高的VOC，也能使用疏水性分子篩高效率地進(jìn)行處理。

（4）壽命長(zhǎng)

壽命長(zhǎng)達(dá)3年，這是濃縮設(shè)備的優(yōu)勢(shì)，避免進(jìn)行定期更換和處理，節(jié)省了費(fèi)用。

濃縮模塊區(qū)主要可以分為處理區(qū)和再生區(qū)、冷卻區(qū)，濃縮模塊是連續(xù)在各個(gè)區(qū)內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)。

濃縮模塊中的處理區(qū)會(huì)處理含有VOC的廢氣，主要通過吸附劑吸附，然后排出被凈化的空氣。

預(yù)處理時(shí)會(huì)讓有機(jī)廢氣進(jìn)入到濃縮裝置中，有機(jī)成分會(huì)被高效吸附，吸附率達(dá)到95%，在進(jìn)行吸附后物質(zhì)會(huì)逐漸飽和，在物質(zhì)飽和之前，會(huì)通過熱風(fēng)將模塊脫附單位進(jìn)行解吸。

解吸的濃縮模塊吸附裝置中的高度濃縮的廢氣通過引風(fēng)機(jī)后被送往燃燒爐熱解處理。

（三）RTO（蓄熱式燃燒爐）

蓄熱式燃燒爐是將高溫氧化與蓄熱技術(shù)相結(jié)合的一種有機(jī)廢氣處理設(shè)備。本設(shè)備有效降低熱量損耗及能耗資源，同時(shí)大大降低凈化后氣體排出溫度。蓄熱式熱氧化器用來處理濃度較低的廢氣，所采用的方法是熱氧化處理，通過陶瓷氧化床對(duì)熱量進(jìn)行回收，主要是由陶瓷蓄燃燒室和加熱室，以及自動(dòng)控制閥和電氣控制系統(tǒng)組成。

（1）氧化原理說明：

RTO氧化室會(huì)對(duì)經(jīng)過的廢氣中含有的有毒氣體進(jìn)行分解，主要是對(duì)VOC成分進(jìn)行氧化分解，會(huì)分解成無害的氣體CO2和H2O，產(chǎn)生的高溫?zé)崃繒?huì)被貯存起來，進(jìn)行下一階段的新進(jìn)入的有機(jī)氣體預(yù)熱，有效降低成本。

（2）燃燒室

本燃燒室用于蓄熱氧化生產(chǎn)過程產(chǎn)生的有機(jī)廢氣，廢氣經(jīng)過蓄熱室升溫后，在燃燒室廢氣中所含有機(jī)物充分氧化分解，使氧化溫度維持在800℃以上。當(dāng)廢氣中有機(jī)物濃度有波動(dòng)時(shí)，助燃燃燒器自動(dòng)開啟，使廢氣溫度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。氧化室內(nèi)設(shè)有熱電偶，K分度，顯示、監(jiān)測(cè)氧化溫度。氧化室頂部設(shè)有泄爆口，以防止?fàn)t膛內(nèi)煙氣爆炸對(duì)爐體的損壞。氧化室內(nèi)設(shè)有測(cè)壓管，與外部的壓力傳感器連接，顯示、監(jiān)測(cè)爐膛的壓力，確保爐膛的壓力安全。燃燒室上設(shè)有熱旁通閥，以防止煙氣爆燃對(duì)爐體的損壞；當(dāng)壓力高于設(shè)定值時(shí)，熱旁通閥自動(dòng)打開，起到瞬間泄壓作用，高溫閥性能穩(wěn)定，緊急時(shí)可以手動(dòng)控制，質(zhì)保期不少于3年。當(dāng)焚燒爐遇停電、故障突然停機(jī)時(shí)，頂部排放口打開，熱量從頂部排放口自動(dòng)排放。正常停機(jī)后能快速冷卻。

燃燒室主要優(yōu)點(diǎn)：

在設(shè)計(jì)燃燒室的氧化分解時(shí)，要根據(jù)原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，一般是遵循溫度、時(shí)間、渦流這三個(gè)原則，確保廢氣能夠充分在爐本體燃燒室內(nèi)進(jìn)行氧化、熱解，這樣才能使有機(jī)物的去除率達(dá)到99.5%以上，此外對(duì)二噁英類物質(zhì)要做好相應(yīng)的控制，在焚燒爐氧化室內(nèi)的時(shí)間要控制在≥1.2秒，遵循三T原則，設(shè)計(jì)爐膛體積約16.5m3，熱回收效率η≥96%；（按照藍(lán)太克蓄熱體計(jì)算書執(zhí)行）。

安全性高：設(shè)置有準(zhǔn)備啟動(dòng)之前的氣體的排放，避免出現(xiàn)易爆氣體引發(fā)的爆炸，排氣后進(jìn)行點(diǎn)火，還設(shè)有爐內(nèi)長(zhǎng)明火，如出現(xiàn)點(diǎn)火失敗問題，會(huì)立刻切斷廢氣的供給，具有完善的報(bào)警系統(tǒng)，保證安全性。

①應(yīng)用了更多的先進(jìn)技術(shù)，讓設(shè)備變得更加簡(jiǎn)化，也方便后期維修，使成本降低。

②燃燒室內(nèi)襯采用陶瓷纖維。

（3）布風(fēng)室

本布風(fēng)室目的是利用氣動(dòng)提升閥門，在規(guī)定切換時(shí)間內(nèi)改變廢氣和凈化氣的流動(dòng)方向，從而實(shí)現(xiàn)蓄熱室的吸熱、放熱過程。主要包括廢氣通道、凈化氣通道及氣動(dòng)提升閥。

RTO的風(fēng)向切換閥性能的好壞對(duì)RTO設(shè)備的運(yùn)行非常關(guān)鍵，所以切換閥的使用是采用氣動(dòng)提升閥，其材質(zhì)是選用2507的不銹鋼，閥碟要進(jìn)行高溫密封，閥軸的密封要采用聚四氟乙烯和石墨，密封后要進(jìn)行高壓空氣氣密試驗(yàn)，保證閥門軸不會(huì)出現(xiàn)廢氣泄漏的問題，更要確保耐高溫，能保證在200℃以上，確保密封的高效性，提供可靠穩(wěn)定的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行。在閥門設(shè)計(jì)上采用的是三疊片設(shè)計(jì)，閥門采用氣動(dòng)式執(zhí)行，在進(jìn)行氣路的設(shè)置時(shí)，可以采用氣動(dòng)三聯(lián)件，能夠起到有效的清洗過濾作用，更加高效安全。切換閥門精度高，泄漏量＜1%，啟閉迅速≤1秒，壽命長(zhǎng)（200萬次）,使用壽命10年，運(yùn)行可靠。

（4）蓄熱室

產(chǎn)生的廢氣需要進(jìn)行收集，而蓄熱室正是起到這個(gè)作用，廢氣蓄存后會(huì)進(jìn)行預(yù)熱，當(dāng)廢氣進(jìn)入爐膛時(shí)能夠確保氧化燃燒更加徹底，這樣能夠有效節(jié)約燃料。廢氣燃燒后產(chǎn)生的鹽等物質(zhì)易附著在底層蓄熱磚上，RTO設(shè)置檢修活動(dòng)門，便于底層蓄熱磚清洗及裝填。

蓄熱室預(yù)熱器的熱工工況是蓄熱和放熱在交替進(jìn)行，而選擇換向時(shí)間時(shí)需要根據(jù)燃燒室溫度的高或者低，以及蓄熱體的透熱厚度，當(dāng)換向時(shí)間長(zhǎng)時(shí)會(huì)導(dǎo)致蓄熱體內(nèi)的熱量達(dá)到飽和，這和蓄熱體的厚度。廢氣在離開預(yù)熱器后溫度會(huì)升高，導(dǎo)致熱回收率變得比較低，但是空氣預(yù)熱溫度基本不會(huì)出現(xiàn)太大的波動(dòng)，有利于爐溫的穩(wěn)定。對(duì)于厚度比較大的蓄熱體，不會(huì)輕易達(dá)到熱飽和，使得廢氣離開預(yù)熱器后溫度也比較低，有利于提高熱回收率。但會(huì)使空氣預(yù)熱的溫度波動(dòng)變得比較大，不利于爐溫的穩(wěn)定。要選擇最佳的換向時(shí)間，是在蓄熱體快要達(dá)到飽和時(shí)，在這個(gè)時(shí)間預(yù)熱溫度的波動(dòng)不大，熱回收率高。

五、結(jié)語

綜上所述，本文對(duì)橡膠輪胎行業(yè)廢氣治理技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了深入研究和分析。

橡膠輪胎制造行業(yè)作為對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染的行業(yè)之一，采用先進(jìn)、科學(xué)、有效的廢氣治理技術(shù)進(jìn)行廢氣染污治理，顯得尤為重要。減少環(huán)境污染最有效的途徑就是從源頭入手，減少有機(jī)氣體的排放，需要高效、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)的廢氣處理措施。針對(duì)成分復(fù)雜的有機(jī)廢氣，根據(jù)不同企業(yè)的現(xiàn)實(shí)狀況，結(jié)合多種工藝方式進(jìn)行綜合治理，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

三分建設(shè)，七分管理。VOCs治理設(shè)施要想達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，尤其是長(zhǎng)期保持穩(wěn)定效果，還需要每一家企業(yè)在扎扎實(shí)實(shí)做好前期設(shè)計(jì)、工程建設(shè)和減排績(jī)效等工作的同時(shí)，在后期運(yùn)營(yíng)管理上多下功夫。如此，才能真正做到“建得好、管得好、用得好”。