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

一、前言

節(jié)能減排關系著工業(yè)的發(fā)展和環(huán)境的保護，是我國重要的發(fā)展策略，國家也出臺了相關的政策，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》，在此方案中對我國的節(jié)能減排有著明確要求，2025年國內(nèi)生產(chǎn)總值所消耗的能源要比2020年下降13.5%，使能源消費總量更加合理，揮發(fā)性有機物總量會比2020年下降10%以上，其他如化學需氧量下降8%，氨氮下降8%。

為認真貫徹落實黨中央、國務院重大決策部署，大力推動節(jié)能減排，打好污染防治攻堅戰(zhàn)，加快建立健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展經(jīng)濟體系，推進經(jīng)濟社會發(fā)展全面綠色轉型，助力實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標，揮發(fā)性有機物治理工程列入主要目標之一。

隨著人們環(huán)境保護意識的增強，國家對橡膠行業(yè)的污染也更加重視，并在2011年出臺了《橡膠制品工業(yè)污染物排放標準》，對橡膠廢氣的治理引發(fā)了社會各界的關注。

本文以某橡膠輪胎制造公司為例，淺談廢氣治理技術的應用。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，廢氣組分復雜，主觀氣味會造成周圍居民投訴，需要進行環(huán)保裝置后處理，以達標排放。

二、案例分析

（一）廢氣污染源強分析

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、晾干五個生產(chǎn)點的尾氣從不同的車間排出，現(xiàn)統(tǒng)計參數(shù)如表1。

表1 統(tǒng)計參數(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，還會產(chǎn)生一定的有毒氣體，硫磺超速促進劑產(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，在進行混煉時并不會生成有害氣體，只會揮發(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。

促進劑：有兩種促進劑，有機硫化促進劑和無機硫化促進劑。無機硫化劑主要有氧化鋅和氧化鎂，其作用主要為促進劑作用，在生產(chǎn)中主要應用有機硫化促進劑，主要有硫化促進劑M、硫化促進劑D等，是有機化合物，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，溶于有機溶劑中，例如防老劑D會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品有三類，即有機酸類、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。污染最嚴重的是芳香基油，應用最廣泛的是環(huán)烷基，毒性比較小。

(5)硫磺和超速促進劑

主要產(chǎn)生硫化氫和二氧化硫等硫化物氣體，污染嚴重。

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)性有機物)。

（三）廢氣治理技術對比和選擇

廢氣的治理主要是針對有機廢氣污染物進行的，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)技術的不斷發(fā)展，一些國外的新技術也被應用，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，有一些有機物是很難被去除的，使用最常用的噴淋吸收都不能有效進行清除，而燃燒法存在一定的缺點，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的處理技術，但也有一定的缺點，處理效率低、設備的穩(wěn)定性還不能得到完全保證。吸附法雖然沒有這些缺點，但容易飽和，吸附裝置達到飽和后會產(chǎn)生風阻。此外，舊式活性炭需要進行頻繁更換，清理起來比較麻煩，無法單獨完成密煉車間廢氣處理任務。故本方案設計內(nèi)容采用國際上領先的沸石轉輪濃縮工藝。

三、檢測數(shù)據(jù)分析

見表2、表3。

表2 排氣筒有機廢氣經(jīng)處理后的檢測數(shù)據(jù)

表3 排氣筒有機廢氣經(jīng)處理后的檢測數(shù)據(jù)

說明：廢氣經(jīng)過轉輪+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)污染物凈化的特點專業(yè)開發(fā)出來的，它由玻璃纖維多層復合而成，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、運行費用低、阻燃等特點。為了保證凈化的高效率，保證排放氣體符合國家排放標準，過濾箱采用四級過濾的辦法，在第二級中效過濾的基礎上再進行第一級高效過濾，而且第四級過濾材料更均勻，密度更高，孔徑更細，四級過濾后顆粒的凈化率可達到95%以上。

（二）濃縮設備

（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，對于橡膠行業(yè)的VOC種類，不同的各種運轉條件，都可以充分發(fā)揮其性能。

（2）高沸點溶劑的處理

使用疏水性分子篩時，利用不燃性，高耐熱性的特點可以在高溫條件下再生。因此,對于使用活性炭時因為有再生溫度限制而無法處理的高沸點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行處理。

（4）壽命長

壽命長達3年，這是濃縮設備的優(yōu)勢，避免進行定期更換和處理，節(jié)省了費用。

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)在各個區(qū)內(nèi)運轉的狀態(tài)。

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

預處理時會讓有機廢氣進入到濃縮裝置中，有機成分會被高效吸附，吸附率達到95%，在進行吸附后物質(zhì)會逐漸飽和，在物質(zhì)飽和之前，會通過熱風將模塊脫附單位進行解吸。

解吸的濃縮模塊吸附裝置中的高度濃縮的廢氣通過引風機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相結合的一種有機廢氣處理設備。本設備有效降低熱量損耗及能耗資源，同時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，通過陶瓷氧化床對熱量進行回收，主要是由陶瓷蓄燃燒室和加熱室，以及自動控制閥和電氣控制系統(tǒng)組成。

（1）氧化原理說明：

RTO氧化室會對經(jīng)過的廢氣中含有的有毒氣體進行分解，主要是對VOC成分進行氧化分解，會分解成無害的氣體CO2和H2O，產(chǎn)生的高溫熱量會被貯存起來，進行下一階段的新進入的有機氣體預熱，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)生的有機廢氣，廢氣經(jīng)過蓄熱室升溫后，在燃燒室廢氣中所含有機物充分氧化分解，使氧化溫度維持在800℃以上。當廢氣中有機物濃度有波動時，助燃燃燒器自動開啟，使廢氣溫度達到設計要求。氧化室內(nèi)設有熱電偶，K分度，顯示、監(jiān)測氧化溫度。氧化室頂部設有泄爆口，以防止爐膛內(nèi)煙氣爆炸對爐體的損壞。氧化室內(nèi)設有測壓管，與外部的壓力傳感器連接，顯示、監(jiān)測爐膛的壓力，確保爐膛的壓力安全。燃燒室上設有熱旁通閥，以防止煙氣爆燃對爐體的損壞；當壓力高于設定值時，熱旁通閥自動打開，起到瞬間泄壓作用，高溫閥性能穩(wěn)定，緊急時可以手動控制，質(zhì)保期不少于3年。當焚燒爐遇停電、故障突然停機時，頂部排放口打開，熱量從頂部排放口自動排放。正常停機后能快速冷卻。

燃燒室主要優(yōu)點：

在設計燃燒室的氧化分解時，要根據(jù)原則進行設計，一般是遵循溫度、時間、渦流這三個原則，確保廢氣能夠充分在爐本體燃燒室內(nèi)進行氧化、熱解，這樣才能使有機物的去除率達到99.5%以上，此外對二噁英類物質(zhì)要做好相應的控制，在焚燒爐氧化室內(nèi)的時間要控制在≥1.2秒，遵循三T原則，設計爐膛體積約16.5m3，熱回收效率η≥96%；（按照藍太克蓄熱體計算書執(zhí)行）。

安全性高：設置有準備啟動之前的氣體的排放，避免出現(xiàn)易爆氣體引發(fā)的爆炸，排氣后進行點火，還設有爐內(nèi)長明火，如出現(xiàn)點火失敗問題，會立刻切斷廢氣的供給，具有完善的報警系統(tǒng)，保證安全性。

①應用了更多的先進技術，讓設備變得更加簡化，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）布風室

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

RTO的風向切換閥性能的好壞對RTO設備的運行非常關鍵，所以切換閥的使用是采用氣動提升閥，其材質(zhì)是選用2507的不銹鋼，閥碟要進行高溫密封，閥軸的密封要采用聚四氟乙烯和石墨，密封后要進行高壓空氣氣密試驗，保證閥門軸不會出現(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)定的長時間運行。在閥門設計上采用的是三疊片設計，閥門采用氣動式執(zhí)行，在進行氣路的設置時，可以采用氣動三聯(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（200萬次）,使用壽命10年，運行可靠。

（4）蓄熱室

產(chǎn)生的廢氣需要進行收集，而蓄熱室正是起到這個作用，廢氣蓄存后會進行預熱，當廢氣進入爐膛時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設置檢修活動門，便于底層蓄熱磚清洗及裝填。

蓄熱室預熱器的熱工工況是蓄熱和放熱在交替進行，而選擇換向時間時需要根據(jù)燃燒室溫度的高或者低，以及蓄熱體的透熱厚度，當換向時間長時會導致蓄熱體內(nèi)的熱量達到飽和，這和蓄熱體的厚度。廢氣在離開預熱器后溫度會升高，導致熱回收率變得比較低，但是空氣預熱溫度基本不會出現(xiàn)太大的波動，有利于爐溫的穩(wěn)定。對于厚度比較大的蓄熱體，不會輕易達到熱飽和，使得廢氣離開預熱器后溫度也比較低，有利于提高熱回收率。但會使空氣預熱的溫度波動變得比較大，不利于爐溫的穩(wěn)定。要選擇最佳的換向時間，是在蓄熱體快要達到飽和時，在這個時間預熱溫度的波動不大，熱回收率高。

五、結語

綜上所述，本文對橡膠輪胎行業(yè)廢氣治理技術的應用進行了深入研究和分析。

橡膠輪胎制造行業(yè)作為對環(huán)境造成嚴重污染的行業(yè)之一，采用先進、科學、有效的廢氣治理技術進行廢氣染污治理，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，減少有機氣體的排放，需要高效、節(jié)能、經(jīng)濟的廢氣處理措施。針對成分復雜的有機廢氣，根據(jù)不同企業(yè)的現(xiàn)實狀況，結合多種工藝方式進行綜合治理，保護生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)經(jīng)濟發(fā)展。

三分建設，七分管理。VOCs治理設施要想達到預期目標，尤其是長期保持穩(wěn)定效果，還需要每一家企業(yè)在扎扎實實做好前期設計、工程建設和減排績效等工作的同時，在后期運營管理上多下功夫。如此，才能真正做到“建得好、管得好、用得好”。