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
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(guò)程中,從加促投料和卸料、未促投料、晾干和卸料的過(guò)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。
某橡膠車間在生產(chǎn)過(guò)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)
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(lái)自密煉、開(kāi)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(lái)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(guò)程中污染物主要來(lái)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(wú)機(jī)硫化促進(jìn)劑。無(wú)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(guò)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)。
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(méi)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(lái)比較麻煩,無(wú)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。
見(jiàn)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(shuō)明:廢氣經(jīng)過(guò)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。
過(guò)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(guò)濾材料是根據(jù)污染物凈化的特點(diǎn)專業(yè)開(kāi)發(fā)出來(lái)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(guò)濾箱采用四級(jí)過(guò)濾的辦法,在第二級(jí)中效過(guò)濾的基礎(chǔ)上再進(jìn)行第一級(jí)高效過(guò)濾,而且第四級(jí)過(guò)濾材料更均勻,密度更高,孔徑更細(xì),四級(jí)過(guò)濾后顆粒的凈化率可達(dá)到95%以上。
(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(wú)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(guò)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(guò)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(guò)引風(fēng)機(jī)后被送往燃燒爐熱解處理。
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(lái)處理濃度較低的廢氣,所采用的方法是熱氧化處理,通過(guò)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(shuō)明:
RTO氧化室會(huì)對(duì)經(jīng)過(guò)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(wú)害的氣體CO2和H2O,產(chǎn)生的高溫?zé)崃繒?huì)被貯存起來(lái),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(guò)程產(chǎn)生的有機(jī)廢氣,廢氣經(jīng)過(guò)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(kāi)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(kāi),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(kāi),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(shū)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(wèn)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(mén),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(guò)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(mén)軸不會(huì)出現(xiàn)廢氣泄漏的問(wèn)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(mén)設(shè)計(jì)上采用的是三疊片設(shè)計(jì),閥門(mén)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(guò)濾作用,更加高效安全。切換閥門(mén)精度高,泄漏量<1%,啟閉迅速≤1秒,壽命長(zhǎng)(200萬(wàn)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(mén),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(kāi)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(kāi)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。
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”。