“转轮+RTO”用于橡胶轮胎VOCs治理技术方案

点击数：430发布时间：2024-12-22 11:49:49 来源：爱体育下载 作者：爱体育游戏

　　随着我国汽车保有量的不断增加，橡胶轮胎需求量也逐年递增。橡胶行业主要污染包括废水、废气、固（危）废、噪声等，其中废气（VOCs）问题较为突出。轮胎生产可分为胶料制造、半成品制造（含压出、压延、裁断、胎圈制造）、成型、硫化及成品检测等5个工序。在轮胎生产过程中产生的废气，含有90%以上的挥发性有机化合物，其中胶料制造（俗称混炼）工序产生大量烟气、颗粒物粉尘和挥发性有机物（VOCs）等物质。混炼产生的悬浮颗粒物在空气中长时间悬浮，会形成气溶胶；各种有机烃类和苯类对人体和环境产生巨大的危害，该阶段是轮胎制造过程中产生污染物量较大的工段。

　　混炼工序是轮胎生产的第一步，炭黑、氧化锌以及小粉料中能够飞扬的轻质成分会产生粉尘；密炼机混炼过程中，由于混炼胶温度高达140℃，橡胶助剂、胶料及芳烃油中某些成分将分解、挥发并发生化学反应，因而形成炼胶烟气。炼胶烟气成分复杂，芳烃油产生有毒的烃类油雾，硫黄主要会产生硫化氢和二氧化硫等含硫气体，天然胶和橡胶助剂产生有机烃类物质。

　　炼胶废气成分复杂，且属于大风量、低浓度废气，常规而言所需处理设备容量（处理能力）极大，这就导致了设备投资大、运行能耗高、处理效率低等问题。

　　干式：滤材污染严重，设备阻力增加，需要经常人为更换滤材，人员劳动强度大，有的被污染废物需要按危废进行处理，运行费用较高，去除油雾和颗粒物不彻底，对后续设备危害较大。

　　湿式：采用喷淋预处理，耗水量较大，系统庞大，对废气中油雾的去除效率不高，需要配套增加水处理系统以便对水中的油雾和炭黑尘进行处理，出口经常带水，对后续设备造成影响。以上两种预处理方法实际使用效果都不尽理想，因此急需一种对炼胶废气进行高效、稳定、较为彻底的预处理设备。

　　废气相关指标调研对废气的风量和浓度的调研。为全面了解炼胶车间的污染物排放情况，作者选择了国内某轮胎厂炼胶车间作为研究对象（该轮胎厂具备完整的废气收集和排放管道），收集风量为40万m3/h。通过FID连续监测设备监测胶料废气在母炼生产过程中的排放情况。

　　胶料生产过程中各排口非甲烷总烃排放浓度差距较大，其中母炼进料口、母炼卸料口及终炼进/卸料口3个排口浓度较高，双螺杆、开炼机浓度较低。

　　结合废气中的主要成分和设备去除效率等因素，对当前市场上主流的几种治理工艺进行了详细的分析和论证，决定采用如下工艺路径：

　　预处理采用：袋式除尘器+喷消石灰（氢氧化钙）粉末，利用消石灰粉末较强的吸附作用，起到除油及中和硫氧化物的作用；布袋除尘器过滤除尘效果极佳，并且可以实现分区自动清灰。

　　后续处理设备采用：转轮浓缩+RTO燃烧法相结合的废气处理工艺，将大风量、低浓度的有机废气利用沸石分子筛进行吸附和浓缩，然后利用高温气体进行脱附，脱附后小风量、高浓度气体采用RTO进行燃烧分解，最终分解形成CO2和H2O，实现超低排放。

　　整套处理系统的工艺流程见下图。废气首先进入预处理设备1；预处理后的废气分两路进入二级过滤器2和主工艺风机3；经过沸石转轮吸附区4的气体，通过管道5直接排放；部分气体通过脱附风机6在热风炉7内进行换热，进入沸石转轮脱附区进行脱附；脱附后废气通过RTO风机9进入旋转RTO11燃烧；燃烧后气体通过管道12排放入烟筒13。

　　（1）预处理系统。预处理系统包含了除尘器本体、回收料系统、新鲜料输送系统和检测系统。

　　系统采用人工解包将物料投放到储斗中，在储斗下端采用旋转下料器下料，然后用稀相气力输灰方式，将消石灰输送到除尘器进口的风管中，使其先均匀附着在滤袋表面形成3mm左右厚度的过滤层，烟气中的油雾和水分在穿过过滤层时，被消石灰充分接触吸附，从而将烟气中的油烟和水分去除，保护除尘器滤袋。过滤层吸附将近饱和时（通过阻力设定），清灰程序启动进行反吹，去除滤袋表面粉饼，滤袋工况进入下一个循环。

　　除尘器采用脉冲行喷吹清灰方式，袋式除尘器采用覆膜滤袋，起到防油防水的作用。共设计6个仓室（5用1备），分仓室清灰，除尘器始终有5个仓室投运。达到一定时间（或压差）后，6#室切入运行，替代原5个运行仓室中的一个室进行隔离清灰，待该隔离除尘仓室清灰完毕后再切入原系统，替换下一个仓室进行隔离清灰，以此类推。过滤过程中，通过压差监测系统对除尘器压差进行监测。除尘器灰斗设有高低料位，达到高料位时螺旋输送机开始排灰。除尘器灰斗内的粉料会通过输灰螺旋自动返回储斗或外排，外排的消石灰作为固废进行处理。

　　（2）二级过滤。二级过滤采用F5、F8两级过滤器，布置在布袋除尘器之后，可分别有效去除1～5μm的颗粒物，进一步保护沸石转轮。二级过滤主要用于去除逃逸的对浓缩设备有害的粉尘、水分和油污。过滤器设置压差计，超压时报警更换滤材。

　　（3）沸石浓缩转轮装置。沸石转轮设备为筒式结构，沸石模块采用日本东洋纺的材料，采用蜂窝状疏水性沸石分子筛加工而成，包括吸附区域和脱附区域。通常吸附区较大，而脱附区则为一个或两个较小且面积相等处理侧。沸石转轮采用一组电动驱动设备以旋转转轮，转轮运行时可变速。吸附区和脱附区域中装有压差计，用于监测沸石是否堵塞。转轮的脱附气体进出口都设置了热电偶，用于实时监测脱附气进出口温度，以便观察脱附温度控制系统是否正常。

　　（4）旋转式RTO蓄热。燃烧装置RTO为蓄热式热氧化反应器，原理是把有机废气加热到800℃左右，控制好3T（time、temperature、turbulence），使废气中的VOCs氧化分解成二氧化碳和水。氧化产生的高温气体流经特制的陶瓷蓄热体，使陶瓷体升温而“蓄热”，此“蓄热”用于预热后续进入炉体的有机废气，从而节省废气升温的燃料消耗，降低运行成本。

　　旋转式RTO结构，燃烧室的容积保证了有机废气的燃烧时间，燃烧器火焰在燃烧室内燃烧，内部有足够厚度的内保温。炉塔内安装热交换媒介——蓄热陶瓷。蓄热陶瓷分为12个固定床，其中5个为进气区、5个为排气区、1个吹扫区、1个过渡区。在旋转切换阀的作用下，各区呈步进式变化，每次换向只有16.7%陶瓷媒介改变气流方向，减小RTO进出口的风压波动，对前端生产线气压影响小。旋转阀为旋转式RTO的关键部件，用于空气流动方向的切换，可按照顺时针方向旋转360度，最高可耐温287℃，具有强力金属密封圈确保排除的气体和阀门持续接触。

　　蓄热体做为RTO的重要部件，相当于一个换热器。其作用是：冷废气通过热蓄热体时，蓄热体将贮存的热量释放，预热后的气体进入燃烧室；燃烧后的热净化气通过冷蓄热体时，蓄热体吸收净化气体的热量，使气体冷却而蓄热体本身被加热（热周期）。

　　该系统于2018年1月正式投入运行，此套废气治理设备运行平稳，各项技术指标完全满足技术协议考核要求，排放浓度指标远低于国家标准和地方标准。散发在厂区上空多年的橡胶臭味基本消失，居民投诉率同比下降74.5%。经过第三方检测机构检测，处理后废气中各项指标均远远低于国家标准。实际检测排放浓度见下表。

　　针对炼胶车间产生的废气特点，采取“预处理+浓缩转轮+RTO”的工艺方法进行处理，处理后的废气排放指标远远低于国家标准，可实现超低排放。

　　预处理设计采用喷粉+布袋除尘器系统，可有效去除废气中的油分、颗粒物、硫化物等，该项目已实施近1年，二级过滤和浓缩转轮的入口风道均没有明显油污，去油效果极佳。

　　处理后的颗粒物排放浓度为1.9mg/m3，去除效率为84.3%；非甲烷总烃排放浓度为1.0mg/m3，去除效率达98%；臭气浓度为280，去除效率达88.6%，各项指标远低于国家标准。

　　随着国家和各地方环保标准的不断提高以及VOCs在线监测系统与环保局联网的普及，原来的环保技术越来越显现出局限性，本工艺将成为炼胶车间、硫化车间有机废气治理的发展方向。