一、引言
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年底正式實施后,各地方標(biāo)準(zhǔn)不斷加碼,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)性有機物(VOCs)等物質(zhì)?;鞜挳a(chǎn)生的懸浮顆粒物在空氣中長時間懸浮,會形成氣溶膠;各種有機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。
二、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的輕質(zhì)成分會產(chǎn)生粉塵;密煉機混煉過程中,由于混煉膠溫度高達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,人員勞動強度大,有的被污染廢物需要按危廢進行處理,運行費用較高,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)處理方法實際使用效果都不盡理想,因此急需一種對煉膠廢氣進行高效、穩(wěn)定、較為徹底的預(yù)處理設(shè)備。
三、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20萬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,其中母煉進料口、母煉卸料口及終煉進/卸料口3個排口濃度較高,雙螺桿、開煉機濃度較低。
處理工藝及方案
(1)工藝流程的確定
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行了詳細的分析和論證,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、低濃度的有機廢氣利用沸石分子篩進行吸附和濃縮,然后利用高溫氣體進行脫附,脫附后小風(fēng)量、高濃度氣體采用RTO 進行燃燒分解,最終分解形成CO2 和H2O,實現(xiàn)超低排放。
整套處理系統(tǒng)的工藝流程見圖1。廢氣首先進入預(yù)處理設(shè)備1;預(yù)處理后的廢氣分兩路進入二級過濾器2和主工藝風(fēng)機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6 在熱風(fēng)爐7內(nèi)進行換熱,進入沸石轉(zhuǎn)輪脫附區(qū)進行脫附;脫附后廢氣通過RTO風(fēng)機9 進入旋轉(zhuǎn)RTO 11 燃燒;燃燒后氣體通過管道12排放入煙筒13。
(2)布局設(shè)計
本項目設(shè)計中存在占地面積緊張、設(shè)備載荷重、管道走向復(fù)雜等困難。實際設(shè)計中整體考慮各種因素,最終做到了流程順暢、美觀整齊、檢修維護方便、布局合理,得到用戶的認可和肯定。本項目總占地面積720平方米,總長30 米,寬24米,整體布局設(shè)計見圖2。
關(guān)鍵設(shè)備介紹
(1)預(yù)處理系統(tǒng)
預(yù)處理系統(tǒng)(見圖3)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,被消石灰充分接觸吸附,從而將煙氣中的油煙和水分去除,保護除塵器濾袋(見圖4)。過濾層吸附將近飽和時(通過阻力設(shè)定),清灰程序啟動進行反吹,去除濾袋表面粉餅,濾袋工況進入下一個循環(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6 個倉室(5 用1 備),分倉室清灰,除塵器始終有5 個倉室投運。達到一定時間(或壓差)后,6#室切入運行,替代原5 個運行倉室中的一個室進行隔離清灰,待該隔離除塵倉室清灰完畢后再切入原系統(tǒng),替換下一個倉室進行隔離清灰,以此類推。過濾過程中,通過壓差監(jiān)測系統(tǒng)對除塵器壓差進行監(jiān)測。除塵器灰斗設(shè)有高低料位,達到高料位時螺旋輸送機開始排灰。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,進一步保護沸石轉(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,超壓時報警更換濾材。
(3)沸石濃縮轉(zhuǎn)輪裝置
沸石轉(zhuǎn)輪設(shè)備(見圖5)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)則為一個或兩個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)輪運行時可變速。吸附區(qū)和脫附區(qū)域中裝有壓差計,用于監(jiān)測沸石是否堵塞。轉(zhuǎn)輪的脫附氣體進出口都設(shè)置了熱電偶,用于實時監(jiān)測脫附氣進出口溫度,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)進入爐體的有機廢氣,從而節(jié)省廢氣升溫的燃料消耗,降低運行成本。
旋轉(zhuǎn)式RTO結(jié)構(gòu)見圖6,燃燒室的容積保證了有機廢氣的燃燒時間,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 個固定床,其中5個為進氣區(qū)、5個為排氣區(qū)、1個吹掃區(qū)、1個過渡區(qū)。在旋轉(zhuǎn)切換閥的作用下,各區(qū)呈步進式變化,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,可按照順時針方向旋轉(zhuǎn)360 度,最高可耐溫287℃,具有強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)于一個換熱器。其作用是:冷廢氣通過熱蓄熱體時,蓄熱體將貯存的熱量釋放,預(yù)熱后的氣體進入燃燒室;燃燒后的熱凈化氣通過冷蓄熱體時,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),見圖7。
處理效果
該系統(tǒng)于2018年1月正式投入運行,此套廢氣治理設(shè)備運行平穩(wěn),各項技術(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)過第三方檢測機構(gòu)檢測,處理后廢氣中各項指標(biāo)均遠遠低于國家標(biāo)準(zhǔn)。實際檢測排放濃度見表2。
四、結(jié)論
針對煉膠車間產(chǎn)生的廢氣特點,采取“預(yù)處理+ 濃縮轉(zhuǎn)輪+RTO”的工藝方法進行處理,處理后的廢氣排放指標(biāo)遠遠低于國家標(biāo)準(zhǔn),可實現(xiàn)超低排放。
預(yù)處理設(shè)計采用噴粉+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,該項目已實施近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口材料,濃縮倍率可達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)約投資和運行費用。
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2.02mg/m3,去除效率為81%;非甲烷總烴排放濃度為0.89mg/m3,去除效率達98%;臭氣濃度為269,去除效率達89%,各項指標(biāo)遠低于國家標(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有機廢氣治理的發(fā)展方向。
2018年9月,中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會對“橡膠工廠VOCs 廢氣超低排放處理工藝及關(guān)鍵技術(shù)裝備”項目組織了專家鑒定會,鑒定專家一致認為這項VOCs廢氣治理技術(shù)“填補了國內(nèi)空白,達到了國際先進水平”。
來源:《中國橡膠》