活性炭吸附脫附+RTO焚燒工藝在處理輪胎企業(yè)硫化工序廢氣上研究與應(yīng)用

顧建，包撿青，王斌

(杭州朝陽橡膠有限公司，浙江 杭州 310018)

1 治理背景及要求

我公司是一家生產(chǎn)全鋼子午線輪胎的企業(yè)，目前的生產(chǎn)能力為混煉膠28萬t/年和全鋼子午胎680萬條/年。公司地址位于浙江省杭州市錢塘新區(qū)。企業(yè)在生產(chǎn)輪胎過程中，在硫化工段會(huì)產(chǎn)生惡臭氣體，其主要成分是二硫化碳（CS2）、硫化氫（H2S）、非甲烷總烴、顆粒物等，其氣味難聞，對(duì)周邊環(huán)境和居住人群造成不良影響。為解決企業(yè)存在的污染問題，對(duì)該工序產(chǎn)生的廢氣進(jìn)行了綜合治理。由于我公司地址位于浙江省杭州市，所以所執(zhí)行的排放標(biāo)準(zhǔn)參考《橡膠制品工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 27632—2011）表5新建企業(yè)大氣污染物排放限值，詳見表1。

表1 《橡膠制品工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 27632—2011）

改善項(xiàng)目惡臭污染物執(zhí)行《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB14554—93）二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，詳見表2。

表2 惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)

除按照以上標(biāo)準(zhǔn)外，根據(jù)實(shí)際要求，顆粒物濃度≤5 mg/m3，臭氣污染物排放濃度≤500（無量綱）。且當(dāng)煙氣進(jìn)口非甲烷總烴≥4 mg/m3時(shí)，要求處理效率≥50%。

2 治理方案的研究

廢氣的治理包括兩個(gè)方面，一是廢氣的收集，二是廢氣的治理。這里首先介紹廢氣的收集。廢氣的高效收集有利于車間環(huán)境的改善，同時(shí)更有利于提高廢氣的治理效率。

2.1 廢氣收集的研究

該工序傳統(tǒng)的收集模式是大圍罩模式，通過屋頂風(fēng)機(jī)將車間內(nèi)部廢氣進(jìn)行有組織收集，并通過環(huán)保設(shè)備治理后統(tǒng)一排放，詳見下圖1。

因這種收集技術(shù)存在氣量大，收集效率低等缺陷，所以進(jìn)過優(yōu)化，采用第二代收集技術(shù)。硫化機(jī)采用背靠背安裝，中間形成密閉空間。上料側(cè)采用一臺(tái)一隔的小圍罩卷簾門收集，出料側(cè)后側(cè)相通。如圖2和圖3。

該方案采用局部密閉的措施，從一定程度上降低了風(fēng)量，提高了收集效率。該方案的收集效率可以大大提升，但由于每臺(tái)硫化機(jī)都需要增加密閉房和自動(dòng)卷簾門，所以前提投入會(huì)比較打。同時(shí)，在輪胎胎胚進(jìn)出時(shí)，卷簾門會(huì)打開，密閉空間的廢氣會(huì)少量溢出。但其優(yōu)點(diǎn)是可以大幅減少排放量，以一條硫化溝，22臺(tái)硫化機(jī)為例，風(fēng)量可以從原來的14.4萬m3/h，下降至6萬m3/h，排放量直接下降58.3%。

2.2 廢氣治理方案

2.2.1 廢氣產(chǎn)生量

本治理方案針對(duì)廠E區(qū)地溝總計(jì)22臺(tái)硫化機(jī)內(nèi)產(chǎn)生的硫化廢氣進(jìn)行處理，廢氣產(chǎn)生量與處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)見表3。產(chǎn)生廢氣量大，廢氣含有有機(jī)物濃度低。

表3 硫化車間E區(qū)廢氣產(chǎn)生量

2.2.2 治理方案比對(duì)

目前，廢氣處理市場(chǎng)上常用的吸附濃縮工藝有轉(zhuǎn)輪濃縮和活性炭罐吸附脫附。橡膠制造業(yè)的廢氣處理也是如此。轉(zhuǎn)輪的吸附材質(zhì)是沸石，沸石和活性炭都具有很好的廢氣吸附性能，但是二者針對(duì)的成分、適宜的情況不同。

針對(duì)兩種吸附材料的不同，結(jié)合項(xiàng)目特征，從以下幾方面分析兩者差異：

（1）活性炭能夠吸附的廢氣更加廣譜，適用于本項(xiàng)目?；钚蕴课娇椎来笮〔灰?，可以吸附多種廢氣成分；而沸石轉(zhuǎn)輪孔道均一，吸附廣譜窄，只能針對(duì)某幾類有機(jī)物進(jìn)行吸收。橡膠行業(yè)產(chǎn)生的廢氣成分復(fù)雜，有有機(jī)物、無機(jī)物，因此活性炭吸附更加適合本項(xiàng)目。

（2）活性炭濃縮倍數(shù)大（＞100倍），沸石濃縮倍數(shù)?。?5～40倍）?；钚蕴肯啾扔诜惺饺萘扛?，因此濃縮倍數(shù)也更大。本項(xiàng)目產(chǎn)生的廢氣濃度小，風(fēng)量大。為保證后續(xù)燃燒的良好進(jìn)行，同時(shí)減少不必要的燃燒投入，濃縮的目標(biāo)是能夠得到高濃度、小風(fēng)量的廢氣，而活性炭可以更好滿足這種要求。

（3）轉(zhuǎn)輪吸附濃縮比活性炭吸附濃縮對(duì)廢氣預(yù)處理的要求更高。沸石轉(zhuǎn)輪造價(jià)高，材質(zhì)精細(xì)，廢氣中含有顆粒物或者油性物質(zhì)極易發(fā)生堵塞。相對(duì)而言活性炭對(duì)預(yù)處理要求更低。一般工程應(yīng)用中，與沸石轉(zhuǎn)輪匹配的預(yù)處理設(shè)置四層，而活性炭吸附只要求兩層，預(yù)處理成本更低。

（4）轉(zhuǎn)輪吸附材料使用時(shí)間長，活性炭壽命短?；钚蕴考s1年更換一次，更換下來的活性炭可以交由有危廢處理資質(zhì)的單位處理，也可以由企業(yè)熱解爐高溫?zé)o氧再生重復(fù)使用。轉(zhuǎn)輪能夠使用8～10年之久，廢轉(zhuǎn)輪作危廢處置。

（5）轉(zhuǎn)輪投資高，活性炭投資低。轉(zhuǎn)輪造價(jià)高，活性炭成本低廉，更換也方便，維護(hù)成本有限。

綜合以上論述，結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，盡管沸石轉(zhuǎn)輪有著較好的脫附效果，但在硫化工藝上仍不建議應(yīng)用。因此，本方案選擇活性炭濃縮作為濃縮工藝。根據(jù)整治方案的要求，配合前端過濾處理和后端RTO焚燒。

2.2.3 治理工藝

本項(xiàng)目廢氣處理工藝選用“濾袋過濾+活性炭吸附脫附濃縮+RRTO焚燒”工藝，詳見圖3。

為了更好地保護(hù)后續(xù)處理設(shè)備，本方案設(shè)置了濾袋過濾除塵系統(tǒng)。廢氣經(jīng)過車間自有管道收集，一級(jí)濾袋除塵后，進(jìn)入活性炭吸附，吸附完成后高空排放?；钚蕴拷?jīng)過一定時(shí)間的吸附后，逐漸趨于飽和，活性炭罐按照系統(tǒng)自動(dòng)控制進(jìn)入脫附程序。本系統(tǒng)利用190 ℃蒸汽，換熱給脫附風(fēng)，脫附風(fēng)進(jìn)入活性炭罐，將吸附在活性炭上的有機(jī)物脫附出來，并隨脫附風(fēng)進(jìn)入RTO系統(tǒng)焚燒。在高溫（760～850 ℃）狀態(tài)下，有機(jī)物被分解為CO2和H2O，尾氣通過30 m高的排氣筒高空排放。

2.2.4 治理系統(tǒng)介紹

治理系統(tǒng)包括如下：過濾濾袋除塵裝置、活性碳吸附脫附裝置、活性炭罐脫附冷卻系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)RTO裝置、安全防火裝置等。

過濾濾袋除塵裝置：由于硫化車間灰塵和顆粒物較多，為了保護(hù)活性炭吸附脫附系統(tǒng)，在前端設(shè)置預(yù)處理系統(tǒng)——二級(jí)干式過濾器。干式過濾器過濾等級(jí)為F5、F7。廢氣進(jìn)入干式過濾器，經(jīng)濾袋過濾，將粉塵附在濾袋的表面，過濾后的氣體經(jīng)過濾袋后排出。過濾器均設(shè)置壓差變送器對(duì)廢氣過濾系統(tǒng)壓差進(jìn)行控制，壓差過載時(shí)報(bào)警更換濾材。預(yù)處理過濾器主要用于去除廢氣中的顆粒物、粉塵等雜質(zhì)，以保證活性炭的凈化效率和使用壽命。設(shè)計(jì)過濾器單臺(tái)處理能力分別為每套設(shè)備50 000 m3/h。我方設(shè)計(jì)的濾袋在線更換系統(tǒng)，能夠在不停產(chǎn)的情況下更換濾袋，不影響企業(yè)的正常生產(chǎn)。

活性碳吸附脫附裝置：廢氣經(jīng)預(yù)處理去除顆粒物與粉塵后進(jìn)入活性炭吸附系統(tǒng)。每個(gè)活性炭罐尺寸為1 906×1 702×2 506 mm，填充活性炭2.52 m3。根據(jù)每條處理線路處理風(fēng)量不同，在留一定余量的基礎(chǔ)上，需要配備的活性炭罐數(shù)量不同。配備數(shù)量遵循“多用一備”的原則，能夠?qū)崿F(xiàn)在線吸附脫附。整套裝置由5只活性炭罐組成，運(yùn)行時(shí)除其中1只罐子用于脫附，其余都用于吸附，循環(huán)往復(fù)，實(shí)現(xiàn)逐個(gè)脫附，保證活性碳的再生。過活性炭罐空速約為0.75 m/s，每個(gè)活性炭罐內(nèi)活性炭吸附床填充厚度為600 mm，活性炭罐達(dá)到設(shè)計(jì)吸附周期后轉(zhuǎn)入脫附流程。切換閥采用零泄漏三通閥，單個(gè)活性炭罐的脫附不影響其他碳罐的吸附過程?；钚蕴抗薇孛弈蜏亍?00 ℃，厚度≥100 mm。填充活性炭的規(guī)格參數(shù)見表4。

表4 活性炭基本參數(shù)

活性炭罐脫附冷卻系統(tǒng)：通過循環(huán)風(fēng)來實(shí)現(xiàn)。活性炭在＞50 ℃的情況下，吸附效果較差。因此，經(jīng)過脫附后需要對(duì)活性炭罐進(jìn)行冷卻。本系統(tǒng)采用新風(fēng)冷卻，冷卻后的風(fēng)不排放，通過循環(huán)風(fēng)機(jī)在冷卻系統(tǒng)中循環(huán)，冷卻風(fēng)的降溫由冷水換熱器實(shí)現(xiàn)。

旋轉(zhuǎn)RTO裝置：RTO主要由燃燒室、陶瓷填料床和旋轉(zhuǎn)閥等組成。爐體分成12個(gè)室，5個(gè)室進(jìn)廢氣，5個(gè)室出凈化氣，1個(gè)室清掃，1個(gè)過渡室。廢氣分配閥由電機(jī)帶著連續(xù)、勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，在分配閥的作用下，廢氣緩慢在12個(gè)室之間連續(xù)切換。每個(gè)陶瓷填料床依次經(jīng)歷蓄熱-放熱-清掃等程序，周而復(fù)始，連續(xù)工作。蓄熱室“放熱”后應(yīng)立即引入適量潔凈空氣對(duì)該蓄熱室進(jìn)行清掃（以保證VOC去除率在98%以上），只有待清掃完成后才能進(jìn)入“蓄熱”程序。否則殘留的VOCS隨煙氣排放到煙囪從而降低處理效率。經(jīng)過預(yù)處理的廢氣進(jìn)入廢氣焚燒爐，高溫（800 ℃左右）條件下裂解為二氧化碳和水。RRTO內(nèi)部設(shè)置蓄熱體用于預(yù)熱有機(jī)廢氣，充分回收利用氧化分解有機(jī)廢氣時(shí)所放出的熱能。RRTO中使用焚燒爐專用蜂窩陶瓷蓄熱體——片狀組合式蜂窩陶瓷蓄熱體，內(nèi)部蜂窩結(jié)構(gòu)采用“T”形排列設(shè)計(jì)，代替了原有普通蜂窩陶瓷的“十”形方孔結(jié)構(gòu)排列，解決了產(chǎn)品在使用過程中的堵孔情況；同時(shí)，內(nèi)部蜂窩孔具有連通式結(jié)構(gòu)，增加空隙率，減少氣流壓降，改善整個(gè)截面上氣體分布，使氣體分布更均勻，提高了設(shè)備熱回收效率。

安全防火裝置：本系統(tǒng)的安全裝置主要是活性炭的防火保護(hù)，并由蒸汽來實(shí)現(xiàn)。活性炭著火點(diǎn)低，尤其吸附有機(jī)物后更加易燃?；钚蕴抗拗邪惭b有熱電偶，當(dāng)檢測(cè)到溫度超過設(shè)定溫度時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉脫附風(fēng)閥，打開蒸汽管路，蒸汽通入隔絕氧氣，有效預(yù)防火災(zāi)的發(fā)生。

2.2.5 系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用

本項(xiàng)目運(yùn)行費(fèi)用主要來自常電能耗和耗材費(fèi)用。

運(yùn)行設(shè)備風(fēng)機(jī)，為了滿足最大產(chǎn)生濃度下達(dá)標(biāo)排放，各廢氣系統(tǒng)風(fēng)量配置較大，但是實(shí)際運(yùn)行時(shí)可通過變頻調(diào)節(jié)，在廢氣排放不多的情況下，降低能耗，見表5。

表5 系統(tǒng)耗電設(shè)備用電費(fèi)用

電費(fèi)0.8元/度計(jì)算，年運(yùn)行時(shí)間為330天，每天24 h，則年運(yùn)行費(fèi)用為34.5萬元。

系統(tǒng)耗材費(fèi)用主要耗材為濾袋，濾袋約3～6個(gè)月更換一次，按6個(gè)月更換一次計(jì)，耗材費(fèi)共計(jì)1.6萬元/年，詳見表6。

表6 系統(tǒng)耗材費(fèi)用估算

3 治理綜合評(píng)價(jià)

整治后，我公司委托第三方對(duì)此次改造的效果進(jìn)行了整體評(píng)價(jià)，得出如下結(jié)論：根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及資料核對(duì)，企業(yè)本次整改方案及效果基本上達(dá)到了《杭州市輪胎制造（橡膠制品業(yè)）行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物污染整治規(guī)范（試行）》、《浙江省揮發(fā)性有機(jī)物污染整治方案》等相關(guān)文件的規(guī)定。經(jīng)整治前后的監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)比，整治后，企業(yè)VOCs的減排量為4.0632 t/a，VOCs的去除效率所有提高，由原先的30.6%提高到45.2%；企業(yè)硫化E區(qū)廢氣處理設(shè)施對(duì)惡臭污染物的去除效率由整治前的43.9%提高到57.6%，能達(dá)到《杭州市輪胎制造（橡膠制品業(yè)）行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物污染整治規(guī)范（試行）》要求。因此，本次整改有一定的減排效果。整體而言，整改后的硫化廢氣處理設(shè)施的去除效率優(yōu)于原處理裝置。