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      “轉輪+RTO”用于橡膠輪胎VOCs治理技術方案

      “轉輪+RTO”用于橡膠輪胎VOCs治理技術方案摘要

      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。橡膠行業主要污染包括廢水、廢氣、固(危)廢、噪聲等,其中廢氣(VOCs)問題較為突出。輪胎生產可分為膠料制造、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。在輪胎生產過程中產生的廢氣,含有90%以上的揮發性有機化合物,其中膠料制造(俗稱混煉)工序產生大量煙氣、顆粒物粉塵和揮發性有機物(VOCs)等物質?;鞜挳a

        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。橡膠行業主要污染包括廢水、廢氣、固(危)廢、噪聲等,其中廢氣(VOCs)問題較為突出。輪胎生產可分為膠料制造、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。在輪胎生產過程中產生的廢氣,含有90%以上的揮發性有機化合物,其中膠料制造(俗稱混煉)工序產生大量煙氣、顆粒物粉塵和揮發性有機物(VOCs)等物質?;鞜挳a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境產生巨大的危害,該階段是輪胎制造過程中產生污染物量較大的工段。


        1、現存技術問題


        混煉工序是輪胎生產的第一步,炭黑、氧化鋅以及小粉料中能夠飛揚的輕質成分會產生粉塵;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、揮發并發生化學反應,因而形成煉膠煙氣。煉膠煙氣成分復雜,芳烴油產生有毒的烴類油霧,硫黃主要會產生硫化氫和二氧化硫等含硫氣體,天然膠和橡膠助劑產生有機烴類物質。


        煉膠廢氣成分復雜,且屬于大風量、低濃度廢氣,常規而言所需處理設備容量(處理能力)極大,這就導致了設備投資大、運行能耗高、處理效率低等問題。


        目前國內外針對橡膠廢氣常用的預處理方法如下:


        干式:濾材污染嚴重,設備阻力增加,需要經常人為更換濾材,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,對后續設備危害較大。


        濕式:采用噴淋預處理,耗水量較大,系統龐大,對廢氣中油霧的去除效率不高,需要配套增加水處理系統以便對水中的油霧和炭黑塵進行處理,出口經常帶水,對后續設備造成影響。以上兩種預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、穩定、較為徹底的預處理設備。


        2、技術解決方案


        廢氣相關指標調研對廢氣的風量和濃度的調研。為全面了解煉膠車間的污染物排放情況,作者選擇了國內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),收集風量為40萬m3/h。通過FID連續監測設備監測膠料廢氣在母煉生產過程中的排放情況。


        膠料生產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。


        2.1處理工藝及方案


        結合廢氣中的主要成分和設備去除效率等因素,對當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,并且可以實現分區自動清灰。


        后續處理設備采用:轉輪濃縮+RTO燃燒法相結合的廢氣處理工藝,將大風量、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,實現超低排放。


        整套處理系統的工藝流程見下圖。廢氣首先進入預處理設備1;預處理后的廢氣分兩路進入二級過濾器2和主工藝風機3;經過沸石轉輪吸附區4的氣體,通過管道5直接排放;部分氣體通過脫附風機6在熱風爐7內進行換熱,進入沸石轉輪脫附區進行脫附;脫附后廢氣通過RTO風機9進入旋轉RTO11燃燒;燃燒后氣體通過管道12排放入煙筒13。


        2.2關鍵設備介紹


       ?。?)預處理系統。預處理系統包含了除塵器本體、回收料系統、新鮮料輸送系統和檢測系統。


        系統采用人工解包將物料投放到儲斗中,在儲斗下端采用旋轉下料器下料,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。過濾層吸附將近飽和時(通過阻力設定),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。


        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,替換下一個倉室進行隔離清灰,以此類推。過濾過程中,通過壓差監測系統對除塵器壓差進行監測。除塵器灰斗設有高低料位,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。


       ?。?)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,進一步保護沸石轉輪。二級過濾主要用于去除逃逸的對濃縮設備有害的粉塵、水分和油污。過濾器設置壓差計,超壓時報警更換濾材。


       ?。?)沸石濃縮轉輪裝置。沸石轉輪設備為筒式結構,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,包括吸附區域和脫附區域。通常吸附區較大,而脫附區則為一個或兩個較小且面積相等處理側。沸石轉輪采用一組電動驅動設備以旋轉轉輪,轉輪運行時可變速。吸附區和脫附區域中裝有壓差計,用于監測沸石是否堵塞。轉輪的脫附氣體進出口都設置了熱電偶,用于實時監測脫附氣進出口溫度,以便觀察脫附溫度控制系統是否正常。


       ?。?)旋轉式RTO蓄熱。燃燒裝置RTO為蓄熱式熱氧化反應器,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。氧化產生的高溫氣體流經特制的陶瓷蓄熱體,使陶瓷體升溫而“蓄熱”,此“蓄熱”用于預熱后續進入爐體的有機廢氣,從而節省廢氣升溫的燃料消耗,降低運行成本。


        旋轉式RTO結構,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燃燒,內部有足夠厚度的內保溫。爐塔內安裝熱交換媒介——蓄熱陶瓷。蓄熱陶瓷分為12個固定床,其中5個為進氣區、5個為排氣區、1個吹掃區、1個過渡區。在旋轉切換閥的作用下,各區呈步進式變化,每次換向只有16.7%陶瓷媒介改變氣流方向,減小RTO進出口的風壓波動,對前端生產線氣壓影響小。旋轉閥為旋轉式RTO的關鍵部件,用于空氣流動方向的切換,可按照順時針方向旋轉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接觸。


        蓄熱體做為RTO的重要部件,相當于一個換熱器。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)。


        2.3處理效果


        該系統于2018年1月正式投入運行,此套廢氣治理設備運行平穩,各項技術指標完全滿足技術協議考核要求,排放濃度指標遠低于國家標準和地方標準。散發在廠區上空多年的橡膠臭味基本消失,居民投訴率同比下降74.5%。經過第三方檢測機構檢測,處理后廢氣中各項指標均遠遠低于國家標準。實際檢測排放濃度見下表。


        3、結論


        針對煉膠車間產生的廢氣特點,采取“預處理+濃縮轉輪+RTO”的工藝方法進行處理,處理后的廢氣排放指標遠遠低于國家標準,可實現超低排放。


        預處理設計采用噴粉+布袋除塵器系統,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,二級過濾和濃縮轉輪的入口風道均沒有明顯油污,去油效果極佳。


        處理后的顆粒物排放濃度為1.9mg/m3,去除效率為84.3%;非甲烷總烴排放濃度為1.0mg/m3,去除效率達98%;臭氣濃度為280,去除效率達88.6%,各項指標遠低于國家標準。


        隨著國家和各地方環保標準的不斷提高以及VOCs在線監測系統與環保局聯網的普及,原來的環保技術越來越顯現出局限性,本工藝將成為煉膠車間、硫化車間有機廢氣治理的發展方向。


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