橡胶制品硫化废气的收集及处理探讨
2019-12-30 09:48吴波
绿色科技 2019年22期
摘要：结合现场监测数据及相关产污系数给出了某企业株胶硫化过程有机废气产生童计算的过程，探讨了采用“冷凝器+洗涤塔+干式过滤器+光催化氧化+活性炭吸附”组合处理工艺处理硫化废气的可行性。以供相关人员参考。
关键词：橡胶硫化;废气处理;光催化氧化;活性炭吸附
中图分类号：X701 文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2019）22-0121-04
1 引言
橡胶制品以橡胶为基本原料，加入炭黑、促进剂、防老剂等配合剂和骨架材料，经过物理和化学加工而成。橡胶加工在炼胶、压延、硫化等工序的高温塑炼和氧化过程中，容易产生有害的物质。橡胶废气均有较强烈的、难闻的异味，会对工厂周围居民的健康造成危害。
以某橡胶制品有限公司为例，对硫化过程废气源强的确定、废气的收集及处理等全过程进行了分析，从而给出处理此类废气合理的技术方案。
2 硫化废气产生情况分析
某企业橡胶产品使用主要原料为氯丁混炼胶、三元乙丙混炼胶及氢化丁腈混炼胶，企业年工作300d，三班制每班8h工作制，其主要生产工艺过程见图1。
该企业硫化罐分为4条生产线，每条生产线设置6个硫化罐，硫化罐规格Φ400～1000mm不等、立式，设计压力为2.25MPa。
废气收集分为两部分：①待硫化罐内硫化反应结束、開罐前3min左右打开硫化罐连接密闭管道进行废气收集，硫化罐蒸气废气浓度最高，所占比例最大;②待硫化罐内压排尽后，打开硫化罐，通过上方及侧上方集气罩收集，开罐时间约为5min[4～9]。
该企业现有已存在同类型硫化罐处于生产状态，根据企业现有生产硫化罐废气监测情况，硫化过程的有机废气（以非甲烷总烃计）监测的产生浓度情况见表1。
参考《橡胶制品工业工艺废气排放因子探讨一以轮胎企业为例》[1]《橡胶制品生产过程中有机废气的排放系数》[2]《橡胶制品工业污染物排放标准（征求意见稿）编制说明》[3]等相关资料，硫化过程废气产生量按非甲烷总烃200mg/kg橡胶计。
结合现有硫化罐的监测数据、相关产污系数核算情况，废气按照：0.20kg/t胶料进行源强的估算。根据企业情况硫化罐混炼胶使用量为1128.93t/a，则硫化废气中非甲烷总烃产生量约为0.226t/a。
3 废气设计风量
3.1 硫化罐蒸汽废气
额定风量收集为可变风量收集，即有罐体需要抽气时风机频率调高，以3300m3/h风量抽风，没有罐体需要抽气时，不再抽空气，根据现有硫化罐提供数据4条生产线平均每小时抽气次数合计为18次，每次抽气持续2min。
根据是否有罐体需要抽气，由生产控制系统发出信号，PLC控制柜接到信号后，通过电控系统调节风机仅在需要抽蒸汽的时候，以3300m3/h风量抽气，抽气完毕后不再抽空气。1h运作时间36min，按照7200h/a，年运行2592h。
3.2 硫化开罐废气
根据前期检测，这部分废气污染负荷较低，同时考虑工人生产操作环境，不再建造封闭隔间，采用集气罩收集，在每个硫化罐侧上方设置集气罩，每条生产线配备6个集气罩。
根据集气罩设计要求，其截面积应略大于收集污染源（即硫化罐）的截面积，为了不影响生产，集气罩不能在硫化罐的正上方，而是设置在侧上方，因此需要更大的截面积。综合以上内容，确定集气罩截面积为1m2。根据设计要求，集气罩的截面流速应在0.5～1m/s，此处污染负荷较低，选取0.5m/s，则其风量为1800m3/h。
一条生产线同一时间只能有一个硫化罐开罐，所以当有1个硫化罐开启时，其对应的集气罩开启，另外5个集气罩关闭。因此每条生产线开罐时的风量就是1800m3/h。根据实际生产数据，每条生产线每小时平均开罐次数为4.6次，每次开罐集气罩抽气时间设置为5min。4条生产线总风量为7200m3/h。
1h运作时间23min，按照7200h/a，年运行1656h。
3.3 合计风量及废气产生情况
为应对风量和浓度波动带来的负荷变化，确保废气处理后稳定达标，废气处理设备的处理能力按12000m3/h风量规格进行设计。风量设置情况见表2。
根据建设单位实际监测结果（表1中数据），密闭管道收集废气约占废气总量的68%，集气罩收集废气量约为29%，剩余的3%无组织排放。企业24台硫化罐废气产生情况详见表3。
4 废气处理措施
4.1 常见单一废气处理工艺
有机废气污染物种类繁多，特性各异，因此相应采用的治理方法也各不相同。常见的废气治理技术方法有：冷凝法、吸收法、吸附法、生物法、燃烧法、光催化氧化法等;近年来还发展出一些新的技术工艺，如：膜分离法、低温等离子法等。
4.2 常见组合工艺
目前工业应用中某一种技术单独使用难以满足要求，通常会使用几种方法的组合工艺。针对不同种类，不同特点的废气形成了以下几种常见废气治理工艺。
（1）以医药、特殊化工行业为代表的有机溶剂废气，具有浓度高、成分单一、使用量大、并有回收价值等特点，通常采用活性炭吸附十冷凝回收工艺。
（2）以汽车、造船、家具等行业为代表的喷漆废气，具有风量大，浓度中等且波动大，成分复杂等特点，通常采用吸附脱附浓缩+燃烧法处理。具体又分为底漆涂装、烘干工段采用沸石转轮+RTO;外漆、晾干等工段采用活性炭吸附+RCO工艺。
（3）以橡胶、机电等行业为代表的废气，具有风量大，浓度低，含粉尘和硫化物等，通常采用预处理（过滤或洗涤）+光催化+活性炭吸附工艺。
（4）以垃圾处理站、废水处理厂为代表的恶臭废气，具有臭气浓度高、含硫化物、芳烃类化合物较多等特点，通常采用生物法处理。
4.3 采用废气处理工艺情况
企业设置“冷凝器+洗涤塔+干式过滤器+光催化氧化+活性炭吸附”装置去除密炼、开炼、挤出压延和硫化过程产生的有机废气，主要污染物为非甲烷总烃等。廢气收集后经冷凝器、洗涤塔、干式过滤器、光催化氧化、活性炭吸附处理，尾气通过15m高排气筒排放，具体流程见图2。
企业有机废气处理装置具体参数见表4。
废气处理方案采用了冷凝、吸收（洗涤塔）、光催化氧化、活性炭吸附多种废气治理工艺。这样多种原理工艺的组合，避免了单一处理工艺仅能针对某类污染物或具备某一相同性质的污染物的缺点，使系统在处理复杂组分废气过程中能保持较高的净化效率。
根据《某橡胶厂年产有机硅胶制品500t、橡胶制品30t、塑料制品500t新建项目竣工环境保护验收监测报告》，某橡胶厂橡胶密炼、开炼和硅橡胶开炼、二次硫化工序产生废气经“水喷淋+UV光解十活性炭吸附”处理后通过1根15m高排气筒排放，具体检测数据见表5。
根据表1数据可知，水喷淋+UV光解十活性炭吸附对非甲烷总烃去除效率为89.2%～93.7%。废气处理措施对硫化废气设计处理效率按照90%考虑，经过处理后的废气排放浓度为0.88mg/m3。
根据《橡胶制品工业污染物排放标准》（GB27632-2011）表5[4]，轮胎企业及其他制品企业炼胶、硫化装置非甲烷总烃基准排气量为2000m3/t胶，该企业使用1128.93t胶，基准排气量为225.8万m3。根据设计方案设计气量2342.9万m3，企业实际排气量超过胶料基准排气量，须按公式将实测大气污染物浓度换算成大气污染物基准气量排放浓度，并以大气污染物基准气量排放浓度作为判定排放是否达标的依据。大气污染物基准排气量排放浓度换算公式为：
式（1）中：ρ基为大气污染物基准排气量下的排放浓度mg/m3;Q总为排气总量，m3;Yi为胶料消耗量，t;Qi基为单位胶料的基准排气量，m3/t;ρ实为实测大气污染物浓度，mg/m3。
根据计算，排气筒排放非甲烷总烃基准排气量下的排放浓度为0.83×（2342.9÷225.8）≈8.6mg/m3，折算后的排放浓度满足《橡胶制品工业污染物排放标准》（GB27632-2011）表5中10mg/m3排放限值的要求。
5 结语
（1）本文结合现场监测数据及相关产污系数给出了某企业硫化过程有机废气产生量计算的过程。
（2）硫化过程废气的气量及处理措施的选择要结合硫化废气产生规律进行设置，本文给出的“冷凝器+洗涤塔+干式过滤器+光催化氧化十活性炭吸附”组合处理工艺，经过分析计算及同类案例分析，该处理工艺处理效率高，处理后废气浓度经过折算后满足《橡胶制品工业污染物排放标准》（GB27632-2011）标准的要求。
（3）组合处理工艺避免了单一处理工艺仅能针对某类污染物或具备某一相同性质的污染物的缺点，使系统在处理复杂组分废气过程中能保持较高的净化效率。
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收稿日期：2019-10-30
作者简介：吴波（1981-），男，工程师，主要从事环境影响评价及环境工程设计工作。
