橡胶企业硫化废气处理工程实例

:摘要:针对的特点,本工程采用两级碱喷淋+两级活性炭+光催化除臭组合工艺对其进行处理。该工艺处理后的废气中,油烟、H2S和非甲烷总烃(NMHC)浓度分别为6.23、0.006、0.18 mg/m3,臭气浓度217,去除率分别达到92%、89%、99%和90%,均满足《橡胶制品工业污染物排放标准》(GB27632-2011)和《恶臭污染物排放标准值》(GB14554-1993)的要求。工程运行结果表明两级碱喷淋+两级活性炭+光催化除臭组合工艺对硫化工段产生的排放量大、浓度低、成分复杂多变的废气具有良好的处理效果。

随着我国的汽车工业高速发展,与其相关联的橡胶工业也迅速崛起,在工业领域占据重要地位。美国橡胶制造者协会的调查结果显示,橡胶生产中的混炼、热炼、挤出、压延和硫化工序的有机类有害废气污染物排放量分别为140,72.8,75.2,102和49g/吨胶,其中硫化工序的产污最为严重[2]。硫化工序的高温塑炼和氧化过程中,容易产生有害的物质,与此同时,沸点较低的原材料和有机溶剂被释放出来,产生较为密集的烟气,且伴有难闻的恶臭气味。该废气成分复杂,主要污染物为挥发性有机物和硫化物。硫化废气以多种方式排放到环境中,严重地破坏了自然环境,并对人类的生存和健康产生了巨大威胁。因此,针对橡胶行业硫化废气的处理迫在眉睫。

硫化废气常规控制技术有吸附、吸收、氧化和生物法等。吸附技术对多种恶臭物质有吸附能力,投资较低,但运行成本高,饱和吸附剂需再生,能耗高[6]。吸收法对水溶性的恶臭物质处理效率高,药剂消耗量大,运行成本高,二次污染严重,需多级处理。氧化法一般包括臭氧和光催化氧化,其中臭氧氧化处理效率高,设备简单,但运行费用高且臭气与臭氧难以充分混合。光催化氧化占地面积小,运行成本较低,适用于低浓度、大流量的废气治理,其弊端在于设备投资高、处理负荷低,水含量大及粉尘含量大的废气影响其去除效率[8]。生物法运行费用低,无二次污染,可在常温常压下进行,设备简单,但不适合处理生物毒性强的废气,且长期停用需重新培养微生物。因硫化废气具有浓度低、排放量大以及成分复杂多变等特点,所以仅使用其中一种处理方法很难达到令人满意的效果。因此,在实际中通常采用多种技术耦合的处理工艺。

浙江某橡胶企业主要生产三元乙丙再生胶,在硫化过程中会排放出带有强烈刺激性气味的废气,主要由油烟、挥发性有机物(VOCs)、H2S和NH3等组成。废气经处理后直接排放,排气筒高度为15 m。颗粒物和NMHC 指标执行《橡胶制品工业污染物排放标准》(GB 27632-2011):颗粒物≤12 mg/m3,NMHC≤10mg/m3;H2S排放速率和臭气浓度执行《恶臭污染物排放标准值》(GB14554-1993):H2S≤0.33kg/h,臭气≤2000。

该公司原有废气处理工艺已采用“两级喷淋+两级活性炭”组合技术。该工艺在运行初期处理效果显著,但运行一段时间后导致活性炭吸附饱和,则使得其处理效果显著下降且不能满足相应排放标准。本工程针对废气处理现状,对其进行了相应改造,设计了一套“两级碱喷淋+两级活性炭+光催化除臭”组合工艺,流程示意图如图1 所示。企业废气设计风量为20000m3/h,碱喷淋设备可有效吸收H2S等溶于水的酸性臭气,且对于部分水溶性强的VOCs也有很好的去除效果。通过活性炭吸脱附,可将难溶于水的有机物去除,降低废气非甲烷总烃浓度,同时吸附臭气。光催化装置中产生的自由基可使得有机物彻底矿化,达到相应废气排放标准。

(2)采用高速空气流涂覆技术对紫外石英灯管覆膜,大大减小灯管漏气率,并加强灯管的使用寿命,从8000h 提高到14000h,节约运行成本;

(3)采用稳定技术将催化剂负载到陶瓷基载体上,陶瓷基有较大的比表面积(500~700 2/g),有很好的吸附性能,大大增强了光催化效率。

设备材质为聚丙烯(PP)塑料,×H=2.5×7.5m,空塔气速1.0m/s。两层填料(含鲍尔环5 mm PP 填料),每层高1.5m,各配

备一只PP 螺旋喷嘴,喷淋密度为1 m3/(m2·h)。该设备含有包括PP 加药槽在内的自动加药池。

设备材质为304 不锈钢,活性炭箱尺寸L×W×H=4.0×2.5×2.5m,吸附剂为颗粒碳,装填量为3.3t,过滤风速为0.55m/s。

设备材质为304不锈钢, 油水分离器尺寸L×W×H=2.0×1.8×1.8m,进出口尺寸为0.9m。过滤材料为高速旋转网盘,功率8.8kW。

设备材质为纤维增强复合材料,尺寸为×H=0.9×15m,配备井字架、缆风绳、避雷针、采样口、采样平台、防雨帽、排液口等。

废气处理工艺改造前后排气口各指标浓度和去除效率分别见表1和图2。改造前废气处理系统出气口H2S 浓度为0.01mg/m3,臭气浓度为1140,均能达到国家排放限值。但由于臭气较为敏感,虽低于国家规定的浓度值2000 的排放要求,但恶臭味依然明显导致邻避效应问题突出。油烟和NMHC 浓度分别为24.3 和12.3mg/m3,均超出了标准限值的12和10mg/m3。H2S 因其良好的水溶性,在改造前的处理设备中的去除率可达到82%。处理设备进口中油烟含量偏高,处理效率需达到85 %以上才能达到国家排放标准,而“两级喷淋+两级活性炭”组合工艺对油烟的去除率仅为68%,臭气去除率为46%,NMHC 去除率则低至24%。处理效果不理想是因为改造前的处理工艺存在明显弊端:一方面,油烟、某些NMHC、臭气中的苯系物等废气水溶性较差,难以通过碱喷淋去除;另一方面,活性炭对废气的吸附量有限,尤其是碱喷淋处理后废气未进行干燥直接进入活性炭吸附箱时会携带大量水汽,与废气形成吸附竞争,使活性炭更快达到吸附饱和,导致对污染物的吸附效果骤减。

改造后废气处理系统出气口油烟、H2S、NMHC和臭气浓度分别为6.23、0.006、0.18 mg/m3 和217,均达到了国家排放标准,处理效率分别为92%、89%、99%和90%,处理效果显著。这是由于高效油水分离器可针对性去除含油物质,提高油烟去除率,降低出气口油烟含量。光催化氧化装置使用陶瓷基光催化剂,并与综合净化技术耦合,增强断键能量,打开化学键,分解有害废气,可将前段废气处理工序残留的难溶性有机物彻底氧化为无污染的CO2和H2O,污染物去除效率从原来的65 %提高至87%。即使使用一年之久,去除效率仍稳定在82%以上。处理末端的活性炭箱可应对废气量大,前端处理不彻底的情况,保证了废气的达标排放。

由于使用特有热稳定负载技术,使催化剂稳定牢固负载于陶该项目稳定运行的一年中,紫外灯管具有很好的光量子产率,衰减率极低,实测小于5 %。

该工程固定投资费用59万元;装机功率为446kW,运行功率为312.2kW,按每天工作8h,电耗为2500kW·h/d,按电价为0.7元/(kW·h)计,功率因数取0.80,则电费为175 元/d;片碱和颗粒活性炭等药剂费2 万元/年,按每年360 天计,即5.6 元/d;定员10人,工资按2000元/(人·月)计算,则人工费为133元/d;运行费用合计为313.6 元/d。

针对橡胶行业产生的硫化废气,本工程采用“两级碱喷淋+两级活性炭+光催化除臭”组合工艺,处理后排气口油烟、H2S 和NMHC 和臭气去除率分别达到92%、89%、99%和90%,浓度均满足《橡胶制品工业污染物排放标准》(GB27632-2011)和《恶臭污染物排放标准值》(GB 14554-1993)。工程实例证明“两级碱喷淋+两级活性炭+光催化除臭” ”组合工艺对硫化工段产生的浓度低、排放量大、成分复杂多变的废气具有良好的处理效果。整个处理系统具有较强的适应性、实用性和先进性,取得了较好的环境效益和社会效益。

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