活性炭吸附脱附+RTO焚烧工艺在处理轮胎企业硫化工序废气上研究与应用

顾建，包捡青，王斌

(杭州朝阳橡胶有限公司，浙江 杭州 310018)

1 治理背景及要求

我公司是一家生产全钢子午线轮胎的企业，目前的生产能力为混炼胶28万t/年和全钢子午胎680万条/年。公司地址位于浙江省杭州市钱塘新区。企业在生产轮胎过程中，在硫化工段会产生恶臭气体，其主要成分是二硫化碳（CS2）、硫化氢（H2S）、非甲烷总烃、颗粒物等，其气味难闻，对周边环境和居住人群造成不良影响。为解决企业存在的污染问题，对该工序产生的废气进行了综合治理。由于我公司地址位于浙江省杭州市，所以所执行的排放标准参考《橡胶制品工业污染物排放标准》（GB 27632—2011）表5新建企业大气污染物排放限值，详见表1。

表1 《橡胶制品工业污染物排放标准》（GB 27632—2011）

改善项目恶臭污染物执行《恶臭污染物排放标准》（GB14554—93）二级标准，详见表2。

表2 恶臭污染物排放标准

除按照以上标准外，根据实际要求，颗粒物浓度≤5 mg/m3，臭气污染物排放浓度≤500（无量纲）。且当烟气进口非甲烷总烃≥4 mg/m³时，要求处理效率≥50%。

2 治理方案的研究

废气的治理包括两个方面，一是废气的收集，二是废气的治理。这里首先介绍废气的收集。废气的高效收集有利于车间环境的改善，同时更有利于提高废气的治理效率。

2.1 废气收集的研究

该工序传统的收集模式是大围罩模式，通过屋顶风机将车间内部废气进行有组织收集，并通过环保设备治理后统一排放，详见下图1。

因这种收集技术存在气量大，收集效率低等缺陷，所以进过优化，采用第二代收集技术。硫化机采用背靠背安装，中间形成密闭空间。上料侧采用一台一隔的小围罩卷帘门收集，出料侧后侧相通。如图2和图3。

该方案采用局部密闭的措施，从一定程度上降低了风量，提高了收集效率。该方案的收集效率可以大大提升，但由于每台硫化机都需要增加密闭房和自动卷帘门，所以前提投入会比较打。同时，在轮胎胎胚进出时，卷帘门会打开，密闭空间的废气会少量溢出。但其优点是可以大幅减少排放量，以一条硫化沟，22台硫化机为例，风量可以从原来的14.4万m3/h，下降至6万m3/h，排放量直接下降58.3%。

2.2 废气治理方案

2.2.1 废气产生量

本治理方案针对厂E区地沟总计22台硫化机内产生的硫化废气进行处理，废气产生量与处理系统设计见表3。产生废气量大，废气含有有机物浓度低。

表3 硫化车间E区废气产生量

2.2.2 治理方案比对

目前，废气处理市场上常用的吸附浓缩工艺有转轮浓缩和活性炭罐吸附脱附。橡胶制造业的废气处理也是如此。转轮的吸附材质是沸石，沸石和活性炭都具有很好的废气吸附性能，但是二者针对的成分、适宜的情况不同。

针对两种吸附材料的不同，结合项目特征，从以下几方面分析两者差异：

（1）活性炭能够吸附的废气更加广谱，适用于本项目。活性炭吸附孔道大小不一，可以吸附多种废气成分；而沸石转轮孔道均一，吸附广谱窄，只能针对某几类有机物进行吸收。橡胶行业产生的废气成分复杂，有有机物、无机物，因此活性炭吸附更加适合本项目。

（2）活性炭浓缩倍数大（＞100倍），沸石浓缩倍数小（15～40倍）。活性炭相比于沸石，吸附容量更大，因此浓缩倍数也更大。本项目产生的废气浓度小，风量大。为保证后续燃烧的良好进行，同时减少不必要的燃烧投入，浓缩的目标是能够得到高浓度、小风量的废气，而活性炭可以更好满足这种要求。

（3）转轮吸附浓缩比活性炭吸附浓缩对废气预处理的要求更高。沸石转轮造价高，材质精细，废气中含有颗粒物或者油性物质极易发生堵塞。相对而言活性炭对预处理要求更低。一般工程应用中，与沸石转轮匹配的预处理设置四层，而活性炭吸附只要求两层，预处理成本更低。

（4）转轮吸附材料使用时间长，活性炭寿命短。活性炭约1年更换一次，更换下来的活性炭可以交由有危废处理资质的单位处理，也可以由企业热解炉高温无氧再生重复使用。转轮能够使用8～10年之久，废转轮作危废处置。

（5）转轮投资高，活性炭投资低。转轮造价高，活性炭成本低廉，更换也方便，维护成本有限。

综合以上论述，结合工程经验，尽管沸石转轮有着较好的脱附效果，但在硫化工艺上仍不建议应用。因此，本方案选择活性炭浓缩作为浓缩工艺。根据整治方案的要求，配合前端过滤处理和后端RTO焚烧。

2.2.3 治理工艺

本项目废气处理工艺选用“滤袋过滤+活性炭吸附脱附浓缩+RRTO焚烧”工艺，详见图3。

为了更好地保护后续处理设备，本方案设置了滤袋过滤除尘系统。废气经过车间自有管道收集，一级滤袋除尘后，进入活性炭吸附，吸附完成后高空排放。活性炭经过一定时间的吸附后，逐渐趋于饱和，活性炭罐按照系统自动控制进入脱附程序。本系统利用190 ℃蒸汽，换热给脱附风，脱附风进入活性炭罐，将吸附在活性炭上的有机物脱附出来，并随脱附风进入RTO系统焚烧。在高温（760～850 ℃）状态下，有机物被分解为CO2和H2O，尾气通过30 m高的排气筒高空排放。

2.2.4 治理系统介绍

治理系统包括如下：过滤滤袋除尘装置、活性碳吸附脱附装置、活性炭罐脱附冷却系统、旋转RTO装置、安全防火装置等。

过滤滤袋除尘装置：由于硫化车间灰尘和颗粒物较多，为了保护活性炭吸附脱附系统，在前端设置预处理系统——二级干式过滤器。干式过滤器过滤等级为F5、F7。废气进入干式过滤器，经滤袋过滤，将粉尘附在滤袋的表面，过滤后的气体经过滤袋后排出。过滤器均设置压差变送器对废气过滤系统压差进行控制，压差过载时报警更换滤材。预处理过滤器主要用于去除废气中的颗粒物、粉尘等杂质，以保证活性炭的净化效率和使用寿命。设计过滤器单台处理能力分别为每套设备50 000 m³/h。我方设计的滤袋在线更换系统，能够在不停产的情况下更换滤袋，不影响企业的正常生产。

活性碳吸附脱附装置：废气经预处理去除颗粒物与粉尘后进入活性炭吸附系统。每个活性炭罐尺寸为1 906×1 702×2 506 mm，填充活性炭2.52 m³。根据每条处理线路处理风量不同，在留一定余量的基础上，需要配备的活性炭罐数量不同。配备数量遵循“多用一备”的原则，能够实现在线吸附脱附。整套装置由5只活性炭罐组成，运行时除其中1只罐子用于脱附，其余都用于吸附，循环往复，实现逐个脱附，保证活性碳的再生。过活性炭罐空速约为0.75 m/s，每个活性炭罐内活性炭吸附床填充厚度为600 mm，活性炭罐达到设计吸附周期后转入脱附流程。切换阀采用零泄漏三通阀，单个活性炭罐的脱附不影响其他碳罐的吸附过程。活性炭罐保温棉耐温≥300 ℃，厚度≥100 mm。填充活性炭的规格参数见表4。

表4 活性炭基本参数

活性炭罐脱附冷却系统：通过循环风来实现。活性炭在＞50 ℃的情况下，吸附效果较差。因此，经过脱附后需要对活性炭罐进行冷却。本系统采用新风冷却，冷却后的风不排放，通过循环风机在冷却系统中循环，冷却风的降温由冷水换热器实现。

旋转RTO装置：RTO主要由燃烧室、陶瓷填料床和旋转阀等组成。炉体分成12个室，5个室进废气，5个室出净化气，1个室清扫，1个过渡室。废气分配阀由电机带着连续、匀速转动，在分配阀的作用下，废气缓慢在12个室之间连续切换。每个陶瓷填料床依次经历蓄热-放热-清扫等程序，周而复始，连续工作。蓄热室“放热”后应立即引入适量洁净空气对该蓄热室进行清扫（以保证VOC去除率在98%以上），只有待清扫完成后才能进入“蓄热”程序。否则残留的VOCS随烟气排放到烟囱从而降低处理效率。经过预处理的废气进入废气焚烧炉，高温（800 ℃左右）条件下裂解为二氧化碳和水。RRTO内部设置蓄热体用于预热有机废气，充分回收利用氧化分解有机废气时所放出的热能。RRTO中使用焚烧炉专用蜂窝陶瓷蓄热体——片状组合式蜂窝陶瓷蓄热体，内部蜂窝结构采用“T”形排列设计，代替了原有普通蜂窝陶瓷的“十”形方孔结构排列，解决了产品在使用过程中的堵孔情况；同时，内部蜂窝孔具有连通式结构，增加空隙率，减少气流压降，改善整个截面上气体分布，使气体分布更均匀，提高了设备热回收效率。

安全防火装置：本系统的安全装置主要是活性炭的防火保护，并由蒸汽来实现。活性炭着火点低，尤其吸附有机物后更加易燃。活性炭罐中安装有热电偶，当检测到温度超过设定温度时，系统自动关闭脱附风阀，打开蒸汽管路，蒸汽通入隔绝氧气，有效预防火灾的发生。

2.2.5 系统运行费用

本项目运行费用主要来自常电能耗和耗材费用。

运行设备风机，为了满足最大产生浓度下达标排放，各废气系统风量配置较大，但是实际运行时可通过变频调节，在废气排放不多的情况下，降低能耗，见表5。

表5 系统耗电设备用电费用

电费0.8元/度计算，年运行时间为330天，每天24 h，则年运行费用为34.5万元。

系统耗材费用主要耗材为滤袋，滤袋约3～6个月更换一次，按6个月更换一次计，耗材费共计1.6万元/年，详见表6。

表6 系统耗材费用估算

3 治理综合评价

整治后，我公司委托第三方对此次改造的效果进行了整体评价，得出如下结论：根据监测数据、现场调查及资料核对，企业本次整改方案及效果基本上达到了《杭州市轮胎制造（橡胶制品业）行业挥发性有机物污染整治规范（试行）》、《浙江省挥发性有机物污染整治方案》等相关文件的规定。经整治前后的监测结果对比，整治后，企业VOCs的减排量为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%；企业硫化E区废气处理设施对恶臭污染物的去除效率由整治前的43.9%提高到57.6%，能达到《杭州市轮胎制造（橡胶制品业）行业挥发性有机物污染整治规范（试行）》要求。因此，本次整改有一定的减排效果。整体而言，整改后的硫化废气处理设施的去除效率优于原处理装置。