橡膠行業標準廢氣治理技術方案

馮雅，柴方剛 ，劉小荷，劉培華

(1.青島雙星裝備制造有限公司，山東 青島 266400；2.青島海信日立空調系統有限公司，山東 青島 266400)

1 橡膠生產廢氣概述

隨著我國經濟的快速發展，橡膠工業在工業領域中占據了重要地位。從改革開放以后，伴隨我國汽車工業的崛起，帶動與其緊密相關的橡膠工業也發展迅速。然而生產橡膠排出的廢氣會對動物和環境造成不利的影響。

橡膠制造生產工藝對廢氣產生有很大的影響。一般情況下生膠如丁苯橡膠、氯丁、順丁等，在規定的儲存及使用條件下并不會產生毒害作用[1]。在橡膠生產過程中使用的有機溶劑易在加熱過程中釋放出來，會造成空氣污染。除此之外，在煉膠、壓延、硫化等工序的高溫塑煉和氧化過程中，生膠也會釋放出毒害氣體；原材料中部分有機物由于沸點低，也會在加熱過程中揮發到空氣中從而造成污染。

橡膠輪胎行業產生的揮發性污染物主要包含惡臭、工業粉塵等，由于污染物成分多種多樣，且生產工廠排放量大，因此會對導致周邊環境空氣質量下降，對人類健康也會造成威脅。

橡膠輪胎廢氣成分[2]大致可分成六類：

（1）烴類：烷烴、烯烴、炔烴、芳香烴等；

（2）胺類：苯胺類、環己胺、三甲胺、二甲胺等；

（3）粉塵類：炭黑、膠粒等；

（4）含氯的化合物：酰胺、吲哚類等；

（5）含硫的化合物：硫醇類、硫醚類、二氧化硫等；

（6）含氧的有機物：醇、酚、醛、酮、有機酸等。

危害人類健康的橡膠輪胎廢氣中，無機物包含硫化氫、炭黑等，有機污染物在惡臭氣體中所占比例更大。

2 橡膠行業的排放標準及解決對策

2.1 橡膠類工業廢氣排放標準

2.1.1 參考標準

橡膠類工業廢氣排放主要參照以下兩種國家標準：

（1）GB 14554—93《惡臭污染物排放標準》。

（2）GB 27632—2011《橡膠制品工業污染物排放標準》。

2.1.2 具體排放表

（1）《橡膠制品工業污染物排放標準》（GB 27632—2011）對應排放表，見表1。

（2）《惡臭污染物排放標準》（GB 14554—93）中對應排放表，見表2。

2.2 設計原則和目的

項目按照達標安全性、技術合理性、經濟實用性原則設計和建設。項目完成和投產后，達到國家《橡膠制品工業污染物排放標準》（GB27632—2011）及《惡臭污染物排放標準》 （GB14554—93）中二級標準（其中煙囪高度按照15 m）。

（1）達標安全性：項目設計應遵守國家環境保護的相關規章制度，保證處理后的廢氣各項指標達到設計要求，滿足排放標準；除此之外，對于廢氣的分散點源和季節性濃度變化的特點，要有具體的應對措施，確保惡劣條件下也能夠穩定達標。

表1 《橡膠制品工業污染物排放標準》（GB 27632-2011）

表2 《惡臭污染物排放標準》（GB 14554-93）

（2）技術合理性：在完全達到現行的所有相關標準、規范的同時，項目設計方案需要考慮到操作管理、維護巡檢的安全和便利，處理工藝應具備充分的技術合理性。

（3）經濟實用性：應以科學、盡量簡便和為使用者節省造價、運行成本為目標，兼顧設備的可操作性、易維護性、實用性等進行設計。

3 技術方案

3.1 密煉車間

3.1.1 概況

輪胎行業的密煉車間一般分為母煉車間和終煉車間，但是對于一些小型的密封件、膠管等橡膠制品，企業母煉和終煉是用同一臺密煉機進行的。橡膠輪胎行業廢氣濃度最高的工序，其主要的廢氣泄漏點為密煉機的上頂栓、下頂栓、擠出機、開煉機、隔離劑和膠冷線位置。

母煉工序：是將各種原材料加入母煉機在一定壓力和溫度下煉成初始的膠料，其中上頂栓工位主要以顆粒物為主。整個密煉工序VOCs濃度最高的位置是密煉機的下頂栓和擠出機位置。開煉機、隔離劑及膠冷線工位的濃度相對較低，但是風量較大。

終煉工序：是將母煉生產的膠料加入一定的化學物質重新煉制的過程，相當于進行深加工，終煉完成的膠料進入壓延車間進行下一個工序。終煉工序比母煉少1臺擠出機，密煉機下頂栓出料后直接進入開煉機，但是要比母煉多1～2臺開煉機。其中上頂栓工位產出主要以顆粒物為主。整個工序VOCs濃度最高的位置是密煉機的下頂栓位置；開煉機、隔離劑及膠冷線工位的濃度相對較低，但是風量較大。

3.1.2 處理方案

（1）上頂栓位置

處理方式：單臺處理（除塵器出口與開煉機、隔離劑、膠冷線的廢氣治理設備合并）。

處理工藝：收集+布袋除塵+注入式低溫等離子+復合光氧催化+動力排空。

（2）下頂栓和擠出機位置

處理方式：多機并聯處理。

處理工藝：收集+布袋除塵+活性炭吸附濃縮/沸石轉輪濃縮+催化燃燒+動力排空。

（3）開煉機、隔離劑、膠冷線位置

處理方式：單臺處理。

處理工藝：收集+高效過濾+注入式低溫等離子+復合光氧催化+動力排空。

3.1.3 工藝流程

廢氣治理工藝流程圖如圖1和圖2所示。

圖1 上頂栓、開煉機、隔離劑、膠冷線廢氣治理工藝流程圖

3.2 壓延/硫化車間

圖2 下頂栓與擠出機廢氣治理工藝流程圖

壓延硫化車間的VOCs濃度相比于密煉車間要低很多，并且風量較大，若采用燃燒法，其運行及投資費用巨大，因此不建議使用燃燒法進行處理，建議采用復合光催化廢氣治理設備進行處理。復合光催化廢氣治理工藝流程圖如圖3所示。

圖3 復合光催化廢氣治理工藝流程圖

4 原理介紹

4.1 預處理

密煉車間粉塵含量高的地方通常應已安裝除塵器，壓延和硫化車間的粉塵含量較低，因此本次采用干式過濾的方式，即初中效過濾器，將廢氣中的粉塵、部分水蒸氣和油霧去除，避免影響后端的光氧催化和低溫等離子設備。

4.2 復合光催化主機

4.2.1 光氧催化

被公認為目前治理空氣污染最理想材料的納米二氧化鈦，具有防污除臭、凈化空氣、抗菌防霉等功效。納米二氧化鈦借助光能，可以釋放出具有極大活性的空穴電子對，隨后與空氣中的細菌和有機物進行降解反應。二氧化鈦光觸媒僅為反應提供條件與場所，本身并不參與反應，所以可永久循環使用，且天然無毒害作用。

所述納米TiO2光觸媒的光源為紫外光，紫外光照射在納米TiO2上，激發在價電的電子躍遷至導帶成為自由電子，使原價帶出現帶正電的空穴，從而促使空穴電子對的形成?？昭娮訉哂袠O高的能量，納米TiO2利用空穴的氧化性與自由電子的還原性，與空氣中的水和氧氣進行氧化反應，成為擁有極強氧化性的羥基（-OH）。羥基可以和有機物發生氧化反應，使有機物中原子團和O2分子發生連鎖反應，最后將有機物分解為CO2與H2O；羥基還能夠打破細菌的細胞膜，從而使其細胞質流失，細胞核被氧化，細胞被滅活，達到消毒殺菌[3]的作用。

過氧自由基、羥基、過氧氫氧自由基從納米TiO2被輻照后生成，它們相較于臭氧負離子，具有更高的氧化性。TiO2和紫外光相組合可以分解細菌，這是HEAP和活性碳都不具有的功能，且比HEAP和活性碳的吸附性更好。歐美國家權威實驗室測試結果顯示，每平方厘米的二氧化鈦的除臭性能比等量的高效能纖維活性碳高150倍，等同于500件活性碳冰箱除臭劑[4]。

4.2.2 后處理

后處理采用深度氧化床，一方面可以延長除味主機內廢氣停留時間，另一方面可以對氧化裂解產生的臭氧、氫氧基自由基、分子碎片等活性基團進行高效處理。該裝置內部填充了包含催化劑的特殊填料?；钚曰鶊F被吸附于填料的表面和內部孔隙里，借助催化作用發生深度反應，從而使污染物分子碎片被降解成二氧化碳和水等無污染產物。

該裝置結構緊湊，方便配套使用，且使用年限久，日常維護簡便。

4.3 注入式低溫等離子

低溫等離子體是一種對外不呈電性的低能混合物。這種混合物是由施加超過其放電電壓的外部電壓后，氣體擊穿生成含有多種自由基、原子、離子以及電子組成的。高能粒子高速碰撞污染物分子，使之在非常短的時間里被分解，隨后進行其他反應，異味污染物進而被降解。

4.4 蓄熱式燃燒

蓄熱式燃燒在蓄熱式熱氧化焚燒爐（RTO）中進行。揮發性有機物借助高溫環境被氧化生成CO2和H2O, 達到除味凈化氣體的目的。在RTO中，其主體分為燃燒室、蓄熱室以及切換閥等，廢氣分解率高于99%，熱回收率高于95%。

陶瓷蓄熱體中流過氧化產生的高溫氣體流后溫度增高，存儲一些熱量，這些熱量會預熱后續進入的揮發性有機物，可節約廢氣升溫所需的燃料。蓄熱體需分隔為多于或等于兩部分，每個分隔順次完成蓄熱-放熱-清掃等工序，循環往復，不間斷工作。蓄熱體一旦完成“放熱”，需立刻通入一定量的干凈空氣使蓄熱體得到清理，從而確保揮發性有機物廢氣凈化率高于98%。

5 國家相關規范和標準

5.1 項目設計規范和標準

項目設計規范和標準如下：

（1）（87）國環字第002號 《建設項目環境保護設計規定》。

（2）1998年11月29日國務院令《建設項目環境保護管理條例》。

（3）GB 16297—1996（新二級） 《大氣污染物排放標準》。

（4）GB 14554—1993 《惡臭污染物排放標準》。

（5）GB 50052—95 《供配電系統設計規范》。

（6）DB J08-11—1999 《地基基礎設計規范》。

（7）HG/T 20507—2000 《自動化儀表選型規定》。

（8）HG/T 20509—2000 《儀表供電設計規定》。

（9）HG/T 20513—2000 《儀表系統接地設計規定》。

（10）HG/T 20508—2000 《控制室設計規定》。

（11）HG/T 20511—2000 《信號報警、聯鎖系統設計規定》。

5.2 施工設計規范和標準

施工設計規范和標準如下：

（1）GBJ 205—83 《鋼結構工程施工及驗收規范》。

（2）YSJ 411—89 《防腐工程施工操作規程》。

（3）YSJ 404—89 《結構吊裝、工程施工操作規程》。

5.3 安裝規范和標準

安裝規范和標準如下:

（1）GB J93—86 《工業自動化儀表工程施工及驗收規范工及驗收規范》。

（2）GB J236—82 《現場設備、工業管道焊接工程及驗收規范》。

（3）GB J232—82 《電氣裝置施工及驗收規范》。

（4）GB 50275—1998 《壓縮機、風機、泵安裝工程施工及驗收規范》。

5.4 勞動安全設計規范

勞動安全設計規范如下：

（1）GB 12801—91 《生產過程安全衛生要求總則》。

（2）勞動部3號令 《建設項目（工程）勞動安全衛監察規定》。

（3）GB 4064—83 《電氣設備安全設計導則》。