橡胶硫化废气吸附/脱附-焚烧-脱硫净化工艺

摘要：描述了橡胶行业硫化废气的特点,采用吸附/脱附-焚烧-脱硫净化工艺对其进行处理。该工艺利用蜂窝活性炭吸附,再由焚烧炉彻底燃烧降解污染物,所产生的SO2由碱液吸收处理。工程运行结果表明,该处理工艺可使硫化废气中挥发性有机物（VOCs）去除率达90%以上,排放尾气恶臭浓度〈300,SO2质量浓度低于5mg/m~3。

引言

根据美国橡胶制造者协会(RMA)的调查结果，橡胶生产中的混炼、热炼、挤出、压延和硫化工序的每吨胶有机类有害废气污染物(HAP)排放系数分别为140，72.8，75.2，102，149g，其中硫化工序的产污最严重。硫化工序中会产生大风量、低浓度的有机废气，主要成分为恶臭污染物、含硫物质和挥发性有机化合物(VOCs)。《挥发性有机物排污收费试点办法》于2015年10月1日开始施行，橡胶行业硫化废气的减排工作迫在眉睫，但目前尚缺乏经济有效的尾端处理工艺。本文以某企业的硫化车间废气处理工程为例，介绍吸附/脱附-焚烧-脱硫净化工艺在橡胶硫化废气处理中的应用。

1硫化废气特点

橡胶硫化一般在150～160℃下进行，此条件下胶料会释放出大量挥发性物质，产生排放量大、污染物浓度低的硫化废气。某橡胶生产企业是一家全国大型轮胎生产企业，#500车间为其硫化车间，该车间硫化废气的外排量为540000m3/h，主要成分为非甲烷烃(NMHC)(质量浓度约5mg/m3)、CS2(质量浓度约2mg/m3)和H2S(质量浓度约0.4mg/m3)，具有一定的刺激性和臭味。

根据《橡胶制品工业污染物排放标准》(GB27632—2011)，橡胶生产企业废气的实际排气量超过所规定的基准排气量时，需要将实测的污染物浓度换算为基准气量排放浓度，并以此为依据判断该排放是否达标。#500车间每吨胶废气的实际排气量为39000m3，换算后的NMHC基准气量排放质量浓度为97.5mg/m3，远超标准值。且废气恶臭浓度高于2000，未达到《恶臭污染物排放标准》(GB14554—93)的要求。企业要求该车间废气经处理后NMHC去除90%以上，恶臭浓度降至300以内，实现达标排放。

2工艺设计

目前VOCs降解技术种类繁多，但各有优劣。低温等离子技术会产生大量中间产物;光催化技术处理大风量有机废气时投资成本过高;生物处理技术对所处理废气的成分有较高要求;催化燃烧法中催化剂在高含硫状态下易中毒、失活，以上技术均不适用于本工程。#500车间的硫化废气产生量大，污染物浓度低，且含有一定量硫化物，应采用吸附/脱附-焚烧-脱硫净化工艺进行处理。

2.1工艺设计及参数

#500车间内的废气由集气罩收集外排，依次经过预处理(过滤棉)、活性炭吸附/脱附、热力焚烧和冷却脱硫处理后达标排放。硫化废气首先流经过滤棉装置以去除其中的固体颗粒与油性雾滴，再进入活性炭床层吸附，吸附风速为1.2m/s，尾气达标排放，如图1所示。活性炭床层吸附一定时间后吸附能力会减弱，需经过脱附再生才能继续使用，本工程中采用10000m3/h的120℃热空气脱附。脱附所产生的高浓度废气进入焚烧炉内热力销毁，燃烧室内温度为50℃，废气停留时间为1～2s。焚烧所产生的烟气温度高，包含大量热能，可进入管式换热器换热，使新鲜空气加热至120℃后用于活性炭床层的脱附。污染物中的VOCs在高温下会彻底降解为CO2和H2O，但硫化物氧化时会产生SO2，出热交换器的尾气含有大量SO2，需通入脱硫塔内处理。脱硫塔设置3层碱液喷淋，尾气在塔中反应4s后达标排放，废碱液盐度达到20%时，进行中和处理并纳管排放。

本工程预处理装置与吸附装置各设置7套，焚烧炉和脱硫塔均设置1套。吸附阶段中7座吸附罐进行吸附作业，进入脱附阶段后，向其中1座吸附罐内通入热空气，进行活性炭床层的脱附再生，脱附时间为2h。该罐脱附完成后重新进行吸附作业，另一座活性炭罐开始脱附，7座吸附罐通过阀门的切换依次完成脱附再生。本工程中吸附周期为14d，脱附时集中一天对所有吸附罐进行脱附再生。工程运行中至少有6座吸附罐同时进行吸附作业，单座活性炭罐吸附风量不高于9×104m3/h，吸附效率高于90%。

2.2吸附/脱附条件论证

对本工程中使用的蜂窝状活性炭进行理化性能分析，其体密度为0.48g/mL，比表面积为695m2/g，宏观孔径为3mm，微观平均孔径为1.5nm，孔容可达1.25cm3/g。根据工程经验，工艺中的吸附风速选用1.2m/s，脱附气体选用120℃热空气。以标准空气的流动为模型计算，吸附时气体在活性炭床层内流动的雷诺数Re为255.2，该流动为层流，传质效果好，有利于吸附。

用饱和甲苯蒸汽和标准空气配成质量浓度5mg/m3的混合气，以此为模型污染物进行动态吸附实验，吸附风速选用1.2m/s，吸附尾气中甲苯质量浓度低于0.5mg/m3。对吸附前后的样品进行称量并计算，得到其吸附容量为394mg/g。结果表明:脱附开始后10min，尾气中甲苯质量分数达到3.7×10-3;60min时，甲苯质量分数降至1×10-3以下;120min时，甲苯已近乎为0。经计算和实验论证，蜂窝状活性炭吸附效果好，所设计的吸附/脱附条件合理有效。

2.3二次废气处理系统

由于#500车间废气含有一定量的硫化物，经焚烧会产生次生污染物SO2，本工程中设计了二次废气处理系统。工程运行时，出热交换器的尾气含有约5g/m3的SO2，需进脱硫由碱液吸收处理。脱硫塔中设有3层碱液喷淋，气液比为9.5L/m3，底部设有波美度仪。碱液吸收SO2与氧气后生成Na2SO4，废碱液盐度达到20%时进行中和处理并纳管排放。如果对Na2SO4进行收集回用作为Na2S生产原料，每周期可生产1t的Na2S。

3处理效果及效益分析

本工程运行3个月以来一直保持稳定的处理效果，硫化废气经吸附处理后，NMHC去除率达到90%以上，尾气恶臭浓度<300。吸附/脱附处理将硫化废气中的NMHC浓缩到了约1/1300，为热力焚烧提供了必要条件。焚烧-脱硫尾气中NMHC质量浓度低于0.5mg/m3，SO2质量浓度低于5mg/m3，恶臭浓度<100。经本工程处理后，该企业#500车间所排放废气达到《橡胶制品工业污染物排放标准》(GB27632—2011)、《恶臭污染物排放标准》(GB14554—1993)和《大气污染物综合排放标准》(GB16297—1996)的要求。

工程投入运行后，可有效处理#500车间54万m3/h的硫化废气，使其达标排放，运行成本为9.8×10-4元/m3。随着《挥发性有机物排污收费试点办法》的出台，橡胶行业VOCs废气收费是大势所趋，此工程必将产生相应的VOCs减排效益。

4结语

本工程设计风量为54万m3/h，建成后控制了#500车间废气的恶臭影响，每年可脱除VOCs约20t，促进了企业的可持续发展。实例说明吸附/脱附-焚烧-脱硫工艺对大风量、低浓度的VOCs废气具有良好的处理效果，且运行费用低，安全可靠。该工艺在燃烧成本的控制上仍具有发展空间，后续应大力研发蓄热式催化燃烧，使运行成本进一步降低。