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1橡膠工業(yè)VOCs

橡膠廣泛用于制造輪胎、膠管、膠帶和電纜等產(chǎn)品，是我國國民經(jīng)濟的重要基礎產(chǎn)業(yè)之一。但是，煉膠過程中如纖維織物浸膠、烘干、壓延和硫化都會產(chǎn)生VOCs，此外，在配料和存放時，樹脂、溶劑及其他揮發(fā)性有機物也會產(chǎn)生有機廢氣。橡膠工業(yè)產(chǎn)生的廢氣排放量大，污染成分復雜，非甲烷總烴含量高，惡臭成分會對周邊環(huán)境成嚴重污染。大氣環(huán)境的改善迫在眉睫，總量減排勢在必行。

2橡膠工業(yè)VOCs治理技術

橡膠工業(yè)產(chǎn)生廢氣的主要來源包括密煉、硫化以及壓延等過程，不同工藝車間產(chǎn)生的廢氣成分及濃度也存在一定的差異。

目前，橡膠工業(yè)VOCs的治理方法包括低溫等離子技術、吸附-回收技術、冷凝-除霧-催化氧化法、熱氧化技術、沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮-RTO協(xié)同技術以及低溫等離子體-光催化協(xié)同技術等。

2.1低溫等離子技術

低溫等離子技術通過電離產(chǎn)生的活性粒子和廢氣中的污染物產(chǎn)生作用，以達到分解污染物的目的。趙忠林等以甲苯等代表性有機廢氣為研究對象，發(fā)現(xiàn)在凈化300min時，凈化率均達到90%。吳蕭等則通過介質(zhì)阻擋放電低溫等離子體技術處理VOCs，降解率可達99%，降解效果還與電壓和氣速有關，如果氣速從300L/h下降到100L/h，則降解率從78%提高到97%。

雖然低溫等離子體技術具有獨特的性能，被認為是處理VOCs的有效方法，但是其通常只適用于大風量、低濃度的有機廢氣處理，對高濃度有機廢氣的處理效果并不理想。

2.2吸附回收法

吸附回收法是利用活性炭吸附廢氣中的有機物，其原理是當有機廢氣的吸附量達到飽和，利用水蒸汽進行脫附冷凝，以達到回收部分有機物的目的。目前，根據(jù)內(nèi)部結構，常用的活性炭主要分為顆粒活性炭和活性炭纖維，由于活性炭纖維具有非常高的比表面積和孔隙率，因此活性炭纖維吸附效果遠高于顆?；钚蕴?。張俊香研究發(fā)現(xiàn)，球形活性炭上VOC分子的氣體飽和吸附容量越大，吸附質(zhì)所需脫附時間越長，不同VOC分子的氣體回收難易還與活性炭的內(nèi)部結構、VOC分子本身物性和化性相關。此外，吸附和回收時的溫度、氣體濃度和氣體體積流率都對回收效率有比較大的影響，而且水蒸汽法要比熱空氣法脫附的效果好。不過，橡膠的VOCs中環(huán)己烷沸點較低，單一的吸附回收法無法回收環(huán)己烷，因此暫未發(fā)現(xiàn)單一活性炭吸附法在橡膠VOCs治理方面的成功案例。

2.3熱氧化法

根據(jù)燃燒溫度和輔助介質(zhì)的不同，熱氧化法主要分為蓄熱式燃燒法（RTO）和催化燃燒法（RCO），其主要原理是通過直接燃燒或添加催化劑進行燃燒，將有機廢氣氧化分解為CO2和H2O。

2.3.1蓄熱式燃燒法。

蓄熱式燃燒法（RTO）主要是將有機廢氣加熱到不低于760℃，使其氧化分解為二氧化碳和水，同時將產(chǎn)生的熱量存儲于蓄熱體，使蓄熱體升溫“蓄熱”，而這些蓄積的熱量可用于后續(xù)有機廢氣的預熱，從而節(jié)省廢氣升溫過程的燃料消耗，其間應控制廢氣中有機物的爆炸下限在25%以內(nèi)。RTO處理法基本可以把非甲烷總烴轉(zhuǎn)化為CO2和H2O。但是，根據(jù)防火規(guī)范要求，此方法需要的安全間距較大，在高溫環(huán)境中，可能會產(chǎn)生氮氧化物等二次污染，需要嚴格控制反應條件。當處理廢氣濃度較低時，燃料消耗較大，導致運行費用較高。

2.3.2催化氧化燃燒法。

催化氧化燃燒法主要應用于VOCs濃度廢氣變化大且濃度高的工況，它主要是利用催化劑（溫度保持在250～500℃）使VOCs中的非甲烷總烴等有害物發(fā)生氧化反應，生成水和二氧化碳等無害物質(zhì)，同時產(chǎn)生大量熱量。這些熱量可以用來預熱反應器進口的廢氣，從而實現(xiàn)熱量重復利用，降低能耗成本。當廢氣含有能夠引起催化劑中毒的硫、鹵素有機化合物時，不宜采用催化燃燒法，因此是否使用催化氧化燃燒法，人們需要考慮廢氣主要成分。

2.4冷凝-除霧-催化氧化法

橡膠工業(yè)產(chǎn)生的VOCs具有排放量大、污染物濃度的特點，廢氣中一般含環(huán)己烷等有機廢氣，使用傳統(tǒng)單一的吸附回收法無法高效治理環(huán)己烷。趙磊等采用冷凝-除霧-催化氧化法治理橡膠生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的尾氣，冷凝技術利用氣態(tài)污染物具有不同的飽和蒸氣壓，通過降低溫度或加大壓力，使VOCs冷凝從氣體中分離出來，再借助不同的冷凝溫度實現(xiàn)污染物的逐步分離。經(jīng)過處理排放的廢氣，其非甲烷總烴濃度最高也僅有16.25mg/m3，甚至未檢出，遠低于國家規(guī)定的標準，總烴處理效率達到99.7%。此項技術已成功在中國石化燕山石化公司推廣應用，廢氣排放濃度均低于20mg/m3。

該方法可實現(xiàn)有機溶劑的回收，同時可處理多種混合成分的有機廢氣，適用于高濃度的廢氣處理。沸點較低的物質(zhì)不適用這種方式，當廢氣濃度較低時，處理效果不好。

2.5沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮-RTO協(xié)同技術

橡膠工業(yè)VOCs廢氣成分復雜，在實際工況應用中，僅靠單一的治理技術往往難以達到有機廢氣治理的要求。目前，越來越多的VOCs治理方案開始采取多技術協(xié)同治理工藝，不僅可以滿足廢氣處理排放要求，還可以降低廢氣處理設備的運行費用。

例如，當處理大風量、低濃度、低溫度的有機廢氣時，直接燃燒會消耗大量燃料，將大幅增加設備運行成本，這時可采用沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮+RTO協(xié)同技術。橡膠有機廢氣先通過沸石濃縮轉(zhuǎn)輪的吸附區(qū)被吸附，轉(zhuǎn)輪每小時持續(xù)以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，同時將吸附的VOCs傳送至脫附區(qū)，脫附后的沸石轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)至吸附區(qū)，持續(xù)吸附VOCs，脫附后的高濃度小風量有機廢氣送至RTO焚燒爐中，燃燒后轉(zhuǎn)化成二氧化碳及水蒸氣排放至大氣中。這樣大大減少了后續(xù)焚燒的氣流量和RTO設備的體積，增加了單位時間內(nèi)VOCs自身的燃燒熱量。與同樣條件下使用的單一蓄熱式燃燒系統(tǒng)相比，沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮-RTO協(xié)同技術具有占地少、易操作、能耗低等特點，極大地降低了設備投資和運行費用。

李大梅等采用沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮-RTO協(xié)同技術處理家具行業(yè)VOCs，發(fā)現(xiàn)去除效率可達到93%。潘辰研究發(fā)現(xiàn)，在汽車工業(yè)中，如果沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮-RTO協(xié)同技術配合安裝余熱回收系統(tǒng)，該技術的應用成本將會大大降低。

這些方法對VOCs的削減效果較好，但是臭氣處理效率不高，凈化過程中耗能很高，碳排放量較大，許多企業(yè)反映不實用。

2.6低溫等離子體-光催化協(xié)同技術

低溫等離子體-光催化協(xié)同技術利用放電反應產(chǎn)生的活性粒子（如高能電子等）與目標分子發(fā)生一系列的裂解、激化，使有害的VOCs在臭氧和氧等離子體協(xié)同催化劑的催化作用下轉(zhuǎn)化成CO2、H2O等無害物質(zhì)。姜楠等采用Ag/γ-Al2O3催化劑協(xié)同低溫等離子技術催化降解苯，在加入一定量的Ag/γ-Al2O3催化劑后，苯的降解率由單一等離子技術降解時的65%提高到95%，協(xié)同效果明顯。田建升等將納米TiO2負載于γ-Al2O3載體，研究低溫等離子協(xié)同催化劑降解甲苯的效率，發(fā)現(xiàn)負載光催化劑可以提高甲苯的降解率。

天津某橡膠輪胎廠硫化車間廢氣治理工程采用“前置預處理+低溫等離子+超微凈化+光化學反應”工藝。廢氣處理量為60000m3/h，進氣濃度波動范圍為15～200mg/m3。經(jīng)處理后，廢氣排放濃度小于10mg/m3，完全滿足《工業(yè)企業(yè)揮發(fā)性有機物排放控制標準》（DB12/524—2014）的地方標準排放要求。

由于橡膠工業(yè)廢氣本身的特點，低溫等離子-光催化協(xié)同技術在處理橡膠廢氣方面具有很強的綜合優(yōu)勢。但是，鑒于國家尚未出臺相關技術標準，企業(yè)在選用此工藝時需要結合自身現(xiàn)狀，以實際工況為基礎制定合適的治理方案。

3結論

隨著新材料、新工藝、新技術的逐步應用，新型VOCs治理技術將更加成熟。然而，我國VOCs治理起步較晚，國內(nèi)尚未形成成熟、統(tǒng)一的相關標準和規(guī)范，各個企業(yè)的治理設備存在設計不合理、不規(guī)范的問題，即使選擇了高效的治理技術，也未取得預期的治理效果。

橡膠工業(yè)產(chǎn)生的廢氣種類復雜，不同生產(chǎn)工藝產(chǎn)生的廢氣組分及濃度差異較大。針對不同性質(zhì)的廢氣，企業(yè)需要采用不同的廢氣治理工藝。鑒于單一技術均存在一定的局限性，獨立使用無法達到較好的治理效果，企業(yè)應采用兩種或多種治理技術協(xié)同處理的方式，這是橡膠工業(yè)VOCs治理的未來發(fā)展趨勢。例如，橡膠工業(yè)硫化車間廢氣可采用低溫等離子體-光催化協(xié)同技術進行處理，而橡膠工業(yè)密煉車間廢氣濃度相對較高，可采用沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮-RTO協(xié)同技術進行處理。只要根據(jù)實際工況，合理規(guī)范設計，企業(yè)均能取得較好的處理效果。因此，新建或改造VOCs治理設施時，企業(yè)還應依據(jù)VOCs廢氣排放工況和生產(chǎn)工況等，選擇合理的治理技術。

來源:VOCs治理減排技術  作者:王蓮貞