橡胶废气处理

橡胶

车间废气治理工程

技术介绍

Technology is introduced

宁波东方盛大环保科技有限公司

Ningbo east grand environmental protection technology co., LTD

二O一四年十一月

（河南风神轮胎密炼车间废气治理工程）

上海米其林轮胎硫化车间废气治理工程

一：公司介绍Company introduction

   宁波东方盛大环保科技有限公司位于宁波象山保税区，参照德国钣金工艺装备，于2012年在山东滨州东鲁工业区组建加工中心，2013年在山东淄博市成立工程技术中心，奠定南北同步发展的架构。
   宁波东方盛大环保科技有限公司是*家研发、生产“光微波除臭设备”的制造商，公司是早开展“低温等离子体废气处理设备”以及“高频电源”生产的集成商。为客户亟需解决的环境问题提供技术保障。

   宁波东方盛大环保科技有限公司和浙江大学能源环境研究院合作成立低温等离子体研发中心，和宁波大学化工学院组建紫外线光催化联合技术中心，和昊华工程、北京橡胶设计院达成橡胶废气治理战略合作关系。

   宁波东方盛大环保科技有限公司已经为全国400多家企业提供服务，遍及中国除西藏自治区以外的所有省，其中不乏企业：可口可乐、阿斯利康、葛兰素史克、统一食品、万达集团、朝阳轮胎、藤仓橡胶、中煤旭阳、东港集团、龙盛集团、美欣达集团、新华制药、京博集团、大连西门子、正新橡胶。

二、橡胶废气概述Rubber exhaust overview

  由于炼胶废气内含有粉尘（炭黑、硫磺粉、金属氧化物、促进剂等）、苯类有机物（苯、甲苯、乙苯、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯）、胺类有机物（苯胺等）、有机硫（硫化羟、二硫化碳等）、酚类（酚、对苯二酚等）、非甲烷总烃（己烷等）及四氯化碳、4-甲基-2-戊酸等等几百种有机化合物，如果不经处理直接排放，将对周边大气环境造成较大的污染。

其主要排放物质可以概括为颗粒物与恶臭物质。颗粒物的危害*，污染环境，引起呼吸道疾病等。而恶臭污染物的危害远不止难闻这么简单。恶臭物质的危害主要表现在以下几个方面：

危害呼吸系统；嗅到臭气时，反射性地抑制吸气，妨碍正常呼吸功能；危害消化系统。经常接触恶臭物质，使人食欲不振，进而发展成为消化功能减退。 
其他危害；使内分泌系统的分泌功能紊乱，影响机体的代谢活动；氨和醛类对眼睛有刺激作用，引起眼泪、疼痛、结膜炎、角膜浮肿等。恶臭的持续作用会使人烦躁、忧郁、失眠、注意力不集中、记忆减退，从而使学习和工作效率降低。长期受到恶臭的持续作用会引起嗅觉疲劳，导致嗅觉失灵。 

主要排放口废气排放情况如下：

1、进料口：

密炼机内胶料在机械捏合及高温作用下，产生一定量的含味、含尘废气外逸，该废气被设置在投料口的集烟罩收集，经过布袋除尘器过滤后通过风机外排。

2、出料口

密炼机内胶料在机械捏合后排胶，产生大量的含味、含尘废气，该废气被设置在出料口的集烟罩收集，经过布袋除尘器过滤后通过风机外排。

3、前提升段（即压片、冷却段）：

混炼后的胶料从密炼机排除后，通过辊压形成热胶片，该热胶片至隔离机浸泡后送入前提升装置，在前提升装置中，热胶片上的隔离液蒸发后形成的异味蒸汽被前提升装置上设置的集烟罩收集，通过风机外排。

4、晾皮段（即压出工序）：

晾皮段与前提升段类似。

本项目废气主要产生在上述的四个工序上，该类废气的污染物成分复杂，而且以有机污染物为主，浓度偏低，气量较大，而且气量和浓度不稳定。

三、标准依据

1、主要设计依据

（1）《中华人民共和国环境保护法》；

（2）《中华人民共和国大气污染物防治法》；

（3）《大气污染物综合排放标准》GB16297-1996；

（4）《恶臭污染物排放标准》GB14554-93；

（5）《污水综合排放标准》GB8978—1996；

（6）《环境污染事故应急预案编制技术指南》（征求意见稿）；

（7）《烟囱设计规范》GB50051—2002；

（8）《化工管道、设备外防腐设计规定》HG-T 20679-1990；

（9）《环境空气恶臭的测定三点比较式臭袋法》GB/T 14675-93； 

（10）《恶臭污染物综合排放标准》GB14554-93；

（11）《通风与空调工程施工质量验收规范》GB50243-2002； 

（12）《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019-2003；

（13）《通风管道技术规程》JGJ141－2004； 

（14）《低压成套开关设备和控制设备》GB7251.1-1997；     

（15）《低压成套开关设备和控制设备、断路器、接触器》IEC60947-2-4；

（16）《中华人民共和国国家职业卫生标准》GBZ38-2006

（17）业主提供的相关资料及设计要求。

标准解释

达到《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）和《恶臭污染物排放标准》（GB14554-93）中的二级标准。即：

本项目炼胶废气排放执行《橡胶制品工业污染物排放标准》（GB27632-2011）和《恶臭污染物综合排放标准》（GB14554-93）中的排放标准，详见表2-1、2-2。

表2-1  恶臭污染物排放标准

表2-2  橡胶制品工业污染物排放标准

    基于废气排放总量巨大，本设计方案治理目标将严于的国家允许的排放标准，排放口以臭气浓度≤600（无量纲）执行。

四：橡胶废气技术汇编Rubber exhaust technology assembler

目前我国处理含臭味气体大多还在使用传统方法，主要有：燃烧法、活性炭吸附法、生物分解法、药剂喷洒法、等离子法、光解氧化法等。 

4.1燃烧法 

燃烧法是利用高温，通常需达到1000℃到1200℃，在充足的氧气条件下对有机高分子，恶臭气体分子进行燃烧氧化，zui后生成简单的低分子氧化物如CO2、SO2、NO、NO2等。此方法优点是废气净化处理较*，但其缺点是投资成本大，运行、维护费用*，而且产生的尾气还要进行碱吸收，吸附除尘，洗涤等一系列配套后处理。此法比较适合有现成焚烧系统的企业进行废气处理。 

4.2活性炭吸附法 

活性炭是一种很细小的炭粒,有很大的表面积,而且炭粒中还有更细小的孔----毛细管.这种毛细管具有很强的吸附能力,由于炭粒的表面积很大,所以能与气体(杂质)充分接触,当这些气体(杂质)碰到毛细管就被吸附,起净化作用。此法比较适合低浓度有机气体（如甲苯）等气体的吸附，对于高浓度的恶臭废气，活性炭很快就会达到饱和，失去吸附活性。 

4.3生物分解法 

生物除臭技术是借鉴生物污水处理技术的原理，利用微生物将臭味中的污染物生物氧化、降解为无害或低害物质的过程。使收集到的废气在适宜的条件下通过生长有微生物的填料，气味物质先被填料吸收，然后被填料上的微生物氧化分解，完成废气的净化过程。要使微生物保持高的活性，必须为之创造一个良好的生存条件，比如：适宜的湿度、pH值、温度和营养成分等。生物处理法的适用对象，是以可被微生物作用分解氧化的VOCs（挥发性有机物）为主，处理效率则决定于污染物的传质速率、生化反应速率等因素。生物除臭技术的启动速度、环境温度和对操作管理人员的高要求在一定程度上限制了它的应用。 

4.4药剂喷洒法

4.4.1某些药剂包括合成的和天然植物提取液可以作为恶臭气体的除臭剂，把它通过垃圾房除臭装置，将除臭工作液充分雾化后均匀混合在空间，及喷洒在产生臭气的物质上，经过雾化，在微小的液滴表面形成大的表面能。该表面能可以吸附空气中的臭气分子，并使臭气分子的结构发生变化，变得不稳定；此时，溶液中的有效分子可以向臭气分子提供电子，与臭气分子发生反应；同时，吸附在雾滴表面的臭气分子也能与空气中的氧气发生反应。这些反应包括聚合、取代、置换和分解等化学反应，改变原有异味分子结构，使之变成无味无毒的分子，达到除臭的目的。此法简单、价廉且容易操作，但除臭效果受环境影响较大，特别对大量的固体垃圾只能对表面除臭，效果不够稳定。 

4.4.2液膜吸收技术

将非水溶性的有机污染物通过接枝清水基团转溶于水膜中，实现以水为主体的低廉处理费用和安全防火目标的有效处理技术，由于接枝反应发生在油相和水相的微细液体膜界面上，反应速度快，传质效果好，有机污染物的转移吸收效率在水喷淋的基础上能提高60-70%。

4.5等离子法 

等离子是由电子、离子、自由基和中性粒子组成。它们比常规分子小。等离子体净化技术就是利用高频高压的电场，将空气中的氧分子和其它分子电离产生出电子、离子、自由基和中性粒子等小分子，这些等离子通过进入需分解的臭气分子内部，打开分子链，破坏分子结构的原理，以每秒钟300万至8000万速度的等量发射和回收，轰击发生臭气的分子，从而发生氧化等一系列复杂的化学反应，将有害物转化为无害物的方法，该方法在日常运行中，对低浓度废气，只需消耗电能就可达到除臭目的，十分适用于低浓度的废气处理。

4.7光解氧化法

本产品利用特制的高能高臭氧UV紫外线光束照射恶臭气体，裂解恶臭气体如：氨、*胺、硫化氢、甲硫氢、甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫、二硫化碳和苯乙烯，硫化物H2S、VOC类，苯、甲苯、二甲苯的分子链结构，使有机或无机高分子恶臭化合物分子链，在高能紫外线光束照射下，降解转变成低分子化合物，如CO2、H2O等。 2 .利用高能高臭氧UV紫外线光束分解空气中的氧分子产生游离氧，即活性氧，因游离氧所携正负电子不平衡所以需与氧分子结合，进而产生臭氧。 UV＋O2→O- O＊(活性氧)O O2→O3(臭氧),*臭氧对有机物具有*的氧化作用，对恶臭气体及其它刺激性异味有*的清除效果。 3. 恶臭气体利用排风设备输入到本净化设备后，净化设备运用高能UV紫外线光束及臭氧对恶臭气体进行协同分解氧化反应，使恶臭气体物质其降解转化成低分子化合物、水和二氧化碳，再通过排风管道排出室外。 4.利用高能UV光束裂解恶臭气体中细菌的分子键，破坏细菌的核酸(DNA)，再通过臭氧进行氧化反应，*达到脱臭及杀灭细菌的目的．

4.8橡胶常用的气体预处理技术

调质，就是调节气体的物理和化学性质，使之SQU技术的有效范围。

1，过滤

应用zui广泛的技术，绝大多数现场均需要该步骤。即使比较干净的厂房，也需要做简单的过滤，因为极有可能会有像塑料袋等物体飘进设备内部。

zui常用的过滤方法有袋式过滤，纤维过滤（包括静电辅助驻极体纤维过滤），碳纤维过滤，活性炭过滤等。

技术简单而且造价低廉，运行费用zui小的就是纤维过滤。现在各种新材料层出不穷。例如，天棚棉，漆雾棉等。由于载尘量大，风阻小，效果好等优势，有逐步取代无纺布等密致材料的趋势。

活性炭虽然性能优异，但是由于再生困难，应用受到极大限制。除非在某些需要化学过滤器的场合，一般不设计活性炭过滤。

过滤器的效率：通常取G2-G3就已经足够了，过高的效率对于除臭而言，没有必要。

过滤阻力：一般G3(粗效)级过滤可以设计为阻力不大于100～200（Pa）。

落灰：一般使用手动落灰，灰尘量较大时，设计落灰锤；灰尘量较小时手工清灰。

2，湿式除尘

用于降尘，降温，吸收可溶性臭气，增湿等。是推荐的除尘方法。但是应注意废水的排放问题。

常用湿式除尘器如下表

3，静电除尘

  已经使用了60年的成熟技术，尤其在中国，是应用zui广泛的除尘技术。 静电吸附除尘是利用工业电除尘的原理，在小型化技术方面的创新。

  高压静电工作原理是：含有粉尘颗粒的气体，在接有高压直流电源的阴极线(又称电晕极)和接地的阳极板之间所形成的高压电场通过时，由于阴极发生电晕放电、气体被电离，此时，带负电的气体离子，在电场力的作用下，向阳板运动，在运动中与粉尘颗粒相碰，则使尘粒荷以负电，荷电后的尘粒在电场力的作用下，亦向阳极运动，到达阳极后，放出所带的电子，尘粒则沉积于阳极板上，而得到净化的气体排出防尘器外。通俗点讲，就是高压静电形成的电场磁力吸附空气中的灰尘，减少灰尘而净化空气。但它不能直接杀死病毒、细菌，分解污染物；若积尘太多未清理或静电吸尘器效率下降，易造成二次污染

4，渗风补气：固定补气与可控补气。

成分与总气体量的比值是决定该气体能否被点燃的决定因素。渗风补气是指在进风口或者处理机前部引入外部纯净空气的技术。由于加入了外部纯净空气，使得被处理气体中的成分得到稀释，使得气体不能被点燃。可以有效防止发生燃烧爆炸等恶性故障。

五：当前流行技术The current popular technology

5.1氧化光解技术原理

应用于工业的紫外线波长154nm-254nm，波长越短能量越大，254nm以下波长的紫外线能够裂解O2，产生O3，大于254nm波长基本不能裂解O2，由于154nm-185nm的波长相对比较短所以“杀伤”的空间范围也较小。而185nm-254nm尽管波长较长但是杀伤空间范围相对较大

光解氧化除臭设备，采用DFSD标准紫外线灯，产生高强紫外线，其中154nm-185nm波长在系列光谱中使占比例高达14%，紫外线剂量大于45mw/cm2，光子能量大于1000kJ/mol，是当前工业UV/O3紫外灯中剂量和能量zui大的紫外线，迅速氧化键能小于380kJ/mol（常见化学键的键能和键长见下表）的污染物，紫外线光解氧气产生臭氧，臭氧浓度按照1.8Kg/h配置，设计臭氧浓度200mg/m3，臭氧能快速氧化金属性较强的污染物，臭氧量可根据污染物的浓度以及后续反应时间设定。

技术特点

本产品利用特制的高能高臭氧UV紫外线光束照射恶臭气体，裂解恶臭气体如：氨、*胺、硫化氢、甲硫氢、甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫、二硫化碳和苯乙烯，VOC类，苯、甲苯、二甲苯等的分子链结构，使有机或无机高分子恶臭化合物分子链，在高能紫外线光束照射下，裂解解转变为离子。如:

hr→H2S=H++H-+S

◆利用高能高臭氧UV紫外线光束分解空气中的氧分子产生游离氧，因游离氧所携正负电子不平衡所以需与氧分子结合，进而产生臭氧。

hr→O2=O-+O+
hr+O2+O+→O3

臭氧对有机物具有*的氧化作用，对恶臭气体及其它刺激性异味有*的清除效果。
O3+H++H-→H2O

S+O3→＋SO42-
◆离子或带负电荷，或带正电荷，UV紫外光催化纳米光催化剂，生成自由羟基，自由羟基具有强氧化性且带负电荷，光解以后的正离子易被自由羟基氧化，生成小分子化合物，且自由羟基无选择氧化，可以氧化氨气。过量的臭氧被自由羟基氧化，生成H2O。

hr+TiO2+H2O→TiO2+ OH-+H
OH-+C+H+O)→CO2+H2O

O3+OH-→H2O
H++H-+OH-→H2O

◆本品采用离子进行深度氧化，高能离子发射器电离空气中的氧气，生成正氧离子和负氧离子，正阳离子具有强氧化性，进一步氧化恶臭分子光解后的带负电荷的离子，生成无毒无害无气味的小分子化合物，如CO2等.
◆由高能紫外光催化氧化产生的极少的氮氧化物和部分未被分解氧化的恶臭气体为化学过滤器吸附吸收，达标后净化气体直接排入大气.
■性能特点及技术优势
◆户外机型机箱采用隔热断冷桥，双层304不锈钢钢板加聚酯发泡纤维结构，确保冬季机箱内部不结露，很好地保障机械电器设备的运行。
◆内置率UV反射膜，极大提高了紫外光的利用效率，比市场同类产品节能30%以上。
◆设备采用多根UV灯管分相控制，可以单独开关一组或机组灯管，适应恶臭强度曲线变化的使用场所，节能减耗，zui大限度地延长了设备的使用寿命。
◆设备标配PLC控制系统，采用触摸屏控制，人机界面友好，系统工作稳定。
◆设备采取手动和自动一体式控制，确保设备*运行时间达15000h以上。
◆大风量风机采取变频控制，节约能源，增强系统的稳定性。
◆设备标配灯管工作记时、离子管工作记时、UV灯管工作超时提醒、离子管超时工作提醒功能，使客户更加科学的管理及维护设备。
◆设备可选配氨氮检测仪、硫化氢检测仪，设备灯管可以根据恶臭污染物浓度自动调节开启数量，控制更加人性化，减小设备的维护成本。
◆设备可选分体式或一体式结构，分体式结构采取段式组合模式，安装运输方便。

◆设备可根据客户需求，提供多种监控协议，便于客户集中管理设备。

5.2低温等离子技术原理

等离子体被称为物质第4形态，由电子、离子、自由基和中性粒子组成。低温等离子体有机气体净化器是利用等离子体。以每秒300万次至5000万次的速度反复轰击异味气体的分子，去激活、电离、裂解废气中的各种成份，从而发生氧化等一系列复杂的化学反应，再经过多级净化，将有害物转化为洁净的空气释放至大自然。

 等离子有机废气净化器工作原理是采用高压发生器形成低温等离子体，在平均能量约5eV的大量电子作用下，使通过净化器的苯、甲苯、二甲苯等有机废气分子转化成各种活性粒子，与空气中的O2结合生成H2O、CO2等低分子无害物质，使废气得到净化。

经过长期的研究发生，当化学物质通过吸收能量（热能、光子能量、电离），可以使自身的化学性质变得更加活跃甚至被裂解。当吸收的能量大于化学键能，即可使化学键断裂，形成游离的带有能量的原子或基团。在波长范围154nm-184.9nm（1200KJ/mol-600KJ/mol）高能紫外线/电子能级8-11eV（2500KJ/mol-1600KJ/mol）等离子的作用下，一方面空气中的氧被裂解，然后组合产生臭氧；另一方面将污染物化学键断裂，使之形成游离态的原子或基团；同时产生的臭氧参与到反应过程中，使废气zui终被裂解，氧化成简单的稳定的化合物CO2、H2O、N2，一系列过程的可能性决定于：

  （1）污染物分子能否被裂解，取决于其化学键能是否比所提供的UV光子/电子能力低？

  （2）裂解反应的时间是否足够1S，氧化反应的时间是否达到5-8S；

  （3）UV光解/等离子的环境是否稳定、，需要反应温度＜70℃，粉尘量＜200mg/m3,

相对温度＜200%。

   （4）污染物中某些特殊化学元素的含量是否过高（如CL、F）；

本项目采用主体设备为复合氧化净化一体机，等离子体一光催化复合方式进行空气净化，研究表明该种复合方式具有较显著的协同促进效应，通过改变等离子体发生单元与光催化单元的距离以及在两者之间放置网状物，可消除等离子体单元产生的负电荷对光催化单元的不利影响，进一步提高其复合效应。

（低温等离子体放电图）Low temperature plasma discharge

常见化学键的键能和键长Common chemical bond energy and bond length

六：橡胶废气处理综述

   橡胶废气成分复杂，分子键能较高，难以采用单一技术达到环境要求，尽管光解氧化技术和低温等离子体技术去除效率非常高，但是由于粉尘、油、温度等原因，单一技术在长期运行中容易出现问题，从目前的情况，建议业主考虑以下流程：

6.1：密炼车间Mixer workshop

特点：1处理效率高，净化效率超过97%

      2运行成本省，100000m3/h废气平均电运行费用15元/小时

      3配件（耗件）更换少，等离子体基本没有耗件，占地面积小

      4缺点：等离子体定期清洁劳动强度相对较大

6.2：密炼车间Mixer workshop 

特点：1净化效率相对较低，平均效率75%

      2运行成本高，100000m3/h废气平均电运行费用80元/小时

      3紫外线灯更换费用大，100000m3/h年平均更换费用14万，占地面积大

      4优点：可以无人值守

案例：藤仓橡胶杭州有限公司Case: rattan warehouse rubber co., LTD. Hangzhou

案例：中策橡胶富阳工厂Fuyang case: zhongce rubber factory

6.3：硫化车间

特点：1处理效率超过99%

      2运行费用低，100000m3/h废气平均电运行费用12元/小时

      3系统占地面积小

案例：藤仓橡胶杭州有限公司Case: rattan warehouse rubber co., LTD. Hangzhou

案例：山东德瑞宝轮胎有限公司Case: shandong driver treasure tyre co., LTD 

六废气收集运输管道

废气收集输送系统包括废气收集、输送管路、风机和排气筒等。

1、 废气收集

设计每台硫化机、密炼可以采用镀锌铁板，下口采用帘布围挡，防止瞬间峰值弥漫，导致引风效率下降。 

2、 输送管道

风管采用镀锌铁皮，厚度1.5mm，在车间内设计采用矩形风管，主管和支管规格均为，每4-5m法兰连接。车间外采用圆形风管，规格为每4-5m做抱箍。