某橡胶轮胎有限公司橡胶炼焦废气净化工程设计

某橡胶轮胎有限公司橡胶炼焦废气净化工程设计内容摘要：

致臭氧的产生。 湿式除尘器的性能特点 与其他除尘器相比湿式除尘器的优点： （ 1） 在耗用的能量条件下，湿式除尘器的除尘效率比干式除尘器的除尘效率高。 （ 2） 可以处理高温、高湿、高比电阻以及粉尘黏结性大的含尘气体。 （ 3） 安全性好，可以处理可燃性的含尘气体。 （ 4） 对细小的粒子也能达到较高的除尘效率。 （ 5） 在除尘的同时，还可以去除气体中的水蒸气及某些有害气态污染物，具有除尘、冷却和 净化的作用。 （ 6） 结构简单，占地面积小，一次性投资小。 9 湿式除尘器的缺点： （ 1） 从湿式除尘器排出的沉浆或废液需要处理，否则会造成二次污染。 （ 2） 净化含有腐蚀性的气态污染物时，洗涤水（或液体）具有一定的腐蚀性，金属设备容易被腐蚀，除尘器和污水处理设施都必须采取防腐措施。 （ 3） 在寒冷的地区，冬天使用湿式除尘器容易冻结，所以需要采取防冻措施。 （ 4） 不适于净化含憎水性和水硬性粉尘气体，而且气体中含遇水容易引起自燃或结垢的粉尘时也不宜使用。 （ 5） 多数情况下需要安装除水器。 （ 6） 能耗比较大。 （ 7） 水源 不足的地方使用比较困难。 [ 6] 由以上分析可得出，旋风除尘器除尘效率不如其他三种除尘器高，要使处理后的烟气满足排放要难度较大 ，其 多用做多级除尘系统的第一级除尘器，不宜单独使用。 炼胶废气中的 碳黑尘、橡胶颗粒、炼胶粉尘等 尘 类物质不具有亲水性 ，不宜采用湿式除尘器。 其中 橡胶颗粒的比电阻较大，使用电除尘器的效果不佳。 另外，本设计的处理风量为10000m3/h， 小于 17000m3/h， 袋式除尘器的 投资费用比电除尘器少 ，而且 袋式除尘器的除尘效率 也较 高，操作、维护简单。 所以本设计采用袋式除尘设备。 挥发 性有机物 污染控制方法 的 比较 及选择 挥发性有机物（简称 VOCs），是一类有机化合物的统称。 在常温下它们的蒸发速率大，易挥发。 其危害正被人们逐渐认识，许多污染现象与危害都与其有关。 燃烧法控制 VOCs 污染 用燃烧 方 法将有 害 气体、蒸气、液体或烟尘转化为无害物质的过程称为燃烧法净化，亦称焚烧法。 燃烧法净化时所发生的化学反应主要是燃烧氧化作用及高温下的热分解。 因此，这种方法只能使用于净化那些可燃的或在高温情况下可以分解的有害物质。 对化工、喷漆、绝缘材料等行业的生产装置中所排出的有机废气，广泛采用燃烧净化的手段。 燃烧法还可以用来消除恶臭。 由于有机气态污染物燃烧氧化的最终产物是 CO2和 H2O，使用这种方法不能回收到有用的物质，但由于燃烧时 放出 大量的热，使排气的温度很高， 10 所以可以回收热量。 当混合气体中含有的氧和可燃组分在一定的浓度范围内，某一点被燃着时产生的热量，可以继续引燃周围的混合气体，此浓度范围就是燃烧极限浓度范围。 当燃烧在有限空间内迅速蔓延，则形成爆炸。 使用这种方法时要注意防止发生爆炸。 吸收（洗涤）法控制 VOCs 污染 溶剂吸收法采用低挥发或不挥发溶剂对 VOCs 进行吸收，再利用 VOCs 分子和吸收剂物理性 质的差异进行分离。 吸收效果主要取决于吸收剂的吸收性能和吸收设备的结构特征。 吸收剂必须对被去除的 VOCs 有较大的溶解性，同时吸收剂的蒸气压必须相当低。 橡胶炼焦废气以 三苯、甲醇、甲硫醇、 CS2 等为主，这些有机物质的溶解性都不大，用吸收法控制此类污染物的效果并不显著。 冷凝法控制 VOCs 污染 冷凝法利用物质在不同温度下具有不同饱和蒸气压这一性质，采用降低温度、提高系统的压力或者既降低温度 又 提高压力的方法，使处于蒸气状态的污染物（如 VOCs）冷凝并与废气分离。 该法特别适用于处理废气体积分数在 102以上的有 机蒸气。 冷凝法在理论上可达到很高的净化程度，但是当体积分数低于 106时，须采取进一步的冷冻措施，使运行成本大大提高。 所以冷凝法不适宜处理低浓度的有机气体，而常作为其他方法净化高浓度废气的前处理，以降低有机 负荷 ，回收有机物。 通常用压缩法使气态有害物质在临界温度和临界压力下变成液态，从而除去或 回收有害物质，但由于费用较高，目前使用较少。 吸附法控制 VOCs 污染 含 VOCs 的气态混和物与多孔性固体接触时，利用固体表面存在的未平衡的分子吸引力或化学键力，把混合气体中 VOCs 组分吸附留在固体表面，这种分离过 程称为吸附法控制 VOCs 污染。 吸附操作已广泛应用于石油化工、有机化工的生产部门，成为一种重要的操作单元。 在大气污染控制领域，因为吸附剂的选择性强、能有效分离其他过程难以分开的混合物、能有效地去除低浓度有毒有害物质而得以广泛应用。 11 VOCs 污染控制的吸附工艺流程 见 图。 过滤器调压器 蒸汽 净化气 蒸汽浓缩器进一步分离运行关闭吸附床Ⅰ吸附床Ⅱ分离器VOCs 图 活性炭吸附 VOCs工艺 含 VOCs 的混合气体先去除颗粒状污染物后，在经过调压器调整压力，然后进入吸附床进行吸附净化，净化后的气体排入大气环境。 当吸附床Ⅰ内的活性炭 饱和后，通过阀门转换至吸附床Ⅱ进行吸附。 向吸附床Ⅰ通入蒸气进行脱附，解吸出来的蒸气（空气）混合物冷凝后由浓缩器、分离器进行分离，脱附后的活性炭用热空气干燥后循环使用，一般可重复使用五年。 该法适用于处理中低浓度 VOCs 尾气，吸附效果取决于吸附剂性质、 VOCs 种类、浓度、性质和吸附系统的操作温度、湿度、压力等因素。 在一般情况下，不饱和化合物比饱和化合物吸附更完全，环状化合物比直链结构的物质更易被吸附。 生物法控制 VOCs 污染 生物法控制 VOCs 污染是近年发展起来的空气污染控制技术，该技术已在德国、荷兰得到 规模化应用，有机物去除率大都在 90%以上。 与常规处理法相比，生物法具有设备简单、运行费用低、较少形成二次污染等优点，尤其在处理低浓度、生物降解性好的气态污染物时更显其经济性。 国内仅就生物滴滤塔运行工况进行了初探，生物法控制 VOCs 污染工艺尚未发展成熟。 [ 4] 12 本设计需要处理的 多组份炼胶废气中含有 的 碳黑尘 、胶粉为易燃性 、 易爆性物质 ，清机油为易燃性液态物质。 三苯、甲醇、甲硫醇、 CS H2S 均属于有毒有害 有恶臭 类物质， 环保要求废气要除味达标排放。 从成份中不难看出，采 用催化燃烧显然不适用，采用湿法处理技术 也无明显效果 ，采用吸附 法 除味几乎是唯一选择。 吸附设备特点 的 比较及选择 吸附工艺按吸附剂在吸附器中的工作状态可分为固定床、流动床和沸腾（流化）床吸附过程。 固定床吸附器 （ 1）结构简单、制造容易、价格低廉； （ 2）适用于小型、分散、间歇性的污染源治理； （ 3）吸附和解吸交替进行、间歇操作； （ 4）应用广泛。 移动床吸附器 （ 1）固体吸附剂在吸附床中不断移动，固体和气体都以恒定的速度流过吸附器； （ 2）处理气量大，吸附剂可循环使用，适用于稳定、连续、量大的气体净化； （ 3）吸附和脱附 连续完成； （ 4）动力和热量消耗较大，吸附剂磨损较为严重。 流化床吸附器 （ 1）气体与固体接触相当充分，气速是固定床的三、四倍以上； （ 2）生产能力大，适合治理连续性、大气量的污染源； （ 3）由于吸附剂和容器的磨损严重，流化床吸附器的排出气中常有吸附剂粉末，故后面必须加除尘设备，有时将除尘器直接装在流化床的扩大段内。 [ 8] 13 移动床、流化床吸附器的使用范围较广泛，不受处理风量、风速等条件限制，但这两种吸附器动力和热量消耗较大 ，吸附剂磨损较为严重。 固定床吸附器应用广泛、结构简单，技术成熟。 固 定床吸附器按照床层吸附剂的填充方式可分为立式、卧式、环式几种。 环式吸附器的结构比立式和卧式吸附器要复杂。 吸附剂填充在具有 多孔的两个同心圆筒构成的环隙之间，因此具有比较大的吸附截面积。 待净化的气体从吸附器的底部 接管进入， 沿径向通过吸附剂床层，然后从 塔体上部的排气 管排出。 环式吸附器的特点是吸附器比较紧凑，吸附截面积大，且在不太高的流体阻力下具有较大的产生能力 ； 可以避免 立式吸附器引起 的 气流阻力较大、能量消耗较大 以及 卧式吸附器操作过程中在吸附床表面容易产生气流分布不均，引起沟流和短路现象， 故采用之。 吸附剂吸附 性能的 比较 及选择 吸附剂的种类很多，可分为无机的和有机的，天然的和合成的。 天然矿产如活性白土、漂白土和硅藻土等，经过适当的加工，就可形成多孔结构直接作为 吸附剂 使用，一般用与石油制品的脱色和溶剂的精制等。 天然沸石如丝光沸石、斜发沸石等，可直接用于环境保护中的 NOx 治理、水处理，脱除重金属离子以及海水提钾等。 合成无机材料吸附剂有活性炭、活性炭纤维、硅胶、活性氧化铝和合成沸石分子筛等。 特别是合成分子筛有严格的孔道结构，它的性能经调节和不断改进，具有较高的选择性和催化性能，适用于分离性能非常类似的物质，近 年来还研制出多种大孔吸附树脂，与活性炭相比，它具有选择性良好、性能稳定、再生容易等优点，常用于废气治理、废水治理、维生素的分离及过氧化氢的精制等。 几种常用吸附剂的物理性质见下表。 白土 白土分为漂白土和酸性白土。 漂白土是一种天然黏土，其主要成分是硅铝酸盐。 这种黏土经加热和干燥后，可形成多孔结构的物质。 将其碾碎和筛分，取其一定细度的颗粒即可作为吸附剂。 漂白土吸附剂对各种油类脱色很有效，并可除去油中的臭味，使用后的漂白土，经洗涤及灼烧除去吸附在表面和孔隙内的有机物后，可重复使用。 SiO2与 Al2O3比值比较低的白土，不经酸化处理是没有吸附活性的。 只有经硫酸或 14 盐酸处理后才具有吸附能力。 用硫酸处理的工艺条件是，硫酸的浓度为 20%~40%，温度为 353~383K，时间为 4~12h。 酸处理后的白土经洗涤、 干燥 、碾碎即可获得酸性白土，酸性白土的脱色效率比天然漂白土高。 表 常见吸附剂的主要特性 物理性质 吸 附 剂 种 类 活性炭 活性氧化铝 硅胶 沸石分子筛 真密度 /(g/cm3) ~ ~ ~ ~ 表观密度 /(g/cm3) ~ ~ ~ ~ 堆积密度 /(g/cm3) ~ ~ ~ ~ 平均孔径 /A 15~50 40~120 10~140 比表面积 /% 700~1500 150~350 200~600 400~750 操作温度上限 /K 423 773 673 873 再生温度 /K 373~413 473~523 393~423 473~573 活性炭和活性炭纤维 活性炭是应用最早、用途较广的一种优良吸附剂。 它是由各种含 炭物质如煤、木材、石油焦、果壳、果核等碳化后，再用水蒸气或化学药品进行活化处理，制成孔穴十分丰富的吸附剂，比表面积在 700~1500m2/g 范围内，具有优异的吸附能力。 孔径分布一般为：活性炭 50A 以下，活性焦炭 20A 以下，炭分子筛 10A 以下。 炭分子筛是新近发展的一种孔径均一的分子筛型新品种，具有良好的选择吸附能力。 活性炭是一种具有非极性表面，为疏水性和亲有机物的吸附剂，故活性炭常常被用来吸附回收空气中的有机溶剂和恶臭物质，在环境保护方面用来处理工业废水和治理某些气态污染物。 活性炭 纤维 是一种较新型的高效吸 附剂。 它是用超细的活性炭微粒与各种纤维素、人造丝、纸浆等混合制成的各种形态的纤维状活性炭。 微孔范围在 ~，比表面积大。 对各种无机和有机气体、水溶液中的有机物、重金属离子等具有较大的吸附量和较快的吸附速率，其吸附能力比一般的活性炭高 1~10 倍，特别是对一些恶臭物质的吸附量比颗粒活性炭要高出 40 倍左右。 目前主要用于气相吸附。 15 表 工业用活性炭的物理性质 吸附剂 真密度 /（ g/cm3） 颗粒密度 /（ g/cm3） 填充密度 /（ g/cm3） 空隙率/％ 细孔容积/cm3 /g） 比表面积/（ m2/g） 平均孔径 /192。 颗粒活性炭 ~ ~ ~ ~ ~ 700~1500 12~40 粉末活性炭 ~ ~ ~ ~ 700~1600 15~40 活性氧化铝 活性氧化铝一般指氧化铝的水合物加热脱水而形成的多孔结构物质。 它是一种极性吸附剂，无毒，对多数气体和蒸气是稳定的，浸入水或液体中不会溶胀或破碎，机械强度好。 活性氧化铝的比表面积约为 150~350m2/g， 宜在 473K 至 523K 下再生。 循环使用后，其物化性能变化很小。 由于它对水分的吸附容量大，常用于高湿度 气体 的脱湿和干燥，也可用于石油气的脱硫以及含氟废气的净化。 硅胶 硅胶是一种坚硬无定性链状和网状结构的硅酸聚合物颗粒，其分子式为 SiO2nH2O，由硅酸钠（水玻璃）与硫酸或盐酸经胶聚、洗涤、干燥、烘焙而成。 硅酸为亲水性的极性吸附剂，而难于吸附非极性的有机物质。 当硅胶吸附气体中的水分时，可达到自身重量的 50%。 硅胶的吸附热很大，吸附水分是能够放出大量的热量，使硅胶溶剂破碎。 在工业上硅胶多用于 气体 的干燥和 从废气中回收极为有用的烃类气体，也可用作催化剂的载体。