摘要：橡胶废气中的废气污染物其中大部分是来自橡胶生产线原料聚合以及热处理等过程，其中可能含有大量的苯乙烯、苯、二甲苯、丁酮、醛、硫化物、氮氧化物等有机废气及烟气，并伴随一定温度扩散至整个车间内部及厂界周边地区，是污染比较严重的废气。本设计在对废气处理规模、污染物种类、污染物排放特点等因素初步了解的基础上，提出解决方案。
1、行业现状
目前，我国的橡胶制品加工厂星罗密布，且多为小规模、劳动密集型的生产企业。大多数企业生产仍以手工操作为主，机械化、自动化水平较低，作业强度大，劳动条件较为恶劣，并且橡胶加工生产工序多，生产过程中会产生大量有害气体，并未经任何处理直接排放到大气中，不仅对从事生产的工作人员身体健康造成职业危害，而且扩散到大气中在空气中长期滞留，对人的健康存在较大的危害。
现针对橡胶加工产生的废气设计一个回收方案，将橡胶加工产生的污染物收集回收利用，实现达标排放。本方案将以处理规模为10000 m3/h例，设计一套橡胶轮胎密炼废气吸附-再生的设备。
2、橡胶轮胎密炼废气吸附-再生综合治理工艺
2.1、废气处理效果
经过吸附再生综合处理进行净化处理，保证最终废气中各污染物排放浓度达到《恶臭污染物排放标准》(GB14554-93)相关标准并确保达到不影响周边大气环境。
2.2、工艺流程
图1 系统工艺流程图
（1）针对气体中含有的油珠颗粒、炭黑粉尘和絮状物质，为了保证整套系统的稳定性，废气由收集管道经过风机增压后先经过过滤分离装置，该装置可以有效过滤和阻滞气体中带有的杂质颗粒；去除气体中的油珠颗粒、炭黑粉尘和絮状物质，保证吸附罐不被堵赛，避免大量的吸附剂因为堵塞失去吸附效果而造成浪费、造成运行成本的提高，气体经过滤器后进入吸附塔。
（2）气体经过过滤器后通入到吸附装置中去，在吸附装置中气体中的有机组分被吸附装置中的吸附剂吸附富集下来，经处理后的气体变为干净的气体，直接排放到大气中。由于吸附装置易饱和，为了保证吸附装置的连续运行和再生利用两不误，在本系统中设计两座填料吸附装置，并联使用，互为备用即在其中一套吸附装置吸附饱和后立即切换到另外一套中去，而吸附饱和的吸附装置及时进行真空再生，经再生后的吸附罐其内的吸附剂可以再次利用。
系统配备真空回收装置，一套吸附罐吸附饱和时，关闭其进出口阀门，打开另一套吸附罐进出口阀门，同时启动真空泵，使吸附饱和吸附罐内处于真空状态，控制真空度，使吸附饱和的吸附剂内的废气释放出来，得到富集，真空泵将富集后的废气抽出送入冷冻装置中。设置冷冻温度为-5℃～-20℃（采用的冷冻循环液为乙二醇溶液），尾气中绝大部分甲醇和非甲烷总烃等得到液化。经过冷冻后的油类气体成分液化后送入储罐内回收利用。
2.3、系统组成
过滤分离+吸附树脂吸附+真空再生+冷冻回收综合处理系统主要配置单元为过滤分离器、吸附罐、真空再生装置+冷冻回收装置，下面依次详述。
2.4、过滤分离器
过滤分离器为一用一备配置，主要作用是过滤分离废气中的油珠微粒和碳黑粉尘，过滤分离材料选用不锈钢滤网，可反复清洗，重复使用；
过滤分离器配置有压力报警装置，当过滤压力达到设置数值时，装置自动报警，操作人员应当及时交替互换备用，也可以将阀门设计为电动阀门，当过滤压力达到设置数值时，装置自动报警，阀门自动切换。
2.5、吸附塔+真空再生
采用优质吸附树脂，该吸附剂吸附能力大、硬度很高、压降很小，从而使吸附剂的使用寿命和相关技术参数保持了较好的稳定性。
根据吸附树脂的特点，本设计选择真空再生工艺：在吸附树脂吸附饱和后用真空泵对吸附罐进行减压脱附再生，被吸附树脂富集的有机气体用真空泵吸出再回送至冷冻回收装置内处理；脱附再生后的吸附树脂重复使用。
采用吸附树脂吸附+真空再生工艺可以达到很高的净化效率，排放浓度低，吸附树脂可再生重复使用，运行成本较低。
2.6、冷冻回收装置
（1）气体冷冻点分析
表1 废气分析和冷箱设计
（2）工作原理
冷冻回收装置分为两大部分：制冷机组和冷箱。制冷机组提供的冷媒温度为-20℃，将制冷机组的冷媒通进冷箱中，冷媒在通过冷箱时其温度由-20℃上升到-5℃；由真空泵抽送过来的有机蒸气在通过冷箱时其温度由20℃逐级降到-20℃，气体在经过冷箱时处于不同沸点的有机蒸气被分箱冷冻下来，冷冻下来的液态有机组分被送往储油罐进行回收。
冷冻回收装置设置冷冻温度为-5℃～-20℃（采用的冷冻循环液为低温不结冰的乙二醇溶液），油气中绝大部分苯、甲苯、二甲苯得到液化，有机蒸气经过冷冻回收装置后温度低至-20℃。经过冷冻后的有机蒸气液化后送入储罐内回收利用，未被液化的气体回送到吸附罐中进行再次吸附处理。
3、净化系统单元设计
3.1、过滤器
该过滤器可以有效的去除气体中的有机共聚物颗粒和絮状物质，保证吸附罐不被堵塞，避免大量的吸附剂因为堵塞失去吸附效果而造成浪费、造成运行成本的提高，气体经过滤器后进入吸附塔装置。
表2 过滤分离器设计参数表
3.4、冷冻回收装置
通过真空泵将废气抽送致冷冻回收装置中，废气在装置中与冷却介质进行热交换被快速的降温，其温度从常温降至-20℃，废气在降温过程中其中的苯类物质被冷冻析出由气态转变为液态，废气中的非甲烷总烃等有机物被冷冻，经处理后气体内的绝大部分废气被去除，为了保证处理后的气体能达标排放，从冷冻回收装置中出来的气体再引进到填料吸附塔中进行再次的净化处理。
（1）制冷机组
制冷机组主要由压缩机、冷冻器（回收冷箱）、水泵和蒸发器、换热器五大部件组成，采用单级压缩制冷系统，利用制冷剂的气气相互转换，吸收和释放热量的原理，达到制冷的效果。开机后，压缩机开始工作，制冷剂在压缩机的压缩作用下变成高压高温气体；高压高温的制冷剂气体通过冷冻器，与废气发生热交换，由气态转变为液态，同时被空气带走热量；液态的高压制冷剂通过热力膨胀阀，压力下降，部分制冷剂由液态装变为气态，此时制冷剂为液态和气态两相混合的状态；制冷剂通过蒸发器，在蒸发器内与冷冻水发生热交换，冷却冷冻水到所需的温度，满足设定要求；经蒸发器后的气体制冷剂循环回到压缩机，完成一次制冷循环。
（2）制冷机组功率估算
根据气体液化所需的能量进行计算，
1）气体液化&温降能量计算表
设类组分全为苯来计算，查资料可知，苯：分子式为C6H6，分子量为78，密度为0.8786mg/ml，沸点为800C，冰点为50C，标准摩尔热容135.69J/mol.K，相变潜热为400KJ/kg。已知油气的冷冻量为 18kg/h，油气从200C变成-200C液态油。设定再生时间为5个小时，其能量变化量为：
表5 苯参数表
3.6、自动控制装置
（1）自动控制装置主要控制因子及其控制逻辑：
在吸附罐出口处可以配置安装在线非甲烷总烃测试仪，当检测值升到到设定范围以上时，关闭运行吸附罐的进出口阀门、开启并联的另外一套吸附罐进出口阀门，同时启动真空再生装置。保证吸附罐的吸附效果不下降，从而保证排放气体达标。
（2）自动控制装置满足的条件：
1）配套的各台电机满足拖动设备的负载特性。
2）主体设备配有成套电气传动设备、仪器仪表、检测元件、电控设备以及相应的电力、控制、信号电缆。
3）所有仪表测量性能（精度、灵敏度、量程等）可满足工艺测量和控制要求。
4）系统设备装置具备就地/远程控制的功能，系统设计自动化程度高，安全性好，操作方便的特点。
5）具备控制整个设备系统的PLC系统，实现对所有设备、仪表的自动监测和控制。系统设备保证达到无人在场条件下能全自动运行和控制。
结束语
本系统本着以净化回收废气为目标，在保证废气经治理后能达标排放，同时考虑到废气中难容难降解有机气体组分，难以进行物理或化学吸收；若要处理则处理成本较高，同时处理后还存在二次污染物。在综合考虑到各种原因后，设计本系统为过滤分离+吸附树脂吸附+真空再生+冷冻回收综合处理系统，气体经处理后得以净化，可以达标排放；同时气体中的油气得以回收利用，该部分污染物质转化为液态时，就相当于回到原材料时的状态，该状态的污染物质为可再次利用的物质；这样的处理工艺既保证了废气得以净化，同时回收的大部分液态污染物得以“变废为宝”的转化。
参考文献
[1]王纯 张殿印.废气处理工程技术手册[M].王海涛 张学义.北京：化学工业出版社，2014年.878-885.
[2]程静.高效、低耗、环保型有机气体冷冻回收装置的设计与应用[J].粮食与食品工程，2013（4）：38.
论文作者:洪延龄
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第14期
论文发表时间:2017/10/13
标签：废气论文; 装置论文; 气体论文; 制冷剂论文; 液态论文; 吸附剂论文; 真空论文; 《建筑学研究前沿》2017年第14期论文;