周永毅 姚振中 叶新民
广州紫科环保科技股份有限公司
摘要：橡胶轮胎生产企业废气排放口数量多、风量大和污染成分复杂。针对所排放烟气的特性，对不同区域的烟气进行分类处理。通过选用初效处理装置+低温等离子+复合光催化装置组合技术，能满足环保排放标准，但依然存在着恶臭的问题。通过增加干式中和脱臭技术，能将恶臭控制在500无量纲。
关键词：橡胶轮胎；炼胶车间；成型车间；硫化地沟；烟气治理
Application of flue gas treatment technology in rubber tire manufacturing process
Zhou Yongyi1,Yao Zhenzhong2,Ye Xinmin2
(Guangzhou Zike Environmental Protection Technology Co., Ltd. )
Abstract: Rubber tire production enterprises have a large number of exhaust gas discharges, large air volume and complex pollution components. According to the characteristics of the emitted flue gas, the flue gas in different areas is classified. By selecting the primary treatment device + low temperature plasma + composite photocatalytic device combination technology, it can meet the environmental emission standards, but there is still a problem of bad smell. By increasing the dry neutralization deodorization technology, the malodor can be controlled to 500 dimensionless.
Key words: rubber tire; rubber mixing workshop; molding workshop; vulcanization trench; flue gas treatment
自2010-2017年期间，中国连续8年汽车产销全球第一，在2016年迈过万亿大关之后继续保持高速成长，2017年中国汽车后市场容量已超过1.3万亿，成为仅次于美国的全球第二大市场。中国已是世界汽车制造大国，向制造强国转变是大势所趋。
一、橡胶轮胎生产线烟气产生区域和特性
橡胶轮胎制造行业的废气主要分布在：密炼机投料和卸料口、胶片挤压及胶冷却、成型车间、硫化地沟及称量及小粉料排风口等区域；不同区域的废气特性不一，具体表现如下：
1)密炼机投料和卸料口是橡胶轮胎生产的首道工序，主要是将天然胶、合成胶、炭黑、白炭黑和滑石粉等物质混合，通过加热、搅拌和反复辗压揉合。在此过程中，炭黑、白炭黑和滑石粉等粉状填料非常细小（粒径为微米、纳米级），在空气中长时间悬浮，形成气溶胶，而且废气的恶臭浓度较高。
2)胶片挤压及胶冷却烟气是属于密炼机工作后的工序是胶片的冷热放热过程。在道工序产生大量的烟气，烟气夹杂着原料的粉尘和少量水蒸汽，主要污染物为炭黑粉尘、三甲苯、丁酮、乙醛、甲苯、二甲苯、三甲苯、乙苯、非甲烷总烃等。
3)成型和硫化工序所产生工艺废气，污染因子为工业粉尘、恶臭等污染物。虽然污染强度不大，但废气排放口数量多、风量大、污染成分复杂。成型和硫化工序的烟气量浓度虽然很低，但是排气量远远大于密炼车间的废气量。在收集烟气的同时，还需保证车间的温度，避免浪费能耗
4)称量及小粉料以橡胶助剂、滑石粉、隔离剂、硫磺等粉料，由于废气中含有硫磺等物质，需要考虑防爆处理。
二、不同烟气的治理工艺选择
橡胶轮胎生产线的烟气，以固态、液态和气态三种形式存在，更多是以气态形式存在。目前，国内外采用的气态（主要为恶臭）污染治理技术主要有：干式中和法、吸收法、吸附法、复合光催化法、离子除臭法、微生物降解法、臭氧法（复合活性氧法）、燃烧法及冷凝法等几种方法。任何一种烟气治理方式不能够做到十全十美，均为遐瑜互见。因此，对橡胶轮胎行业的烟气治理问题，我方更加倾向于技术结合、工艺结合、强强联合、合力解决的方式。
橡胶轮胎制造行业，通常可将投料口、卸料口和机头排烟部分的废气划分为含粉尘的高浓度废气（简称：含粉尘高浓度废气）；将冷却架爬坡及挤出机压片、胶片冷却线区域的烟气划分为含微粉尘的中浓度废气（简称：含粉尘中浓度废气）；成型和硫化地沟区域的烟气划分为无粉尘的中低浓度废气（简称：无粉尘中低浓度废气）；称量及小粉料排风口，由于废气中含有硫磺等物质，需要考虑防爆处理，将这类废气划分为防爆级含微粉尘的中浓度废气（简称：含粉尘中浓度防爆废气）；将不同区域的烟气进行分类处理，选择适合的处理工艺，以达到投资少、占地面积小、操作简便、运行稳定、效果显著的目标。具体的处理工艺选择如下：
1)密炼车间投料口、卸料口和机头排烟的含粉尘高浓度烟气，选择“袋式除尘器+ 低温等离子+复合光催化+干式中和脱臭”组合工艺；
2)密炼车间冷却架爬坡及挤出机压片、胶片冷却线区域的含粉尘中浓度烟气，选择“低温等离子+复合光催化+干式中和脱臭”组合工艺；
3)成型和硫化地沟区域的烟气划分为无粉尘的中低浓度废气，选择“低温等离子+复合光催化+干式中和脱臭”组合工艺；
4)称量及小粉料的含粉尘高浓度烟气，选择“袋式除尘器+喷淋洗涤装置+复合光催化+干式中和脱臭”组合工艺；
三.不同治理工艺及描述
3.1 密炼车间含粉尘高浓度烟气治理工艺及描述
本处理工艺主要针对密炼车间母炼线投料口、卸料口含粉尘废气；另外一部分是终炼线投料口、卸料口含粉尘废气。由于该区域废气粉尘含量较大，而且伴有油污性添加剂，设计时考虑了操作方便和避免造成二次污染等因素。
3.1.1 治理工艺流程方框图
3.1.3 处理工艺流程描述
密炼车间终炼线、母炼线的加料门和卸料门等工序产生的异味气体，散发在各车间里。在各车间的异味产生点或合理分布收集风管，靠风机产生的负压，将车间内的异味气体抽引到各废气处理单元进行净化，以达到环保排放的目标。
1)第一步：密炼车间（或是除尘系统）排放口废气较大的粉尘，抽引到布袋除尘器（主要作用：将烟气中的颗粒物、絮状物、粉尘去除掉一部分）；
2)第二步：由于密炼车间加料门和卸料门的烟气，通常含有大量的粉尘颗粒物，粉尘颗粒物中含有橡胶、碳黑、炼胶添加剂、胶粒及其它粉尘颗粒。这些颗粒粒径小，如碳黑颗粒物已达到纳米级，靠普通的脉冲袋式除尘器，是无法将碳黑过滤干净。因此，本次设计考虑了操作便捷性和避免造成二次污染等因素，增加多一套袋式除尘器。本级处理系统（主要作用：强化去除烟气中的橡胶、碳黑、炼胶添加剂、胶粒及其它粉尘颗粒等）；
3)第三步：经过两级袋式除尘器处理后的烟气，被抽引至等离子-光催化一体式装置，废气先经过低温等离子激发区，随着电场的加速而产生高能电子。电子的平均能量多于目标分子的化学键能时，分子键被破坏以消除气态污染物。(主要功能:去除部分废气中的苯、甲苯、非甲烷总烃、VOCs等有机化合物)；
4)第四步：高能紫外光照射下活性羟基(•OH)与其他活性氧化物(•O2-，•OOH, H2O2)共同作用形成二氧化钛光催化氧化。TiO2表面生成的•OH基团具有高于有机化合物中各种化学键的反应能。此外，•O2-，•OOH ，H2O2活性氧化物协同作用可以快速有效地分解有机化合物。(主要功能:消毒除臭，去除部分易分解、易氧化的废气成分)；
5)第五步：经过以上几个层次的烟气处理后，在感官指标上仍然留下气味污染问题。美国先进的除臭技术Vaportek异味控制系统安装在未处理设备出口与烟囱之间的管道上。气味控制箱中的除臭颗粒被微负压带走，空气中的气味气体分子被迅速主动捕获，气味颗粒被包裹。Vaportek粒子是一种天然油脂脱臭分子。Vaportek粒子通过分子间的非极性相互作用，与气味分子非共价结合，极大地稳定了这类分子，降低了其活性和刺激性，从而完全去除气味。(主要功能:排除废气异味排放)；
6)第六步：经处理达标的废气通过烟囱引高排放（15m以上高度）。
3.2 密炼车间含粉尘中浓度烟气治理工艺及描述
本处理工艺主要针对冷却架爬坡、挤出机压片、胶片冷却线区域的烟气，这些区域的烟气也含有一定的粉尘。所以在设计过程中，考虑粗效过滤段，粗效过滤段由初效过滤模块和高效过滤棉两道组合工序。
3.2.1 处理工艺流程方框图
3.2.3 处理工艺流程描述
压片机、挤出机及胶片冷却线产生的异味气体，被收集在密封系统里以防逸散。通过收集风管和离心风机，将密封系统里的恶臭气体，分别送至各处理单元净化，以达到环保排放的目标。
1)第一步：密封系统里的臭气被抽引送至预处理段，通过纤维过滤段和炭纤维均化段的拦截、碰撞、扩散和吸收等前处理（主要作用：将烟气中的颗粒物、絮状物、粉尘去除掉一部分，并去除部分异味）；
2)第二步：经预处理后的烟气，被抽引至等离子-光催化一体式装置，废气先经过低温等离子激发区，在电场的加速作用下，产生高能电子，当电子平均能量超过目标治理物分子化学键能时，分子键断裂，达到消除气态污染物的目的。（主要作用：去除一部分废气中的苯、甲苯、二甲苯、非甲烷总烃、VOC等有机物）；
3)第三步：高能紫外光照射下活性羟基(•OH)与其他活性氧化物(•O2-，•OOH, H2O2)共同作用形成二氧化钛光催化氧化。TiO2表面生成的•OH基团具有高于有机化合物中各种化学键的反应能。此外，•O2-，•OOH ，H2O2活性氧化物协同作用可以快速有效地分解有机化合物。(主要功能:消毒除臭，去除部分易分解、易氧化的废气成分)；
4)第四步：经过以上几个层次的烟气处理后，在感官指标上仍然留下气味污染问题。美国先进的除臭技术Vaportek异味控制系统安装在未处理设备出口与烟囱之间的管道上。气味控制箱中的除臭颗粒被微负压带走，空气中的气味气体分子被迅速主动捕获，气味颗粒被包裹。Vaportek粒子是一种天然油脂脱臭分子。Vaportek粒子通过分子间的非极性相互作用，与气味分子非共价结合，极大地稳定了这类分子，降低了其活性和刺激性，从而完全去除气味。(主要功能:排除废气异味排放)；
5)第五步：处理后达标的气体通过15m以上高度的烟囱排放。
3.3 称量&小粉料含粉尘中浓度防爆烟气治理工艺及描述
本处理工艺主要针对称量及小粉料排风口，由于废气中含有硫磺等物质，需要考虑防爆处理。设计时考虑了操作方便和避免造成二次污染等因素。
3.3.1 处理工艺流程方框图
3.3.2 处理工艺流程描述
称量及小粉料排风口产生的异味气体，散发在各车间里。在各车间的异味产生点或合理分布收集风管，靠风机产生的负压，将车间内的异味气体抽引到各废气处理单元进行净化，以达到环保排放的目标。
1)第一步：称量及小粉料排放口废气较大的粉尘，抽引到布袋除尘器（防爆型）（主要作用：将烟气中的硫磺、颗粒物、絮状物、粉尘去除掉一部分）；由于硫磺粉尘具有爆炸的可能性，在设计过滤中，考虑了结构防爆，选用三防滤袋，设置安全孔。
2)第二步：由布袋除尘器处理后的废气，被送至喷淋洗涤装置段进行初级处理，本次处理循环液主要为自来水/中水（或生物液、碱液、次氯酸钠、双氧水或自来水等））。本级处理系统（主要作用：将恶臭气体中的颗粒物、絮状物、粉尘；硫化氢、氨、酸性废气及易溶于水溶液的成分；并靠微生物降解烟气中的异味）；
3)第三步：由喷淋洗涤装置处理后的废气，属于气液混合状态，为避免影响下一个处理工段，须经过高效脱水除湿层处理脱去气体中大部分的水汽。由于废气上升的惯性作用，水汽与脱水层相碰撞而被附着在表面上，使得液滴越来越大，达到重力沉降。（主要作用：将气体中的絮状物拦截，脱去气体中的大部分水汽）；
4)第四步：脱水后的废气，被抽引至复合光催化反应区，高能紫外光照射下活性羟基(•OH)与其他活性氧化物(•O2-，•OOH, H2O2)共同作用形成二氧化钛光催化氧化。TiO2表面生成的•OH基团具有高于有机化合物中各种化学键的反应能。此外，•O2-，•OOH ，H2O2活性氧化物协同作用可以快速有效地分解有机化合物。(主要功能:消毒除臭，去除部分易分解、易氧化的废气成分)；
6)第五步：经过以上几个层次的烟气处理后，在感官指标上仍然留下气味污染问题。美国先进的除臭技术Vaportek异味控制系统安装在未处理设备出口与烟囱之间的管道上。气味控制箱中的除臭颗粒被微负压带走，空气中的气味气体分子被迅速主动捕获，气味颗粒被包裹。Vaportek粒子是一种天然油脂脱臭分子。Vaportek粒子通过分子间的非极性相互作用，与气味分子非共价结合，极大地稳定了这类分子，降低了其活性和刺激性，从而完全去除气味。(主要功能:排除废气异味排放)；
5)第六步：经处理达标的废气通过烟囱引高排放（15m以上高度）；
6)补充说明：由于前端增加了布袋除尘器，可以有效的解决废气中的粉尘和颗粒物。经布袋除尘后的废气，经过喷淋洗涤时，有效防范爆炸的可能性，同时也能保证喷淋液的循环利用，减少二级污染和方便系统的操作维护。一定要有预处理段。
3.4 治理工艺选择说明
1)成型和硫化地沟区域的烟气划分为无粉尘的中低浓度废气治理工艺雷同于密炼车间含粉尘中浓度烟气治理工艺，本处不同赘述。
2)上述所选择的烟气治理工艺，不但考虑了烟气的成份指标治理，还充分考虑了感官指标治理。
3)干式中和脱臭,由天然植物提取物制成的除臭剂，植物提取物在单向透析膜里使用,因为透析膜单向渗透,Vaportek植物提取液除臭粒子均匀分布在隔膜表面,通过空气对流迅速消除气味，在同一时间进入废气的脱臭颗粒可以快速、主动地捕获空气中的臭味气体分子并包裹起来。这种颗粒与气味分子的非共价结合是通过分子间的非极性相互作用发生的，这种非极性相互作用极大地稳定了分子，降低了分子的活性和刺激性。这一过程不同于化学反应过程产生的第三种物质，也不同于掩蔽效果，不会造成二次污染，可以完全去除异味。
4)干式中和脱臭系统是一种美国原装进口的植物液，对于橡胶轮胎生产企业的恶臭治理有特效的作用。作为一种耗材类型产品，如果有使用将有所消耗；但如果将异味控制器的进出风阀置于关闭状态时，脱臭膜片将是没有任何消耗的；
5)干式中和脱臭是一种速效的脱臭产品，无须调试等工作。直接打开控制器的进出气口阀门，即可发有效的投入使用。
四.烟气治理系统设计
以国内某上市公司德州工厂为例。德州工厂规划年产全钢载重胎300万套，半钢子午胎600套。配套了8套F370母炼机、4套F270终炼机、12套成型车间排烟机和9条硫化地沟。根据现场的风机数量和规格型号，将风机进行整合归类和设计如下：
4.1 不同区域的烟气规模设计
\
结束语
笔者观察和分析过国内多家橡胶轮胎行业，大部分企业均有配套相应的烟气治理系统，但更多是成份指标治理，缺少感官指标（恶臭浓度）治理。感官指标控制在将来的3-5年内，随着城市化的发展，厂区四周都将建立起高端的商业区和居民区，届时企业所处位置的周边，可谓高楼林立。新的办公和生活环境，意味着人们对环境的要求也更高。如果烟气治理工程只是考虑成份指标达标，而缺少对感官指标（恶臭浓度）的治理，那么仍可能面临着投诉问题。很多生产废气但其污染指数严重性不是很深，环保监管机构也清楚，但是环保监管机构面临着民众的投诉问题。能让直接民众投诉的问题，首先是感官指标（恶臭浓度）。所以说，在废气治理中，感官指标（恶臭浓度）治理是不可缺少的一个环节。
近年来，国内大力发展和积极引进国外的先进技术，环保产业整体结构已逐步走向完善。尤其是橡胶轮胎生产企业，烟气治理技术有较先进的发展和广泛应用。但国内很多环保从业者，为了推广业务或技术，对竞争对手的技术大力评判和诋毁。反而过分夸大鼓吹主打的技术，从而对客户起到了误导作用，甚至将厂家引导至错误的方向。另外，盲目跟风也是导致抄袭错误，传承失败的主要因素之一。面对成分复杂、浓度较高的橡胶轮胎废气，不是某一种单一的工艺或设备能够解决的，因此，学会吸取和消化各种不同的处理工艺显得非常重要。
参考文献：
[1]刘天齐,三废处理工程技术手册-废气卷[M].北京:化学工业出版社,1999.
[2]杨丽花,李友琥.环保工作者实用手册[M].2版.北京:冶金工业出版社,2001.
[3]陆震维.有机废气净化技术[M].北京:化学工业出版社,2011.
[4]路秀林,王者相.化工设备设计全书-塔设备[M].北京:化学工业出版社,2004.
[5]刘守新,刘鸿.光催化及光电催化基础与应用[M].北京:化学工业出版社，2005.
[6]张金龙,陈锋,何斌.光催化[M].上海:华东理工大学出版社,2004.
作者简介：周永毅，男，助理工程师，从事了16年的废气治理项目设计、制造和施工管理工作。先后为国内外100多家橡胶轮胎及塑料制品企业,提供了硫化地沟、密炼车间、开炼机、双螺杆挤出、试验室及办公室等生产区域，提供了送风、通风及烟气治理项目的咨询、规划、设计和整改服务。
论文作者:周永毅,姚振中,叶新民
论文发表刊物:《防护工程》2018年第32期
论文发表时间:2019/2/22
标签：废气论文; 烟气论文; 粉尘论文; 脱臭论文; 卸料论文; 气味论文; 车间论文; 《防护工程》2018年第32期论文;