一种丁苯橡胶干燥箱废气的处理方法及装置

摘要

本发明属于废气处理技术领域，具体涉及一种丁苯橡胶干燥箱废气的处理方法及装置。一种丁苯橡胶干燥箱废气的处理方法，其包括以下步骤：(a)水洗降温：丁苯橡胶干燥箱废气从进气管进入喷淋冷却塔，与自上而下喷淋的冷却水逆向接触，然后将塔底蓄水池中的循环水送至冷却介质为反应后丁苯胶乳的换热器进行降温，并通过设置于蓄水池内的流通有冷水的换热管Ⅱ进一步降温；(b)生物处理：经过水洗降温的废气进入生物滤塔，自下而上通过生物填料，与自上而下喷淋的营养液逆向接触净化后排出。本发明克服了橡胶干燥箱尾气面临的存在胶粒粘性物质，以及苯乙烯浓度高且波动幅度大、温度高等问题，确保了废气的达标排放，具有环保和经济双重效益。

说明书

技术领域

本发明属于废气处理技术领域，具体涉及一种丁苯橡胶干燥箱废气的处理方法及装置。

背景技术

橡胶厂乳聚丁苯橡胶装置干燥箱排出的热干燥废气气量大，温度约45～50℃，有机物种类多，污染物成分复杂，主要含有苯乙烯、二硫化碳、碎橡胶颗粒、焦油成分及水蒸汽(湿度90％以上)等。干燥废气中的非甲烷总烃主要由苯乙烯构成，苯乙烯浓度约60～750mg/m³，浓度波动幅度大，苯乙烯占非甲烷总烃的比例约30％～95％。废气因呈酸性且含有二硫化碳等杂质，对废气管道具有一定的腐蚀性，同时热干燥废气遇低温管道后，碎胶颗粒、焦油及其他有机物也会凝结在管道上，带来安全隐患，影响生产。该干燥废气中的有机物均属于恶臭污染物，毒性大，高空排放影响周围环境。

丁苯橡胶干燥箱尾气由于气量大、水分含量大、含有粘性颗粒物质，以及苯乙烯等非甲烷总烃浓度波动大而一直没有合适的处理工艺。

一般的挥发性有机污染物(VOCS)的处理工业化应用案例主要分以下几种：

一是生物法，即将含挥发性有机污染物的废气收集后采用生物膜过滤床，通过喷淋水保持生物膜表面湿润，同时将废气中的有机污染物洗涤下来与生物膜接触、反应、降解，有机物被生物分解为水和二氧化碳，处理后的尾气达标排放。该方法的优点是投资和处理成本低，缺点是有机物染物降解不彻底，如果含有难降解有机污染物时，尾气难以达标排放。文献检索发现有许多采用生物法处理含有苯乙烯的废气的文章，如柳知非等在2007年《化工环保》发表的“用生物滴滤塔净化苯乙烯废气”，以硝酸钠做微生物营养物对纯的苯乙烯废气进行处理，废气中苯乙烯浓度300-4500mg/m³，苯乙烯去除率可达87％以上，处理效果较好。但是采用生物法直接处理高温、带有粘性物质及腐蚀性酸性物质的丁苯橡胶干燥箱尾气则不可行，需要必要的前处理。

二是蓄热燃烧法，即含挥发性有机污染物的废气被收集后送入燃烧室，燃烧室装有蓄热材料，燃烧室内喷入天然气作为助燃剂，有机污染物被燃烧分解为水和二氧化碳。如简力、孙昆发表在2014年《节能技术》上的文章“蓄热式氧化炉在处理SBS生产废气中的应用”，介绍了采用蓄热燃烧法处理SBS生产废气，有机污染物分解彻底，对尾气中有机物浓度变化大适应性强，缺点是投资大，反应温度高达700～800℃，运行成本高，适合处理高浓度有机废气，但是对于水分含量高、粘性大、浓度波动幅度大的橡胶干燥箱尾气处理，则难以适应， 必须有合适的前处理去除粘性物质和水分才可以进行后续处理。特别是可燃烧的有机物浓度很低时废气燃烧产生的热量不足以维持反应所需要的热量时需要补充大量的天然气助燃，运行成本较高。

三是催化燃烧法，王新、陈玉香、王学海、刘忠生等在2014年《化工环保》发表的“WSH-2型催化剂在环氧丙烷/苯乙烯装置废气处理中的工业应用”介绍，工业化装置的运行结果表明，在废气处理量86000Nm³/h、设定反应器进口温度250～300℃、设定进口非甲烷总烃(NMHC)质量浓度1000～2200mg/m³的条件下，处理后的废气可以达标排放，催化剂寿命可达5年。催化燃烧法比蓄热燃烧法节能，但是投资同样很大，对于大气量、湿度大、有粘性物质、污染物浓度波动大的丁苯橡胶干燥箱废气处理则难以适应，特别是有时废气中的非甲烷总烃浓度小于100mg/m³时，有机物氧化所产生的热量不足以维持后续反应所需要的热量时，反应很难继续，对装置稳定运行产生不利影响。如果要维持装置的正常运行需要对废气进行电加热，则耗能较大。

四是等离子体氧化法，即在高压放电的情况下空气中的氧分解为活性氧与尾气中的有机物反应，变成二氧化碳和水。如专利CN201010280645.7“矩阵式介质阻挡放电等离子体处理异味气体装置”，其优点是有机物氧化彻底，缺点是投资大，运行成本高，对于尾气中的有机物浓度变化幅度大难以适应，氧化反应后的尾气中含有高浓度的臭氧，带来二次污染问题。而且同样面临着尾气中的粘性物质和水分对系统稳定运行带来的不利影响。采用该方法处理丁苯橡胶干燥箱废气的连续试验中发生苯乙烯在设备的关键部件上聚合附着影响设备正常运行的现象。

上述工艺处理丁苯橡胶干燥箱尾气都面临着粘性物质、苯乙烯自聚和水分的问题，生物处理还面临高温问题。

发明内容

针对丁苯橡胶干燥箱废气中存在胶粒粘性物质，以及苯乙烯浓度高且波动幅度大、温度高等问题，本发明提出了一种丁苯橡胶干燥箱废气的处理方法及装置，对丁苯橡胶干燥箱尾气进行降温、去除胶粒预处理，然后采用生物处理，确保废气达标排放。

一种丁苯橡胶干燥箱废气的处理方法，其包括以下步骤：

(a)水洗降温：丁苯橡胶干燥箱废气从进气管进入喷淋冷却塔，与自上而下喷淋的冷却水逆向接触，然后将塔底蓄水池中的循环水送至冷却介质为反应后丁苯胶乳的换热器进行降温，并通过设置于蓄水池内的流通有冷水的换热管Ⅱ进一步降温；

(b)生物处理：经过水洗降温的废气进入生物滤塔，自下而上通过生物填料，与自上而下喷淋的营养液逆向接触净化后排出。

其中，步骤(a)中对喷淋水采取2次冷却的优点是既可以对反应后的乳液进行了预热，降低了乳液回收丁二烯的能耗，又节省了喷淋液降温的能耗。采取喷淋方式对废气进行降温(被降至38℃以下)，可以将废气夹带的水汽去除一部分，降低了气体总量，循环水量增加，多余的水量溢出塔外。同时，喷淋水将废气夹带的粘性胶粒去除，胶粒浮于水面，随水排出塔外。步骤(b)中经过生物处理后，废气中的非甲烷烃类有机污染物被生物填料表面的生物膜、水膜吸收、吸附，并被微生物降解。

步骤(a)所述丁苯橡胶干燥箱废气的温度为45-50℃，喷淋冷却水的温度为20-25℃，所述换热管Ⅱ中的冷水由制冷机制得，温度为4-5℃。

步骤(a)中升温后的丁苯胶乳送至丁二烯抽提装置再加热回收未反应的丁二烯。

步骤(a)所述蓄水池中的胶粒和多余的水分从废液排放管溢出塔外，送污水处理场进一步处理。

步骤(b)中所述生物填料采用直径为3～5毫米的陶粒，且其表面附着生长微生物膜。

步骤(b)中所述营养液由碳酸氢铵、磷酸氢二钠、乙酸钠混合而成，三种盐均为碱性，其中磷酸氢二钠和碳酸氢铵主要提供微生物降解有机物所需要的氮磷元素，而乙酸钠则为共基质，有利于提高微生物的活性，提高微生物降解苯乙烯的效率。采用三种碱性物质配成营养液的目的是提高生物填料表面水膜对废气中酸性物质等有机物的吸收、截留的效率，水膜对有机物截留的效率越高，对苯乙烯等有机物的去除效率越高。

步骤(b)中喷淋的营养液经过生物填料后落入塔底部的蓄存池，并通过与其连通的营养液配制罐补充营养液。

作为优选地，营养液配制罐中碳酸氢铵、磷酸氢二钠、乙酸钠的质量浓度比为2.5％:0.01％:0.2％。

步骤(b)中生物反应过程中所产生的废物和多余的水分从溢流管排出塔外，送污水处理场进一步处理。

一种实现所述丁苯橡胶干燥箱废气处理方法的装置，其包括喷淋冷却塔和生物滤塔，所述喷淋冷却塔通过塔顶的废气输送管与生物滤塔连通，所述喷淋冷却塔塔底设置有蓄水池，其通过循环泵连接有换热器，且蓄水池中设有换热管Ⅱ，塔顶安装有通过循环泵与蓄水池连接的喷淋嘴Ⅰ；所述生物滤塔塔底设置有蓄存池，其通过循环泵与设置于塔顶的喷淋嘴Ⅱ连通，并通过营养液输送管与营养液配制罐相连。

与现有技术相比，本发明取得了如下效果：

(1)克服了现有处理工艺难以适应丁苯橡胶干燥箱废气中胶粒的粘性、苯乙烯容易聚合形成粘性物质使处理设备难以正常运行以及苯乙烯浓度波动幅度大、处理设备难以适应、处 理效果难以保证的缺点，确保废气达标排放。

(2)充分利用丁苯橡胶聚合后乳液低温的特点对干燥箱废气进行间接降温，既去除了废气中水分，又对乳液进行了预热，节省了乳液后续处理的能量，具有环保和经济双重效益。

(3)采用生物法处理干燥箱废气必须解决废气的高温和粘性胶粒问题，如果采用常规的降温措施则投资和耗能巨大。丁苯橡胶生产过程中，反应后的低温丁苯胶乳需要加热到50℃后去除未反应的丁二烯，而本发明利用低温的丁苯胶乳对废气进行降温，同时对丁苯胶乳进行预热，比完全采用制冷机制取冷水对废气降温节省能量。

附图说明

图1为本发明所述丁苯橡胶干燥箱废气的处理方法及装置示意图。

图中所示附图标记：1-丁苯胶乳进入管；2-换热器；3-换热管Ⅰ；4-丁苯胶乳出口管；5-循环水管Ⅰ；6-冷水管；7-换热管Ⅱ；8-热水管；9-进气管；10-喷淋冷却塔；11-循环水管Ⅱ；12-喷淋嘴Ⅰ；13-蓄水池；14-废液排放管；15-废气输送管；16-生物滤塔；17-生物填料；18-蓄存池；19-营养液循环管；20-喷淋嘴Ⅱ；21-营养液配制罐；22-营养液输送管；23-净化后的废气排空管；24-溢流管。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明：

一种丁苯橡胶干燥箱废气处理装置，如图1所示，其包括喷淋冷却塔10和生物滤塔16，所述喷淋冷却塔10通过塔顶的废气输送管15与生物滤塔16连通，所述喷淋冷却塔10塔底设置有蓄水池13，其通过循环泵连接有换热器2，且蓄水池13中设有换热管Ⅱ 7，塔顶安装有通过循环泵与蓄水池13连接的喷淋嘴Ⅰ 12；所述生物滤塔16塔底设置有蓄存池18，其通过循环泵与设置于塔顶的喷淋嘴Ⅱ 20连通，并通过营养液输送管22与营养液配制罐21相连。

下面根据以上说明，选择典型的工业VOC为处理对象，进行具体实施说明：

实施例1

丁苯橡胶干燥箱废气20万m³/h，温度50℃，湿度95％，非甲烷总烃含量800mg/m³，按图1流程进行处理。丁苯橡胶干燥箱废气输送动力来自鼓风机，经进气管9从喷淋冷却塔10中部进入，采用循环泵经循环水管Ⅱ>3，冷却水的循环量5000m³/h。降温后的废气量18万m³/h，水汽变为冷凝水后循环水量增加9m³/h，这部分多余的水以及随喷淋水降落至水池表面的胶粒从废液排放管14溢出塔外，送污水处理场污水池。换热后的喷淋水温44℃，为了维持循环水的温度在20-25℃，需要将循 环水的热量交换出去。首先自喷淋冷却塔10塔底蓄水池13上部抽取1000m³/h的循环水经循环水管Ⅰ>3/h。换热后胶乳的温度升高10℃，循环水温度降低5℃通过管道回到蓄水池13的上部，升温后的胶乳经丁苯胶乳出口管4送丁二烯抽提装置再加热回收未反应的单体丁二烯。采用制冷机制取5℃的冷水，经冷水管6以400m³/h的流量进入蓄水池13底部换热管Ⅱ>3/h，经废气输送管15平均进入5个Φ10х12米的生物滤塔16中部。废气自下而上通过生物填料17，填料层有效高度5米，填料采用直径约3～5毫米的陶粒，陶粒表面附着生长微生物膜，弱碱性的营养液通过喷淋嘴Ⅱ>3/h(采用循环泵经营养液循环管19将营养液加压提升送至塔顶部)，与废气在生物填料层逆向接触，喷淋液经过填料层后落入塔底部的营养液蓄存池18，蓄存池18为Φ10х5米，容积为390m³。废气中的苯乙烯及其它非甲烷总烃类有机污染物被截留、吸收，并被填料上生长的生物膜物吸附、降解。弱碱性营养液有利于废气中的酸性物质的中和、吸收，保持生物膜表面的液膜维持在中性偏碱环境，有利于微生物维持活性。生物处理后的尾气中非甲烷总烃小于50mg/L，通过净化后的废气排空管23达标排放。维持生物滤塔16底部蓄存池18中氨氮浓度20mg/L，总磷1mg/L稳定，定期检测营养液中的营养元素的浓度，如低于设定值则通过计量泵经营养液输送管22从营养液配制罐21抽取浓液予以补充。营养液配制罐21中碳酸氢铵2.5％，磷酸氢二钠0.01％，乙酸钠0.2％(质量百分比)。生物反应过程中所产生的废物如生物膜脱落所形成的生物残片、多余的水分等从溢流管24排出塔外，送污水处理场进一步处理。

实施例2

丁苯橡胶干燥箱废气18万m³/h，温度45℃，湿度90％，非甲烷总烃含量400mg/m³，按图1流程进行处理。丁苯橡胶干燥箱废气输送动力来自鼓风机，经进气管9从喷淋冷却塔10中部进入，采用循环泵经循环水管Ⅱ>3，冷却水的循环量4000m³/h。降温后的废气量约17万m³/h，水汽变为冷凝水后循环水量增加约7m³/h，这部分多余的水以及随喷淋水降落至水池表面的胶粒从废液排放管14溢出塔外，送污水处理场污水池。换热后的喷淋水温40℃，为了维持循环水的温度在20-25℃，需要将循环水的热量交换出去。首先自喷淋冷却塔10塔底蓄水池13上部抽取1000m³/h的循环水经循环水管Ⅰ>3/h。换热后胶乳的温度升高10℃，循环水温度降低 5.5℃通过管道回到蓄水池13的上部，升温后的胶乳经丁苯胶乳出口管4送丁二烯抽提装置再加热回收未反应的单体丁二烯。采用制冷机制取5℃的冷水，经冷水管6以250m³/h的流量进入蓄水池13底部换热管Ⅱ7，进一步将循环水温度降低至25℃，循环喷淋为废气降温，冷水升温至15℃，从热水管8排出送回制冷机冷却至5℃循环利用。降温后的废气约17万m³/h，经废气输送管15平均进入5个Φ10х12米的生物滤塔16中部。废气自下而上通过生物填料17，填料层有效高度5米，填料采用直径约3～5毫米的陶粒，陶粒表面附着生长微生物膜，弱碱性的营养液通过喷淋嘴Ⅱ>3/h(采用循环泵经营养液循环管19将营养液加压提升送至塔顶部)，与废气在生物填料层逆向接触，喷淋液经过填料层后落入塔底部的营养液蓄存池18，蓄存池18为Φ10х5米，容积为390m³。废气中的苯乙烯及其它非甲烷总烃类有机污染物被截留、吸收，并被填料上生长的生物膜物吸附、降解。弱碱性营养液有利于废气中的酸性物质的中和、吸收，保持生物膜表面的液膜维持在中性偏碱环境，有利于微生物维持活性。生物处理后的尾气中非甲烷总烃小于50mg/L，通过净化后的废气排空管23达标排放。维持生物滤塔16底部蓄存池18中氨氮浓度20mg/L，总磷1mg/L稳定，营养液中的营养物质浓度因生物反应消耗而下降10％，则通过计量泵经营养液输送管22从营养液配制罐21抽取浓液予以补充。营养液配制罐21中碳酸氢铵2.5％，磷酸氢二钠0.01％，乙酸钠0.2％(质量百分比)。生物反应过程中所产生的废物如生物膜脱落所形成的生物残片、多余的水分等从溢流管24排出塔外，送污水处理场进一步处理。

实施例3

丁苯橡胶干燥箱废气18万m³/h，温度45℃，湿度90％，非甲烷总烃含量60mg/m³，按图1流程进行处理。丁苯橡胶干燥箱废气输送动力来自鼓风机，经进气管9从喷淋冷却塔10中部进入，采用循环泵经循环水管Ⅱ>3，冷却水的循环量4000m³/h。降温后的废气量约17万m³/h，水汽变为冷凝水后循环水量增加约7m³/h，这部分多余的水以及随喷淋水降落至水池表面的胶粒从废液排放管14溢出塔外，送污水处理场污水池。换热后的喷淋水温40℃，为了维持循环水的温度在20-25℃，需要将循环水的热量交换出去。首先自喷淋冷却塔10塔底蓄水池13上部抽取1000m³/h的循环水经循环水管Ⅰ>3/h。换热后胶乳的温度升高10℃，循环水温度降低5.5℃通过管道回到蓄水池13的上部，升温后的胶乳经丁苯胶乳出口管4送丁二烯抽提装置再加热回收未反应的单体丁二烯。采用制冷机制取5℃的冷水，经冷水管6以250m³/h的流量进入蓄水池13底部换热管Ⅱ>3/h，经废气输送管15平均进入5个Φ10х12米的生物滤塔16中部。废气自下而上通过生物填料17，填料层有效高度5米，填料采用直径约3～5毫米的陶粒，陶粒表面附着生长微生物膜，弱碱性的营养液通过喷淋嘴Ⅱ>3/h(采用循环泵经营养液循环管19将营养液加压提升送至塔顶部)，与废气在生物填料层逆向接触，喷淋液经过填料层后落入塔底部的营养液蓄存池18，蓄存池18为Φ10х5米，容积为390m³。废气中的苯乙烯及其它非甲烷总烃类有机污染物被截留、吸收，并被填料上生长的生物膜物吸附、降解。弱碱性营养液有利于废气中的酸性物质的中和、吸收，保持生物膜表面的液膜维持在中性偏碱环境，有利于微生物维持活性。生物处理后的尾气中非甲烷总烃小于50mg/L，通过净化后的废气排空管23达标排放。维持生物滤塔16底部蓄存池18中氨氮浓度10mg/L，总磷0.5mg/L稳定，营养液中的营养物质浓度因生物反应消耗而下降10％，则通过计量泵经营养液输送管22从营养液配制罐21抽取浓液予以补充。营养液配制罐21中碳酸氢铵2.5％，磷酸氢二钠0.01％，乙酸钠0.2％(质量百分比)。生物反应过程中所产生的废物如生物膜脱落所形成的生物残片、多余的水分等从溢流管24排出塔外，送污水处理场进一步处理。