CN104492213A - 轮胎废气治理工艺及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及废气净化技术领域，具体涉及一种轮胎废气治理工艺及其装置，治理工艺包括：1)轮胎废气进入布袋除尘器除尘；2)除尘后的轮胎废气进入组合式低温等离子反应器，组合式低温等离子反应器分为电晕段和双介质阻挡放电低温等离子段；3)将步骤2)中部分未能与污染物分子碎片充分反应的包括臭氧、羟基自由基、分子碎片的活性基团送入催化氧化床；4)将无污染物质进行达标排放。治理装置包括组合式低温等离子反应器及催化氧化床。本发明工艺过程简单、设备维护方便，适用范围广、弹性大，废气排放浓度远低于排放标准限值。
Description
技术领域
本发明涉及废气净化技术领域，具体涉及一种轮胎废气治理工艺及其装置。
背景技术
橡胶轮胎废气的主要产生环节是炼胶和硫化两个工序。炼胶工序包括塑炼和混炼，主要污染物有粉尘、硫化氢、二硫化碳、甲苯、非甲烷总烃等。硫化过程废气主要为含硫化合物、含氧化合物、烃类等。橡胶轮胎废气的臭气成分复杂多变，大致可分为5类：
1、含硫的化合物：如H2S、SO2、硫醇类、硫醚类；
2、粉尘类：如碳黑
3、含氯的化合物：如酰胺、吲哚类
4、烃类：如烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃
5、含氧的有机物：如醇、酚、醛、酮、有机酸等
轮胎废气中VOC浓度约为200mg/m3，臭气浓度15000，含尘量约100mg/m3。
废气排放执行GB16297-96《大气污染物综合排放标准》和GB14554-93《恶臭污染物排放标准》，见下表：
在现有的轮胎废气治理工艺中，常用的工艺手段主要采用布袋、旋风、静电等方式除尘后，用吸收法、吸附法、催化燃烧法、生物法等对气态污染物进行处理。由于轮胎废气排放量大、污染成分复杂多变，常规处理设备投资高，且难以达到环保要求。
发明内容
本发明提供一种轮胎废气治理工艺及其装置，工艺过程简单、设备维护方便，适用范围广、弹性大，废气净化效果能够达到环保要求。
本发明采用的技术方案为：
一种轮胎废气治理工艺，该工艺包括以下步骤，
1)轮胎废气通过引风机进入布袋除尘器除尘；
2)除尘后的轮胎废气进入组合式低温等离子反应器，组合式低温等离子反应器分为电晕段和双介质阻挡放电低温等离子段，电晕段利用静电捕集的原理对轮胎废气经布袋除尘器后逃逸出的细小碳黑类颗粒物、油滴、雾滴进行去除；双介质阻挡放电低温等离子段利用高能电子产生的活性基团的强裂解氧化能力对废气中的VOC、恶臭物质等气态污染物进行净化，转化为包括CO2和H2O的无污染物质；
3)将步骤2)中部分未能与污染物分子碎片充分反应的包括臭氧、羟基自由基、分子碎片的活性基团，送入催化氧化床，臭氧、羟基自由基、分子碎片等活性基团首先被吸附于催化氧化床填料表面及内部孔隙结构中，在填料上载 有的催化剂作用下，污染物分子碎片与臭氧、羟基自由基等活性基团发生反应，被进一步氧化分解为包括CO2和H2O的无污染物质；
4)将无污染物质通过引风机进行达标排放。
催化氧化床内部设置有载有催化剂的填料，填料载体为陶瓷、硅藻土等材料，催化剂为贵金属催化剂，所述贵金属催化剂螯合、加载于填料载体的多孔结构表面。其中，填料装填量按反应所需停留时间设计。
所述步骤2)中电晕段设置集尘极，在高压电场作用下，粉尘颗粒荷电后移向集尘极，从废气中被分离去除，集尘极设有自动清灰装置，对细小碳黑类颗粒物、油滴、雾滴及时进行清除。
一种轮胎废气治理装置，包括组合式低温等离子反应器及催化氧化床，所述组合式低温等离子反应器包括外壳、进风口及出风口，还包括：
电晕放电系统，靠近进风口，包括多个电晕放电盘，电晕放电盘多行排列设置在外壳内；
双介质阻挡放电低温等离子系统，靠近出风口，包括多个低温等离子放电盘，低温等离子放电盘多行排列设置在外壳内；
高压转换系统，包括电晕高压包及双介质阻挡放电低温等离子高压包，所述一个电晕高压包与两个电晕放电盘连接，双介质阻挡放电低温等离子高压包与低温等离子放电盘一一对应设置；
喷淋冲洗系统，包括雾化金属喷嘴、电磁阀，所述雾化金属喷嘴设置在电晕放电盘及低温等离子放电盘一侧；
电源系统，包括多个电源盒，电源盒与电晕放电盘及低温等离子放电盘一一对应设置；
布风导流系统，设置在进风口、出风口及外壳内部。
所述组合式低温等离子反应器电源系统根据处理风量、安装场地不同分为与设备一体式和分立式两种。设备一体式的电源系统安装于外壳内部的左侧、右侧或下侧，分立式的电源系统单独安装于电源盒柜中，由电缆与外壳内部连接。
本发明的优点及有益效果为：
1、本发明工艺针对轮胎废气成分复杂多变的特点，采用布袋除尘器、组合式低温等离子反应器及催化氧化床，对不同成分进行分段处理净化，废气净化效率高，且经实际验证，废气排放浓度远低于排放标准限值。
2、本发明催化氧化床的使用延长了臭氧、活性氧、羟基自由基等活性基团在系统内的停留时间，使之能够与被等离子裂解后的污染物分子碎片进一步反应，既能充分降低恶臭气体的污染物浓度，又能大大避免等离子能量浪费。
3、本发明催化氧化床主要利用臭氧等活性基团的氧化作用，而非吸附填料的物理吸附，填料吸附的污染物能够及时被臭氧分解，吸附能力得到更新，不致饱和，填料不需经常更换。
4、本发明组合式低温等离子反应器采用电晕放电系统和双介质阻挡放电低温等离子系统相结合的结构，前端设置电晕放电系统，后端为双介质阻挡放电低温等离子系统。采用两段结合的组合方式既能利用低能耗的电晕放电系统有效去除颗粒物、雾状水滴等物质，节省低温等离子段能量；又能使双介质阻挡放电低温等离子系统放电稳定，提高能量利用率，加强对气态污染物的净化能力。经试验验证，本发明在同样的能耗下，污染物去除率比电晕等离子提高300％，比双介质放电低温等离子提高80％。
5、本发明组合式低温等离子反应器设置布风导流系统，使风道内无涡流、短流、偏流，废气被均匀分布到各放电盘区域，在等离子体作用下被有效净化。
6、本发明组合式低温等离子反应器中每个放电盘对应一组电源盒，每组电源盒可实现控制功能及电源供配、电压频率调整的功能，从而使得本发明能够实现单个放电盘的启停、放电电压调整、全套放电盘顺控启停等自动化操作。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图；
图2是本发明组合式低温等离子反应器的结构示意图(不包括电源系统)；
图3是本发明组合式低温等离子反应器电源系统的结构示意图。
其中，1‐低温等离子放电盘 2‐电晕放电盘 3‐外壳 4‐进风口 5‐雾化金属喷嘴 6‐电晕高压包 7‐双介质阻挡放电低温等离子高压包 8‐出风口 9‐布风导流系统 10‐电源盒 11‐电源盒柜
具体实施方式
如图1所示，一种轮胎废气治理工艺，包括以下步骤，
1)轮胎废气通过引风机进入布袋除尘器除尘；
2)除尘后的轮胎废气进入组合式低温等离子反应器，组合式低温等离子反应器分为电晕段和双介质阻挡放电低温等离子段，电晕段利用静电捕集的原理对轮胎废气经布袋除尘器后逃逸出的细小碳黑类颗粒物、油滴、雾滴等进行去除，双介质阻挡放电低温等离子段利用高能电子产生的活性基团的强裂解氧化能力对废气中的VOC、恶臭物质等气态污染物进行净化。
废气进入组合式低温等离子后首先在高压电场作用下，粉尘颗粒荷电后移 向集尘极，从废气中被分离去除，集尘极带有自动清灰装置，及时清除粉尘。
然后，废气进入双介质阻挡放电区域，双介质阻挡放电过程中，电子从电场中获得能量，通过碰撞将能量转化为污染物分子的内能或动能，这些获得能量的分子被激发或发生电离形成活性基团，同时空气中的氧气和水分在高能电子的作用下也可产生大量的新生态氢、臭氧和羟基氧等活性基团，这些活性基团相互碰撞后便引发了一系列复杂的物理、化学反应。从等离子体的活性基团组成可以看出，等离子体内部富含极高化学活性的粒子，如电子、离子、自由基和激发态分子等。废气中的污染物质与这些具有较高能量的活性基团发生反应，最终转化为CO2和H2O等物质，从而达到净化废气的目的。
3)由于废气在组合式低温等离子设备内停留时间较短，部分臭氧、羟基自由基、分子碎片等活性基团未能与污染物分子碎片充分反应，因此在其之后设置催化氧化床。该设备内部装填载有催化剂的填料，填料具有吸附性，臭氧、羟基自由基、分子碎片等首先被吸附于填料表面及内部孔隙结构中，在填料上载有的催化剂作用下继续发生反应，污染物分子碎片被进一步降解为CO2、H2O等无污染物质，同时填料的吸附空间得到释放更新。
4)将无污染物质通过引风机进行达标排放。
如图2、图3所示，一种轮胎废气治理装置，包括组合式低温等离子反应器及催化氧化床，其特征是，所述组合式低温等离子反应器包括外壳3、进风口4及出风口8，还包括：电晕放电系统、双介质阻挡放电低温等离子系统、电源系统、高压转换系统、布风导流系统9、喷淋冲洗系统。
其中，电晕放电系统包括多个电晕放电盘2，设有正负两种电极，外接高压直流电源。板式沉淀极接地，电源负极输出到安放在板状电极中心的放电电极上。电晕段利用静电捕集的原理首先对废气中的颗粒物、雾状水滴进行去除。
双介质阻挡放电低温等离子系统，包括多个低温等离子放电盘1，低温等离子放电盘1多行排列设置在外壳内。双介质阻挡放电低温等离子段利用高能电子产生的活性基团的强裂解氧化能力对废气中的TVOCs、恶臭物质等气态污染物进行净化，双介质阻挡放电电压大于20000伏，产生的高能电子的能量大于8eV，高于大部分异味分子断键裂解所需的能量。
高压转换系统，包括低频电晕高压包6及双介质阻挡放电低温等离子高频高压包7，电晕高压包6与两个电晕放电盘2对应设置，所述一个双介质阻挡放电低温等离子高压包7与一个低温等离子放电盘1连接。高压转换系统将380V输入电压分别转换为低频和高频高压放电电压，放电电压越高，产生的高能电子的能量越大。
由于电晕放电盘2及低温等离子放电盘1被废气中的粘性物质粘附而结垢会影响放电效果，为保持两种放电盘洁净，在外壳3内设置喷淋冲洗系统，该系统包括雾化金属喷嘴5、不锈钢连接软管、PPR供水主管、电磁阀，与外部水压3bar以上的供水水源连接，每个雾化金属喷嘴5对应一个电晕放电盘2或低温等离子放电盘1，通过手动操作或自动顺序开启电磁阀，实现对两种放电盘的在线冲洗。另外，在异常情况下，当设备内温度过高启动时，喷淋冲洗系统自动开启。
电源系统分为与设备一体式和分立式两种。电源系统包括多个电源盒10，每个电晕放电盘2或低温等离子放电盘1对应一组电源盒10。如图2所示，分立式的电源系统单独安装于电源盒柜11中，由电缆与外壳3内部连接。
为使废气进入设备后分布均匀，保证处理效果，将废气均分为多路进入设备内部过流部件。在进风口4、出风口8及过流部件内，根据气体运动原理，设置布风导流系统9，使风道内无涡流、短流、偏流，废气被均匀分布到各个放电 盘区域，在等离子体作用下被有效净化。
Claims (6)
1.一种轮胎废气治理工艺，其特征是，该工艺包括以下步骤，
1)轮胎废气通过引风机进入布袋除尘器除尘；
2)除尘后的轮胎废气进入组合式低温等离子反应器，组合式低温等离子反应器分为电晕段和双介质阻挡放电低温等离子段，电晕段对轮胎废气经布袋除尘器后逃逸出的细小碳黑类颗粒物、油滴、雾滴进行去除；双介质阻挡放电低温等离子段利用高能电子产生的活性基团的强裂解氧化能力对废气中的VOC、恶臭物质等气态污染物进行净化，转化为包括CO2和H2O的无污染物质；
3)将步骤2)中部分未能与污染物分子碎片充分反应的包括臭氧、羟基自由基、分子碎片的活性基团，送入催化氧化床，臭氧、羟基自由基、分子碎片等活性基团首先被吸附于催化氧化床填料表面及内部孔隙结构中，在催化氧化床填料载有的催化剂作用下，污染物分子碎片与臭氧、羟基自由基等活性基团发生反应，被进一步氧化分解为包括CO2和H2O的无污染物质；
4)将无污染物质通过引风机进行达标排放。
2.根据权利要求1所述的轮胎废气治理工艺，其特征是，催化氧化床内部设置有载有催化剂的填料，填料载体包括陶瓷、硅藻土，催化剂为贵金属催化剂，所述贵金属催化剂螯合、加载于填料载体的多孔结构表面。
3.根据权利要求1所述的轮胎废气治理工艺，其特征是，步骤2)中电晕段设置集尘极，集尘极设有自动清灰装置，对细小碳黑类颗粒物、油滴、雾滴进行清除。
4.一种轮胎废气治理装置，包括组合式低温等离子反应器及催化氧化床，其特征是，所述组合式低温等离子反应器包括外壳、进风口及出风口，还包括：
电晕放电系统，靠近进风口，包括多个电晕放电盘，电晕放电盘多行排列设置在外壳内；
双介质阻挡放电低温等离子系统，靠近出风口，包括多个低温等离子放电盘，低温等离子放电盘多行排列设置在外壳内；
高压转换系统，包括电晕高压包及双介质阻挡放电低温等离子高压包，所述一个电晕高压包与两个电晕放电盘连接，双介质阻挡放电低温等离子高压包与低温等离子放电盘一一对应设置；
喷淋冲洗系统，包括雾化金属喷嘴、电磁阀，所述雾化金属喷嘴设置在电晕放电盘及低温等离子放电盘一侧；
电源系统，包括多个电源盒，电源盒与电晕放电盘及低温等离子放电盘一一对应设置；
布风导流系统，设置在进风口、出风口及外壳内部。
5.根据权利要求4所述的轮胎废气治理装置，其特征是，所述组合式低温等离子反应器电源系统设置在外壳内部的左侧、右侧或下侧。
6.根据权利要求4所述的轮胎废气治理装置，其特征是，所述组合式低温等离子反应器电源系统设置在电源盒柜中，电源盒柜设置在外壳外部，电源盒柜与外壳之间通过电缆连接。
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