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废轮胎热裂解工程大气污染物控制与治理的研究

2024-08-27 59 上传者：管理员

摘要：深入探讨了废轮胎热裂解技术在资源回收和能源生产中的应用，以及其产生的大气污染物对环境和人类健康的潜在影响。在热裂解过程中，废轮胎被转化为有用的化学品和能源，同时释放SOx、NOx、颗粒物等污染物。研究强调了控制和管理这些排放物的重要性，提供了现行污染控制技术和政策的概述。同时，进一步介绍了常见的大气污染物处置措施的技术路线，并提出一种创新模式，如废轮胎热裂解与燃煤电厂耦合，实现超低排放标准的成功案例。

关键词：
创新模式
协同处置
大气污染物控制
废轮胎热裂解
超低排放标准
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1、前言

在当今面临环境问题和资源紧缺的背景下，废轮胎热裂解技术作为一种资源回收和能源生产的方法，其重要性日益凸显。热裂解技术能够将这些废旧轮胎转化为有用的化学原料和能源，实现废物的减量化和资源化利用，对于实现循环经济和可持续发展具有重要意义。

然而，热裂解过程中的污染物排放问题不容忽视。在高温作用下，废轮胎中的硫、氮等元素会转化为二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）、颗粒物等大气污染物。若这些污染物未经有效控制和处理，将对空气质量造成严重影响，威胁公共健康和生态安全。因此，如何有效控制和治理热裂解过程中的大气污染物，成为技术研发和环境管理中的一项重要课题。

本文将详细介绍废轮胎热裂解技术的原理、产品及其在资源回收和能源生产中的作用。同时，着重分析热裂解过程中产生的主要大气污染物，探讨这些污染物的来源、性质以及对环境和健康的影响，为后续深入讨论污染物的控制与治理策略奠定基础。

2、废轮胎热裂解技术概述

热裂解是在缺氧或无氧条件下，将有机物质加热分解成小分子气体、液体和固体产品的过程。废轮胎由橡胶、炭黑、钢丝和各种化学添加剂组成，废轮胎通过热裂解可以产生裂解油、裂解炭黑、钢丝、可燃气体等产品，这些产品都有广泛的市场需求。例如，裂解油可作为燃料油或进一步加工为化学原料，裂解炭黑可以用于橡胶增强剂或色素等，钢丝可回收再利用，而产生的可燃气体可以作为能源在热裂解过程中提供热量。

废轮胎热裂解核心工艺流程如图1所示。

主要工艺流程如下：胶粒通过上料系统送入热裂解装置内，胶粒在装置中旋转受热，热解成为高温油气及粗炭黑，高温油气在油气冷却装置中经充分的气液接触和换热，实现油气分离。裂解油送入储油罐暂存，不凝气送入储气罐调压缓冲后送至热风炉，经焚烧后产生高温烟气，为热解装置供热。换热后烟气接入烟气净化系统，经烟气净化后达标排放。

图1 废轮胎（胶粒）热裂解工艺流程

热裂解过程产生的不凝气经热风炉充分燃烧后，废烟气中主要污染物包含颗粒物、SOx和NOx，此部分是整个工艺系统最主要的污染物排放来源。因此，本文主要以热风炉出口废烟气为研究对象进行技术分析。

3、大气污染物控制政策要求

在废轮胎热裂解项目中，控制和管理大气污染物的排放是实现环境保护和符合法规要求的关键，国家标准GB/T 40009《废轮胎、废橡胶热裂解技术规范》中规定，废轮胎、废橡胶热裂解生产设施排气筒中大气污染物排放应符合HJ 1034—2019《排污许可证申请与核发技术规范废弃资源加工工业》的要求。废轮胎加工工业排污单位大气污染物种类依据GB 16297《大气污染物综合排放标准》、GB14554《恶臭污染物排放标准》和GB 31571《石油化学工业污染物排放标准》确定。如地方有更严格排放标准要求的，按照地方排放标准从严确定。石油化学工业污染物排放标准中，废轮胎热裂解项目的大气污染物排放值应按照国家标准和规定执行。

废轮胎热裂解项目需要严格遵守以上政策法规，以减少对大气的影响。为达到上述目标，需要依赖先进技术。先进技术不仅要求有较高的处置效率，满足日益严格的环保政策要求，也要有经济的可行性，降低投资和运行成本，减少企业的负担。

4、大气污染物控制放置技术路线

本文分析了多种大气污染物处置技术路线，以热风炉出口废烟气为研究对象，根据热裂解项目的特点，总结各技术路线的适用性。

4.1 除尘技术路线

行业内常见的除尘技术路线见表1。

表1 除尘技术路线比选

由表1可知，废轮胎热裂解适用的技术路线为：对于燃烧过程的颗粒物一般主要采用布袋除尘进行处理。

4.2 脱硫技术路线

行业内常见的脱硫技术路线见表2。

废轮胎加工过程中的二氧化硫来源于热解炉和加热炉加热环节，主要采用湿法脱硫。湿法脱硫技术主要包括钠碱法和双碱法。钠碱法是指采用钠基碱性化合物（如NaOH、NaHCO）吸收烟气中的SO的脱硫工艺，适合于高浓度SO的烟气脱硫处理。双碱法（NaOH、Ca(OH)2）是利用钠盐易溶于水的原理，在吸收塔内部采用钠碱吸收SO2。该工艺反应速度较快，制备系统比较简单。

4.3 脱氮技术路线

行业内常见的脱氮措施见表3。

表2 脱硫技术路线比选

表3 脱氮技术路线比选

热风炉燃烧过程中，一般采用低氮燃烧技术控制和降低除氮氧化物的产生，也有企业采用SCR脱硝反应器来降低氮氧化物的排放量。

4.4 其他技术路线

除了以上技术路线外，还有如下2项技术在项目中也具有良好的效果。

(1）湿式脱硫除尘一体化技术。湿式脱硫除尘一体化技术是以碱性溶液为吸收剂，在一个设备中同时实现既除尘又脱硫的技术，该技术兼具高效脱硫除尘的作用，同时投资金额小、工艺简单、操作及维修方便，除尘效率因设备类型或设计水平不同而差异较大，可超过90%。

(2）烟气再循环。将部分热裂解产生的废烟气重新引入反应器作为热源，既节约能源又减少污染物的排放。

5、创新技术路线案例分析

本文将深入分析一个采用废轮胎热裂解与燃煤电厂耦合的创新模式项目，并评估其在控制和治理大气污染物方面的有效性。此项目通过将废轮胎热裂解产生的烟气接入原有燃煤电厂的烟气净化装置，并实施选择性非催化还原（selective noncatalytic reduction,SNCR）+选择性催化还原（selective catalytic reduction,SCR）+布袋除尘+湿法脱硫+湿式电除尘的处理流程，成功实现了超低排放标准“5,35,50”，即颗粒物、二氧化硫和氮氧化物的排放浓度分别不超过5、35和50 mg/m3。

该项目通过集成废轮胎热裂解技术与现有燃煤电厂的污染物控制系统，实现了资源和能源的双重利用，同时显著降低了大气污染物排放。其创新之处在于热裂解产生的烟气被直接输送至电厂的净化装置，充分利用了电厂较为成熟的污染物控制技术，4项技术分别如下：

(1)SNCR和SCR技术。通过化学还原反应转化NOx为氮气和水，大幅度减少氮氧化物的排放。

(2）布袋除尘。有效去除烟气中的颗粒物，是一种物理过滤方法。

(3）湿法脱硫。通过化学溶液吸收SO2，极大地减少了SO2的排放。

(4）湿式电除尘。进一步净化烟气，特别是在去除细小颗粒物方面表现优异。

与其他项目的对比，本技术方案具有如下4项优势。

(1）污染物排放水平。与采用传统热裂解技术的项目相比，耦合模式的项目在控制SOx、NOx和颗粒物方面具有明显优势。

(2）成本效益。此项目因共享燃煤电厂的净化设施，降低了单独建设和运营污染控制系统的成本。

(3）能源回收利用。废轮胎热裂解项目排放的烟气温度可达200～400℃，该部分烟气在锅炉的尾部受热面与热水进行换热，排烟温度约135℃，从而实现余热回收利用。与仅关注能源回收的项目不同，该项目在提高能源回收效率的同时，还实现了污染物的低排放。

(4）可持续性。该耦合模式项目在提升可持续性方面表现出色，不仅减少了废物，还降低了环境污染。

除此之外，本文还采用了如下3种技术改进方案：

(1）优化热裂解反应器设计。通过改进热裂解反应器的设计，如提高热效率和优化原料的热裂解路径，减少不完全燃烧和污染物的生成。