一种橡胶VOCs废气旋流吸附—芬顿降解耦合处理成套方法与设备技术领域
本发明针对化工行业中橡胶轮胎的生产过程，尤其是橡胶VOCs废气旋流吸附—芬
顿降解耦合处理成套方法与设备。
背景技术
橡胶轮胎的生产制造是橡胶行业的主体部分，约占橡胶行业工业生产总值的90％
以上。橡胶轮胎在生产制造过程中会产生大量废气，并且组分复杂。根据美国国家环保总局
编制的《空气污染物排放系数汇编》，橡胶轮胎废气排放因子高达63种，其主要排放因子为
颗粒物、非甲烷总烃、氨气、苯乙烯、硫化氢、二甲苯、甲硫醇、甲硫醚等物质。除颗粒物、氨以
及硫化氢以外，其他主要排放因子都可以归为挥发性有机物(VOCs)的范畴。VOCs不仅会造
成大气污染，并且对人类健康危害巨大，会让人们感到头痛、恶心、呕吐、四肢乏力，甚至出
现抽搐昏迷。
橡胶轮胎VOCs废气具有浓度低、气量大、成分复杂等特点，现今VOCs废气治理技术
分为物理回收技术和化学销毁技术两大类。物理回收技术包括压缩冷凝、吸附、吸收等，化
学销毁技术包括(催化)燃烧、(催化)氧化、催化转化、生物转化等。大部分企业处理VOCs时
都采用吸附法或燃烧法，或者两种相结合的方法。
吸附法是利用多孔性吸附剂处理流体混合物，从而使其中一种或数种组分浓缩于
吸附剂表面，通常采用的吸附剂以活性炭为主。吸附设备可分为固定床、流化床和移动床吸
附装置。近年来国外及我国台湾地区流化床和移动床吸附装置发展较快，在实际工程中应
用广泛；日本吴羽公司开发的流化床吸附系统占地面积小，VOCs去除率可达95％以上。
Lillo-Rodenas等选择不同结构的活性炭，对低浓度苯和甲苯进行吸附研究，发现小于
0.7nm的微孔对低浓度的VOCs吸附起到支配作用。Hsieh等研究了多种VOCs在活性炭上的吸
附能分布，指出VOCs分子的尺寸、结构、极性等均会影响吸附行为。然而，由于橡胶行业废气
排放量大、VOCs组分复杂，导致吸附设备占地大、吸附剂成本高、吸附剂再生困难、易产生二
次污染等问题。
另一方面，可实现VOCs转化或彻底销毁的燃烧、氧化、催化转化等技术在橡胶行业
VOCs控制中也有着广泛的应用。这些技术可将VOCs转化为无害的烃类、CO2、水等。近年来，
在热力燃烧的基础上增加了蓄热体作为热能储存与再利用装置，发展了蓄热式热力燃烧技
术(RTO)。RTO技术关键在于选用合适的蓄热体，并适时控制阀门切换周期和适时启停燃烧
器控制反应室温度。利用催化剂可降低有机物氧化所需活化能并提高反应速率，从而在较
低温度(300～500℃)下将有机物降解，一般采用贵金属Pd为催化剂，价格较为昂贵。近年
来，又新发展了蓄热式催化燃烧技术(RCO),然而上述技术存在着设备复杂难以放大、操作
不稳定、效率低、成本高等问题。
因此，本领域迫切需要开发一种能够低成本，操作稳定，同时不产生二次污染的橡
胶VOCs废气旋流吸附—芬顿降解耦合处理成套方法与设备。
发明内容
为了克服上述现有方法的不足，本发明提供了一种橡胶VOCs废气旋流吸附—芬顿
降解耦合处理成套方法与设备。
一种橡胶VOCs废气旋流吸附—芬顿降解耦合处理成套方法，包括：
(1)橡胶VOCs废气吸附单元：将来自外管的VOCs废气输送至碳球加料罐，实现活性
炭吸附颗粒预混合。混合相从旋流吸附分离器顶部入口切向进入，在三维湍流流场作用下，
活性炭旋转流动同时产生对VOCs废气高效吸附作用，实现VOCs吸附和分离同时进行，旋流
吸附分离器可为单级或多级串联或并联，净化达标的气体由吸附分离系统经引风机送至外
排管网。经吸附后富含VOCs废气的活性炭颗粒从吸附分离器底部输送至产物脱附单元。
(2)脱附—再生单元：脱附—再生单元：来自外管氧化剂作用下，富含VOCs废气的
活性炭在降解再生槽中，通过芬顿氧化降解，将所吸附的VOCs废气氧化降解成水和二氧化
碳，降解后的生成的水相和残渣不定期外排，同时活性炭连续再生，再生后的活性炭经浆料
泵送至碳球加料罐，实现循环使用。
优选的，所述的橡胶废气排放因子高达63种，其中以挥发性有机物(VOCs)为主要
排放因子。
优选的，所述的活性炭具有吸附—芬顿催化双功能，耦合芬顿氧化过程，以实现短
流程VOCs捕集吸附及饱和吸附剂再生过程。
优选的，所述的橡胶VOCs废气吸附方法，可采用单极或多级旋流吸附的串联或并
联。
优选的，所述的炭球加料罐设置多台，并联连接，以确保后续净化装置的连续稳定
运行。
优选的，所述的活性炭作为吸附剂，可循环使用。
另一方面，本发明提供了一种橡胶废气旋流吸附—芬顿降解耦合处理成套设备，
该成套设备包括：
Ⅰ级旋流吸附分离器，用于进行第一次低精度气固吸附分离；
Ⅱ级旋流吸附分离器，用于进行第二次高精度气固吸附分离；
与旋流吸附分离系统相连的降解再生槽，用于实现VOCs废气芬顿氧化降解及活性
炭吸附颗粒再生；
与降解再生槽相连的碳球加料罐，用于VOCs废气和活性炭的混合；
浆料泵和引风机，用于提供动力运输。
优选的，所述的降解再生槽内设搅拌设备，用于将各组分搅拌混合均匀，提高传
质，传热速率。
优选的，所述的炭球加料罐设有两个进料管和出料管。
优选的，所述的降解再生槽内部设有过滤网，用于将吸附剂与降解残液分离。
优选的，所述的旋流吸附器内活性炭颗粒回收率达99％以上。
本发明的装置特点如下：
旋流吸附分离器多级串联或并联，一次处理效率达98％以上，废气中的恶臭排放
浓度＜200。
本发明采用旋流吸附法去除VOCs废气，通过芬顿氧化降解VOCs废气，同时将吸附
剂进行再生回用，具有不产生二次污染，缩短方法流程、降低操作和控制难度、深度高效脱
除VOCs废气等优点，适用于多种橡胶VOCs废气处理系统。本发明采用的设备具有易集成、设
备简单、操作便利、占地面积小、脱除效率高、便于后期维修更换等优点，可广泛应用于橡胶
生产等领域。
附图说明
图1是本发明的橡胶VOCs废气旋流吸附—芬顿降解耦合处理成套方法示意图。
符号说明：
1第一碳球加料罐；2第二碳球加料罐；3浆料泵；4降解再生槽；5VOC吸附器Ⅰ级；
6VOC吸附器Ⅱ级；7引风机。
具体实施方式
本发明的技术构思如下：
如图1所示，橡胶轮胎厂排放的VOCs废气进入第一碳球加料罐1和第二碳球加料罐
2，与活性炭预混合一起输送至单级或多级旋流吸附分离器，如VOC吸附器Ⅰ级5和VOC吸附器
Ⅱ级6，VOC吸附器Ⅰ级5中去除VOCs废气后进入VOC吸附器Ⅱ级6净化；VOC吸附器Ⅰ级5和VOC
吸附器Ⅱ级6中富含VOCs的饱和活性炭输送至产物脱附单元，VOC吸附器Ⅰ级5和VOC吸附器
Ⅱ级6旋流分离的净化达标气体由吸附分离系统经引风机7送至外排管网。在氧化剂作用
下，富含VOCs的饱和活性炭在降解再生槽4中发生芬顿氧化降解反应，降解再生槽4产生的
残渣和残夜不定期外排，降解再生槽4中活性炭连续再生，由浆料泵3输送至第一碳球加料
罐1和第二碳球加料罐2，循环再使用。
在本发明的第一方面，提供了一种橡胶VOCs废气旋流吸附—芬顿降解耦合处理成
套方法，该方法包括：
将来自外管的VOCs废气输送至碳球加料罐，与活性炭吸附颗粒预混合。混合相从
旋流吸附分离器顶部入口切向进入，在三维湍流流场作用下，活性炭旋转流动同时产生对
VOCs废气高效吸附作用，实现VOCs吸附和分离同时进行，旋流吸附分离器可为单级或多级
串联或并联，净化达标的气体由吸附分离系统溢流口，经引风机送至外排管网。经吸附后富
含VOCs废气的活性炭颗粒从吸附分离器底部输送至产物脱附单元。
在来自外管氧化剂作用下，富含VOCs废气的活性炭在降解再生槽中，通过芬顿氧
化降解，将所吸附的VOCs废气氧化降解成水和二氧化碳，降解后的生成的水相和残渣经过
滤，从降解再生槽内不定期外排，同时活性炭连续再生，再生后的活性炭从装置底部，经浆
料泵送至碳球加料罐，实现循环使用。
在本发明中，橡胶废气排放因子高达63种，其中以挥发性有机物(VOCs)为主要排
放因子。
在本发明中，活性炭具有吸附—芬顿催化双功能，耦合芬顿氧化过程，以实现短流
程VOCs捕集吸附及饱和吸附剂再生过程。
在本发明中，橡胶VOCs废气吸附方法，可采用单极或多级旋流吸附的串联或并联。
在本发明中，炭球加料罐设置多台，并联连接，以确保后续净化装置的连续稳定运
行。
在本发明中，活性炭作为吸附剂，可循环使用。
在本发明的第二方面，提供了一种橡胶VOCs废气旋流吸附—芬顿降解耦合处理成
套设备，该成套装置包括：
Ⅰ级旋流吸附分离器，用于进行第一次低精度气固吸附分离；
Ⅱ级旋流吸附分离器，用于进行第二次高精度气固吸附分离；
本发明中旋流吸附分离器结构，可参见名称为“一种高效硫化氢气体吸收装置”，
申请日是2016年9月21日，申请号是201610494578.6的专利申请文件。
与旋流吸附分离系统相连的降解再生槽，用于实现VOCs废气芬顿氧化降解及活性
炭吸附颗粒再生；
与降解再生槽相连的碳球加料罐，用于VOCs废气和活性炭的混合；
浆料泵和引风机，用于提供动力运输。
本发明中，旋流吸附分离器多级串联或并联，一次处理效率达98％以上，废气中的
恶臭排放浓度＜200。
本发明中，降解再生槽内设搅拌设备，用于将各组分搅拌混合均匀，提高传质，传
热速率。
本发明中，炭球加料罐设有两个进料管和出料管。
本发明中，降解再生槽内部设有过滤网，用于将吸附剂与降解残液分离。
本发明中，旋流吸附器内活性炭颗粒回收率达99％以上。
本发明方法和装置的优点在于：
采用旋流吸附系统代替了现有固定床、流化床、携带床系统，以微旋流器为核心的
旋流吸附系统具有设备结构简单、操作稳定、可并联放大、比实际传质面积大、可耦合并强
化反应—分离从而简化方法系统等诸多优势。既能解决橡胶行业VOCs去除难题，还能使活
性炭循环利用，将VOCs降解为无害物质。采用旋流吸附分离器单级或多级串联或并联，有效
提高去除硫化氢效果于；该装置易集成，旋流喷射吸附器、脱附反应器、吸附液再生器直径
小，减少了装置的总占地面积和总投资。
以上所述内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所作的任
何等效变换，均应属于本发明的保护范围。
下面结合实施例对本发明进一步说明，实施例并不限制本发明的范围。
舟山市某橡胶制品企业压延与成型工段废气处理按照本发明方法和装置进行。
具体方法流程如图1所示，主要操作条件及介质特性如下所示：
实施案例：废气处理量约为10000m3/h,VOCs浓度为40mg/m3，恶臭浓度3500(无量
纲)，颗粒物浓度在1.5mg/m3，进料温度为30℃，压力为7Kpa。
表1旋流吸附分离器主要操作参数
序号
参数
单位
设计值
1
VOCs废气处理量
Nm3/h
10000
2
活性炭循环量
Kg/h
5
3
温度
℃
30
4
压力
Kpa
7
表2降解再生槽主要操作参数
序号
参数
单位
设计值
1
VOCs废气处理量
Nm3/h
5
2
活性炭循环量
Kg/h
4.95
3
温度
℃
30
4
压力
Kpa
7
VOCs废气具体组分如下v％：甲苯：12.5％，二甲苯：24.2％，非甲烷总烃：63.3％。
允许来自外管的氧化剂流量为10Kg/h，流速为0.23m/s，进口温度为30℃；
技术效果：
由于采用本发明方法与装置，设计实用寿命20年，连续运行周期超过2年。正常运
行时，经上述装置处理后，橡胶尾气中VOCs浓度为0.4mg/m3，恶臭浓度<100，符合《大气污染
物综合排放标准》(GB16297-1996)，其中甲苯的回收率为99.23％；二甲苯的回收率为
98.57％：非甲烷总烃的回收率为98％。活性炭的回收率达99.42％。本发明的方法及装置简
化了系统，节省了成本，能产生极大的经济效益。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对
于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行
若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。
对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的
一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明
将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一
致的最宽的范围。