醫(yī)藥化工原料藥生產(chǎn)尾氣處理設(shè)計(jì)技術(shù)分析

田笑 范偉杰 劉素靜

山東齊都藥業(yè)有限公司 山東淄博 255400

1 VOC 概述

VOC 是指在常溫下，沸點(diǎn)在50-260℃之間的有機(jī)物，其種類(lèi)繁多，按化學(xué)結(jié)構(gòu)可分為芳香烴、脂肪烴、鹵代烴、醇、醛、酮、羧酸、酯、醚和四氫呋喃等。多數(shù)VOC 有毒、有惡臭氣味、部分有致癌性；其次，一些VOC 也有易燃易爆性，對(duì)生產(chǎn)企業(yè)存在安全隱患。據(jù)揮發(fā)性有機(jī)物綜合治理方案（環(huán)大氣）[2019]53 要求十三五需完成VOC 排放量下降10%的目標(biāo)任務(wù)，因此化學(xué)原料藥行業(yè)的VOC 治理任重道遠(yuǎn)。

2 化學(xué)原料藥VOC 處理技術(shù)

（1）冷凝法：將廢氣降溫至VOC 成分露點(diǎn)以下，有機(jī)廢氣冷凝為液態(tài)后回收。主要適用于高濃度、組分單一且回收價(jià)值高的VOC，適用濃度≥5000ppm。

（2）吸收法：對(duì)濃度較高、溫度較低的VOC，常采用低揮發(fā)性或不揮發(fā)的溶劑對(duì)其進(jìn)行吸收，然后通過(guò)VOC 尾氣與吸收劑性質(zhì)的差異將二者分離。

（3）吸附法：采用吸收劑吸附氣相中的VOC，從而達(dá)到氣體凈化的目的。常用的吸附劑主要有顆?；钚蕴?、纖維活性炭、蜂窩狀活性炭、白油、樹(shù)脂等，適用于大風(fēng)量、低濃度VOC 廢氣治理。

（4）直接燃燒法：將高濃度廢氣送入燃燒室直接燃燒，高溫燃燒氣通過(guò)換熱器與新進(jìn)廢氣間接換熱后并進(jìn)行處理后達(dá)標(biāo)排放，熱量利用效率低，導(dǎo)致運(yùn)行成本較高，適用于高濃度或熱值較高的有機(jī)氣體且能有效利用排放余熱或有副產(chǎn)燃?xì)獾钠髽I(yè)。

（5）催化燃燒法：采用貴金屬催化劑降低廢氣中有機(jī)物與O2 的反應(yīng)活化能，使得有機(jī)物可以在250-350℃能充分氧化生成CO2 和H2O，屬無(wú)焰燃燒，高溫氧化氣通過(guò)換熱器與新進(jìn)廢氣間接換熱后達(dá)標(biāo)排放。

（6）蓄熱式燃燒法：屬于直接燃燒，只是將換熱器改為蓄熱陶瓷，高溫燃燒氣與新進(jìn)廢氣交替進(jìn)入蓄熱陶瓷直接換熱，熱量利用率可提高到90%，運(yùn)行成本較低，是目前主推的廢氣治理工藝[1]。

（7）蓄熱式催化燃燒法：燃燒方式與催化燃燒法相同，換熱器采用蓄熱陶瓷，熱回收效率較高，但能處理的廢氣種類(lèi)受催化劑影響，且進(jìn)入燃燒室的氣體溫度應(yīng)達(dá)到氣體組分在催化劑的起燃溫度，因此開(kāi)車(chē)過(guò)程需采用電加熱。

3 化學(xué)原料藥VOC 尾氣收集管路設(shè)計(jì)

（1）管道系統(tǒng)的劃分：通常高濃度廢氣如儲(chǔ)罐、反應(yīng)釜、干燥的廢氣與低濃度局部排風(fēng)需分開(kāi)設(shè)置管路系統(tǒng)；并且在高濃度廢氣靠近尾氣處理設(shè)備處設(shè)置氮?dú)夤芫€(xiàn)，以防止管線(xiàn)內(nèi)濃度超標(biāo)或用于吹掃。

（2）管道系統(tǒng)壓力控制：VOC 尾氣排放點(diǎn)眾多，且由于間歇式生產(chǎn)，廢氣排放量波動(dòng)性較大，在進(jìn)行管路計(jì)量時(shí)需根據(jù)生產(chǎn)排班計(jì)算尾氣排放量，進(jìn)而選擇合適的管徑，此外需通過(guò)車(chē)間各使用點(diǎn)位置進(jìn)行管路系統(tǒng)阻力計(jì)算，進(jìn)而選擇合適的輸送風(fēng)機(jī)保持管道內(nèi)壓力保持在微負(fù)壓狀態(tài)，此外輸送風(fēng)機(jī)應(yīng)與管路前端壓力進(jìn)行變頻控制并且設(shè)置備用[2]。

（3）排液系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：VOC 尾氣成分復(fù)雜，波動(dòng)性大，車(chē)間內(nèi)一般會(huì)設(shè)置冷凝和局部吸收系統(tǒng)，然而，通過(guò)吸收及冷凝不完全的廢氣仍含有大量水蒸氣或溶媒氣體，如設(shè)計(jì)不合理，在車(chē)間內(nèi)部的拐點(diǎn)和低點(diǎn)或室外會(huì)有積液凝聚，夏季積液揮發(fā)可能引發(fā)VOC濃度超爆炸下限的風(fēng)險(xiǎn)，冬季積液凍結(jié)則可能造成管道損壞引發(fā)廢氣泄露的風(fēng)險(xiǎn)。

（4）靜電消除的設(shè)計(jì)：根據(jù)材料特性采取以下方法：①內(nèi)襯層添加石墨鱗片粉末；②管道內(nèi)壁設(shè)置靜電導(dǎo)除線(xiàn)于內(nèi)襯層表面，通過(guò)靜電導(dǎo)出法蘭將靜電導(dǎo)出，但需注意的是導(dǎo)電線(xiàn)選用耐腐蝕的合金絲；導(dǎo)電線(xiàn)應(yīng)為一個(gè)整體，不允許有接頭，避免尖端放電現(xiàn)象。

（5）安全設(shè)施配備要求：管道系統(tǒng)上可設(shè)置爆破片、阻火器、最低爆炸濃度檢測(cè)儀。在尾氣支管與總管匯總前安裝阻火器，以保護(hù)廢氣支管連接設(shè)備。此外可在尾氣輸送管道的關(guān)鍵位置設(shè)置泄放口及可燃?xì)怏w檢測(cè)儀，保證整個(gè)系統(tǒng)能夠及時(shí)、有效的處理危險(xiǎn)工況[3]。

4 各種VOC 處理技術(shù)在原料藥生產(chǎn)中的應(yīng)用

隨著國(guó)家環(huán)保政策日趨嚴(yán)格，環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)日益提高，在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的普遍安裝，企業(yè)已無(wú)法像以前一樣在環(huán)保問(wèn)題上敷衍應(yīng)付，因此，選擇合適的廢氣處理技術(shù)，做到達(dá)標(biāo)排放的同時(shí)減少環(huán)保運(yùn)行費(fèi)用，對(duì)任何企業(yè)來(lái)說(shuō)都是重中之重。

對(duì)規(guī)模較大的企業(yè)來(lái)說(shuō)，蓄熱式燃燒爐（RTO）處理濃度較高的VOC 氣體更加徹底，更易實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。成分復(fù)雜的工藝氣體在進(jìn)入RTO 之前需進(jìn)行預(yù)處理，除掉氣體中可能對(duì)設(shè)備造成腐蝕的成分，如鹵代烴、酸性氣體等。該處理技術(shù)年運(yùn)行費(fèi)用也相當(dāng)可觀(guān)，一套處理量30000m3/h 的RTO 裝置，年運(yùn)行費(fèi)用在300 萬(wàn)元以上，這對(duì)于中小企業(yè)壓力巨大。

在處理成分復(fù)雜的工藝廢氣時(shí)，多數(shù)企業(yè)的選擇仍然是傳統(tǒng)的深冷、堿洗加活性炭吸脫附的技術(shù)，這種技術(shù)成熟穩(wěn)定，投資小，缺點(diǎn)是活性炭需要定期更換，國(guó)產(chǎn)活性炭一般使用周期在一年半左右，進(jìn)口活性炭可以達(dá)到二到三年?，F(xiàn)在，也有企業(yè)研發(fā)出樹(shù)脂吸附工藝取代傳統(tǒng)的活性炭吸附，該技術(shù)相比活性炭吸附，一次性投資大，但樹(shù)脂不需更換，國(guó)內(nèi)使用樹(shù)脂吸附工藝的廠(chǎng)家最長(zhǎng)使用期限已經(jīng)達(dá)到五年以上。

5 結(jié)語(yǔ)

如今的VOC 處理技術(shù)可謂五花八門(mén)，原料藥企業(yè)在選擇時(shí)關(guān)鍵是結(jié)合自身實(shí)際，認(rèn)真分析VOC 氣體成分，在達(dá)標(biāo)排放的前提下不斷降低運(yùn)行成本。更關(guān)鍵的是，在裝置設(shè)計(jì)過(guò)程中，做到“源頭治理、分類(lèi)治理”，從源頭減少有機(jī)溶劑的使用或進(jìn)行無(wú)害化替換；廢氣收集設(shè)施盡量前移，將VOC 氣體盡可能分類(lèi)收集，提高尾氣的組分單一性，這樣可以利用活性炭吸脫附裝置或深冷裝置實(shí)現(xiàn)溶劑的回收利用，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的最大化。