蓄熱式熱氧化爐處理醫(yī)藥廢氣探索及應(yīng)用

佟 飛

（柘科（中國）工程設(shè)備有限公司，上海 201109）

近年來，中國醫(yī)藥化工行業(yè)廢氣治理遇到了很大的困難。主要體現(xiàn)在：第一，中國政府對醫(yī)化行業(yè)廢氣排放制定了嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，整頓了許多不合格的醫(yī)化企業(yè)。然而，大部分企業(yè)仍達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求，且政府對這些企業(yè)的監(jiān)管缺失，也導(dǎo)致其廢氣治理效果不明顯；第二，醫(yī)化行業(yè)的廢氣，由于技術(shù)限制等原因，治理難度大。另外，許多企業(yè)受資金限制，無法引進先進治理設(shè)備，也使得現(xiàn)有設(shè)備不合適或難以滿足排放要求。然而，僅采用落后技術(shù)已不可取，例如吸附法，雖然該技術(shù)得以廣泛應(yīng)用，其工藝簡單、能耗低、應(yīng)用廣，但針對組分復(fù)雜、濃度高的廢氣，因吸附率不同而導(dǎo)致效果受限；同時，濃度高意味著更多的吸附劑用量，或較短的吸附周期；另外，鑒于目前總體和單一指標(biāo)全覆蓋的嚴(yán)格監(jiān)管要求，處理技術(shù)必須更要著眼于先進性和高效性。

1 醫(yī)化行業(yè)有機廢氣排放概況及組成

1.1 廢氣排放概況

目前，醫(yī)化行業(yè)有機廢氣的排放量不斷增加，其處理難度也在提高。原因有二，第一，所排廢氣多屬間歇反應(yīng)泄放氣，使得其濃度很高，因此，必須保證所選技術(shù)具有很高的去除率。例如，在醫(yī)化企業(yè)附近，我們時常能聞到異味，這就是廢氣處理不達(dá)標(biāo)在其周邊擴散所造成的；第二，生產(chǎn)原料豐富，如二氯甲烷、二氯乙烷、甲苯、甲醇、乙腈、四氫呋喃、乙醇、MTBE、乙二醇、乙酸乙酯、丙酮等，這就導(dǎo)致廢氣中不僅含有原料成分，還包括反應(yīng)產(chǎn)物，因此處理也變得愈發(fā)困難。

1.2 廢氣組成

在醫(yī)化行業(yè)生產(chǎn)中，溶劑使用占比很高。就其物性，因升溫降壓易揮發(fā)變?yōu)闅庀?，如直排勢必會污染環(huán)境。研究證實，二氯甲烷、二氯乙烷、丙酮、四氫呋喃和甲苯等是目前排放最多的組分，但由于間歇生產(chǎn)，導(dǎo)致廢氣排放在時間和濃度上存在波動性。

另外，有些組分異味明顯且嗅域低，如甲苯嗅域低值0.021，而有些組分具有毒性，如二氯甲烷（2A類致癌物），因此如果處理不合格或存在漏點，必然會污染環(huán)境，而操作人員的健康也會倍受影響。

2 蓄熱式熱氧化爐處理醫(yī)藥廢氣探索

2.1 蓄熱式熱氧化爐(RTO)介紹

縱觀廢氣處理技術(shù)，從冷凝、吸附、吸收、膜分離等物理法，到化學(xué)氧化、酸堿吸收、生物法、低溫等離子、催化氧化、熱力焚燒、蓄熱式熱氧化等化學(xué)生物法（破壞法），種類繁多。如上技術(shù)在一些行業(yè)（如石化、涂裝等）得到了較好的應(yīng)用，但如果直接移植到別的行業(yè)，勢必存在其適用性和局限性。如催化氧化技術(shù)，其催化劑的選擇性和耐毒性易受物料限制；而低溫等離子技術(shù)則無法處理高分子和高濃度污染物等。

縱觀以上并結(jié)合醫(yī)化行業(yè)廢氣特點，蓄熱式熱氧化（RTO）因其對成分選擇性不高，高溫氧化效率高，能耗低等特點，其技術(shù)優(yōu)勢顯著。但RTO在國外發(fā)展史僅40多年，國內(nèi)僅十幾年，技術(shù)成熟度尚有欠缺。因此選用RTO技術(shù)時，仍需考量廢氣特點、處理效果、安全風(fēng)險等因素，并結(jié)合其他技術(shù)，選擇最佳工藝流程，徹底處理醫(yī)化廢氣。

通常，RTO蓄熱床層為2床式、3床式、5床式及以上，目前2床式使用范圍窄，5床式及以上則用于大氣量應(yīng)用，而醫(yī)化廢氣適用3床式。蓄熱體為多孔蓄熱陶瓷，常溫廢氣從床層底部進入，經(jīng)預(yù)熱升溫，進入燃燒室氧化分解并放出熱量。而高溫?zé)煔庠儆扇紵疫M入另一床層頂部，高溫?zé)煔馔ㄟ^床層熱量被截留下來，最后，降溫后的煙氣從底部排出。

2.2 項目概況

在醫(yī)化生產(chǎn)中，其反應(yīng)釜、真空泵、干燥機及儲罐等都會產(chǎn)生廢氣，含有二氯甲烷、甲醇、乙醇、乙酸乙酯、甲苯、乙酸丁酯、乙腈、丙酮、DMF及酸性組分。通過收集匯總，總風(fēng)量20 000 Nm3/h。由于生產(chǎn)的間歇性以及收集點的分散性，廢氣流量及濃度經(jīng)常波動，經(jīng)測定總VOCs濃度均高于1 500 mg/Nm3，常高于2 000 mg/Nm3，極端達(dá)到4 000 mg/Nm3的濃度峰值。工藝流程見圖1。

圖1 廢氣處理工藝流程框圖

廢氣經(jīng)收集送至引風(fēng)機，經(jīng)預(yù)堿洗塔除去大部分氯化氫，再經(jīng)阻火器后進入FRP緩沖罐，后廢氣經(jīng)風(fēng)機送入RTO爐處理，經(jīng)焚燒后的凈化煙氣通過急冷塔、后堿洗塔急冷降溫并除去酸性氣體后，經(jīng)排煙風(fēng)機送入煙囪。在引風(fēng)機前總管上安裝兩套VOCs在線檢測儀，當(dāng)1#檢測儀檢測到濃度過高（超過2 000 mg/Nm3）時，打開旁路風(fēng)閥引入空氣稀釋；當(dāng)2#檢測儀檢測到濃度過高（超過3 000 mg/Nm3）時，關(guān)閉進氣閥、并打開應(yīng)急排放閥，使廢氣送活性炭吸附塔應(yīng)急處理后，經(jīng)煙囪排放。RTO單元流程圖見圖2。

圖2 RTO單元廢氣處理工藝流程圖

廢氣先進入蓄熱室A的床層，陶瓷放熱溫度降低，而廢氣吸熱溫度升高到760～850 ℃進入燃燒室；在燃燒室中，由BMS自控燃燒器使操作溫度恒定于880～920 ℃；同時，燃燒室設(shè)計考慮足夠的停留時間（1.2～2 s），將廢氣中的VOCs充分氧化分解；高溫?zé)煔怆x開燃燒室進入蓄熱室B，放熱降溫后離開RTO，而蓄熱室B則吸熱升溫；凈化后的煙氣離開蓄熱室B時，一部分循環(huán)至蓄熱室C吹掃，使其上附著的污染物脫附后重新處理，經(jīng)此步驟，VOCs去除率可達(dá)99%以上。一般RTO出口溫度高于入口溫度約30～100 ℃，蓄熱體熱回收率達(dá)95%以上。

3 應(yīng)用實例分析

3.1 技術(shù)層面分析

RTO燃燒室一般操作在800 ℃以上，同時爐膛設(shè)計足夠的停留時間，并設(shè)置一定的擾流措施以滿足3T原則。相比于RCO（蓄熱式催化氧化），催化反應(yīng)溫度低（300～400 ℃）是其優(yōu)勢，節(jié)能明顯，但催化劑易中毒且難實現(xiàn)長周期運行。比如，RCO要求PM濃度低于5 mg/Nm3，而RTO允許的PM濃度可提高到10 mg/Nm3，因此對過濾設(shè)備的要求適當(dāng)降低。綜合對比，RTO系統(tǒng)的工藝設(shè)備配置合理，可操作性強，可靠性高。

3.2 成本層面分析

如風(fēng)量20 000 Nm3/h，濃度1 500 mg/Nm3，通常RCO和TO的投資費用相對較高（RCO/RTO=1.3，TO/RTO=1.2）。RCO的優(yōu)勢在于反應(yīng)溫度低、燃料消耗少；而不管是采用RTO還是TO，因其操作溫度高（≥800℃），燃料消耗很高，但由于RTO能回收熱量，因此，較TO消耗低。因此，綜合考慮投資和運行成本，RCO及TO在運行及維護上綜合消耗高于RTO，三者技術(shù)經(jīng)濟比較見表1。

表1 經(jīng)濟技術(shù)比較

3.3 結(jié)果分析

結(jié)合前述，蓄熱氧化法具有安全、操作便捷、成本低、可靠性強、適用廣等特點，尤其針對醫(yī)化廢氣，可實現(xiàn)高效處理。因此，其可作為該行業(yè)的主工藝并結(jié)合其他技術(shù)有針對性地、一廠一案地進行推廣，將其作為廢氣處理核心技術(shù)。

以上述20 000 Nm3/h廢氣為例，需配備三臺風(fēng)機（引風(fēng)機、鼓風(fēng)機、吹掃風(fēng)機）、兩臺堿洗塔（預(yù)堿洗塔、后堿洗塔帶急冷），一臺RTO設(shè)備，處理能力為23 000 Nm3/h，采用3塔結(jié)構(gòu)，包含蓄熱室、燃燒室、提升閥、燃燒器系統(tǒng)、蓄熱陶瓷等部件。

通常RTO系統(tǒng)啟動后，后續(xù)實際運行可隨時優(yōu)化運行參數(shù)。如提升閥切換時間可在60～120 s范圍內(nèi)做針對性優(yōu)化，以找到最合理的切換時間；對于爐膛操作溫度來說，在運行一段時間后，可適當(dāng)調(diào)整并結(jié)合排放指標(biāo)反饋來尋找最佳溫度，以實現(xiàn)低消耗，降低運行費用。

4 結(jié)束語

綜上，醫(yī)化行業(yè)廢氣組分繁多、具有毒性、危害性大，治理難，筆者雖針對廢氣排放提出了一些看法，做了一些分析，但在落實方面仍需企業(yè)、政府及社會各界配合和推動。綠水青山就是金山銀山。因此，只有解決廢氣治理問題，才能更好地推動我國醫(yī)化行業(yè)的蓬勃發(fā)展，真正做到金山銀山、綠水青山。