化學(xué)原料藥生產(chǎn)基地廢氣治理改善探討

文/董元霖 陳芃任

制藥工業(yè)不斷發(fā)展，儼然已成促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱性產(chǎn)業(yè)。但是，與此同時(shí)，制藥工業(yè)在能源消耗和廢物排放方面對(duì)生態(tài)環(huán)境也造成了不容忽視的負(fù)面影響——在呼吁全面發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的當(dāng)今時(shí)代，制藥工業(yè)必然面臨著加強(qiáng)環(huán)境污染治理與環(huán)境保護(hù)力度的問(wèn)題，比如，資源能源消耗總量高，“三廢”排放量大，使其已成為 VOCs（揮發(fā)性有機(jī)物）治理的重點(diǎn)行業(yè)。本文將結(jié)合揚(yáng)子江藥業(yè)集團(tuán)某原料藥基地的改造案例，探討如何減少企業(yè)廢氣的排放量，更好地提升企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。

近年來(lái)，國(guó)家和地方出臺(tái)了各項(xiàng)政策，規(guī)范和引導(dǎo)行業(yè)有序、環(huán)保、綠色發(fā)展。僅圍繞藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)，生態(tài)環(huán)境部就發(fā)布了83 項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)醫(yī)藥制造產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)較大壓力，但對(duì)全行業(yè)健康發(fā)展、優(yōu)化產(chǎn)業(yè)布局、調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)變發(fā)展方向還是起到了積極作用。我國(guó)醫(yī)藥制造產(chǎn)業(yè)逐漸樹(shù)立起生態(tài)優(yōu)先綠色發(fā)展導(dǎo)向，開(kāi)始推動(dòng)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量持續(xù)改善，可以說(shuō)，“綠色制藥”已經(jīng)成為行業(yè)發(fā)展潮流。

揚(yáng)子江藥業(yè)集團(tuán)江蘇海慈生物藥業(yè)有限公司，是揚(yáng)子江藥業(yè)集團(tuán)于2004 年投資興建的全資子公司，坐落在泰州醫(yī)藥高新區(qū)濱江工業(yè)園內(nèi)，是集團(tuán)化學(xué)原料藥的研發(fā)、中試和生產(chǎn)基地。企業(yè)總占地面積460 余畝（約31 公頃），分為南廠區(qū)（160 畝，約11 公頃）和北廠區(qū)（300 畝，20 公頃），總投資17 億元，主要致力于高附加值原料藥類和醫(yī)藥中間體的技術(shù)研究、生產(chǎn)和銷售，并在創(chuàng)新藥CDMO/CMO、藥品代理銷售等領(lǐng)域廣泛開(kāi)展對(duì)外合作。

因廠區(qū)車間較多，產(chǎn)品更迭較快，溶劑種類多、用量大，且部分車間作為中試車間來(lái)投入使用，給車間廢氣系統(tǒng)帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)。車間原有廢氣處理設(shè)施雖能達(dá)標(biāo)排放，但污染防治設(shè)備老舊，運(yùn)行維護(hù)較為復(fù)雜，已不適應(yīng)廠區(qū)的發(fā)展，具有較大的減排空間。企業(yè)自身作為化工原料藥制造企業(yè)，深知環(huán)保提升改造的重要性和緊迫性比其他行業(yè)更為突出，逐年加大環(huán)保投入。于是，企業(yè)從提高自身環(huán)保管理水平出發(fā)，針對(duì)車間廢氣，通過(guò)原有處理工藝搭配“堿洗+除霧”預(yù)處理系統(tǒng)及“RTO+急冷+堿洗+除霧”進(jìn)行處理，提高了全廠VOCs廢氣去除效率，實(shí)現(xiàn)了降低排放口污染物排放濃度、削減排放量的目的，為區(qū)域的環(huán)境改善貢獻(xiàn)了一份力量。本文接下來(lái)將對(duì)此次改造中化學(xué)原料藥研發(fā)、中試和生產(chǎn)基地廢氣的產(chǎn)生情況、治理存在的問(wèn)題、以及RTO（蓄熱式焚燒爐）的應(yīng)用情況進(jìn)行探討，為原料藥企業(yè)廢氣治理提升改造提供思路。

1.改造前廠區(qū)廢氣收集、處理情況

1.1 項(xiàng)目廢氣產(chǎn)生情況及特點(diǎn)

廢氣主要來(lái)源為生產(chǎn)過(guò)程中反應(yīng)釜呼吸器、離心機(jī)、真空泵等生產(chǎn)設(shè)施，主要成分為醋酸、乙醇、甲苯、甲醇、乙腈、乙酸乙酯、丙酮、二氯甲烷、三氯甲烷、乙酸異丙酯等物質(zhì)。廠區(qū)主要有以下4 大特點(diǎn)：

（1）產(chǎn)品更迭快，各產(chǎn)品使用溶劑、廢氣產(chǎn)生方式均可能不同；

（2）溶劑使用雜，安全風(fēng)險(xiǎn)性高；

（3）車間設(shè)備利用率低，很難滿產(chǎn)，但設(shè)計(jì)時(shí)風(fēng)量需求大；

（4）各車間廢氣排放濃度呈現(xiàn)出“均值低、峰值高”的特點(diǎn)。

1.2 改造前處理工藝選擇情況

車間廢氣分為兩種類型：有組織高濃度廢氣和低濃度廢氣。

高濃度廢氣主要來(lái)自于合成大廳，包括反應(yīng)釜、溶媒接收罐、冷凝器產(chǎn)生的有組織廢氣和合成大廳的料桶、離心機(jī)、板框壓濾機(jī)等單獨(dú)封閉后由無(wú)組織源變成有組織源的廢氣。這些廢氣的共同特點(diǎn)為風(fēng)量小，濃度極高，處理好這些高濃度廢氣是車間廢氣處理系統(tǒng)達(dá)標(biāo)的關(guān)鍵點(diǎn)。

低濃度廢氣主要來(lái)自于車間合成區(qū)平臺(tái)的下排風(fēng)和稱量。兩種廢氣的處理工藝如圖1 所示。

圖1 車間廢氣處理工藝路線框圖

1.3 改造前廢氣治理存在的問(wèn)題

原項(xiàng)目涉及處理設(shè)備（如表1所示，見(jiàn)P36）：普藥某車間采用“渦流相轉(zhuǎn)移催化氧化+水噴淋+除霧+活性炭吸附塔+活性炭吸附脫附塔”+“渦流相轉(zhuǎn)移催化氧化塔+渦流相轉(zhuǎn)移催化氧化塔”，另一普藥車間采用“堿噴淋+水噴淋+冷卻+纖維活性炭吸附脫附”+“堿噴淋+水噴淋+生物噴淋降解+除霧”，抗腫瘤某車間采用“堿噴淋+水噴淋+纖維活性炭吸附脫附”+“堿噴淋+水噴淋+生物噴淋降解+除霧”?？梢?jiàn)廢氣“后處理”設(shè)施大都使用簡(jiǎn)單的吸收、吸附與生物法組合工藝，處理工藝較為落后，VOCs 去除效率不高。

表1 廠區(qū)原有部分污染防治措施統(tǒng)計(jì)

對(duì)于甲苯、正庚烷、甲基叔丁基醚、乙酸乙酯、二氯甲烷等在水中溶解能力較弱的物質(zhì)，堿洗及水噴淋工藝的去除效果較差，只能依靠后續(xù)活性炭處理。且“前處理”設(shè)施處理效率不高，處理后廢氣VOCs 濃度依舊較高，導(dǎo)致廢氣處理壓力主要集中于“后處理”環(huán)節(jié)。在這種情況下，“后處理”同時(shí)還要對(duì)低濃度廢氣進(jìn)行處理，處理風(fēng)量較大，運(yùn)行管理壓力較大，若管理不當(dāng)，容易出現(xiàn)超標(biāo)排放等問(wèn)題。

另外，改造前各車間“后處理”普遍采用吸收法+生物法，但生態(tài)環(huán)境部印發(fā)的《重點(diǎn)行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物綜合治理方案》里提到：“生物法主要適用于低濃度VOCs廢氣治理和惡臭異味治理……高濃度廢氣優(yōu)先進(jìn)行溶劑回收，難以回收的，宜采用高溫焚燒、催化燃燒等技術(shù)?！?/p>

同時(shí)，吸收法運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用較高，后續(xù)產(chǎn)生的廢水存在二次污染問(wèn)題，當(dāng)廢氣中顆粒物濃度過(guò)高時(shí)容易導(dǎo)致噴淋塔堵塞；而且如果廢氣當(dāng)中有多種組分，混合吸收后將難以進(jìn)行分離。吸附法的吸附材料對(duì)廢氣具有選擇性吸附的特點(diǎn)，但同時(shí)具有吸附飽和容量，需要對(duì)吸附材料進(jìn)行定期更換，飽和后的吸附材料需要進(jìn)行再次處理，容易產(chǎn)生危險(xiǎn)廢物。由此可見(jiàn)，吸收、吸附法運(yùn)行管理較為復(fù)雜，工藝工序較多，運(yùn)維管理難度較大。

綜上所述，車間原有廢氣處理設(shè)施雖能達(dá)標(biāo)排放，但污染防治設(shè)備老舊，運(yùn)行維護(hù)較為復(fù)雜，已不適應(yīng)廠區(qū)的發(fā)展，具有較大的減排空間。

2.我國(guó)主流VOCs 治理技術(shù)現(xiàn)狀

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)治理VOCs 廢氣開(kāi)展了大量的研究和應(yīng)用，從大的方向來(lái)看，VOCs 治理路線可分為源頭治理與末端治理。所謂源頭治理，即是在生產(chǎn)工藝源頭上減少VOCs 的產(chǎn)生，這就需要對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)工藝進(jìn)行改進(jìn)。末端治理路線又分為回收利用技術(shù)和銷毀技術(shù)。表2展示了幾種常用的VOCs 處理技術(shù)及其優(yōu)缺點(diǎn)（見(jiàn)P40）。

表2 常用的VOCs 處理技術(shù)簡(jiǎn)介

3.提標(biāo)改造后廠區(qū)廢氣處理現(xiàn)狀

綜合考慮各工藝的處理效率、運(yùn)行成本、適用范圍等因素，結(jié)合企業(yè)實(shí)際處理工藝現(xiàn)狀以及改造難度等因素，該項(xiàng)目將車間原有高濃廢氣處理設(shè)施處理后的廢氣接入RTO 廢氣治理系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)VOCs 減排的目的。

3.1 廢氣輸送系統(tǒng)改造

原車間處理設(shè)備治理工藝流程大致如圖2 所示（見(jiàn)P38）。

圖2 原廢氣處理系統(tǒng)

現(xiàn)車間處理設(shè)備治理工藝流程大致如圖3 所示（見(jiàn)P38）。低濃度廢氣的處理設(shè)施可看作高濃廢氣處理設(shè)施的一部分，將廢氣處理系統(tǒng)進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)高低濃度廢氣分別處理，以RTO 系統(tǒng)代替車間原有后處理系統(tǒng)，原有后處理系統(tǒng)僅用于處理低濃度廢氣，同時(shí)可增強(qiáng)無(wú)組織廢氣收集處理效果。

圖3 現(xiàn)廢氣處理系統(tǒng)

3.2 RTO 廢氣處理系統(tǒng)介紹

采用的RTO 廢氣處理系統(tǒng)包括1 套30 000 m3/h 的“堿洗+除霧”廢氣預(yù)處理系統(tǒng)及后端15 000 m3/h（2 套）的“RTO+混風(fēng)箱+急冷+堿洗+除霧+30 排氣筒”廢氣處理系統(tǒng)，其工藝流程如圖4 所示，設(shè)備平面布置如圖5 所示。

圖4 工藝流程簡(jiǎn)圖

圖5 設(shè)備平面布置圖

該系統(tǒng)改造要點(diǎn)：

（1）RTO 前端設(shè)置除霧器，用于去除廢氣中的顆粒物和降低含液量，以免造成蓄熱體的堵塞和非必要的燃?xì)庀模?/p>

（2）高溫焚燒氧化法處理有機(jī)廢氣具有高效徹底、無(wú)二次污染的特點(diǎn)；同時(shí)，有機(jī)廢氣的氧化反應(yīng)是放熱反應(yīng)，RTO 能將氧化反應(yīng)的熱量存儲(chǔ)于蓄熱陶瓷中，用于后續(xù)廢氣氧化反應(yīng)，因此其運(yùn)行成本與直接氧化相比大大降低；

（3）RTO 設(shè)有氣體檢測(cè)儀、阻火器及泄爆片等安全措施，氣體檢測(cè)儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)廢氣的濃度，以防達(dá)到LEL（爆炸下限）阻火器和泄爆片能在RTO 出現(xiàn)異常閃爆、回火等事故時(shí)極大程度地降低事故的破壞性，保護(hù)前端設(shè)備；

（4）設(shè)置UPS（不間斷電源）作為應(yīng)急電源，當(dāng)廠區(qū)出現(xiàn)非正常斷電時(shí)，UPS 能供應(yīng)系統(tǒng)完成相應(yīng)的停機(jī)連鎖程序，保護(hù)用電設(shè)備及控制系統(tǒng)；

（5）燃燒機(jī)設(shè)置雙火焰監(jiān)測(cè)器；

（6）系統(tǒng)設(shè)置備用旁路，當(dāng)檢測(cè)濃度超過(guò)25%LEL 時(shí)，廢氣通過(guò)緊急旁通閥直排大氣；當(dāng)RTO 出現(xiàn)故障或出現(xiàn)濃度超過(guò)安全LEL 的離線原因時(shí)，廢氣通過(guò)備用管路應(yīng)急排放。

3.3 改造后效益分析

對(duì)改造前后項(xiàng)目的廢氣排放進(jìn)行對(duì)比，如表3 所示，可以看到實(shí)施VOCs 治理項(xiàng)目后，企業(yè)廢氣環(huán)保處理效率有所提升，能源成本有所降低，同時(shí)項(xiàng)目實(shí)施后能夠?qū)崿F(xiàn)VOCs 減排7.59 t/a，去除率可達(dá)99.5%，具有顯著的環(huán)境效益。

表3 廢氣治理提升改造后效益分析

4.結(jié)束語(yǔ)

任何一個(gè)希望持續(xù)發(fā)展的企業(yè)都會(huì)意識(shí)到“核心競(jìng)爭(zhēng)力”在企業(yè)發(fā)展中的重要地位。由于醫(yī)藥制造企業(yè)的特殊性，在企業(yè)發(fā)展過(guò)程中會(huì)遇到較之其他企業(yè)更為復(fù)雜的問(wèn)題。針對(duì)這些問(wèn)題，企業(yè)決策者們要做的就是圍繞核心競(jìng)爭(zhēng)力，敢于大力做 “加減算術(shù)題”。這里的“加”不僅是簡(jiǎn)單的投入資金、物料、人員等，而是指通過(guò)加入創(chuàng)新技術(shù)和創(chuàng)新理念而保持一種高效率的運(yùn)作狀態(tài)；“減”則是指必須懂得優(yōu)越性和不可代替性的真正意義，在企業(yè)提供的產(chǎn)品和服務(wù)項(xiàng)目上做出創(chuàng)新，做出特色。

另外，由于醫(yī)藥制造企業(yè)的行業(yè)特點(diǎn)，如何控制和減少原料藥生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)生態(tài)環(huán)境和社會(huì)安全產(chǎn)生的影響，這個(gè)“減”在社會(huì)責(zé)任意義上也顯得尤為重要。在現(xiàn)有達(dá)標(biāo)排放的基礎(chǔ)上對(duì)現(xiàn)有環(huán)保處理設(shè)施進(jìn)行進(jìn)一步的提升改造，進(jìn)一步減少企業(yè)廢氣的排放量，是保護(hù)環(huán)境、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要舉措；是完成碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的有效措施；是企業(yè)提升競(jìng)爭(zhēng)力，履行社會(huì)責(zé)任的必要手段。