醫(yī)藥化工原料藥生產(chǎn)尾氣處理設(shè)計技術(shù)探討

陳金輝 龔道坤 李 云

（中國醫(yī)藥集團(tuán)武漢醫(yī)藥設(shè)計院， 湖北武漢 430077）

醫(yī)藥化工原料藥生產(chǎn)尾氣處理設(shè)計技術(shù)探討

陳金輝 龔道坤 李 云

（中國醫(yī)藥集團(tuán)武漢醫(yī)藥設(shè)計院， 湖北武漢 430077）

分析了醫(yī)藥化工原料藥生產(chǎn)過程中的尾氣排放來源，介紹了醫(yī)藥化工原料藥生產(chǎn)過程尾氣處理的常用技術(shù)，著重分析了吸附法尾氣處理技術(shù)及其工程設(shè)計要點。

醫(yī)藥化工；原料藥生產(chǎn)；尾氣處理；設(shè)計技術(shù)；吸收法

1 概述

醫(yī)藥化工行業(yè)原料藥車間的生產(chǎn)的主要特點為在其生產(chǎn)過程中具有的高危險性、高污染性、高毒害性。幾乎所有的原料藥生產(chǎn)均使用大量的有機(jī)溶媒，具有易燃、易爆、有毒、有害的特性；同時，生產(chǎn)過程中還會用到有腐蝕性的化工原料（如：強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等），對設(shè)備、設(shè)施有強(qiáng)烈的腐蝕性，同時，對人體也有極大的危害。使用上述有機(jī)溶媒及化工原料產(chǎn)生的尾氣直接排放將會對大氣產(chǎn)生高度的污染。為了減少原料藥生產(chǎn)尾氣直接排放對環(huán)境的污染，實現(xiàn)原料藥生產(chǎn)尾氣的達(dá)標(biāo)排放，研究原料藥生產(chǎn)在各種工況下尾氣的收集、處理技術(shù)暨原料藥生產(chǎn)全過程有組織的尾氣排放、處理技術(shù)是符合國家清潔生產(chǎn)的政策，符合國際EHS要求的發(fā)展趨勢。

2 原料藥生產(chǎn)尾氣主要來源[1]

2.1 反應(yīng)器VOC排放

（1）液相反應(yīng)器的工藝排氣；

（2）液相反應(yīng)器排氣回收裝置的排氣；

（3）氣相反應(yīng)器主產(chǎn)物或副產(chǎn)物回收裝置的工藝排氣；

（4）用于上述排氣的燃燒裝置的排氣；（5）安全泄放裝置排放。

2.2 蒸餾系統(tǒng)排放

主要為冷凝器、泵、噴射器、洗氣塔、吸附系統(tǒng)等裝置的排氣；排放點為冷凝器、接受容器、熱井（hotwell）、蒸汽噴射器、真空泵、泄壓閥。

2.3 儲罐區(qū)系統(tǒng)排放

（1）呼吸排放；

（2）安全設(shè)施泄放。

2.4 其它系統(tǒng)排放

反應(yīng)釜排氣產(chǎn)生的無組織廢氣、冷凝過程產(chǎn)生的馳放氣、抽真空過程產(chǎn)生的無組織排放、生產(chǎn)車間中間儲罐的呼吸氣、壓濾和甩濾過程產(chǎn)生的無組織廢氣、卸料和投料過程產(chǎn)生的無組織廢氣、烘干過程產(chǎn)生的無組織廢氣、污水處理站產(chǎn)生的無組織廢氣、暴露在空氣中的揮發(fā)性物質(zhì)的自由揮發(fā)、以及事故性排放的廢氣等。

3 原料藥生產(chǎn)尾氣處理的意義

尾氣處理（吸收）技術(shù)的研究、應(yīng)用推廣將有效改善原料藥企業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，將極大的改變原料藥企業(yè)的生產(chǎn)形象，最大限度地減少尾氣對大氣的污染，將有效地保護(hù)企業(yè)員工的勞動衛(wèi)生安全，使原料藥生產(chǎn)企業(yè)符合國家清潔生產(chǎn)的要求成為現(xiàn)實。

同時，尾氣處理（吸收）技術(shù)還將改變目前國內(nèi)醫(yī)藥化工行業(yè)原料藥生產(chǎn)企業(yè)采用開放式生產(chǎn)、各工序尾氣無序排放的操作習(xí)慣，減少因大量尾氣直接排放帶來爆炸事故發(fā)生的隱患。

4 原料藥生產(chǎn)尾氣處理技術(shù)常用方法

原料藥生產(chǎn)尾氣處理工藝取決于尾氣的組成、尾氣的物化學(xué)特性（流量、溫度、壓力、污染物濃度、污染物燃燒性、氧氣濃度），當(dāng)上述參數(shù)隨時間變化時，應(yīng)盡可能了解其最大、平均和最大值；對于含有固體顆粒物質(zhì)的尾氣，還應(yīng)了解其濃度、粒徑分布及組成。

原料藥生產(chǎn)尾氣處理常用工藝和方法有：

——生產(chǎn)尾氣中揮發(fā)性有機(jī)氣體（VOCs）廢氣：對低沸點易揮發(fā)溶劑可采用冷凝回收與活性碳纖維吸附回收相結(jié)合的方法。

——無組織廢氣或酸堿性廢氣：有組織集中收集后可采取水、堿液兩道噴淋和VOCs處理技術(shù)相結(jié)合的處理工藝；堿性氣體可采用水或稀酸液進(jìn)行吸收處理。

——對于處理規(guī)模大、污染物濃度較低、無回收價值的廢氣：可采用吸收法、吸附法、冷凝法、催化氧化法、燃燒法等物理、化學(xué)或生物法廢氣處理工藝。

由于醫(yī)藥化工原料藥生產(chǎn)過程復(fù)雜、尾氣成分不單一、排放無組織；經(jīng)過氮氣保護(hù)、尾冷（冷阱）措施后排放的尾氣濃度較低，基本無回收價值，因此，本文僅對此類尾氣處理設(shè)計技術(shù)暨吸收法技術(shù)進(jìn)行探討，對于通過尾氣處理技術(shù)可以回收利用的尾氣不在此文討論。

5 原料藥生產(chǎn)尾氣處理技術(shù)及應(yīng)用

5.1 尾氣處理技術(shù)分析及應(yīng)用[2]

目前常用的尾氣處理技術(shù)主要有：吸收法、吸附法、催化法、燃燒法、生物處理法等。

5.1.1 吸收法

吸收法是分離、凈化氣體混合物最重要的方法之一，在氣態(tài)混合物治理工程中，被廣泛用于治理酸氣、有機(jī)廢氣等廢氣中。

采用吸收法治理氣態(tài)污染物具有工藝成熟、設(shè)備簡單、一次性投資低等特點，而且只要選擇適宜的吸收劑，對所需凈化組分可以具有很高的捕集效率。此外，對于含塵、含濕、含粘污物的廢氣也可同時處理，因而應(yīng)用范圍廣泛。

5.1.2 吸附法

吸附現(xiàn)象是由于固體表面上存在著未平衡和未飽和的分子引力或化學(xué)鍵力，因此，當(dāng)此固體表面與氣體接觸時，就能吸引氣體分子，使其濃集并保持在固體表面。用吸附法治理氣態(tài)污染物就是利用固體表面的這種性質(zhì)，使廢氣與大表面的多孔性固體物質(zhì)相接觸，廢氣中污染物被吸附在固體表面上，使其與氣體混合物分離，達(dá)到凈化目的（如：活性炭吸附）。

吸附法特別適用于排放標(biāo)準(zhǔn)要求嚴(yán)格或有害物濃度低，用其它方法達(dá)不到凈化要求的氣體的凈化，常作為深度凈化手段或最終控制手段。

5.1.3 催化法

催化法凈化氣態(tài)污染物是利用催化劑的催化作用，使廢氣中的有害組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并轉(zhuǎn)化為無害物或易于去除物質(zhì)的一種方法。

催化法主要缺點是催化劑價格昂貴、難于選擇，需專用設(shè)備。另外，催化劑本身易被污染（或中毒），對進(jìn)氣品質(zhì)要求較高，因此，催化法難以得到廣泛應(yīng)用。

5.1.4 燃燒法

燃燒法是伴隨有光和熱的激烈化學(xué)反應(yīng)過程，在有氧存在的條件下，當(dāng)混合氣體中可燃組分濃度在燃燒極限濃度范圍內(nèi)時，一經(jīng)明火點燃，可燃組分即可進(jìn)行燃燒。燃燒凈化法即是對含有可燃有害組分的混合氣體進(jìn)行氧化燃燒或高溫分解，從而使這些有害組分轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)的方法。因此，燃燒法主要應(yīng)用于碳?xì)浠衔铩⒁谎趸?、惡臭、瀝青煙、黑煙等有害物質(zhì)的凈化治理（如：石油化工企業(yè)的火炬）。

5.1.5 生物處理法

生物處理法是通過水噴淋方法將廢氣中可溶于水的組分溶解在水中，然后再經(jīng)生物洗池、生物濾池等生化構(gòu)筑物內(nèi)的微生物降解有機(jī)物和濾池過濾水中污染物。該法主要缺點是：

（1）氣態(tài)污染物中有大部分易溶于水的組分，且多數(shù)為有機(jī)物組分。

（2）動力消耗高，需動力將廢氣送入水中和向生物濾池中鼓入空氣，以及需動力將水形成噴淋狀，以便氣液兩相充分接觸。

（3）產(chǎn)生二次污染，將廢氣溶解于水中后，產(chǎn)生大量廢液，必須對廢液處理后，方可外排。

（4）水消耗量大，由于采用大面積無封閉式噴淋系統(tǒng)，蒸發(fā)量大，因此，需消耗大量的清水。

（5）運行費用高、動力消耗大、占地面積大，需設(shè)置大面積的噴林系統(tǒng)和濾池吸收構(gòu)筑物。

5.2 尾氣處理（吸收）工藝

6 吸收法尾氣處理系統(tǒng)的設(shè)計

6.1 尾氣量的計算[3]

醫(yī)藥化工行業(yè)原料藥生產(chǎn)過程中的尾氣包含下列排（尾）氣：反應(yīng)罐（貯）罐的排氣、尾氣冷凝器的排氣、裝置局部（強(qiáng)制）排風(fēng)、裝置安全泄放的排氣。尾氣總量的計算應(yīng)包含上述所有排氣的總和，同時，需考慮各種排氣的同時排放系數(shù)。

（1）反應(yīng)罐（貯）罐的排氣通常是間歇排放，計算排氣量應(yīng)為其一個周期內(nèi)系統(tǒng)的進(jìn)氣或產(chǎn)氣量，再折算成小時排放量，即為需計算的尾氣量。

（2）尾氣冷凝器的排氣通常是間歇排放，計算排氣量應(yīng)為其一個周期內(nèi)系統(tǒng)的進(jìn)氣或產(chǎn)氣量，再折算成小時排放量，即為需計算的尾氣量。

（3）裝置局部（強(qiáng)制）排風(fēng)的計算排氣量應(yīng)為保證裝置上的局部排風(fēng)罩口邊緣風(fēng)速為1 m/s～1.2 m/s時的計算風(fēng)量，即為需計算的尾氣量。

（4）裝置安全泄放的排氣為非正常排氣，排氣具有無規(guī)律性及不可預(yù)估性，通常此類排氣量在設(shè)計時按上述a、b、c三項排氣總和的20%計算，這是可靠的經(jīng)驗值。

其中：

1）類排氣的排放系數(shù)需根據(jù)廠房內(nèi)的反應(yīng)罐（貯）的總量、反應(yīng)類型、反應(yīng)周期、反應(yīng)操作條件來綜合確定，通常取值為

2）類排氣的排放系數(shù)需根據(jù)裝置內(nèi)尾氣冷凝器數(shù)量、排氣周期來綜合確定，通常取值為

3）類排氣的排放系數(shù)需根據(jù)廠房內(nèi)局部（強(qiáng)制）排風(fēng)裝置的數(shù)量、各裝置排風(fēng)的規(guī)律來綜合確定，通常取值為

6.2 尾氣的分類

醫(yī)藥化工行業(yè)原料藥生產(chǎn)過程中的尾氣按性質(zhì)可以分為：含酸性尾氣、含堿性尾氣、含有機(jī)溶媒的尾氣，其中，有機(jī)溶媒類的尾氣又分為具有高毒性和普通毒性的尾氣。

6.3 尾氣處理系統(tǒng)的設(shè)計

醫(yī)藥化工行業(yè)原料藥生產(chǎn)尾氣處理系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)根據(jù)尾氣排放的性質(zhì)、尾氣排放的總量來綜合確定尾氣處理系統(tǒng)的種類和處理量。

通常將含酸性的尾氣、具有高毒性的尾氣設(shè)置獨立的尾氣處理系統(tǒng)處理，對較低毒性的有機(jī)溶媒尾氣和不與有機(jī)溶媒尾氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的堿性尾氣綜合收集設(shè)置與之適應(yīng)的尾氣處理系統(tǒng)。

7 吸收法尾氣處理系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)要點

根據(jù)醫(yī)藥化工行業(yè)原料藥生產(chǎn)過程尾氣排放的特點，結(jié)合石油化工行業(yè)尾氣處理系統(tǒng)技術(shù)，參考國外醫(yī)藥化工系統(tǒng)尾氣處理設(shè)計技術(shù)，經(jīng)過技術(shù)方案比選及實際案例應(yīng)用確定原料藥生產(chǎn)尾氣處理設(shè)計技術(shù)為綜合吸收法（特殊工況與吸附法結(jié)合），采用負(fù)壓射流抽吸、物理吸收和化學(xué)吸收協(xié)同作用原理，以吸收劑分級循環(huán)和降溫相結(jié)合的回收工藝，通過 pH 自動控制加藥泵系統(tǒng)和閥門切換實現(xiàn)尾氣處理，并根據(jù)尾氣性質(zhì)和產(chǎn)生情況，設(shè)置單級或多級處理裝置，采用并、串聯(lián)安裝方式分別逐級處理的工藝即全過程有組織的尾氣（排放）處理技術(shù)。

全過程：使得生產(chǎn)各工序可能的尾氣散發(fā)點都得到控制；

有組織：將不同的散發(fā)點通過強(qiáng)制排風(fēng)或獨立排風(fēng)系統(tǒng)收集，可以杜絕尾氣直接排放；

真空抽吸系統(tǒng)：防止不同工序尾氣相互串聯(lián)，保證尾氣通過吸收塔有一定流速而能與吸收劑充分混合而吸收。

7.1 工藝流程簡述

吸收法尾氣處理工藝流程如下：

（1）醫(yī)藥化工行業(yè)原料藥生產(chǎn)過程排放尾氣（堿性尾氣）

（2）醫(yī)藥化工行業(yè)原料藥生產(chǎn)過程排放尾氣（酸性尾氣）

本尾氣處理技術(shù)采用酸洗、堿洗、清水三種噴淋清洗方式形成組合吸收，可以有效的去除醫(yī)藥化工行業(yè)原料藥生產(chǎn)過程排放的含酸性（或堿性）及有機(jī)溶媒的混合尾氣，通過該系統(tǒng)的尾氣均可有效去除原料藥廠區(qū)的溶媒等氣味。

本技術(shù)采用的各級噴淋吸收裝置為兩相逆向流填料吸收塔，尾氣從塔體下方進(jìn)氣口沿切線方向進(jìn)入噴淋吸收塔，在抽風(fēng)機(jī)的動力作用下，迅速充滿進(jìn)氣段，然后均勻地通過均流段上升到填料吸收段。在填料的表面上，氣相中物質(zhì)與液相物質(zhì)充分混合吸收，吸收液流入下部貯液槽。未完全吸收的氣體繼續(xù)上升進(jìn)入噴淋段。在噴淋段中吸收液從均布的噴嘴高速噴出，形成無數(shù)細(xì)小霧滴，與氣體充分混合接觸，繼續(xù)吸收。在噴淋段及填料段兩相接觸的過程也是傳熱與傳質(zhì)的過程。通過控制空塔流速與滯留時間保證這一過程的充分與穩(wěn)定。塔體的最上部是除霧段，氣體中所夾的吸收液霧滴在這里被清除下來，經(jīng)過一級處理后的尾氣從一級噴淋吸收塔頂進(jìn)入二級噴淋吸收塔底完成二級噴淋吸收過程，經(jīng)過處理的空氣從二級噴淋塔頂經(jīng)過抽風(fēng)機(jī)后高空排入大氣。

7.2 技術(shù)條件、參數(shù)

（1）采用是>5 kPa的真空抽吸系統(tǒng)；

（2）在保證足夠氣液接觸面積基礎(chǔ)上，噴淋吸收塔選用的填料和結(jié)構(gòu)形式，必須使設(shè)備阻力在額定風(fēng)量下不超過40 mmH2O；

（3）噴淋吸收塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)進(jìn)風(fēng)段、填料層、噴液段、除霧段，交叉布置噴嘴，保證內(nèi)部氣體流速>1.2 m/s；

（4）組合式噴淋吸收塔各級噴淋液濃度：

一級酸水（濃度為2%～5%）；

一級堿水（濃度為2%～5%）；

二級清水（自來水）。

（5）組合式噴淋吸收塔主要技術(shù)參數(shù)：

液氣比：（1～10）L/m3

壓力損失：（30～40）mmH2O

空塔速度：（1.2～1.5）m/s

噴淋密度：（6～8）m3/m2

凈化效率：95%～98%

（6）填料為多孔球形填料，耐酸耐堿抗腐蝕，耐高溫（≥120℃）；

（7）組合式噴淋吸收塔材質(zhì)為PP復(fù)合玻璃鋼；離心抽風(fēng)機(jī)材質(zhì)為玻璃鋼 ；內(nèi)部連接管線材質(zhì)為PP（或UPVC）；加藥裝置材質(zhì)為PE。

7.3 技術(shù)說明

本尾氣處理技術(shù)采用負(fù)壓射流抽吸、物理吸收和化學(xué)吸收協(xié)同作用原理，利用多級逆流萃取（吸附）技術(shù)，設(shè)置組合式噴淋吸收系統(tǒng)，實現(xiàn)尾氣系統(tǒng)多組分的充分吸收。

主要技術(shù)裝備選擇：組合式逆流萃?。ㄎ剑┧?、獨立負(fù)壓抽風(fēng)系統(tǒng)（吸氣壓力>5 kPa）、自動加藥系統(tǒng)。

目前國內(nèi)石油化工行業(yè)已有適用于行業(yè)體系的尾氣處理規(guī)定，但石油化工行業(yè)的尾氣性質(zhì)要么相似，要么尾氣單一，不完全適用于醫(yī)藥化工行業(yè)；國內(nèi)醫(yī)藥化工系統(tǒng)因為原料藥尾氣性質(zhì)復(fù)雜、成分較多，幾乎沒有企業(yè)將排放的尾氣處理（或是簡單通過單塔水吸收處理），基本是全開放式系統(tǒng)或者是高空排放系統(tǒng)，大氣污染的問題沒有根本解決；國外醫(yī)藥化工企業(yè)因?qū)Νh(huán)境保護(hù)的重視，各企業(yè)基本都采取了尾氣處理（但沒有統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)定），隨著國內(nèi)原料藥生產(chǎn)規(guī)模的不斷壯大、出口聯(lián)系的不斷緊密，研究符合國內(nèi)醫(yī)藥化工行業(yè)的尾氣處理技術(shù)是滿足EHS生產(chǎn)必然的發(fā)展趨勢。

本技術(shù)的推廣應(yīng)用將彌補醫(yī)藥化工行業(yè)尾氣處理技術(shù)的匱乏，利于行業(yè)技術(shù)發(fā)展；改善目前原料藥生產(chǎn)企業(yè)臟、亂、差的生產(chǎn)形象，減少尾氣的直接排放對環(huán)境造成的污染，提升企業(yè)國際競爭力，符合國家提倡清潔生產(chǎn)的政策，符合國際EHS的要求。

8 原料藥生產(chǎn)尾氣處理系統(tǒng)設(shè)計的注意事項

（1）醫(yī)藥化工系統(tǒng)原料藥尾氣性質(zhì)復(fù)雜、成分較多、通用性差，其尾氣處理系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)充分分析尾氣性質(zhì)，通過實踐應(yīng)用確定本技術(shù)中的吸附劑濃度和噴淋吸收塔的技術(shù)參數(shù)；

（2）本技術(shù)將會產(chǎn)生吸收廢水，設(shè)計時應(yīng)該將尾氣處理與污水處理協(xié)同設(shè)計；對不同的尾氣成分采取不同的吸收劑處理并對其處理后的污水分別處理；

（3）本技術(shù)的應(yīng)用同時應(yīng)與醫(yī)藥化工行業(yè)原料藥尾氣冷凝技術(shù)（冷阱）綜合考慮，以減少進(jìn)入吸收塔的尾氣處理總量，節(jié)省投資。

[1] 郝吉明，馬廣大. 大氣污染控制工程[M]. 北京：高等教育出版社，2002，93-94.

[2] 童志權(quán). 工業(yè)廢氣凈化與利用[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003，217-225.

[3] 吳忠標(biāo). 實用環(huán)境工程手冊——大氣污染控制工程[M]. 北京：學(xué)工業(yè)出版社，2001，146-150.

Discussion of Techniques for Treating Tail Gas Resulted form Pharmaceutical and Chemical Primary Drug Production

Chen Jinhui Gong Daokun Li Yun
（Wuhan Pharmaceutical Design Institute, China Pharmaceutical Group Wuhan, 430077）

The tail gas resulted in pharmaceutical production was analyzed in this article. And then, the technologies often used in the treatment of tail gas were introduced, in which the technology of absorption method and its application were emphatically analyzed.

pharmaceutical and chemical industry, raw medicine production, tail gas treatment, design technology, absorption method

X787

A

1008-455X(2012) 04-0009-04

2012-04-09

陳金輝（1978－），男，工程師，主要從事醫(yī)藥化工工藝設(shè)計工作。

Tel：13163270585 E-mail：wpidi_chenjh@126.com