蓄熱式熱氧化爐（RTO）處理醫(yī)化廢氣的運(yùn)行管理與優(yōu)化

喻昌軍

（浙江九洲藥業(yè)股份有限公司，浙江臺(tái)州317016）

0 引言

近年來，我國的醫(yī)藥化工行業(yè)得到了長足發(fā)展，特別是原料藥和醫(yī)藥中間體增長迅猛，我國已成為世界上最大的原料藥和醫(yī)藥中間體生產(chǎn)國，醫(yī)化行業(yè)成了一些地區(qū)的支柱產(chǎn)業(yè)之一，而由此產(chǎn)生的廢氣污染問題也成為了全社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)。經(jīng)過持續(xù)多年的環(huán)境深化整治，雖然醫(yī)化行業(yè)的廢氣污染在一定程度上得到了控制，但仍存在很多問題。

醫(yī)化行業(yè)的廢氣具有成分復(fù)雜、總體產(chǎn)生量大、產(chǎn)生量波動(dòng)大、揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）濃度波動(dòng)大等特點(diǎn)。其主要污染物（如苯類、酮類、醚類、鹵代烴類等）多為有毒、有害且具惡臭性質(zhì)的氣體，進(jìn)入自然環(huán)境后對人體健康和生態(tài)環(huán)境危害較大，如何處理醫(yī)化行業(yè)的廢氣一直是環(huán)保領(lǐng)域的重點(diǎn)和難題。

因醫(yī)化廢氣超標(biāo)排放影響周邊生活環(huán)境所引起的投訴與糾紛越來越多，在某些地區(qū)，部分中小企業(yè)因無法承擔(dān)巨額的環(huán)境治理費(fèi)用，或迫于地方環(huán)保壓力不得不選擇關(guān)閉停產(chǎn)。醫(yī)化行業(yè)的環(huán)保門檻越來越高，環(huán)保設(shè)施投入越來越大。在這種情況下，很多醫(yī)化企業(yè)花費(fèi)大量資金購置環(huán)保設(shè)備，但是因?yàn)槿狈侠淼募夹g(shù)引導(dǎo)，導(dǎo)致大部分設(shè)備沒有發(fā)揮作用或難以發(fā)揮作用，很多環(huán)保設(shè)施成為擺設(shè)，成為應(yīng)付政府環(huán)保部門檢查的形象工程。而有些環(huán)保工程公司為了追求利潤，夸大其環(huán)保設(shè)施作用，避而不談其缺點(diǎn)及使用條件的限制，導(dǎo)致社會(huì)資源浪費(fèi)。某些企業(yè)環(huán)保管理人員因缺乏必要的環(huán)保專業(yè)知識(shí)，過于相信環(huán)保公司對其環(huán)保設(shè)施的介紹，認(rèn)為可以一勞永逸，從另一方面增加了環(huán)保設(shè)施正常運(yùn)行的難度。

1 蓄熱式熱氧化爐（RTO）的介紹

縱觀醫(yī)化廢氣處理過程，從最初的冷凝、酸堿吸收、化學(xué)氧化到微生物滴濾、碳纖維吸附、低溫等離子、催化氧化、蓄熱式熱氧化等，可以說沒有一項(xiàng)技術(shù)可以通用于所有行業(yè)。以上某些技術(shù)在一些領(lǐng)域（如石化、汽車制造、城市污水處理等）得到了較好應(yīng)用，但是不能認(rèn)為就適合在醫(yī)化行業(yè)推廣，上述技術(shù)均有一定的選擇性和限制性。例如，比較先進(jìn)的催化氧化技術(shù)，因催化劑的選擇性較強(qiáng)而阻礙了其在醫(yī)化行業(yè)的應(yīng)用；低溫等離子對小分子污染物作用有限，氧化不徹底；微生物滴濾在城市污水處理過程中用于除臭效果明顯，在醫(yī)化廢氣處理方面也有部分成功實(shí)例，其結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)管理方便、運(yùn)行費(fèi)用低廉，但技術(shù)上還需要進(jìn)一步研究和完善。

相對而言，蓄熱式熱氧化爐（RTO）因其對廢氣成分選擇性小，高溫對有機(jī)氣體破壞較徹底，從而具有一定優(yōu)勢，但它也還存在一定的局限性。由于RTO在國外的研究發(fā)展歷史只有30多年，在我國只有10多年，技術(shù)上還不成熟，實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)也不夠，比如對廢氣量和VOC含量不穩(wěn)定的廢氣處理運(yùn)行管理難度較大，控制不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生一定的安全風(fēng)險(xiǎn)等?，F(xiàn)階段蓄熱式熱氧化爐（RTO）并不是最佳、最徹底有效的醫(yī)化廢氣處理方法，不能從根本上解決醫(yī)化行業(yè)的廢氣污染問題。

常用RTO的蓄熱床為3個(gè)（也有2床及3床以上，因處理效率及實(shí)用性等原因不常用）。蓄熱床由多孔蓄熱陶瓷制成，廢氣從蓄熱床底部進(jìn)入，經(jīng)蓄熱床預(yù)熱，至燃燒室充分氧化放熱，再從另一床頂部進(jìn)入，熱量留在蓄熱床內(nèi)，然后從底部排出，1床進(jìn)氣、1床蓄熱、1床吹掃（減少因進(jìn)氣殘留在陶瓷中的廢氣進(jìn)入尾氣，提高VOC去除率），通過進(jìn)出口閥的自動(dòng)切換實(shí)現(xiàn)上述3個(gè)過程在每一床中輪流進(jìn)行。

本文結(jié)合實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)，從以下幾方面探討RTO在醫(yī)化廢氣處理過程中的運(yùn)行管理與優(yōu)化。

2 RTO的選材問題

醫(yī)化廢氣成分復(fù)雜，且廢氣組分中含鹵素、氮、磷、硫的有機(jī)物質(zhì)，這些物質(zhì)一旦經(jīng)高溫焚燒后就會(huì)產(chǎn)生酸，對RTO設(shè)備造成嚴(yán)重腐蝕，甚至導(dǎo)致設(shè)備無法運(yùn)行，而且容易導(dǎo)致廢氣排放口酸性物質(zhì)嚴(yán)重超標(biāo)。

醫(yī)化廢氣中含有的鹵素、氮、磷、硫等有機(jī)物多數(shù)來源于含這些元素的溶劑、物料及副產(chǎn)物。導(dǎo)致這些物料的揮發(fā)主要源于投料、轉(zhuǎn)料、反應(yīng)、溶劑回收、抽濾、壓濾等生產(chǎn)階段，生產(chǎn)時(shí)除應(yīng)盡量避免采用容易導(dǎo)致溶劑大量揮發(fā)的操作（如盡量少用離心機(jī)等）外，還應(yīng)加強(qiáng)廢氣冷凝回收，采用多級(jí)冷凝、普冷與深冷結(jié)合的方式。對于像二氯甲烷這一類沸點(diǎn)低且含鹵素的溶劑，在冷凝回收的基礎(chǔ)上，建議采用碳纖維吸附裝置，提高回收效率。

在醫(yī)化行業(yè)中，杜絕含鹵素、氮、磷、硫的有機(jī)物質(zhì)進(jìn)入RTO系統(tǒng)是不現(xiàn)實(shí)也是不可能的，但必須從源頭抓起，減少使用產(chǎn)生這類物質(zhì)的溶劑，加強(qiáng)車間管理，強(qiáng)化過程回收，優(yōu)化末端治理。

對于末端治理設(shè)施RTO來說，因其運(yùn)行溫度高，除蓄熱陶瓷之外的大部分材料只能選用鋼材，而酸對鋼材的腐蝕又很嚴(yán)重。這樣的條件下，雙相鋼是一個(gè)較好的選擇。在設(shè)備的制造過程中，如果設(shè)計(jì)合理，選材得當(dāng)，再加上運(yùn)行管理較好，RTO蓄熱床的出口溫度一般不會(huì)超過100℃，這樣，RTO在蓄熱床支架以下的部分就可以考慮采用其他工程材料或鋼材做防腐處理，如環(huán)氧樹脂、襯四氟、搪玻璃或玻璃鋼等材料，選材還必須綜合考慮強(qiáng)度、承重、安全要求以及異常情況等。

廢氣排放口要達(dá)標(biāo)排放，RTO出口必須是可以吸收酸的，吸收塔的選型應(yīng)綜合考慮廢氣量、酸濃度、吸收方式、吸收液種類等因素。常用吸收液為堿液，建議采用多級(jí)吸收：一級(jí)水吸收常開，二級(jí)堿液常開，三級(jí)堿液備用。堿性吸收液的堿濃度不宜過高，以免大量吸收二氧化碳生成碳酸鹽，導(dǎo)致塔內(nèi)結(jié)垢。具體控制指標(biāo)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況控制pH值，吸收液在因鹽析出而較渾濁時(shí)進(jìn)行更換，不能根據(jù)時(shí)間而定。

3 RTO的運(yùn)行能耗問題

如果RTO運(yùn)行管理不善，車間廢氣處理控制不好，往往造成RTO運(yùn)行能耗大、成本高，企業(yè)往往因過高的成本而停止運(yùn)行RTO，僅僅把RTO當(dāng)作形象工程。

RTO的運(yùn)行能耗主要是電和燃料。一旦設(shè)備定型了，電耗基本恒定，風(fēng)機(jī)可采用變頻控制省電，這里不做討論，主要討論燃料問題。因廢氣量不穩(wěn)定、濃度不穩(wěn)定，加上車間廢氣控制不好，所以在RTO啟動(dòng)及運(yùn)行過程中，需要經(jīng)常補(bǔ)充燃料（常用柴油、天然氣）以維持燃燒室溫度。

燃料消耗多少，關(guān)鍵取決于蓄熱陶瓷的蓄熱能力，通常以RTO在能夠維持正常運(yùn)行而不需補(bǔ)充燃料所需的最低VOC濃度來衡量RTO的能耗高低。此數(shù)值越低，則能耗越低。性能超好的RTO此數(shù)值可達(dá)450×10-6mg/L。另外，RTO的能量損耗主要是尾氣帶走的熱量和表面散熱損失，尾氣帶走熱量與廢氣量和進(jìn)出口溫差相關(guān)，尾氣溫度越低、進(jìn)出口溫差越大，則能耗越低。表面散熱損失體現(xiàn)在箱體表面溫度與環(huán)境的溫度差，保溫效果好則溫差小，散熱損失小。當(dāng)然，能耗還有可能跟局部地方保溫薄弱及高溫氣體泄漏有關(guān)。

在企業(yè)選擇RTO時(shí)，提供給RTO設(shè)計(jì)廠家的風(fēng)量及有機(jī)物濃度參考值需要綜合考慮，風(fēng)量選擇過大，VOC濃度偏小，運(yùn)行能耗高。風(fēng)量選擇過小，VOC濃度偏大，容易在爐膛發(fā)生回火、閃爆等安全事故，且高濃度有機(jī)廢氣在輸送過程中也容易因靜電等發(fā)生爆炸事故。因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)適當(dāng)放大風(fēng)量，降低安全風(fēng)險(xiǎn)。還可以采用變頻控制等手段，根據(jù)生產(chǎn)情況調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)風(fēng)量，以降低能耗。

在RTO的運(yùn)行過程中，應(yīng)優(yōu)化控制手段，在廢氣進(jìn)爐膛前，盡可能除掉入口噴淋塔帶來的水分，減少水分汽化所需熱量；同時(shí)，還應(yīng)優(yōu)化進(jìn)出風(fēng)時(shí)間、保持燃燒室溫度、加強(qiáng)閥門密封度等，還可在進(jìn)氣風(fēng)管采用計(jì)量泵與蒸發(fā)器組合的方式，人為控制一些不可套用的廢溶劑的蒸發(fā)，在廢氣VOC較低時(shí)提高VOC濃度，以達(dá)到不使用燃料就能維持正常燃燒的目的，從而減少燃料消耗。一般來說，RTO維持正常運(yùn)行對VOC濃度的要求遠(yuǎn)低于其爆炸下限，還可根據(jù)爐膛溫度隨時(shí)調(diào)整或關(guān)閉廢溶劑的蒸發(fā)，所以其安全風(fēng)險(xiǎn)是可控的。

4 RTO的控制手段及安全措施

關(guān)于RTO配套的控制手段，每個(gè)廠家各有所長。通常存在的最大問題是廢氣濃度異?？刂?。

一般來說，廢氣濃度異常指廢氣中VOC濃度偏離RTO正常運(yùn)行需要，尤其是廢氣濃度偏高容易帶來安全風(fēng)險(xiǎn)。一些廠家采取廢氣總管恒壓（廢氣總管負(fù)壓情況與引風(fēng)機(jī)變頻器連鎖）以恒定廢氣流速，但是并未能夠解決VOC濃度波動(dòng)問題。有一些廠家采用在VOC濃度較高時(shí)加新風(fēng)稀釋的方法，此方法的關(guān)鍵問題是如何及時(shí)、準(zhǔn)確地測定廢氣濃度，從而確定稀釋風(fēng)與廢氣的比例。而如何及時(shí)、準(zhǔn)確地測定廢氣濃度并反饋到控制系統(tǒng)中，這就對VOC在線監(jiān)測儀的要求非常高。在企業(yè)內(nèi)部，RTO與廢氣產(chǎn)生點(diǎn)的距離也就幾十米，最多幾百米，扣除數(shù)據(jù)傳輸、系統(tǒng)反應(yīng)及相應(yīng)的閥門動(dòng)作所需要的時(shí)間，留給在線監(jiān)測儀采樣和數(shù)據(jù)分析的時(shí)間往往只有幾秒最多幾十秒，而在線監(jiān)測儀要在幾秒到幾十秒的時(shí)間內(nèi)完成采樣和數(shù)據(jù)分析，困難較大，目前還沒有比較成功的案例。另外，VOC在線監(jiān)測儀一般安裝在室外，使用環(huán)境較差，對VOC在線監(jiān)測儀的要求更高。

對于上述問題，目前只能退而求其次，采用產(chǎn)點(diǎn)控制、后端加大新風(fēng)量的方法加以應(yīng)對，實(shí)際上也屬無奈之舉，因國內(nèi)已經(jīng)發(fā)生多起RTO回火及閃爆事故，不得不謹(jǐn)慎考慮。平時(shí)多對廢氣總管濃度進(jìn)行取樣檢測，分析VOC濃度變化規(guī)律，對容易產(chǎn)生大量廢氣的點(diǎn)加以控制（如溶劑回收塔），運(yùn)行中注意RTO蓄熱床溫度變化情況，及時(shí)調(diào)整主風(fēng)機(jī)和新風(fēng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行頻率，可以在一定程度上降低此風(fēng)險(xiǎn)。但是要徹底解決此問題，還需要研究人員繼續(xù)努力。

RTO出現(xiàn)故障停機(jī)時(shí)，一些廠家的設(shè)計(jì)程序是主風(fēng)機(jī)、新風(fēng)風(fēng)機(jī)都停止運(yùn)行，進(jìn)出口閥門自動(dòng)關(guān)閉。如果閥門密封很好，這時(shí)候不會(huì)產(chǎn)生安全問題。但如果進(jìn)出口閥密封不好，就會(huì)有廢氣和新風(fēng)進(jìn)入管道、爐膛，容易發(fā)生閃爆。所以，一般建議修改程序，在出現(xiàn)故障停機(jī)時(shí)，新風(fēng)風(fēng)機(jī)不能停止運(yùn)行。

另外，如果突然停電，新風(fēng)風(fēng)機(jī)不能運(yùn)行，并且進(jìn)出口閥門不能自動(dòng)關(guān)閉，廢氣和新風(fēng)極易進(jìn)入管道、爐膛，安全隱患更大。為了應(yīng)對突然停電引起安全事故的情況，應(yīng)考慮裝備UPS給自控系統(tǒng)供電。還可以考慮安裝氮?dú)庀到y(tǒng)，在突然停電時(shí)自動(dòng)向管道、爐膛內(nèi)輸送氮?dú)?，降低系統(tǒng)內(nèi)部的氧氣含量，以保證安全。

5 RTO的進(jìn)出口閥問題

由于必須在一定的時(shí)間間隔內(nèi)實(shí)現(xiàn)蓄熱、燃燒與吹掃的頻繁切換，進(jìn)出口閥成了RTO的關(guān)鍵部件之一。盡管正常情況下廢氣出口溫度不高，對進(jìn)出口閥材料無特殊要求，但必須考慮進(jìn)出口閥的密封性、靈活性、可靠性和使用壽命。因?yàn)閺U氣中含有的微小粉塵以及頻繁動(dòng)作，勢必對密封面造成磨損，這些因素應(yīng)當(dāng)在選用進(jìn)出口閥時(shí)予以充分考慮。如果出現(xiàn)閥門密封不嚴(yán)、壓力損失過大、動(dòng)作速度慢等問題，就會(huì)影響RTO的使用性能和節(jié)能效果。嚴(yán)重時(shí)還會(huì)出現(xiàn)安全問題，前面已有論述，此處不再贅述。

6 結(jié)語

蓄熱式熱氧化技術(shù)在我國正處于蓬勃發(fā)展時(shí)期，它在節(jié)約能源和減少廢氣污染方面具有很大優(yōu)勢，總體上有利于我國建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。研究開發(fā)更安全、更有效、更經(jīng)濟(jì)、更方便運(yùn)行控制、更低VOC濃度下不補(bǔ)充燃料就能正常運(yùn)行的蓄熱式熱氧化技術(shù)將是一項(xiàng)會(huì)產(chǎn)生巨大經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的宏偉工程。

另外，融合了催化氧化裝置低工作溫度和蓄熱式熱氧化裝置再生特性的蓄熱式催化氧化裝置（RCO）已嶄露頭角。RCO能在更低的VOC濃度下運(yùn)行，能最大限度降低VOC氧化技術(shù)的運(yùn)營成本。