醫(yī)藥行業(yè)廢氣處理工程案例

商永圭

上海泓濟環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?（上海 200433）

改革開放以來，我國經(jīng)濟發(fā)展迅速，人們對健康的關注日益增強。我國的醫(yī)藥化工行業(yè)增長迅猛，目前我國已經(jīng)是全球最大的原料藥和醫(yī)藥中間體生產(chǎn)國。鑒于全球新冠肺炎的影響，我國醫(yī)藥化工企業(yè)的數(shù)量必將會進一步增長。然而作為醫(yī)藥化工中的重要組成部分，醫(yī)藥研發(fā)企業(yè)在研發(fā)和生產(chǎn)中產(chǎn)生大量有毒有害的揮發(fā)性有機化合物（VOCs），主要包括苯類、酮類、醚類、鹵代烴類等[1-3]。這些污染物會嚴重危害人體健康、破壞生態(tài)環(huán)境，因此醫(yī)化行業(yè)的廢氣處理一直是政府和社會關注的熱點，也是環(huán)保領域需要解決的難題[4]。

醫(yī)藥行業(yè)廢氣常規(guī)處理技術有冷凝法、吸收法、燃燒法、臭氧氧化法、吸附法等[5-6]。冷凝法主要利用冷媒對有機廢氣蒸汽進行處理。冷凝法工藝要求廢氣中有機物濃度高，其優(yōu)點是可有效回收溶劑，缺點是處理效率很低，而且對于混合廢氣的處理效果不好[7]。吸收法要求吸收劑與吸收組分有較高的親和力?？紤]到吸收液飽和后經(jīng)解析或精餾后重新使用，吸收劑必須具有低揮發(fā)性。該法同樣不適用于低濃度廢氣處理，而且造成的二次污染問題比較嚴重[8]。燃燒法是在高溫下使有機廢氣與氧發(fā)生劇烈的化學反應生成無毒無害的CO2和H2O，分為直接燃燒法和催化燃燒法。直接燃燒通常需助燃劑或加熱，能耗大且運行技術要求高，難以控制和掌握；催化燃燒起燃溫度低、能耗小，但設備投資大、運行成本較高[9]。臭氧氧化法利用臭氧的強氧化能力將有機物分解為低毒或者無毒小分子物質(zhì)，工藝設備簡單，但氧化反應具有選擇性，處理化學結構十分穩(wěn)定的有機污染物時效果不理想[10]。吸附法的優(yōu)點是能耗低、污染物去除率高、工藝成熟，因此易于推廣；缺點是設備龐大、流程復雜而且吸附劑容易中毒[11]。

與其他行業(yè)相比，醫(yī)藥研發(fā)企業(yè)產(chǎn)生的廢氣成分更復雜且污染物濃度具有波動性，因此處理過程更復雜。某醫(yī)藥研發(fā)企業(yè)是一家全球知名醫(yī)藥研發(fā)生產(chǎn)平臺，醫(yī)藥廢氣非常典型，囊括了醫(yī)藥行業(yè)高難度處理的各類廢氣和各種工況。其廢氣產(chǎn)生的來源主要包括研發(fā)生產(chǎn)車間、溶劑回收車間、研發(fā)樓、罐區(qū)和污水站，產(chǎn)生的廢氣主要包括氨氣、氯化氫、丙烷、正庚烷、甲醇、乙醇、異丙醇、乙酸乙酯、丙酮、N，N-二甲基甲酰胺（DMF）、甲基叔丁基醚（MTBE）、二氯甲烷、三乙胺、甲苯、四氫呋喃、乙腈等。對不同氣體進行合理分類收集并采用組合工藝進行處理，是有效凈化廢氣的關鍵。

1 項目背景

1.1 廢氣來源及廢氣分類

該醫(yī)藥企業(yè)廢氣產(chǎn)生的來源主要包括研發(fā)生產(chǎn)車間、溶劑回收車間、研發(fā)樓、罐區(qū)和污水站。各車間廢氣排放質(zhì)量濃度［以非甲烷總烴（NMHC）計）］見表1。

表1 各監(jiān)測點非甲烷總烴質(zhì)量濃度

1.2 廢氣排放要求

非甲烷總烴排放執(zhí)行GB 37823—2019《制藥工業(yè)大氣污染物排放標準》表2排放標準，排放質(zhì)量濃度不高于60 mg/m3。非甲烷總烴指除甲烷以外的碳氫化合物（其中主要是C2～C8），主要包括烷烴、烯烴、芳香烴和含氧烴等組分，在線監(jiān)測指標包含非甲烷總烴和其他特征因子，數(shù)據(jù)上傳到環(huán)保局，非甲烷總烴質(zhì)量濃度被作為廢氣排放點限值、廠界無組織排放限值和廢氣處理效率的評判依據(jù)。

2 處理工藝

依據(jù)廢氣組分和污染源產(chǎn)生點的不同，將廢氣的收集分成三大預處理系統(tǒng)和兩大終端處理系統(tǒng)，廢氣處理工藝流程如圖1所示。

圖1 廢氣處理工程流程圖

（1）排風廢氣系統(tǒng)：生產(chǎn)單元內(nèi)的反應釜投料口、所有投料點、離心機房、定點排風、真空干燥間等排風廢氣通過管路收集，風量較大，污染物濃度較低，包含1#～6#生產(chǎn)研發(fā)車間。采用“堿洗+活性炭吸附”的處理工藝，先處理掉酸性廢氣和粉塵，再經(jīng)過活性炭吸附難溶于水的低濃度有機物，堿洗塔頂設高效除霧器，10 μm液滴去除率95%以上，以保證活性炭的吸附效果。

（2）蓄熱式氧化爐（RTO）工藝廢氣處理系統(tǒng)：生產(chǎn)單元內(nèi)的反應釜、高位槽、接收罐、離心機、真空泵等設備排出的工藝廢氣VOCs污染物濃度較高，還含一定濃度酸性物質(zhì)（HCl、NO2等）和堿性污染物（NH3、三乙胺等）。為了防止二噁英和高濃度氮氧化物在RTO中產(chǎn)生，根據(jù)含氯基（CH2Cl2）和含氮基（NH3、三乙胺等）的污染物情況，將工藝廢氣通過管路進行分類收集，來源包含1#～6#生產(chǎn)研發(fā)車間、溶劑回收車間、研發(fā)樓、罐區(qū)、污水站。采用“冷凝+堿洗”的預處理方式，先通過二級冷凝將車間高濃廢氣冷凝下來，使得廢氣濃度低于爆炸下限，確保輸送的安全性，再經(jīng)過堿洗去除酸性廢氣，最后匯總于RTO終端處理裝置。

（3）含鹵素廢氣系統(tǒng)：對于進入RTO焚燒可能產(chǎn)生二噁英和高濃度氮氧化物的部分含氯基（CH2Cl2）和含氮基（NH3、三乙胺等）污染物，不得接入RTO，來源包含1#～6#生產(chǎn)研發(fā)車間、溶劑回收車間。采用“冷凝+酸洗+堿洗”工藝，先通過二級冷凝除掉高濃有機物，保證廢氣收集總管濃度低于爆炸下限，再經(jīng)過酸洗、堿洗去除酸、堿性廢氣，最后匯總于終端吸附裝置。

（4）RTO終端處理系統(tǒng)：經(jīng)過預處理的廢氣，再經(jīng)過RTO在800～870℃下焚燒生成CO2和H2O，潔凈氣體經(jīng)煙囪達標排放。

（5）終端吸附系統(tǒng)：含氯工藝廢氣經(jīng)過預處理，再經(jīng)樹脂吸附后，潔凈氣體達標排放。樹脂系統(tǒng)為由專用高效吸附樹脂組成的兩個串聯(lián)、一個脫附的三罐樹脂系統(tǒng)，其對含氯廢氣的吸收效率可達到98%以上。

3 主要設備和工藝參數(shù)

項目主要設備和工藝參數(shù)見表2。系統(tǒng)中所有風管、纖維增強復合材料（FRP）設備均進行防靜電處理。活性炭吸附箱設置壓差計，根據(jù)壓差定期更換活性炭。廢氣先經(jīng)過冷凝，除掉高濃物質(zhì)，除了車間反應釜出口使用冷凝器外，工藝廢氣總管上也加了冷凝器，確保進入總管的廢氣濃度處于爆炸極限以下。洗滌塔填料采用PP材質(zhì)的Tellerette 2k或者Tellerette1R，空隙率大，不易被堵塞，且通量大、阻力小、密度小，壓降和傳質(zhì)單元高度低、泛點高，汽液接觸充分，傳質(zhì)效率高；采用BETENCM系列噴嘴，具有噴射液滴均勻、霧化效果好、不易堵塞等特點。樹脂系統(tǒng)的樹脂通過實驗研究，選用對二氯甲烷吸附能力強的專用樹脂，采用兩個串聯(lián)吸附、一個脫附的三罐模式，對二氯甲烷吸附效率高達98%以上。雖然進RTO系統(tǒng)前采取了一系列預處理措施，在RTO的選型上還是考慮了因含氯廢氣進入RTO而腐蝕設備的情況，采取進氣預熱到露點溫度以上、上室體碳鋼內(nèi)襯耐火陶瓷纖維絕熱層、下室體用2205材質(zhì)并且部分區(qū)域進行玻璃鱗片防腐等措施，使得RTO自2018年一直穩(wěn)定運行至今。

表2 主要設備參數(shù)

4 工程運行分析

各系統(tǒng)自穩(wěn)定運行至今，各排氣筒均設置在線VOCs監(jiān)測儀，檢測結果上傳至當?shù)丨h(huán)保局系統(tǒng)。監(jiān)測結果見表3。

表3 監(jiān)測點非甲烷總烴濃度

由 GB 37823—2019表2可知，除了 1#～6#車間排風廢氣進口質(zhì)量濃度輕微超標外（125 mg/m3），溶劑回收車間、研發(fā)樓、罐區(qū)、污水站工藝廢氣質(zhì)量濃度（≥3000 mg/m3）均嚴重超標，不符合排放標準。各車間廢氣經(jīng)預處理及匯總后進行末端處理，測得排氣筒非甲烷總烴排放質(zhì)量濃度僅為23.1 mg/m3。對比廢氣處理設備進、出口非甲烷總烴質(zhì)量濃度，可知該廢氣處理系統(tǒng)對非甲烷總烴處理效果非常顯著。本案例表明：根據(jù)廢氣來源和類別，采取“冷凝+吸收+吸附+焚燒”工藝為主體的處理系統(tǒng)，對成分復雜的醫(yī)藥廢氣有顯著的處理效果。該工藝達到了預期的環(huán)境和經(jīng)濟效益。

5 結論

本案例針對醫(yī)藥研發(fā)企業(yè)的廢氣凈化處理，根據(jù)廢氣產(chǎn)生的來源和分類，進行分類收集和分類處理，采用“冷凝+吸收+吸附+焚燒”的組合工藝進行凈化處理。非甲烷總烴排放質(zhì)量濃度僅為23.1 mg/m3，達到了GB 37823—2019非甲烷總烴表2排放要求。工程實例表明，這種全系統(tǒng)綜合考慮的廢氣處理方式，技術上安全可行，運行上穩(wěn)定可靠。