蓄熱式熱力氧化技術(shù)在某藥企廢氣治理中的應(yīng)用研究

錢程

（上海安居樂環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?，上海 201206）

1 產(chǎn)污分析及排放特點

中國醫(yī)藥化工行業(yè)發(fā)展迅速，由此產(chǎn)生的廢氣問題一直是社會各界關(guān)注的重點，由于溶劑廢氣排放量大，且多為有毒有害且具惡臭性質(zhì)的氣體，進入自然環(huán)境后對人體健康和生態(tài)環(huán)境危害較大[1-2]。

同時醫(yī)藥化工行業(yè)廢氣具有如下特點：①排放點多，排放量大，無組織排放嚴(yán)重。醫(yī)藥化工產(chǎn)品產(chǎn)率低，溶劑消耗大，同一套裝置在不同時期可能會排放不同性質(zhì)的污染物。②間歇性排放多，反應(yīng)過程基本上為間歇反應(yīng)，廢氣也呈間歇性排放。③排放不穩(wěn)定，溶劑廢氣成分復(fù)雜，污染物種類和濃度變化大，同一套裝置在不同時期可能排放不同性質(zhì)的污染物。④溶劑影響范圍廣，溶劑廢氣中的VOCs大多具有惡臭性質(zhì)，嗅域值低，易擴散，影響范圍廣。⑤“跑冒滴漏”等事故排放多，生產(chǎn)過程中易燃、易爆物質(zhì)多，反應(yīng)過程激烈，生產(chǎn)事故風(fēng)險大[3]。

2 廢氣處理工藝確定

2.1 現(xiàn)場工況及排放要求

根據(jù)企業(yè)提供的資料及溶劑使用情況，廢氣主要來自車間反應(yīng)釜、離心、干燥、合成車間主反應(yīng)風(fēng)量中有機混合廢氣、污水廠廢氣中甲烷/硫化氫等。主要為氯化氫、氨、丙酮、四氫呋喃、乙酸乙酯、二氯甲烷、正己烷、環(huán)己烷、乙腈、甲苯、二甲苯、甲醇、乙醇、異丙醇、甲基叔丁基醚、硫化氫、溴化氫、冰乙酸、DMF、三乙胺等，廢氣風(fēng)量為30 000 Nm3/h，廢氣中VOCs濃度為11 942 mg/Nm3。

根據(jù)國家和地方的環(huán)境保護法規(guī)，經(jīng)處理的廢氣要符合國家及地方相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)，本項目VOCs、二噁英排放濃度滿足DB 33/2015—2016《化學(xué)合成類制藥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》。

2.2 氣源特征分析及應(yīng)對措施

針對改企業(yè)廢氣排放特點，采取不同的應(yīng)對方式，以保證每個設(shè)備都符合其對應(yīng)的現(xiàn)場工況。

腐蝕性氣體：對含有HCL、乙酸等含腐蝕性或遇水后產(chǎn)生氫離子的氣體，腐蝕性氣體會對設(shè)備及管道進行腐蝕，影響整個系統(tǒng)強度和閥門等部件的精度，甚至出現(xiàn)安全隱患。因此，在廢氣進入RTO系統(tǒng)前端設(shè)置一級堿洗塔，中和廢氣中的酸性物質(zhì)，同時在材質(zhì)選型上與廢氣直接接觸的部位采用抗腐蝕、點蝕能力極強的鋼材，從而延長設(shè)備的使用壽命。

臭味氣體：由于生產(chǎn)車間排放的廢氣氣味較大，因此整個系統(tǒng)采用密閉結(jié)構(gòu)，管道連接方式改用PTFE進行密封，風(fēng)機也采用密封性能良好的風(fēng)機來保證臭味氣體不會進行逸散，系統(tǒng)平推閥門也是用氣密封對閥軸進行密封保證對外的零泄漏。

高濕度氣體：系統(tǒng)前端設(shè)有洗滌塔對廢氣進行洗滌，去除無機鹽的同時也增加了廢氣的濕度，高濕度氣體會導(dǎo)致在氣體流動過程中在管道、設(shè)備中結(jié)露，而且廢氣中同時兼有無機的腐蝕性氣體，增加了整個系統(tǒng)腐蝕的風(fēng)險。因此采用升溫降低相對濕度的方式，避免氣體在流動過程中因溫度降低結(jié)露而造成設(shè)備的腐蝕。

高波動性廢氣：由于廢氣通常為多個生產(chǎn)車間排放匯總后的廢氣，廢氣濃度波動較大，廢氣濃度高時會導(dǎo)致系統(tǒng)無需燃燒器提供熱量而自行升溫，使?fàn)t溫持續(xù)升高。長時間的超溫泄放會造成保溫能力的降低、排口溫度升高，針對于這一工況特征，設(shè)計一個可進行大風(fēng)量稀釋的稀釋閥門，保證任何工況下氣體濃度不會超高導(dǎo)致系統(tǒng)運行不良甚至造成停機狀況。

2.3 設(shè)計結(jié)果

根據(jù)現(xiàn)場的調(diào)研和與客戶的溝通交流，工藝設(shè)計輸出如下。

裝置名稱：堿洗塔+洗滌塔+RTO+急冷塔+堿洗塔。

RTO型號：RTO-3030。

RTO設(shè)計處理風(fēng)量：30 000 Nm3/h。

RTO凈化效率：大于99%（0.1%以上）。

蓄熱效率：大于95%。

3 工藝設(shè)計說明

3.1 RTO工作原理說明

RTO裝置主要包括3個蓄熱填料床（用于熱交換利用）、燃燒室、燃燒器系統(tǒng)和必要的廢氣流動導(dǎo)向裝置，包括各種閥門和風(fēng)機。蓄熱調(diào)料床中裝有陶瓷填料，并襯有一個絕熱層，用于隔絕反應(yīng)時產(chǎn)生的高溫。燃燒室位于蓄熱填料床的上方，將蓄熱填料床相互聯(lián)通，燃燒室內(nèi)襯有纖維保溫材料。燃燒器系統(tǒng)帶有單獨的燃燒空氣接頭，設(shè)于RTO裝置的一側(cè)，操作人員易于接近進行各種必要的操作。

廢氣通過熱回收室（蓄熱槽）進入燃燒氧化爐腔，在這個過程中，高溫蓄熱陶瓷會先預(yù)熱入口廢氣，預(yù)熱后的廢氣被導(dǎo)入氧化爐腔。當(dāng)廢氣經(jīng)過蓄熱槽時，溫度會急劇上升。在燃燒氧化槽中，廢氣經(jīng)高溫氧化反應(yīng)后，變?yōu)楦邷馗蓛魵怏w，然后通過并加熱另一側(cè)的蓄熱槽。為了保持蓄熱槽的最佳熱回收效率，系統(tǒng)通過PLC控制雙切風(fēng)門作定期切換。這樣周期性地切換使整個氧化爐體內(nèi)部的溫度分布更加均勻。

通過RTO主風(fēng)機抽取下室體內(nèi)未氧化廢氣回到主風(fēng)機前，實現(xiàn)對蓄熱室吹掃，排除蓄熱室中殘留的廢氣，避免未經(jīng)氧化處理的廢氣直接排放，從而保證較高的凈化效率。

這個過程不斷循環(huán)往復(fù)，每一個蓄熱室都是在輸入廢氣、吹掃、排出凈化氣體的模式間交替轉(zhuǎn)換，切換時間根據(jù)實際情況可以調(diào)整。

3.2 工藝流程

有機廢氣經(jīng)管路收集匯總后，通過中繼風(fēng)機后進入一級堿洗塔+一級洗滌塔吸除去廢氣中的酸性氣體及部分粉塵，在洗滌塔出口設(shè)置LEL儀表進行濃度判斷。稀釋后氣體通過阻火器后，與RTO爐膛熱氣混合升溫，降低相對濕度，保證氣體的干燥性，然后進入RTO，在預(yù)熱室內(nèi)，陶瓷蓄熱體將廢氣預(yù)熱至760℃以上，VOCs在氧化室的高溫環(huán)境被氧化成二氧化碳和水，氧化過程中釋放熱量，使廢氣溫度進一步升高，大部分經(jīng)氧化后的高溫氣體經(jīng)過蓄熱室，將熱量儲存在陶瓷蓄熱體中，以備下一個循環(huán)預(yù)熱廢氣之用，降溫后的氣體從RTO排出，先進入急冷塔經(jīng)冷卻降溫，然后再進入堿洗塔，將RTO內(nèi)反應(yīng)生成的無機酸與堿液進行中和處理后經(jīng)煙囪達標(biāo)排放，處理流程為：車間尾氣→堿洗+水洗→三室RTO→急冷+堿洗→煙囪。

3.3 設(shè)計安全說明

考慮到排放點位廢氣的濃度波動，在高濃度廢氣進入RTO之前設(shè)置稀釋用調(diào)節(jié)閥，通過LEL反饋、爐膛溫度、系統(tǒng)壓差和PLC預(yù)判四重控制邏輯調(diào)節(jié)閥門的開度，將高濃度的廢氣在進入系統(tǒng)之前稀釋到6%~8%LEL左右，RTO在實現(xiàn)自燃運行的同時又可避免產(chǎn)生爆炸的危險。除此以外，系統(tǒng)根據(jù)LEL數(shù)值和爐膛溫度可以自動判斷并修正預(yù)熱溫度和閥門時序。

另外應(yīng)對系統(tǒng)爐膛因為濃度波動導(dǎo)致的超溫，系統(tǒng)除稀釋閥門外，還有超溫泄放系統(tǒng)和RTO新風(fēng)閥門協(xié)助稀釋等安全控制來控制溫度的穩(wěn)定，并且系統(tǒng)全閥門均設(shè)置斷電、斷信號后自動復(fù)位的功能和位置檢測功能，如果壓縮空氣為非單獨供應(yīng)，會配有帶止回閥的儲氣罐保證閥門動力，保證即使業(yè)主前端公用動力出現(xiàn)問題或者閥門與系統(tǒng)失聯(lián)，系統(tǒng)也會安全離線不產(chǎn)生安全風(fēng)險。

全系統(tǒng)整套報警邏輯均有互鎖，保證當(dāng)系統(tǒng)任何一個儀表或者報警失效時，系統(tǒng)會在其他位置檢測到其他報警或異常，以保證系統(tǒng)的安全，并且觸摸屏中，用戶任何操作不會導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)安全隱患，誤操作的最嚴(yán)重后果為系統(tǒng)緊急離線停機且廢氣切換到旁通經(jīng)應(yīng)急活性炭處理后從煙囪排放，而不會造成安全事故或者設(shè)備的嚴(yán)重損壞。

3.4 運行能耗說明

有機廢氣風(fēng)量：30 000 Nm3/h@常溫常壓，年運行時間7 200 h。

年運行電費：165（kW）×0.7（元/kW·h）×7 200（h/年）=831 600（元/年）。

年燃氣費：廢氣濃度較高，可滿足RTO爐運行能耗，因此正常運行中不消耗天然氣（不含啟動費用）。

年壓縮空氣費用：20（m3/h）×0.2（元/m3）×7 200（h/年）=28 800（元/年）。

合計費用：860 400（元/年）。

4 結(jié)語

醫(yī)藥行業(yè)廢氣排放種類復(fù)雜，濃度波動較大，需根據(jù)具體廢氣排放特征，采取相應(yīng)的前處理和后處理措施，保證廢氣達標(biāo)排放；RTO廢氣治理技術(shù)應(yīng)用在醫(yī)藥化工行業(yè)需充分保證系統(tǒng)安全運行，如雙LEL控制，加裝阻火器、泄爆裝置以及設(shè)備故障應(yīng)急措施等。