化學原料藥行業(yè)尾氣處理技術分析

繆傳耀(匯智工程科技股份有限公司武漢分公司，湖北 武漢 430000)

0 引言

化學原料藥在生產(chǎn)過程中會用到大量化學品，因此在化工原料藥過程排放的尾氣中一般會存在一些危險和有毒氣體。所以化學原料藥的生產(chǎn)企業(yè)需要對這些尾氣進行有效的處理，以免對企業(yè)員工及周邊環(huán)境帶來影響。

因此，為了有效避免原料藥在生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)形成的尾氣對環(huán)境和人體健康造成的污染和損害，化學原料藥生產(chǎn)企業(yè)應順應時代發(fā)展潮流，遵循環(huán)保綠色發(fā)展的理念，結合企業(yè)的實際情況，采用先進的原料藥生產(chǎn)尾氣處理技術，為保護員工健康和大氣環(huán)境作出貢獻。

1 化學原料藥行業(yè)基本情況

1.1 我國是化學原料藥生產(chǎn)和出口大國

經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國已經(jīng)成為原料藥生產(chǎn)和出口大國。據(jù)國家統(tǒng)計局的數(shù)據(jù)顯示，2019年我國化學原料藥的產(chǎn)量達276.9萬噸，同比增長高達20.3%；2020年，我國化學藥品原藥產(chǎn)量為273.4萬噸，同比上升2.7%[1]。與此同時，我國還是國際上化學原料藥的主要出口國，市場份額占全球的21%左右。其中，大宗原料藥是藥品出口的主要類型，如青霉素鉀鹽、撲熱息痛、阿司匹林及維生素C等原料藥品產(chǎn)品均是我國原料藥中具有較強競爭力的品種，憑借大宗原料藥的出口我國在競爭激烈的國際醫(yī)藥市場中占有一席之地。

1.2 企業(yè)經(jīng)營面臨諸多壓力市場競爭壓力

隨著我國的化學原料藥生產(chǎn)規(guī)模逐漸擴大，大宗原料藥的產(chǎn)能過剩問題凸顯，而小品種則出現(xiàn)了壟斷漲價現(xiàn)象，市場競爭無序問題加劇。而隨著我國在出口退稅率的變化以及人民幣升值、原材料價格上漲及勞動力成本增加等多重因素的影響，近年來，化學原料藥企業(yè)的生產(chǎn)成本逐漸提高，企業(yè)面臨著越來越大的生產(chǎn)經(jīng)營壓力。

與此同時，為了貫徹可持續(xù)發(fā)展理念，2008年，國家有關部門相繼頒布了制藥工業(yè)水污染物排放標準，從一定程度上對化學制藥行業(yè)的排污情況進行限制和約束。地方政府及環(huán)保單位都高度重視環(huán)境污染問題，加強了對化學原料藥企業(yè)的監(jiān)管，一些企業(yè)由于“三廢”排放不達標又無力整改而被迫倒閉[2]。

1.3 龍頭企業(yè)產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢凸顯

憑借產(chǎn)業(yè)規(guī)模、技術水平、創(chuàng)新能力和環(huán)保技術優(yōu)勢的凸顯，化學原料藥行業(yè)中以上市公司為代表的頭部企業(yè)的競爭力逐步增強。2019年中國化學原料藥行業(yè)29家上市企業(yè)中大部分都實現(xiàn)了較好的經(jīng)濟效益，化學原料藥上市公司的營收情況如表1所示。其中，冠福股份以159.37億元的營業(yè)收入占據(jù)榜首，營收同比增長11.5%，營業(yè)收入位居第二的海正藥業(yè)全年收入為110.72億元，同比增長8.69%[3]。

表1 2019年化學原料藥上市公司營收情況

2 化學原料藥尾氣的危害及處理現(xiàn)狀

2.1 化學原料藥尾氣的危害

通常情況下，在化學原料藥生產(chǎn)的儲罐區(qū)、蒸餾系統(tǒng)以及反應器中VOC的排放是化學原料藥生產(chǎn)企業(yè)尾氣的主要來源之一。由于原料藥自身材質的不同造成排放尾氣的污染度有所差異，對原料藥進行分析可以發(fā)現(xiàn)，其中大多含有堿性氣體或者酸性物質，在摻雜相關有毒氣體污染物后還可能含有些許顆粒狀的尾氣，如果那些易燃易爆氣體與外界空氣發(fā)生摩擦，就會增加爆炸事件發(fā)生的概率，給企業(yè)帶來安全隱患，造成人員傷亡和經(jīng)濟損失，使企業(yè)品牌形象受損。與此同時，爆炸氣體的大規(guī)模泄漏，也會直接污染外界空氣環(huán)境，嚴重背離綠色環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展原則。

2.2 原料藥尾氣的處理現(xiàn)狀

現(xiàn)階段醫(yī)療行業(yè)發(fā)展迅猛，從一定程度上也促使許多新型的化學藥品的普及和推廣。然而，國內對化學原料藥尾氣排放領域的技術研發(fā)和創(chuàng)新投入較少，許多尾氣處理技術尚未成熟。為了順應時代發(fā)展潮流，化工醫(yī)藥企業(yè)應引進先進的尾氣處理設備[4]，開發(fā)新型的尾氣處理技術，在成本可控的基礎上，達到預設的環(huán)保效果，進而改善并解決尾氣處理沒有針對性、尾氣排放裝置不合規(guī)及尾氣泄漏等情況。

3 原料藥尾氣處理技術方法

3.1 對尾氣排放總量進行統(tǒng)計

尾氣排放總量的計算應包括設備排放氣體量、反應罐排氣量、設備內部排放氣體量及冷凝器的排氣量。首先，針對排放設備的安全效果，應結合原料藥生產(chǎn)的實際情況進行統(tǒng)籌規(guī)劃，可以在排風罩口的風速數(shù)值停留在1.2 m/s的范圍內進行仔細測量；其次，因為間接性是反應罐內部排氣的主要特點之一，因其存在一定的間隔性，應以一個完整的排放周期為計算單位進行分析。例如，可以結合每小時氣體排放量來輔助核算一定周期內氣體排放效果進行測算；最后，在外界各種環(huán)境因素的影響下，原料藥在其生產(chǎn)期間排放廢氣并不呈現(xiàn)規(guī)律性，此時測算人員應深入原料藥生產(chǎn)現(xiàn)場，全面收集并整理原料藥尾氣排放的原始資料，經(jīng)過實地調查分析匯總，進而形成完整的書面材料歸檔保管。

3.2 原料藥尾氣處理技術

化學原料藥生產(chǎn)過程中尾氣處理的基本流程如圖1所示。目前化學制藥行業(yè)采用的尾氣處理技術主要有催化分解、燃燒、吸附和生物處理技術。

圖1 廢氣尾氣處理流程

(1)催化分解技術。催化方法是最常見的尾氣處理方式。在進行尾氣污染物集中處理期間，主要根據(jù)不同原料藥生產(chǎn)過程中所排放尾氣的性質的不同，采用合適的催化劑，確保有害氣體發(fā)生化學反應，在多元處理模式下，吸收并分解廢氣中有害氣體。一般情況下，尾氣中一種污染物催化反應只能由一個催化劑完成。在實際的原料藥尾氣處理中一般都會包含多種需要處理的氣體，此種方法在原料藥尾氣處理的適用性和可行性并不大。

(2)燃燒方法。原料藥尾氣中會包含著諸多可燃氣體，有些氣體在經(jīng)過燃燒后會轉換成無害氣體，與此同時，在尾氣燃燒過程中，一氧化碳、瀝青煙和部分碳氫化合物在燃燒過程中會轉化成無害氣體，從而逐漸降低尾氣中有害物質的含量，達到大氣排放標準。值得注意的是，在應用此種方法時，應保證廢氣中不含有易燃易爆的成分，避免發(fā)生起火爆炸的安全事故。

(3)吸收方法。此種尾氣處理方法利用物理處理手段，操作人員應用物理方式對有毒有害氣體進行凈化和分離操作，針對那些含有酸性成分的廢氣處理，在實際的應用中取得了顯著的成果。與上述催化分解和燃燒方法相比，此種處理技術的應用成本較低，處理設備也相對簡單，有害物質進入處理設備后，可以達到預設的凈化效果[5]。

(4)生物處理技術。生物處理技術作為新型的處理技術被化工企業(yè)逐漸應用和推廣，此種處理技術的工作原理主要是通過引進先進的尾氣處理技術，對有害氣體內部的水分進行加速分解，依托生物濾池有效將相關成分進行過濾，從而達到凈化尾氣的效果。

生物處理技術雖然達到了一定的尾氣凈化效果，在實際應用期間，仍然存在諸多不足之處，例如，氣態(tài)形式組成的污染物一般不會被快速溶解，且溶解過程會應用較多的動力能源，生物處理技術投資的建設資金和人工成本也是相對較高的。為了滿足國家規(guī)定的尾氣處理標準，目前相關研究機構的研究人員正在加大研發(fā)力度，不斷創(chuàng)新，提升化學制藥尾氣生物處理技術的處理效率，降低能耗。

4 吸收技術的系統(tǒng)設計要點

4.1 尾氣吸收處理工藝流程

在原料藥生產(chǎn)環(huán)節(jié)，尤其是在原料藥加工過程中，尾氣排放主要是堿性化合物，當堿性氣體先進入裝有酸性溶液的循環(huán)箱中，經(jīng)過循環(huán)泵等設備后，進入酸液的噴淋清洗塔、清水循環(huán)箱中，堿性氣體被酸液吸收后，再次流經(jīng)二級清水噴淋清洗塔。以上處理流程都需要使用先進的離心抽風機設備，在進一步排解吸收后，將污染效果較小的氣體排至空氣中，排放高度一般在16 m左右。

在原料藥生產(chǎn)時也可能產(chǎn)生酸性氣體，這時則需要采用堿性溶液來處理，讓酸性氣體進入裝有堿性溶液的循環(huán)箱中，經(jīng)過循環(huán)泵等設備后，進入堿液的噴淋清洗塔、清水循環(huán)箱，酸性氣體被堿性溶液吸收后，再次流經(jīng)二級清水噴淋清洗塔。以上處理流程都需要使用先進的離心抽風機設備，在進一步排解吸收后，將處理后的氣體排至空氣中，排放高度一般會超過16 m[6]。

采用尾氣吸收技術方法的同時，相關吸收裝置和設備應采用級別淋噴的方式，即形成兩相逆流式填料的吸收塔后，將大量有害氣體逐漸引入到塔進氣口，在進氣段的空氣充滿后，氣體中的液相物質在充分融合后，促使下部的貯液槽融入相關吸收液。尤其是在噴淋段和填料段進行融合過程中，會相繼發(fā)出傳熱導熱作用，應確保在充足的停滯時間內，空塔內部的氣體流速不會發(fā)生明顯波動。一旦進入空塔上方的除霧段，要確保所有有害氣體基本被清除。在經(jīng)過多道吸收處理工藝后，化學原料藥產(chǎn)生的有害氣得到有效處置，可達到排放標準。

4.2 吸收處理技術的條件以及參數(shù)

一般情況下，吸收處理裝置中真空吸收壓力系統(tǒng)的配置要求大于5 kPa，在多環(huán)節(jié)的吸收處理過程中，應保證塔內的氣體與液體能有較為充裕的接觸空間。此次研究主要以噴淋塔為主要研究對象，操作人員應嚴格按照尾氣處理技術，結合實際情況對相關結構進行填料加工。在設定的風量下，投入適當資金引進動力較大的處理設備，一般應小于41 mmH2O，針對噴淋吸收塔的進風段、噴液段和除霧段，氣體流速應低于1.22 m/s。除此之外，對于那些以組合方式形成的噴淋式吸收塔，應確保一級酸水實際濃度在3%～5%左右，一級堿性濃度在3%～5%之間，具體關鍵性技術參數(shù)：液氣比為1～10 L/m3、壓力的損失在31～41 mmH2O之間、空塔的速度為1.3～1.6 m/s，噴淋的密度為6～8 m3/(m2·s)、凈化的效率在95%～98%之間。值得一提的是，孔球狀填料是填料的主要形式，這種填料既可以承受較高溫度，也可以耐減、耐酸。針對組合式的噴淋吸收系統(tǒng)，主要采用PP復合式玻璃鋼材料組成各個塔內構造，而離心抽風機的材料應采用玻璃鋼，而內部的連接管線材質主要為PP、UPVC，系統(tǒng)中加藥所用裝置材質為PE。

4.3 技術說明

現(xiàn)行尾氣吸收處理技術的機理具體如下，尾氣處理人員結合化學吸收、物理吸收及負壓射流的抽吸方式，再合理地應用多級式逆流的萃取技術，滿足各項尾氣處理要求后，構建完整的噴淋式處理系統(tǒng)，達到吸收尾氣的要求。例如，在進行技術系統(tǒng)選擇過程中采用自動化加藥系統(tǒng)。組合式逆流萃取塔和相關負壓抽風系統(tǒng)應確保整體吸氣壓力大于5 kPa[7]。為了保證原料藥尾氣處理能夠取得較好的效果，技術處理人員應意識到排放尾氣性質的復雜性，積極學習國內外先進的尾氣處理技術，及時完善并解決原料藥尾氣處理方式存在的諸多問題，進而提高化學制藥企業(yè)環(huán)保水平，提升企業(yè)的市場競爭力。

5 結語

總而言之，醫(yī)藥化工原料藥生產(chǎn)尾氣處理會受到外界各種因素的影響，化學制藥企業(yè)應高度重視醫(yī)藥化工原料藥生產(chǎn)期間尾氣處理問題，通過對尾氣中各種有害氣體的分析后，制定適合的處理方案，在實施過程中要依據(jù)具體的尾氣排放總量和氣體種類，制定科學合理有效的處理工藝路線，積極學習并引進國內外先進的原料藥尾氣處理技術，利用多元化的尾氣處理措施，創(chuàng)新工藝技術，以達到國家規(guī)定的尾氣排放標準，為化學制藥行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎。