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制藥行業(yè)廢氣處理技術及方案
發(fā)布時間:2018/03/20 10:38:10 瀏覽:次
1 概述
1.1 項目背景
隨著醫(yī)化行業(yè)的發(fā)展，隨之而來的環(huán)境污染問題日益凸顯，特別是醫(yī)化行業(yè)有機廢氣的區(qū)域環(huán)境污染，嚴重影響居民的正常生活，制約區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展。據(jù)環(huán)保部之前公布的數(shù)據(jù)顯示，中國制藥工業(yè)總產(chǎn)值約占全國GDP的比例不到3，而污染排放總量卻占到了6左右，其中高污染、高能耗的原料藥行業(yè)問題尤為突出。
在醫(yī)化行業(yè)中大量使用有機溶劑(如DMF、苯系物、有機胺、乙酸乙酯、二lv甲烷、甲醇、乙醇、丁酮、二lv乙烷、醋酸等)，揮發(fā)形成了具有刺 激性氣味和惡臭的氣體，并具有一定毒害性，長期排放必然惡化區(qū)域大氣環(huán)境質量，并對附近居民的身體產(chǎn)生危害。因此，有效治制藥行業(yè)VOC污染已經(jīng)成為亟待解決的重要問題。
1.2 生產(chǎn)工藝及廢氣來源
在生產(chǎn)過程中，制藥企業(yè)會使用到一些溶點低、揮發(fā)性好的有機溶劑。此類溶劑很可能會隨著生產(chǎn)過程揮發(fā)出來而導致VOC污染，VOC排放主要發(fā)生在投料、反應、溶劑回收、過濾、離心、烘干、出料等操作單元。各單元操作特征：①投料：小量敏感物料使用真空抽料，大量的敏感物料使用泵投料或泵輸送至高位槽投料;②反應：反應釜的放空口經(jīng)冷凝回收溶劑后排空;③溶劑回收：蒸餾釜的放空口經(jīng)冷凝回收后排空，若使用減壓蒸餾，則廢氣進入真空系統(tǒng)后外排，回收的溶劑暫存至接收罐;④過濾、離心：使用敞口式離心機或敞口式過濾器，采用密閉離心機、過濾器出料時敏感物料直接暴露空氣中;⑤烘干：烘干廢氣進入緩沖罐后排放，出料時敏感物料直接暴露于空氣中。
1.3有機廢氣排放特性
溶劑廢氣排放特點主要跟醫(yī)藥化工生產(chǎn)工藝特點有關, 具體表現(xiàn)在：
1)排放點多, 排放量大, 無組織排放嚴重。醫(yī)藥化工產(chǎn)品得率低, 溶劑消耗大, 幾乎每臺生產(chǎn)設備都是溶劑廢氣排放點, 每個企業(yè)都有數(shù)十個、甚至上百個溶劑廢氣排放點, 且溶劑廢氣大多低空無組織排放, 廠界溶劑廢氣濃度較高;
2)間歇性排放多。反應過程基本上為間歇反應, 溶劑廢氣也呈間歇性排放;
3)排放不穩(wěn)定。溶劑廢氣成分復雜, 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的污染物;
4)溶劑廢氣影響范圍廣。溶劑廢氣中的VOCs大多具有惡臭性質, 嗅域值低, 易擴散, 影響范圍廣;
5)“跑冒滴漏”等事故排放多。由于生產(chǎn)過程中易燃、易爆物質多, 反應過程激烈, 生產(chǎn)事故風險大, 加上生產(chǎn)裝備水平和工藝技術水平較低及管理不善, 造成“跑冒滴漏”等事故排放多。
2治理方案選擇
2.1 常見處理方法比較
選擇有機廢氣處理方法，總體上應根據(jù)以下因素：有機污染物質的類型、有機污染物質濃度水平、有機廢氣的排氣溫度、有機廢氣的排放流量、微粒散發(fā)的水平、需要達到的污染物控制水平。
有機廢氣的處理方法種類繁多，特點各異，常用的有冷凝法、吸收法、燃燒法、催化法、吸附法、低溫等離子、生物法、光催化氧化法、蓄熱式氧化法等。
1)冷凝法：將廢氣直接冷凝或吸附濃縮后冷凝，冷凝液經(jīng)分離回收有價值的有機物。該法用于濃度高、溫度低、風量小的廢氣處理。但此法投資大、能耗高、運行費用大，制藥車間廢氣中的有機物濃度較低，風量大(車間置換風量具體數(shù)量由車間空間大小和空間置換次數(shù)決定)，反應流程出來的有機廢氣，一般溫度較高，濃度較大，成分復雜，回收的溶劑難以處理利用，并易產(chǎn)生二次污染，所以制藥廢氣處理一般不采用此法處理。
2)吸收法：可分為化學吸收和物理吸收，但制藥廢氣成分復雜，一般不采用化學吸收。物理吸收是選用具有較小的揮發(fā)性的液體吸收劑，它與被吸收組分有較高的親和力，吸收飽和后經(jīng)加熱解析冷 卻后重新使用。該法用于大氣量、溫度低、濃度低的廢氣，裝置復雜、投資大，吸收液的選用比較困難，液體吸收法凈化率只有60～80，這種方法實際應用存在吸收效率不高，一般難以達到國家排放標準，而且存在著二次污染問題，所以制藥廢氣處理一般不采用此法處理。
3)直接燃燒法：利用燃氣或燃油等輔助燃料燃燒放出的熱量將混合氣體加熱到一定溫度(700～800℃)，駐留一定的時間，使可燃的有害氣體燃燒。該法工藝簡單、設備投資少，但能耗高、運行成本高，易產(chǎn)生Cl2、COCl2、NOX、多l(xiāng)v二苯呋喃等有毒副產(chǎn)物。而這些物質對環(huán)境的危害更大，所以制藥廢氣處理一般不采用此法處理。
4)催化燃燒法：將廢氣加熱到200～300℃經(jīng)過催化床燃燒，達到凈化目的。該法能耗低、凈化率高可達95、無二次污染、工藝簡單操作方便。適用于小風量、高溫、高濃度的有機廢氣治理，不適用于低濃度、大風量的有機廢氣治理。但催化劑容易易中毒，需定期更換催化劑，不適用于含lv、lin等易使催化劑中毒元素的制藥廢氣處理。
5)吸附法：
①直接吸附法：有機氣體直接通過活性炭，可達到95的凈化率，設備簡單、投資小、操作方便，但需經(jīng)常更換活性炭，若無再生裝置，則運行費用太高;因此可用于濃度低、污染物不需回收的場合。
②吸附回收法：有機氣體經(jīng)活性炭吸附，該法利用活性炭等吸附劑吸附有機廢氣，接近飽和后用水蒸汽反吹活性炭進行脫附再生，水蒸汽與脫附出來的有機氣體經(jīng)冷凝、分離，可回收有機液體。該法凈化效率較高，但要求提供必要的蒸汽量，適用于低濃度、大風量的制藥尾氣治理。
6)低溫等離子法：利用介質放電產(chǎn)生的等離子體以極快的速度反復轟擊廢氣中的氣體分子，去激活、電離、裂解廢氣中的各種成分，通過氧化等一系列復雜的化學反應，使復雜大分子污染物轉變?yōu)橐恍┬》肿拥陌?全物質(如二氧化碳和水)，或使有毒有害物質轉變?yōu)闊o毒無害或低毒低害物質。
8)光催化氧化法：該法是通過光催化氧化反應凈化消除揮發(fā)性有機氣體。所謂光催化氧化反應，就是讓太陽光或其它一定能量的光照射光敏半導體催化劑時，激發(fā)半導體的價帶電子發(fā)生帶間躍遷，即從價帶躍遷到導帶，從而產(chǎn)生光生電子(e-)和空 (h+)。此時吸附在納米顆粒表面的溶解氧俘獲電子形成超氧負離子，而空 將吸附在催化劑表面的氫氧根離子和水氧化成氫氧自 由基。而超氧負離子和氫氧自 由基具有很強的氧化性，能使有機污染物氧化至終產(chǎn)物CO2和H2O。利用光催化氧化工藝處理廢氣是一種應用前景非常廣闊的方法。但是目前大多數(shù)還在是運用于室內空氣的凈化，主要用于處理低濃度有機廢氣領域，有效運用于較高濃度有機廢氣處理的工業(yè)應用還很少，處理效率得不到保證。
9)蓄熱式氧化法：該法是利用天然氣或燃料油燃燒放出的熱量將混合氣體加熱到一定溫度825℃，滯留一定的時間(0.5～1秒)，使可燃的有害物質進行高溫分解變?yōu)闊o害物質。本法的特點：工藝簡單、去除率高，通過蓄熱材料回收熱量，可以達到90～95的熱回收率，運行費用較少，尤其對于一些復雜組分處理效果較好。
10)蓄熱式催化燃燒法：
該法集蓄熱式高溫熱力焚化和催化焚化的特點與一身，兼有熱效率高(90～95)，反應溫度低，運行成本低，維護費用較低，但不適合于處理高濃度有機廢氣;催化床層易堵塞，催化劑易中毒不耐高溫，進氣要求嚴格。
2.2治理方案確定
通過對上述常規(guī)方法在制藥廢氣治理上的現(xiàn)狀說明，在制藥尾氣治理行業(yè)存在產(chǎn)品落后，運行管理復雜，后期投入高等特點。因而尋找一種效率高、高性價比、性能穩(wěn)定、操作方便，運行費用少并符合環(huán)保治理標準的處理技術是行業(yè)發(fā)展的急切之需。
針對某些制藥行業(yè)有機廢氣尾氣中風量大、濃度中低或者濃度不穩(wěn)定、成分復雜及難以回收利用的場合下，建議采用活性碳顆粒對有機物進行吸附。
針對某些制藥行業(yè)有機廢氣尾氣中風量小、濃度高、成分復雜及難以回收利用的場合下，建議采用效率高能蓄熱式燃燒裝置(RTO)處理后排放。
針對某些制藥行業(yè)有機廢氣尾氣中風量小、濃度高、成分復雜及難以回收利用，不含等易使催化劑中毒的元素的場合下，建議采用蓄熱式催化燃燒裝置(RCO)處理后排放。
1.1 項目背景
隨著醫(yī)化行業(yè)的發(fā)展，隨之而來的環(huán)境污染問題日益凸顯，特別是醫(yī)化行業(yè)有機廢氣的區(qū)域環(huán)境污染，嚴重影響居民的正常生活，制約區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展。據(jù)環(huán)保部之前公布的數(shù)據(jù)顯示，中國制藥工業(yè)總產(chǎn)值約占全國GDP的比例不到3，而污染排放總量卻占到了6左右，其中高污染、高能耗的原料藥行業(yè)問題尤為突出。
在醫(yī)化行業(yè)中大量使用有機溶劑(如DMF、苯系物、有機胺、乙酸乙酯、二lv甲烷、甲醇、乙醇、丁酮、二lv乙烷、醋酸等)，揮發(fā)形成了具有刺 激性氣味和惡臭的氣體，并具有一定毒害性，長期排放必然惡化區(qū)域大氣環(huán)境質量，并對附近居民的身體產(chǎn)生危害。因此，有效治制藥行業(yè)VOC污染已經(jīng)成為亟待解決的重要問題。
1.2 生產(chǎn)工藝及廢氣來源
在生產(chǎn)過程中，制藥企業(yè)會使用到一些溶點低、揮發(fā)性好的有機溶劑。此類溶劑很可能會隨著生產(chǎn)過程揮發(fā)出來而導致VOC污染，VOC排放主要發(fā)生在投料、反應、溶劑回收、過濾、離心、烘干、出料等操作單元。各單元操作特征：①投料：小量敏感物料使用真空抽料，大量的敏感物料使用泵投料或泵輸送至高位槽投料;②反應：反應釜的放空口經(jīng)冷凝回收溶劑后排空;③溶劑回收：蒸餾釜的放空口經(jīng)冷凝回收后排空，若使用減壓蒸餾，則廢氣進入真空系統(tǒng)后外排，回收的溶劑暫存至接收罐;④過濾、離心：使用敞口式離心機或敞口式過濾器，采用密閉離心機、過濾器出料時敏感物料直接暴露空氣中;⑤烘干：烘干廢氣進入緩沖罐后排放，出料時敏感物料直接暴露于空氣中。
1.3有機廢氣排放特性
溶劑廢氣排放特點主要跟醫(yī)藥化工生產(chǎn)工藝特點有關, 具體表現(xiàn)在：
1)排放點多, 排放量大, 無組織排放嚴重。醫(yī)藥化工產(chǎn)品得率低, 溶劑消耗大, 幾乎每臺生產(chǎn)設備都是溶劑廢氣排放點, 每個企業(yè)都有數(shù)十個、甚至上百個溶劑廢氣排放點, 且溶劑廢氣大多低空無組織排放, 廠界溶劑廢氣濃度較高;
2)間歇性排放多。反應過程基本上為間歇反應, 溶劑廢氣也呈間歇性排放;
3)排放不穩(wěn)定。溶劑廢氣成分復雜, 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的污染物;
4)溶劑廢氣影響范圍廣。溶劑廢氣中的VOCs大多具有惡臭性質, 嗅域值低, 易擴散, 影響范圍廣;
5)“跑冒滴漏”等事故排放多。由于生產(chǎn)過程中易燃、易爆物質多, 反應過程激烈, 生產(chǎn)事故風險大, 加上生產(chǎn)裝備水平和工藝技術水平較低及管理不善, 造成“跑冒滴漏”等事故排放多。
2治理方案選擇
2.1 常見處理方法比較
選擇有機廢氣處理方法，總體上應根據(jù)以下因素：有機污染物質的類型、有機污染物質濃度水平、有機廢氣的排氣溫度、有機廢氣的排放流量、微粒散發(fā)的水平、需要達到的污染物控制水平。
有機廢氣的處理方法種類繁多，特點各異，常用的有冷凝法、吸收法、燃燒法、催化法、吸附法、低溫等離子、生物法、光催化氧化法、蓄熱式氧化法等。
1)冷凝法：將廢氣直接冷凝或吸附濃縮后冷凝，冷凝液經(jīng)分離回收有價值的有機物。該法用于濃度高、溫度低、風量小的廢氣處理。但此法投資大、能耗高、運行費用大，制藥車間廢氣中的有機物濃度較低，風量大(車間置換風量具體數(shù)量由車間空間大小和空間置換次數(shù)決定)，反應流程出來的有機廢氣，一般溫度較高，濃度較大，成分復雜，回收的溶劑難以處理利用，并易產(chǎn)生二次污染，所以制藥廢氣處理一般不采用此法處理。
2)吸收法：可分為化學吸收和物理吸收，但制藥廢氣成分復雜，一般不采用化學吸收。物理吸收是選用具有較小的揮發(fā)性的液體吸收劑，它與被吸收組分有較高的親和力，吸收飽和后經(jīng)加熱解析冷 卻后重新使用。該法用于大氣量、溫度低、濃度低的廢氣，裝置復雜、投資大，吸收液的選用比較困難，液體吸收法凈化率只有60～80，這種方法實際應用存在吸收效率不高，一般難以達到國家排放標準，而且存在著二次污染問題，所以制藥廢氣處理一般不采用此法處理。
3)直接燃燒法：利用燃氣或燃油等輔助燃料燃燒放出的熱量將混合氣體加熱到一定溫度(700～800℃)，駐留一定的時間，使可燃的有害氣體燃燒。該法工藝簡單、設備投資少，但能耗高、運行成本高，易產(chǎn)生Cl2、COCl2、NOX、多l(xiāng)v二苯呋喃等有毒副產(chǎn)物。而這些物質對環(huán)境的危害更大，所以制藥廢氣處理一般不采用此法處理。
4)催化燃燒法：將廢氣加熱到200～300℃經(jīng)過催化床燃燒，達到凈化目的。該法能耗低、凈化率高可達95、無二次污染、工藝簡單操作方便。適用于小風量、高溫、高濃度的有機廢氣治理，不適用于低濃度、大風量的有機廢氣治理。但催化劑容易易中毒，需定期更換催化劑，不適用于含lv、lin等易使催化劑中毒元素的制藥廢氣處理。
5)吸附法：
①直接吸附法：有機氣體直接通過活性炭，可達到95的凈化率，設備簡單、投資小、操作方便，但需經(jīng)常更換活性炭，若無再生裝置，則運行費用太高;因此可用于濃度低、污染物不需回收的場合。
②吸附回收法：有機氣體經(jīng)活性炭吸附，該法利用活性炭等吸附劑吸附有機廢氣，接近飽和后用水蒸汽反吹活性炭進行脫附再生，水蒸汽與脫附出來的有機氣體經(jīng)冷凝、分離，可回收有機液體。該法凈化效率較高，但要求提供必要的蒸汽量，適用于低濃度、大風量的制藥尾氣治理。
6)低溫等離子法：利用介質放電產(chǎn)生的等離子體以極快的速度反復轟擊廢氣中的氣體分子，去激活、電離、裂解廢氣中的各種成分，通過氧化等一系列復雜的化學反應，使復雜大分子污染物轉變?yōu)橐恍┬》肿拥陌?全物質(如二氧化碳和水)，或使有毒有害物質轉變?yōu)闊o毒無害或低毒低害物質。
該法消耗低，具有裝置簡單，易于操作，占地面積小，使用方便等優(yōu)點，但是在實際應用中存在著凈化效率低的問題。由于是一項新技術，人們對于其作用機理研究不夠充分，還沒有形成規(guī)律性認識，很多企業(yè)只是在模仿這項技術，并沒有真的掌握真的核心技術。
8)光催化氧化法：該法是通過光催化氧化反應凈化消除揮發(fā)性有機氣體。所謂光催化氧化反應，就是讓太陽光或其它一定能量的光照射光敏半導體催化劑時，激發(fā)半導體的價帶電子發(fā)生帶間躍遷，即從價帶躍遷到導帶，從而產(chǎn)生光生電子(e-)和空 (h+)。此時吸附在納米顆粒表面的溶解氧俘獲電子形成超氧負離子，而空 將吸附在催化劑表面的氫氧根離子和水氧化成氫氧自 由基。而超氧負離子和氫氧自 由基具有很強的氧化性，能使有機污染物氧化至終產(chǎn)物CO2和H2O。利用光催化氧化工藝處理廢氣是一種應用前景非常廣闊的方法。但是目前大多數(shù)還在是運用于室內空氣的凈化，主要用于處理低濃度有機廢氣領域，有效運用于較高濃度有機廢氣處理的工業(yè)應用還很少，處理效率得不到保證。
9)蓄熱式氧化法：該法是利用天然氣或燃料油燃燒放出的熱量將混合氣體加熱到一定溫度825℃，滯留一定的時間(0.5～1秒)，使可燃的有害物質進行高溫分解變?yōu)闊o害物質。本法的特點：工藝簡單、去除率高，通過蓄熱材料回收熱量，可以達到90～95的熱回收率，運行費用較少，尤其對于一些復雜組分處理效果較好。
10)蓄熱式催化燃燒法：
該法集蓄熱式高溫熱力焚化和催化焚化的特點與一身，兼有熱效率高(90～95)，反應溫度低，運行成本低，維護費用較低，但不適合于處理高濃度有機廢氣;催化床層易堵塞，催化劑易中毒不耐高溫，進氣要求嚴格。
2.2治理方案確定
通過對上述常規(guī)方法在制藥廢氣治理上的現(xiàn)狀說明，在制藥尾氣治理行業(yè)存在產(chǎn)品落后，運行管理復雜，后期投入高等特點。因而尋找一種效率高、高性價比、性能穩(wěn)定、操作方便，運行費用少并符合環(huán)保治理標準的處理技術是行業(yè)發(fā)展的急切之需。
針對某些制藥行業(yè)有機廢氣尾氣中風量大、濃度中低或者濃度不穩(wěn)定、成分復雜及難以回收利用的場合下，建議采用活性碳顆粒對有機物進行吸附。
針對某些制藥行業(yè)有機廢氣尾氣中風量小、濃度高、成分復雜及難以回收利用的場合下，建議采用效率高能蓄熱式燃燒裝置(RTO)處理后排放。
針對某些制藥行業(yè)有機廢氣尾氣中風量小、濃度高、成分復雜及難以回收利用，不含等易使催化劑中毒的元素的場合下，建議采用蓄熱式催化燃燒裝置(RCO)處理后排放。
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