商永圭

上海泓濟(jì)環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?（上海 200433）

改革開放以來，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，人們對健康的關(guān)注日益增強(qiáng)。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(jìn)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(jī)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(yán)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(guān)注的熱點(diǎn)，也是環(huán)保領(lǐng)域需要解決的難題[4]。

醫(yī)藥行業(yè)廢氣常規(guī)處理技術(shù)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(jī)廢氣蒸汽進(jìn)行處理。冷凝法工藝要求廢氣中有機(jī)物濃度高，其優(yōu)點(diǎn)是可有效回收溶劑，缺點(diǎn)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。考慮到吸收液飽和后經(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(yán)重[8]。燃燒法是在高溫下使有機(jī)廢氣與氧發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)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(yùn)行技術(shù)要求高，難以控制和掌握；催化燃燒起燃溫度低、能耗小，但設(shè)備投資大、運(yùn)行成本較高[9]。臭氧氧化法利用臭氧的強(qiáng)氧化能力將有機(jī)物分解為低毒或者無毒小分子物質(zhì)，工藝設(shè)備簡單，但氧化反應(yīng)具有選擇性，處理化學(xué)結(jié)構(gòu)十分穩(wěn)定的有機(jī)污染物時(shí)效果不理想[10]。吸附法的優(yōu)點(diǎn)是能耗低、污染物去除率高、工藝成熟，因此易于推廣；缺點(diǎn)是設(shè)備龐大、流程復(fù)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(fù)雜且污染物濃度具有波動(dòng)性，因此處理過程更復(fù)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(jìn)行合理分類收集并采用組合工藝進(jìn)行處理，是有效凈化廢氣的關(guān)鍵。

1 項(xiàng)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(jì)）］見表1。

表1 各監(jiān)測點(diǎn)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(biāo)準(zhǔn)》表2排放標(biāo)準(zhǔn)，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?xì)浠衔铮ㄆ渲兄饕荂2～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(biāo)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(diǎn)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(diǎn)的不同，將廢氣的收集分成三大預(yù)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(fēng)廢氣系統(tǒng)：生產(chǎn)單元內(nèi)的反應(yīng)釜投料口、所有投料點(diǎn)、離心機(jī)房、定點(diǎn)排風(fēng)、真空干燥間等排風(fēng)廢氣通過管路收集，風(fēng)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(jī)物，堿洗塔頂設(shè)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(yīng)釜、高位槽、接收罐、離心機(jī)、真空泵等設(shè)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(jìn)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(yù)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(jìn)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(jī)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(yù)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(dá)標(biāo)排放。

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

3 主要設(shè)備和工藝參數(shù)

項(xiàng)目主要設(shè)備和工藝參數(shù)見表2。系統(tǒng)中所有風(fēng)管、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（FRP）設(shè)備均進(jìn)行防靜電處理。活性炭吸附箱設(shè)置壓差計(jì)，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(yīng)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(jìn)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(diǎn)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(diǎn)。樹脂系統(tǒng)的樹脂通過實(shí)驗(yàn)研究，選用對二氯甲烷吸附能力強(qiáng)的專用樹脂，采用兩個(gè)串聯(lián)吸附、一個(gè)脫附的三罐模式，對二氯甲烷吸附效率高達(dá)98%以上。雖然進(jìn)RTO系統(tǒng)前采取了一系列預(yù)處理措施，在RTO的選型上還是考慮了因含氯廢氣進(jìn)入RTO而腐蝕設(shè)備的情況，采取進(jìn)氣預(yù)熱到露點(diǎn)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(jìn)行玻璃鱗片防腐等措施，使得RTO自2018年一直穩(wěn)定運(yùn)行至今。

表2 主要設(shè)備參數(shù)

4 工程運(yùn)行分析

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

表3 監(jiān)測點(diǎn)非甲烷總烴濃度

由 GB 37823—2019表2可知，除了 1#～6#車間排風(fēng)廢氣進(jìn)口質(zhì)量濃度輕微超標(biāo)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(yán)重超標(biāo)，不符合排放標(biāo)準(zhǔn)。各車間廢氣經(jīng)預(yù)處理及匯總后進(jìn)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(shè)備進(jìn)、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(fù)雜的醫(yī)藥廢氣有顯著的處理效果。該工藝達(dá)到了預(yù)期的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)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(jìn)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(jìn)行凈化處理。非甲烷總烴排放質(zhì)量濃度僅為23.1 mg/m3，達(dá)到了GB 37823—2019非甲烷總烴表2排放要求。工程實(shí)例表明，這種全系統(tǒng)綜合考慮的廢氣處理方式，技術(shù)上安全可行，運(yùn)行上穩(wěn)定可靠。