原料藥生產(chǎn)廢氣排放達(dá)標(biāo)的工藝設(shè)計(jì)探討

王帥兵

上海碳索能源服務(wù)股份有限公司

0 前言

在原料藥生產(chǎn)工序中，存在大量的酸堿、有機(jī)及惡臭氣體排放源。廢氣組分復(fù)雜、負(fù)荷變化大，單一的治理工藝無(wú)法滿(mǎn)足日趨嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。依據(jù)廢氣特性，參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，選擇合理的組合治理工藝，探討原料藥廢氣治理工藝設(shè)計(jì)要點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。

1 源頭分析

本文根據(jù)生產(chǎn)線(xiàn)流程，對(duì)過(guò)程中的產(chǎn)污環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，核查、統(tǒng)計(jì)排放源，厘清廢氣組分、性質(zhì)、排氣特征等因，進(jìn)行廢氣采樣、檢測(cè)，得出具體數(shù)據(jù)。

根據(jù)排放特性，可以分有組織和無(wú)組織排放兩類(lèi)，以某原料藥廠為例，具體分析如表1所示。

2 收集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 分類(lèi)收集原則

1）根據(jù)廢氣物性，酸堿、有機(jī)廢氣、有劇毒廢氣分開(kāi)收集[1]。

2）根據(jù)排氣特性，同一產(chǎn)線(xiàn)有組織排氣和無(wú)組織排氣分類(lèi)收集、分類(lèi)預(yù)處理。

3）根據(jù)點(diǎn)源位置，不同產(chǎn)線(xiàn)或樓棟的廢氣宜分開(kāi)收集。

表1 排氣特性分析

2.2 收集方式

根據(jù)排放源類(lèi)別和排氣特征，采取相對(duì)應(yīng)的收集措施。排空口或呼吸口處，由于在貯存和進(jìn)出料時(shí)，廢氣的風(fēng)量、濃度和壓力變化較大，其收集方式采用“大管套小管”和高負(fù)壓抽吸措施，在每個(gè)支管安裝微壓?jiǎn)蜗蜷y，防止廢氣倒灌。投料口處，為了避免影響人員操作和廢氣經(jīng)過(guò)呼吸帶，安裝外部集氣罩，具體型式采用頂吸或側(cè)吸，也可配合車(chē)間內(nèi)的獨(dú)立風(fēng)扇，設(shè)計(jì)吹吸式收集罩，在罩口接管處設(shè)置手動(dòng)或電動(dòng)閥，投料前打開(kāi)，投料后及時(shí)關(guān)閉。過(guò)濾或活性炭沖洗區(qū)域，可單獨(dú)設(shè)計(jì)一個(gè)帶操作門(mén)或軟簾的密閉空間，將收集管安裝在頂部或側(cè)邊。不易設(shè)置收集罩的排放源，采用“支管+百葉”的收集方式進(jìn)行整體換風(fēng)。污水池廢氣采用玻璃鋼或反吊膜的加蓋方式進(jìn)行密封，將收集支管接入預(yù)留口位置。原有排風(fēng)系統(tǒng)，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行拆除或再利用，排風(fēng)支管斜接入總管中。

2.3 管道設(shè)計(jì)

根據(jù)輸送介質(zhì)的溫度和性質(zhì)，選擇管道材質(zhì)類(lèi)型[2]。

管道沿一定坡度進(jìn)行布設(shè)，沿固定間距安裝排液管，排液管集中引入污水池[3]。

收集管道進(jìn)行阻力計(jì)算，支管以適宜角度接入總管，同時(shí)保障并聯(lián)支管壓力損失差額低于15%[2]，每只支管設(shè)置檢測(cè)口和風(fēng)閥。

風(fēng)管進(jìn)行靜電接地，防靜電措施符合相關(guān)規(guī)范要求[4-5]。

在墻體或樓板設(shè)置防護(hù)套管，風(fēng)管從套管中穿出，并使用不燃柔性材料進(jìn)行封堵[4]。

2.4 系統(tǒng)風(fēng)量計(jì)算

系統(tǒng)的風(fēng)量影響到廢氣設(shè)備處理負(fù)荷和收集效率。

排氣中的排空口或呼吸口，依靠手持式檢測(cè)儀器進(jìn)行周期性的風(fēng)速檢測(cè)，核算各階段下的排風(fēng)量，然后核算單位時(shí)間內(nèi)的排氣量[6]。

收集罩的風(fēng)量依據(jù)罩口面積與平均風(fēng)速進(jìn)行計(jì)算，由于投料操作時(shí)間較短，一般是根據(jù)生產(chǎn)工藝流程進(jìn)行依次投加固體粉料，因此投料口排風(fēng)可適當(dāng)選取風(fēng)量，避免簡(jiǎn)單的風(fēng)量疊加造成處理能力的浪費(fèi)。

對(duì)于真空泵、實(shí)驗(yàn)室排風(fēng)機(jī)、烘干機(jī)、排風(fēng)機(jī)的排風(fēng)量，可根據(jù)設(shè)備銘牌進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

整體換風(fēng)可根據(jù)換氣次數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

2.5 系統(tǒng)的阻力計(jì)算

根據(jù)管道布置圖和各點(diǎn)源排風(fēng)量，進(jìn)行沿程阻力計(jì)算[7]：

根據(jù)前端管口負(fù)壓設(shè)計(jì)值、設(shè)備壓降，并考慮一定余量，即可匯總得出系統(tǒng)負(fù)壓。在廢氣收集管道最遠(yuǎn)端和設(shè)備入口處均安裝差壓變送器，進(jìn)行負(fù)壓調(diào)節(jié)與監(jiān)控。

3 工藝設(shè)計(jì)

3.1 工藝流程分析

分析組分物性特征，根據(jù)其物性及廢氣治理技術(shù)的工藝原理，選擇合適的治理技術(shù)。本項(xiàng)目廢氣組分的物料性質(zhì)如表2所示。

本案例中含氨廢氣進(jìn)行2 級(jí)酸溶液吸收預(yù)處理，含氯化氫廢氣進(jìn)行2 級(jí)堿溶液吸收預(yù)處理，處理后再匯入廢氣治理系統(tǒng)中，進(jìn)行后續(xù)治理設(shè)備，后續(xù)采用“1 級(jí)堿吸收+UV 光催化+2 級(jí)堿吸收+除霧+活性炭吸附+蒸汽脫附冷凝”治理工藝（見(jiàn)圖1）。

噴淋吸收塔是廢氣預(yù)處理常用的手段，可有效去除酸、堿、顆粒物及親水性物質(zhì)，塔頂除霧器進(jìn)行氣液分離，去除廢氣中的微小液滴。廢氣經(jīng)過(guò)UV光催化設(shè)備的催化劑微孔表面，在紫外光的作用下，分子鏈發(fā)生斷裂，在羥基自由基、臭氧、催化劑的進(jìn)一步作用下，發(fā)生催化氧化反應(yīng)，生成CO2、水、小分子有機(jī)物、未反應(yīng)有機(jī)物。廢氣再次進(jìn)入吸收塔，在藥劑的中和、氧化作用下，進(jìn)一步去除小分子和未反應(yīng)有機(jī)物，最后廢氣進(jìn)入一吸一脫的活性炭吸附裝置，廢氣組分吸附在活性炭的微孔表面，達(dá)標(biāo)廢氣在風(fēng)機(jī)的牽引下從排氣筒高空達(dá)標(biāo)排放。活性炭吸附飽和后，切換至脫附模式，利用高溫蒸汽進(jìn)行脫附，脫附后的氣體進(jìn)入冷凝器，冷凝后的液體進(jìn)入分液槽進(jìn)行分離。

3.2 系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)

在噴淋吸收塔設(shè)計(jì)時(shí)，選取合理的空塔氣速、停留時(shí)間、填料類(lèi)型及厚度、噴淋液循環(huán)量[5]。

UV 光催化的紫外燈管波長(zhǎng)分為185 nm 和254 nm，配備不同型號(hào)燈管，利用185 nm波長(zhǎng)產(chǎn)生的臭氧參與催化氧化反應(yīng)，同時(shí)避免過(guò)剩的臭氧造成二次污染。燈管間距宜低于10 cm，燈管模塊與光觸媒相間安裝。

在活性炭箱設(shè)計(jì)時(shí)，選取合理的氣速、動(dòng)態(tài)吸附量、炭層裝填量及厚度[8]。

脫附時(shí)間可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值進(jìn)行選取，也可以根據(jù)炭層溫度和脫附濃度監(jiān)測(cè)進(jìn)行調(diào)節(jié)、控制。脫附階段完成后需及時(shí)進(jìn)行炭層干燥，可以利用蒸汽與新鮮空氣進(jìn)行氣氣換熱，控制好干燥溫度和風(fēng)量進(jìn)行炭層干燥。

為了達(dá)到系統(tǒng)一用一備輪轉(zhuǎn)控制措施，必須保證吸附時(shí)間≥脫附+干燥+冷卻時(shí)間。

4 安全控制要點(diǎn)

1）為了保障系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，綜合考慮工藝控制點(diǎn)，采取嚴(yán)格監(jiān)控炭箱壓力與炭層溫度、選取帶位置反饋的電動(dòng)或氣動(dòng)閥門(mén)、設(shè)置爆破片或安全閥等措施。

2）利用減壓閥對(duì)蒸汽進(jìn)行調(diào)壓，防止蒸汽壓力超過(guò)炭箱設(shè)計(jì)壓力。

3）收集管道定距離進(jìn)行靜電接地，防止電位差產(chǎn)生靜電。

4）風(fēng)機(jī)、電機(jī)和置于現(xiàn)場(chǎng)的電氣儀表等不低于現(xiàn)場(chǎng)防爆等級(jí)[7]。

5）炭箱做好保溫措施，外表面溫度低于60 ℃[9]。

6）治理設(shè)備具備短路保護(hù)和接地保護(hù)，接地電阻小于4 Ω。

表2 物料性質(zhì)

圖1 系統(tǒng)工藝流程圖

7）安裝區(qū)域設(shè)置消防設(shè)施。

8）排氣筒安裝避雷裝置。

9）在廢氣設(shè)備入口端設(shè)計(jì)阻火器，防止回火或爆炸。

10）為了防止廢氣或廢液在局部集聚造成潛在危害，可設(shè)計(jì)壓縮空氣進(jìn)行定期吹掃。

11）閥門(mén)密封性良好，漏風(fēng)率小于1%。

5 排放數(shù)據(jù)分析

依據(jù)第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)的檢測(cè)報(bào)告，可以計(jì)算出氯化氫、甲苯、非甲烷總烴的去除效率分別為33.77%、90.7%、90.0%，廢氣排放濃度符合制藥工業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)限值[10]。

表2 廢氣檢測(cè)結(jié)果

6 結(jié)語(yǔ)

在進(jìn)行廢氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先需排查、統(tǒng)計(jì)排放源的廢氣性質(zhì)及特征，對(duì)收集系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，依據(jù)廢氣治理工藝原理，合理地選取組合工藝。以本項(xiàng)目為例，廢氣治理系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，能夠?qū)U氣中的多種組分有較高的處理效果，保障廢氣的達(dá)標(biāo)排放。在設(shè)計(jì)好末端治理工藝的同時(shí)，我們也需要從源頭治理的方向去考慮，例如反應(yīng)釜放空管增設(shè)冷凝器或降低原有冷凝器循環(huán)水的溫度，讓更多的溶劑能夠在源頭就回收利用，降低后續(xù)廢氣治理設(shè)備的負(fù)荷。