原料藥生產廢氣排放達標的工藝設計探討

王帥兵

上海碳索能源服務股份有限公司

0 前言

在原料藥生產工序中，存在大量的酸堿、有機及惡臭氣體排放源。廢氣組分復雜、負荷變化大，單一的治理工藝無法滿足日趨嚴格的排放標準。依據廢氣特性，參考相關標準和規范，選擇合理的組合治理工藝，探討原料藥廢氣治理工藝設計要點，實現達標排放。

1 源頭分析

本文根據生產線流程，對過程中的產污環節進行分析，核查、統計排放源，厘清廢氣組分、性質、排氣特征等因，進行廢氣采樣、檢測，得出具體數據。

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

2 收集系統設計

2.1 分類收集原則

1）根據廢氣物性，酸堿、有機廢氣、有劇毒廢氣分開收集[1]。

2）根據排氣特性，同一產線有組織排氣和無組織排氣分類收集、分類預處理。

3）根據點源位置，不同產線或樓棟的廢氣宜分開收集。

表1 排氣特性分析

2.2 收集方式

根據排放源類別和排氣特征，采取相對應的收集措施。排空口或呼吸口處，由于在貯存和進出料時，廢氣的風量、濃度和壓力變化較大，其收集方式采用“大管套小管”和高負壓抽吸措施，在每個支管安裝微壓單向閥，防止廢氣倒灌。投料口處，為了避免影響人員操作和廢氣經過呼吸帶，安裝外部集氣罩，具體型式采用頂吸或側吸，也可配合車間內的獨立風扇，設計吹吸式收集罩，在罩口接管處設置手動或電動閥，投料前打開，投料后及時關閉。過濾或活性炭沖洗區域，可單獨設計一個帶操作門或軟簾的密閉空間，將收集管安裝在頂部或側邊。不易設置收集罩的排放源，采用“支管+百葉”的收集方式進行整體換風。污水池廢氣采用玻璃鋼或反吊膜的加蓋方式進行密封，將收集支管接入預留口位置。原有排風系統，根據實際情況進行拆除或再利用，排風支管斜接入總管中。

2.3 管道設計

根據輸送介質的溫度和性質，選擇管道材質類型[2]。

管道沿一定坡度進行布設，沿固定間距安裝排液管，排液管集中引入污水池[3]。

收集管道進行阻力計算，支管以適宜角度接入總管，同時保障并聯支管壓力損失差額低于15%[2]，每只支管設置檢測口和風閥。

風管進行靜電接地，防靜電措施符合相關規范要求[4-5]。

在墻體或樓板設置防護套管，風管從套管中穿出，并使用不燃柔性材料進行封堵[4]。

2.4 系統風量計算

系統的風量影響到廢氣設備處理負荷和收集效率。

排氣中的排空口或呼吸口，依靠手持式檢測儀器進行周期性的風速檢測，核算各階段下的排風量，然后核算單位時間內的排氣量[6]。

收集罩的風量依據罩口面積與平均風速進行計算，由于投料操作時間較短，一般是根據生產工藝流程進行依次投加固體粉料，因此投料口排風可適當選取風量，避免簡單的風量疊加造成處理能力的浪費。

對于真空泵、實驗室排風機、烘干機、排風機的排風量，可根據設備銘牌進行統計。

整體換風可根據換氣次數進行計算。

2.5 系統的阻力計算

根據管道布置圖和各點源排風量，進行沿程阻力計算[7]：

根據前端管口負壓設計值、設備壓降，并考慮一定余量，即可匯總得出系統負壓。在廢氣收集管道最遠端和設備入口處均安裝差壓變送器，進行負壓調節與監控。

3 工藝設計

3.1 工藝流程分析

分析組分物性特征，根據其物性及廢氣治理技術的工藝原理，選擇合適的治理技術。本項目廢氣組分的物料性質如表2所示。

本案例中含氨廢氣進行2 級酸溶液吸收預處理，含氯化氫廢氣進行2 級堿溶液吸收預處理，處理后再匯入廢氣治理系統中，進行后續治理設備，后續采用“1 級堿吸收+UV 光催化+2 級堿吸收+除霧+活性炭吸附+蒸汽脫附冷凝”治理工藝（見圖1）。

噴淋吸收塔是廢氣預處理常用的手段，可有效去除酸、堿、顆粒物及親水性物質，塔頂除霧器進行氣液分離，去除廢氣中的微小液滴。廢氣經過UV光催化設備的催化劑微孔表面，在紫外光的作用下，分子鏈發生斷裂，在羥基自由基、臭氧、催化劑的進一步作用下，發生催化氧化反應，生成CO2、水、小分子有機物、未反應有機物。廢氣再次進入吸收塔，在藥劑的中和、氧化作用下，進一步去除小分子和未反應有機物，最后廢氣進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，達標廢氣在風機的牽引下從排氣筒高空達標排放。活性炭吸附飽和后，切換至脫附模式，利用高溫蒸汽進行脫附，脫附后的氣體進入冷凝器，冷凝后的液體進入分液槽進行分離。

3.2 系統技術參數

在噴淋吸收塔設計時，選取合理的空塔氣速、停留時間、填料類型及厚度、噴淋液循環量[5]。

UV 光催化的紫外燈管波長分為185 nm 和254 nm，配備不同型號燈管，利用185 nm波長產生的臭氧參與催化氧化反應，同時避免過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。

在活性炭箱設計時，選取合理的氣速、動態吸附量、炭層裝填量及厚度[8]。

脫附時間可以根據經驗值進行選取，也可以根據炭層溫度和脫附濃度監測進行調節、控制。脫附階段完成后需及時進行炭層干燥，可以利用蒸汽與新鮮空氣進行氣氣換熱，控制好干燥溫度和風量進行炭層干燥。

為了達到系統一用一備輪轉控制措施，必須保證吸附時間≥脫附+干燥+冷卻時間。

4 安全控制要點

1）為了保障系統的安全穩定運行，綜合考慮工藝控制點，采取嚴格監控炭箱壓力與炭層溫度、選取帶位置反饋的電動或氣動閥門、設置爆破片或安全閥等措施。

2）利用減壓閥對蒸汽進行調壓，防止蒸汽壓力超過炭箱設計壓力。

3）收集管道定距離進行靜電接地，防止電位差產生靜電。

4）風機、電機和置于現場的電氣儀表等不低于現場防爆等級[7]。

5）炭箱做好保溫措施，外表面溫度低于60 ℃[9]。

6）治理設備具備短路保護和接地保護，接地電阻小于4 Ω。

表2 物料性質

圖1 系統工藝流程圖

7）安裝區域設置消防設施。

8）排氣筒安裝避雷裝置。

9）在廢氣設備入口端設計阻火器，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，可設計壓縮空氣進行定期吹掃。

11）閥門密封性良好，漏風率小于1%。

5 排放數據分析

依據第三方檢測機構的檢測報告，可以計算出氯化氫、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排放標準限值[10]。

表2 廢氣檢測結果

6 結語

在進行廢氣系統設計時，首先需排查、統計排放源的廢氣性質及特征，對收集系統進行科學設計，依據廢氣治理工藝原理，合理地選取組合工藝。以本項目為例，廢氣治理系統運行穩定，能夠對廢氣中的多種組分有較高的處理效果，保障廢氣的達標排放。在設計好末端治理工藝的同時，我們也需要從源頭治理的方向去考慮，例如反應釜放空管增設冷凝器或降低原有冷凝器循環水的溫度，讓更多的溶劑能夠在源頭就回收利用，降低后續廢氣治理設備的負荷。