醫藥行業廢氣處理工程案例

商永圭

上海泓濟環保科技股份有限公司 （上海 200433）

改革開放以來，我國經濟發展迅速，人們對健康的關注日益增強。我國的醫藥化工行業增長迅猛，目前我國已經是全球最大的原料藥和醫藥中間體生產國。鑒于全球新冠肺炎的影響，我國醫藥化工企業的數量必將會進一步增長。然而作為醫藥化工中的重要組成部分，醫藥研發企業在研發和生產中產生大量有毒有害的揮發性有機化合物（VOCs），主要包括苯類、酮類、醚類、鹵代烴類等[1-3]。這些污染物會嚴重危害人體健康、破壞生態環境，因此醫化行業的廢氣處理一直是政府和社會關注的熱點，也是環保領域需要解決的難題[4]。

醫藥行業廢氣常規處理技術有冷凝法、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廢氣蒸汽進行處理。冷凝法工藝要求廢氣中有機物濃度高，其優點是可有效回收溶劑，缺點是處理效率很低，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?？紤]到吸收液飽和后經解析或精餾后重新使用，吸收劑必須具有低揮發性。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重[8]。燃燒法是在高溫下使有機廢氣與氧發生劇烈的化學反應生成無毒無害的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，能耗大且運行技術要求高，難以控制和掌握；催化燃燒起燃溫度低、能耗小，但設備投資大、運行成本較高[9]。臭氧氧化法利用臭氧的強氧化能力將有機物分解為低毒或者無毒小分子物質，工藝設備簡單，但氧化反應具有選擇性，處理化學結構十分穩定的有機污染物時效果不理想[10]。吸附法的優點是能耗低、污染物去除率高、工藝成熟，因此易于推廣；缺點是設備龐大、流程復雜而且吸附劑容易中毒[11]。

與其他行業相比，醫藥研發企業產生的廢氣成分更復雜且污染物濃度具有波動性，因此處理過程更復雜。某醫藥研發企業是一家全球知名醫藥研發生產平臺，醫藥廢氣非常典型，囊括了醫藥行業高難度處理的各類廢氣和各種工況。其廢氣產生的來源主要包括研發生產車間、溶劑回收車間、研發樓、罐區和污水站，產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。對不同氣體進行合理分類收集并采用組合工藝進行處理，是有效凈化廢氣的關鍵。

1 項目背景

1.1 廢氣來源及廢氣分類

該醫藥企業廢氣產生的來源主要包括研發生產車間、溶劑回收車間、研發樓、罐區和污水站。各車間廢氣排放質量濃度［以非甲烷總烴（NMHC）計）］見表1。

表1 各監測點非甲烷總烴質量濃度

1.2 廢氣排放要求

非甲烷總烴排放執行GB 37823—2019《制藥工業大氣污染物排放標準》表2排放標準，排放質量濃度不高于60 mg/m3。非甲烷總烴指除甲烷以外的碳氫化合物（其中主要是C2～C8），主要包括烷烴、烯烴、芳香烴和含氧烴等組分，在線監測指標包含非甲烷總烴和其他特征因子，數據上傳到環保局，非甲烷總烴質量濃度被作為廢氣排放點限值、廠界無組織排放限值和廢氣處理效率的評判依據。

2 處理工藝

依據廢氣組分和污染源產生點的不同，將廢氣的收集分成三大預處理系統和兩大終端處理系統，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）排風廢氣系統：生產單元內的反應釜投料口、所有投料點、離心機房、定點排風、真空干燥間等排風廢氣通過管路收集，風量較大，污染物濃度較低，包含1#～6#生產研發車間。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，再經過活性炭吸附難溶于水的低濃度有機物，堿洗塔頂設高效除霧器，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：生產單元內的反應釜、高位槽、接收罐、離心機、真空泵等設備排出的工藝廢氣VOCs污染物濃度較高，還含一定濃度酸性物質（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中產生，根據含氯基（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行分類收集，來源包含1#～6#生產研發車間、溶劑回收車間、研發樓、罐區、污水站。采用“冷凝+堿洗”的預處理方式，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：對于進入RTO焚燒可能產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#生產研發車間、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物，保證廢氣收集總管濃度低于爆炸下限，再經過酸洗、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：經過預處理的廢氣，再經過RTO在800～870℃下焚燒生成CO2和H2O，潔凈氣體經煙囪達標排放。

（5）終端吸附系統：含氯工藝廢氣經過預處理，再經樹脂吸附后，潔凈氣體達標排放。樹脂系統為由專用高效吸附樹脂組成的兩個串聯、一個脫附的三罐樹脂系統，其對含氯廢氣的吸收效率可達到98%以上。

3 主要設備和工藝參數

項目主要設備和工藝參數見表2。系統中所有風管、纖維增強復合材料（FRP）設備均進行防靜電處理?；钚蕴课较湓O置壓差計，根據壓差定期更換活性炭。廢氣先經過冷凝，除掉高濃物質，除了車間反應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，壓降和傳質單元高度低、泛點高，汽液接觸充分，傳質效率高；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。樹脂系統的樹脂通過實驗研究，選用對二氯甲烷吸附能力強的專用樹脂，采用兩個串聯吸附、一個脫附的三罐模式，對二氯甲烷吸附效率高達98%以上。雖然進RTO系統前采取了一系列預處理措施，在RTO的選型上還是考慮了因含氯廢氣進入RTO而腐蝕設備的情況，采取進氣預熱到露點溫度以上、上室體碳鋼內襯耐火陶瓷纖維絕熱層、下室體用2205材質并且部分區域進行玻璃鱗片防腐等措施，使得RTO自2018年一直穩定運行至今。

表2 主要設備參數

4 工程運行分析

各系統自穩定運行至今，各排氣筒均設置在線VOCs監測儀，檢測結果上傳至當地環保局系統。監測結果見表3。

表3 監測點非甲烷總烴濃度

由 GB 37823—2019表2可知，除了 1#～6#車間排風廢氣進口質量濃度輕微超標外（125 mg/m3），溶劑回收車間、研發樓、罐區、污水站工藝廢氣質量濃度（≥3000 mg/m3）均嚴重超標，不符合排放標準。各車間廢氣經預處理及匯總后進行末端處理，測得排氣筒非甲烷總烴排放質量濃度僅為23.1 mg/m3。對比廢氣處理設備進、出口非甲烷總烴質量濃度，可知該廢氣處理系統對非甲烷總烴處理效果非常顯著。本案例表明：根據廢氣來源和類別，采取“冷凝+吸收+吸附+焚燒”工藝為主體的處理系統，對成分復雜的醫藥廢氣有顯著的處理效果。該工藝達到了預期的環境和經濟效益。

5 結論

本案例針對醫藥研發企業的廢氣凈化處理，根據廢氣產生的來源和分類，進行分類收集和分類處理，采用“冷凝+吸收+吸附+焚燒”的組合工藝進行凈化處理。非甲烷總烴排放質量濃度僅為23.1 mg/m3，達到了GB 37823—2019非甲烷總烴表2排放要求。工程實例表明，這種全系統綜合考慮的廢氣處理方式，技術上安全可行，運行上穩定可靠。