蓄熱式熱力氧化技術在某藥企廢氣治理中的應用研究

錢程

（上海安居樂環?？萍脊煞萦邢薰?，上海 201206）

1 產污分析及排放特點

中國醫藥化工行業發展迅速，由此產生的廢氣問題一直是社會各界關注的重點，由于溶劑廢氣排放量大，且多為有毒有害且具惡臭性質的氣體，進入自然環境后對人體健康和生態環境危害較大[1-2]。

同時醫藥化工行業廢氣具有如下特點：①排放點多，排放量大，無組織排放嚴重。醫藥化工產品產率低，溶劑消耗大，同一套裝置在不同時期可能會排放不同性質的污染物。②間歇性排放多，反應過程基本上為間歇反應，廢氣也呈間歇性排放。③排放不穩定，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，生產過程中易燃、易爆物質多，反應過程激烈，生產事故風險大[3]。

2 廢氣處理工藝確定

2.1 現場工況及排放要求

根據企業提供的資料及溶劑使用情況，廢氣主要來自車間反應釜、離心、干燥、合成車間主反應風量中有機混合廢氣、污水廠廢氣中甲烷/硫化氫等。主要為氯化氫、氨、丙酮、四氫呋喃、乙酸乙酯、二氯甲烷、正己烷、環己烷、乙腈、甲苯、二甲苯、甲醇、乙醇、異丙醇、甲基叔丁基醚、硫化氫、溴化氫、冰乙酸、DMF、三乙胺等，廢氣風量為30 000 Nm3/h，廢氣中VOCs濃度為11 942 mg/Nm3。

根據國家和地方的環境保護法規，經處理的廢氣要符合國家及地方相關排放標準，本項目VOCs、二噁英排放濃度滿足DB 33/2015—2016《化學合成類制藥工業大氣污染物排放標準》。

2.2 氣源特征分析及應對措施

針對改企業廢氣排放特點，采取不同的應對方式，以保證每個設備都符合其對應的現場工況。

腐蝕性氣體：對含有HCL、乙酸等含腐蝕性或遇水后產生氫離子的氣體，腐蝕性氣體會對設備及管道進行腐蝕，影響整個系統強度和閥門等部件的精度，甚至出現安全隱患。因此，在廢氣進入RTO系統前端設置一級堿洗塔，中和廢氣中的酸性物質，同時在材質選型上與廢氣直接接觸的部位采用抗腐蝕、點蝕能力極強的鋼材，從而延長設備的使用壽命。

臭味氣體：由于生產車間排放的廢氣氣味較大，因此整個系統采用密閉結構，管道連接方式改用PTFE進行密封，風機也采用密封性能良好的風機來保證臭味氣體不會進行逸散，系統平推閥門也是用氣密封對閥軸進行密封保證對外的零泄漏。

高濕度氣體：系統前端設有洗滌塔對廢氣進行洗滌，去除無機鹽的同時也增加了廢氣的濕度，高濕度氣體會導致在氣體流動過程中在管道、設備中結露，而且廢氣中同時兼有無機的腐蝕性氣體，增加了整個系統腐蝕的風險。因此采用升溫降低相對濕度的方式，避免氣體在流動過程中因溫度降低結露而造成設備的腐蝕。

高波動性廢氣：由于廢氣通常為多個生產車間排放匯總后的廢氣，廢氣濃度波動較大，廢氣濃度高時會導致系統無需燃燒器提供熱量而自行升溫，使爐溫持續升高。長時間的超溫泄放會造成保溫能力的降低、排口溫度升高，針對于這一工況特征，設計一個可進行大風量稀釋的稀釋閥門，保證任何工況下氣體濃度不會超高導致系統運行不良甚至造成停機狀況。

2.3 設計結果

根據現場的調研和與客戶的溝通交流，工藝設計輸出如下。

裝置名稱：堿洗塔+洗滌塔+RTO+急冷塔+堿洗塔。

RTO型號：RTO-3030。

RTO設計處理風量：30 000 Nm3/h。

RTO凈化效率：大于99%（0.1%以上）。

蓄熱效率：大于95%。

3 工藝設計說明

3.1 RTO工作原理說明

RTO裝置主要包括3個蓄熱填料床（用于熱交換利用）、燃燒室、燃燒器系統和必要的廢氣流動導向裝置，包括各種閥門和風機。蓄熱調料床中裝有陶瓷填料，并襯有一個絕熱層，用于隔絕反應時產生的高溫。燃燒室位于蓄熱填料床的上方，將蓄熱填料床相互聯通，燃燒室內襯有纖維保溫材料。燃燒器系統帶有單獨的燃燒空氣接頭，設于RTO裝置的一側，操作人員易于接近進行各種必要的操作。

廢氣通過熱回收室（蓄熱槽）進入燃燒氧化爐腔，在這個過程中，高溫蓄熱陶瓷會先預熱入口廢氣，預熱后的廢氣被導入氧化爐腔。當廢氣經過蓄熱槽時，溫度會急劇上升。在燃燒氧化槽中，廢氣經高溫氧化反應后，變為高溫干凈氣體，然后通過并加熱另一側的蓄熱槽。為了保持蓄熱槽的最佳熱回收效率，系統通過PLC控制雙切風門作定期切換。這樣周期性地切換使整個氧化爐體內部的溫度分布更加均勻。

通過RTO主風機抽取下室體內未氧化廢氣回到主風機前，實現對蓄熱室吹掃，排除蓄熱室中殘留的廢氣，避免未經氧化處理的廢氣直接排放，從而保證較高的凈化效率。

這個過程不斷循環往復，每一個蓄熱室都是在輸入廢氣、吹掃、排出凈化氣體的模式間交替轉換，切換時間根據實際情況可以調整。

3.2 工藝流程

有機廢氣經管路收集匯總后，通過中繼風機后進入一級堿洗塔+一級洗滌塔吸除去廢氣中的酸性氣體及部分粉塵，在洗滌塔出口設置LEL儀表進行濃度判斷。稀釋后氣體通過阻火器后，與RTO爐膛熱氣混合升溫，降低相對濕度，保證氣體的干燥性，然后進入RTO，在預熱室內，陶瓷蓄熱體將廢氣預熱至760℃以上，VOCs在氧化室的高溫環境被氧化成二氧化碳和水，氧化過程中釋放熱量，使廢氣溫度進一步升高，大部分經氧化后的高溫氣體經過蓄熱室，將熱量儲存在陶瓷蓄熱體中，以備下一個循環預熱廢氣之用，降溫后的氣體從RTO排出，先進入急冷塔經冷卻降溫，然后再進入堿洗塔，將RTO內反應生成的無機酸與堿液進行中和處理后經煙囪達標排放，處理流程為：車間尾氣→堿洗+水洗→三室RTO→急冷+堿洗→煙囪。

3.3 設計安全說明

考慮到排放點位廢氣的濃度波動，在高濃度廢氣進入RTO之前設置稀釋用調節閥，通過LEL反饋、爐膛溫度、系統壓差和PLC預判四重控制邏輯調節閥門的開度，將高濃度的廢氣在進入系統之前稀釋到6%~8%LEL左右，RTO在實現自燃運行的同時又可避免產生爆炸的危險。除此以外，系統根據LEL數值和爐膛溫度可以自動判斷并修正預熱溫度和閥門時序。

另外應對系統爐膛因為濃度波動導致的超溫，系統除稀釋閥門外，還有超溫泄放系統和RTO新風閥門協助稀釋等安全控制來控制溫度的穩定，并且系統全閥門均設置斷電、斷信號后自動復位的功能和位置檢測功能，如果壓縮空氣為非單獨供應，會配有帶止回閥的儲氣罐保證閥門動力，保證即使業主前端公用動力出現問題或者閥門與系統失聯，系統也會安全離線不產生安全風險。

全系統整套報警邏輯均有互鎖，保證當系統任何一個儀表或者報警失效時，系統會在其他位置檢測到其他報警或異常，以保證系統的安全，并且觸摸屏中，用戶任何操作不會導致系統出現安全隱患，誤操作的最嚴重后果為系統緊急離線停機且廢氣切換到旁通經應急活性炭處理后從煙囪排放，而不會造成安全事故或者設備的嚴重損壞。

3.4 運行能耗說明

有機廢氣風量：30 000 Nm3/h@常溫常壓，年運行時間7 200 h。

年運行電費：165（kW）×0.7（元/kW·h）×7 200（h/年）=831 600（元/年）。

年燃氣費：廢氣濃度較高，可滿足RTO爐運行能耗，因此正常運行中不消耗天然氣（不含啟動費用）。

年壓縮空氣費用：20（m3/h）×0.2（元/m3）×7 200（h/年）=28 800（元/年）。

合計費用：860 400（元/年）。

4 結語

醫藥行業廢氣排放種類復雜，濃度波動較大，需根據具體廢氣排放特征，采取相應的前處理和后處理措施，保證廢氣達標排放；RTO廢氣治理技術應用在醫藥化工行業需充分保證系統安全運行，如雙LEL控制，加裝阻火器、泄爆裝置以及設備故障應急措施等。