蓄熱式熱氧化爐處理醫藥廢氣探索及應用

佟 飛

（柘科（中國）工程設備有限公司，上海 201109）

近年來，中國醫藥化工行業廢氣治理遇到了很大的困難。主要體現在：第一，中國政府對醫化行業廢氣排放制定了嚴格的標準，整頓了許多不合格的醫化企業。然而，大部分企業仍達不到標準要求，且政府對這些企業的監管缺失，也導致其廢氣治理效果不明顯；第二，醫化行業的廢氣，由于技術限制等原因，治理難度大。另外，許多企業受資金限制，無法引進先進治理設備，也使得現有設備不合適或難以滿足排放要求。然而，僅采用落后技術已不可取，例如吸附法，雖然該技術得以廣泛應用，其工藝簡單、能耗低、應用廣，但針對組分復雜、濃度高的廢氣，因吸附率不同而導致效果受限；同時，濃度高意味著更多的吸附劑用量，或較短的吸附周期；另外，鑒于目前總體和單一指標全覆蓋的嚴格監管要求，處理技術必須更要著眼于先進性和高效性。

1 醫化行業有機廢氣排放概況及組成

1.1 廢氣排放概況

目前，醫化行業有機廢氣的排放量不斷增加，其處理難度也在提高。原因有二，第一，所排廢氣多屬間歇反應泄放氣，使得其濃度很高，因此，必須保證所選技術具有很高的去除率。例如，在醫化企業附近，我們時常能聞到異味，這就是廢氣處理不達標在其周邊擴散所造成的；第二，生產原料豐富，如二氯甲烷、二氯乙烷、甲苯、甲醇、乙腈、四氫呋喃、乙醇、MTBE、乙二醇、乙酸乙酯、丙酮等，這就導致廢氣中不僅含有原料成分，還包括反應產物，因此處理也變得愈發困難。

1.2 廢氣組成

在醫化行業生產中，溶劑使用占比很高。就其物性，因升溫降壓易揮發變為氣相，如直排勢必會污染環境。研究證實，二氯甲烷、二氯乙烷、丙酮、四氫呋喃和甲苯等是目前排放最多的組分，但由于間歇生產，導致廢氣排放在時間和濃度上存在波動性。

另外，有些組分異味明顯且嗅域低，如甲苯嗅域低值0.021，而有些組分具有毒性，如二氯甲烷（2A類致癌物），因此如果處理不合格或存在漏點，必然會污染環境，而操作人員的健康也會倍受影響。

2 蓄熱式熱氧化爐處理醫藥廢氣探索

2.1 蓄熱式熱氧化爐(RTO)介紹

縱觀廢氣處理技術，從冷凝、吸附、吸收、膜分離等物理法，到化學氧化、酸堿吸收、生物法、低溫等離子、催化氧化、熱力焚燒、蓄熱式熱氧化等化學生物法（破壞法），種類繁多。如上技術在一些行業（如石化、涂裝等）得到了較好的應用，但如果直接移植到別的行業，勢必存在其適用性和局限性。如催化氧化技術，其催化劑的選擇性和耐毒性易受物料限制；而低溫等離子技術則無法處理高分子和高濃度污染物等。

縱觀以上并結合醫化行業廢氣特點，蓄熱式熱氧化（RTO）因其對成分選擇性不高，高溫氧化效率高，能耗低等特點，其技術優勢顯著。但RTO在國外發展史僅40多年，國內僅十幾年，技術成熟度尚有欠缺。因此選用RTO技術時，仍需考量廢氣特點、處理效果、安全風險等因素，并結合其他技術，選擇最佳工藝流程，徹底處理醫化廢氣。

通常，RTO蓄熱床層為2床式、3床式、5床式及以上，目前2床式使用范圍窄，5床式及以上則用于大氣量應用，而醫化廢氣適用3床式。蓄熱體為多孔蓄熱陶瓷，常溫廢氣從床層底部進入，經預熱升溫，進入燃燒室氧化分解并放出熱量。而高溫煙氣再由燃燒室進入另一床層頂部，高溫煙氣通過床層熱量被截留下來，最后，降溫后的煙氣從底部排出。

2.2 項目概況

在醫化生產中，其反應釜、真空泵、干燥機及儲罐等都會產生廢氣，含有二氯甲烷、甲醇、乙醇、乙酸乙酯、甲苯、乙酸丁酯、乙腈、丙酮、DMF及酸性組分。通過收集匯總，總風量20 000 Nm3/h。由于生產的間歇性以及收集點的分散性，廢氣流量及濃度經常波動，經測定總VOCs濃度均高于1 500 mg/Nm3，常高于2 000 mg/Nm3，極端達到4 000 mg/Nm3的濃度峰值。工藝流程見圖1。

圖1 廢氣處理工藝流程框圖

廢氣經收集送至引風機，經預堿洗塔除去大部分氯化氫，再經阻火器后進入FRP緩沖罐，后廢氣經風機送入RTO爐處理，經焚燒后的凈化煙氣通過急冷塔、后堿洗塔急冷降溫并除去酸性氣體后，經排煙風機送入煙囪。在引風機前總管上安裝兩套VOCs在線檢測儀，當1#檢測儀檢測到濃度過高（超過2 000 mg/Nm3）時，打開旁路風閥引入空氣稀釋；當2#檢測儀檢測到濃度過高（超過3 000 mg/Nm3）時，關閉進氣閥、并打開應急排放閥，使廢氣送活性炭吸附塔應急處理后，經煙囪排放。RTO單元流程圖見圖2。

圖2 RTO單元廢氣處理工藝流程圖

廢氣先進入蓄熱室A的床層，陶瓷放熱溫度降低，而廢氣吸熱溫度升高到760～850 ℃進入燃燒室；在燃燒室中，由BMS自控燃燒器使操作溫度恒定于880～920 ℃；同時，燃燒室設計考慮足夠的停留時間（1.2～2 s），將廢氣中的VOCs充分氧化分解；高溫煙氣離開燃燒室進入蓄熱室B，放熱降溫后離開RTO，而蓄熱室B則吸熱升溫；凈化后的煙氣離開蓄熱室B時，一部分循環至蓄熱室C吹掃，使其上附著的污染物脫附后重新處理，經此步驟，VOCs去除率可達99%以上。一般RTO出口溫度高于入口溫度約30～100 ℃，蓄熱體熱回收率達95%以上。

3 應用實例分析

3.1 技術層面分析

RTO燃燒室一般操作在800 ℃以上，同時爐膛設計足夠的停留時間，并設置一定的擾流措施以滿足3T原則。相比于RCO（蓄熱式催化氧化），催化反應溫度低（300～400 ℃）是其優勢，節能明顯，但催化劑易中毒且難實現長周期運行。比如，RCO要求PM濃度低于5 mg/Nm3，而RTO允許的PM濃度可提高到10 mg/Nm3，因此對過濾設備的要求適當降低。綜合對比，RTO系統的工藝設備配置合理，可操作性強，可靠性高。

3.2 成本層面分析

如風量20 000 Nm3/h，濃度1 500 mg/Nm3，通常RCO和TO的投資費用相對較高（RCO/RTO=1.3，TO/RTO=1.2）。RCO的優勢在于反應溫度低、燃料消耗少；而不管是采用RTO還是TO，因其操作溫度高（≥800℃），燃料消耗很高，但由于RTO能回收熱量，因此，較TO消耗低。因此，綜合考慮投資和運行成本，RCO及TO在運行及維護上綜合消耗高于RTO，三者技術經濟比較見表1。

表1 經濟技術比較

3.3 結果分析

結合前述，蓄熱氧化法具有安全、操作便捷、成本低、可靠性強、適用廣等特點，尤其針對醫化廢氣，可實現高效處理。因此，其可作為該行業的主工藝并結合其他技術有針對性地、一廠一案地進行推廣，將其作為廢氣處理核心技術。

以上述20 000 Nm3/h廢氣為例，需配備三臺風機（引風機、鼓風機、吹掃風機）、兩臺堿洗塔（預堿洗塔、后堿洗塔帶急冷），一臺RTO設備，處理能力為23 000 Nm3/h，采用3塔結構，包含蓄熱室、燃燒室、提升閥、燃燒器系統、蓄熱陶瓷等部件。

通常RTO系統啟動后，后續實際運行可隨時優化運行參數。如提升閥切換時間可在60～120 s范圍內做針對性優化，以找到最合理的切換時間；對于爐膛操作溫度來說，在運行一段時間后，可適當調整并結合排放指標反饋來尋找最佳溫度，以實現低消耗，降低運行費用。

4 結束語

綜上，醫化行業廢氣組分繁多、具有毒性、危害性大，治理難，筆者雖針對廢氣排放提出了一些看法，做了一些分析，但在落實方面仍需企業、政府及社會各界配合和推動。綠水青山就是金山銀山。因此，只有解決廢氣治理問題，才能更好地推動我國醫化行業的蓬勃發展，真正做到金山銀山、綠水青山。