医药行业废气处理工程案例

商永圭

上海泓济环保科技股份有限公司 （上海 200433）

改革开放以来，我国经济发展迅速，人们对健康的关注日益增强。我国的医药化工行业增长迅猛，目前我国已经是全球最大的原料药和医药中间体生产国。鉴于全球新冠肺炎的影响，我国医药化工企业的数量必将会进一步增长。然而作为医药化工中的重要组成部分，医药研发企业在研发和生产中产生大量有毒有害的挥发性有机化合物（VOCs），主要包括苯类、酮类、醚类、卤代烃类等[1-3]。这些污染物会严重危害人体健康、破坏生态环境，因此医化行业的废气处理一直是政府和社会关注的热点，也是环保领域需要解决的难题[4]。

医药行业废气常规处理技术有冷凝法、吸收法、燃烧法、臭氧氧化法、吸附法等[5-6]。冷凝法主要利用冷媒对有机废气蒸汽进行处理。冷凝法工艺要求废气中有机物浓度高，其优点是可有效回收溶剂，缺点是处理效率很低，而且对于混合废气的处理效果不好[7]。吸收法要求吸收剂与吸收组分有较高的亲和力。考虑到吸收液饱和后经解析或精馏后重新使用，吸收剂必须具有低挥发性。该法同样不适用于低浓度废气处理，而且造成的二次污染问题比较严重[8]。燃烧法是在高温下使有机废气与氧发生剧烈的化学反应生成无毒无害的CO2和H2O，分为直接燃烧法和催化燃烧法。直接燃烧通常需助燃剂或加热，能耗大且运行技术要求高，难以控制和掌握；催化燃烧起燃温度低、能耗小，但设备投资大、运行成本较高[9]。臭氧氧化法利用臭氧的强氧化能力将有机物分解为低毒或者无毒小分子物质，工艺设备简单，但氧化反应具有选择性，处理化学结构十分稳定的有机污染物时效果不理想[10]。吸附法的优点是能耗低、污染物去除率高、工艺成熟，因此易于推广；缺点是设备庞大、流程复杂而且吸附剂容易中毒[11]。

与其他行业相比，医药研发企业产生的废气成分更复杂且污染物浓度具有波动性，因此处理过程更复杂。某医药研发企业是一家全球知名医药研发生产平台，医药废气非常典型，囊括了医药行业高难度处理的各类废气和各种工况。其废气产生的来源主要包括研发生产车间、溶剂回收车间、研发楼、罐区和污水站，产生的废气主要包括氨气、氯化氢、丙烷、正庚烷、甲醇、乙醇、异丙醇、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、四氢呋喃、乙腈等。对不同气体进行合理分类收集并采用组合工艺进行处理，是有效净化废气的关键。

1 项目背景

1.1 废气来源及废气分类

该医药企业废气产生的来源主要包括研发生产车间、溶剂回收车间、研发楼、罐区和污水站。各车间废气排放质量浓度［以非甲烷总烃（NMHC）计）］见表1。

表1 各监测点非甲烷总烃质量浓度

1.2 废气排放要求

非甲烷总烃排放执行GB 37823—2019《制药工业大气污染物排放标准》表2排放标准，排放质量浓度不高于60 mg/m3。非甲烷总烃指除甲烷以外的碳氢化合物（其中主要是C2～C8），主要包括烷烃、烯烃、芳香烃和含氧烃等组分，在线监测指标包含非甲烷总烃和其他特征因子，数据上传到环保局，非甲烷总烃质量浓度被作为废气排放点限值、厂界无组织排放限值和废气处理效率的评判依据。

2 处理工艺

依据废气组分和污染源产生点的不同，将废气的收集分成三大预处理系统和两大终端处理系统，废气处理工艺流程如图1所示。

图1 废气处理工程流程图

（1）排风废气系统：生产单元内的反应釜投料口、所有投料点、离心机房、定点排风、真空干燥间等排风废气通过管路收集，风量较大，污染物浓度较低，包含1#～6#生产研发车间。采用“碱洗+活性炭吸附”的处理工艺，先处理掉酸性废气和粉尘，再经过活性炭吸附难溶于水的低浓度有机物，碱洗塔顶设高效除雾器，10 μm液滴去除率95%以上，以保证活性炭的吸附效果。

（2）蓄热式氧化炉（RTO）工艺废气处理系统：生产单元内的反应釜、高位槽、接收罐、离心机、真空泵等设备排出的工艺废气VOCs污染物浓度较高，还含一定浓度酸性物质（HCl、NO2等）和碱性污染物（NH3、三乙胺等）。为了防止二噁英和高浓度氮氧化物在RTO中产生，根据含氯基（CH2Cl2）和含氮基（NH3、三乙胺等）的污染物情况，将工艺废气通过管路进行分类收集，来源包含1#～6#生产研发车间、溶剂回收车间、研发楼、罐区、污水站。采用“冷凝+碱洗”的预处理方式，先通过二级冷凝将车间高浓废气冷凝下来，使得废气浓度低于爆炸下限，确保输送的安全性，再经过碱洗去除酸性废气，最后汇总于RTO终端处理装置。

（3）含卤素废气系统：对于进入RTO焚烧可能产生二噁英和高浓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，来源包含1#～6#生产研发车间、溶剂回收车间。采用“冷凝+酸洗+碱洗”工艺，先通过二级冷凝除掉高浓有机物，保证废气收集总管浓度低于爆炸下限，再经过酸洗、碱洗去除酸、碱性废气，最后汇总于终端吸附装置。

（4）RTO终端处理系统：经过预处理的废气，再经过RTO在800～870℃下焚烧生成CO2和H2O，洁净气体经烟囱达标排放。

（5）终端吸附系统：含氯工艺废气经过预处理，再经树脂吸附后，洁净气体达标排放。树脂系统为由专用高效吸附树脂组成的两个串联、一个脱附的三罐树脂系统，其对含氯废气的吸收效率可达到98%以上。

3 主要设备和工艺参数

项目主要设备和工艺参数见表2。系统中所有风管、纤维增强复合材料（FRP）设备均进行防静电处理。活性炭吸附箱设置压差计，根据压差定期更换活性炭。废气先经过冷凝，除掉高浓物质，除了车间反应釜出口使用冷凝器外，工艺废气总管上也加了冷凝器，确保进入总管的废气浓度处于爆炸极限以下。洗涤塔填料采用PP材质的Tellerette 2k或者Tellerette1R，空隙率大，不易被堵塞，且通量大、阻力小、密度小，压降和传质单元高度低、泛点高，汽液接触充分，传质效率高；采用BETENCM系列喷嘴，具有喷射液滴均匀、雾化效果好、不易堵塞等特点。树脂系统的树脂通过实验研究，选用对二氯甲烷吸附能力强的专用树脂，采用两个串联吸附、一个脱附的三罐模式，对二氯甲烷吸附效率高达98%以上。虽然进RTO系统前采取了一系列预处理措施，在RTO的选型上还是考虑了因含氯废气进入RTO而腐蚀设备的情况，采取进气预热到露点温度以上、上室体碳钢内衬耐火陶瓷纤维绝热层、下室体用2205材质并且部分区域进行玻璃鳞片防腐等措施，使得RTO自2018年一直稳定运行至今。

表2 主要设备参数

4 工程运行分析

各系统自稳定运行至今，各排气筒均设置在线VOCs监测仪，检测结果上传至当地环保局系统。监测结果见表3。

表3 监测点非甲烷总烃浓度

由 GB 37823—2019表2可知，除了 1#～6#车间排风废气进口质量浓度轻微超标外（125 mg/m3），溶剂回收车间、研发楼、罐区、污水站工艺废气质量浓度（≥3000 mg/m3）均严重超标，不符合排放标准。各车间废气经预处理及汇总后进行末端处理，测得排气筒非甲烷总烃排放质量浓度仅为23.1 mg/m3。对比废气处理设备进、出口非甲烷总烃质量浓度，可知该废气处理系统对非甲烷总烃处理效果非常显著。本案例表明：根据废气来源和类别，采取“冷凝+吸收+吸附+焚烧”工艺为主体的处理系统，对成分复杂的医药废气有显著的处理效果。该工艺达到了预期的环境和经济效益。

5 结论

本案例针对医药研发企业的废气净化处理，根据废气产生的来源和分类，进行分类收集和分类处理，采用“冷凝+吸收+吸附+焚烧”的组合工艺进行净化处理。非甲烷总烃排放质量浓度仅为23.1 mg/m3，达到了GB 37823—2019非甲烷总烃表2排放要求。工程实例表明，这种全系统综合考虑的废气处理方式，技术上安全可行，运行上稳定可靠。