東莞VOCs廢氣處理設備,VOCs治理技術在制藥行業(yè)中的應用

摘要：制藥行業(yè)是我國國民經(jīng)濟的重要組成部分，同時也是產(chǎn)污較大的行業(yè)，在藥品生產(chǎn)過程中使用了大量易揮發(fā)的有機溶媒，使得該行業(yè)廢氣中的VOCs嚴重超標。近年來，隨著政府對VOCs治理的重視，制藥企業(yè)面臨著前所未有的環(huán)保壓力。本文綜述了制藥行業(yè)VOCs排放特點，比較主流的治理技術、案例及提出了剛起步的制藥行業(yè)VOCs治理市場中存在的問題和展望。

引言

揮發(fā)性有機物(VolatileOrganicCompounds，簡稱VOCs），在常壓下，任何沸點低于250℃的有機化合物，或在室溫（25℃）下飽和蒸汽壓超過133.32Pa，以氣態(tài)分子的形態(tài)排放到空氣中的所有有機化合物的總稱。VOCs與大氣中的其他化學成分反應，生成氣溶膠等二次污染物，引發(fā)城市光化學煙霧、灰霾現(xiàn)象。工業(yè)源排放的VOCs對人體健康危害較大，部分污染物具有“三致”作用。

近年，我國幾大城市相繼出現(xiàn)霧霾天氣，政府和人民逐漸意識到VOCs是城市光化學煙霧決定性的前體物。隨之政府出臺了一系列政策，目前我國針對揮發(fā)性有機物的治理方針為先抓重點區(qū)域、重點行業(yè)，再逐步深入。因此重點行業(yè)面臨的環(huán)保壓力日益增大。而制藥行業(yè)作為我國六大重要污染行業(yè)之一，相比石化、包裝印刷、家具、制鞋、汽車等行業(yè)，該行業(yè)的VOCs排放量大、成分復雜、異味嚴重、防治工作起步較晚，相關的政策和管理制度還不健康。

目前針對制藥行業(yè)產(chǎn)生的VOCs，治理市場中常采用：冷凝回收、噴淋吸收、活性炭吸附、VOCs濃縮系統(tǒng)、燃燒、低溫等離子體等技術。燃燒技術在近年被公認為是治理VOCs最徹底的方法，去除效率高并且穩(wěn)定，設備市場發(fā)展也最為蓬勃，但若未對工況進行深入了解，而盲目的投入焚燒設備，此時設備不僅不能達到理想效果，并且還可能存在安全隱患。最好的治理方案是通過實地考察，將環(huán)保與節(jié)能完美結(jié)合。

本文對國內(nèi)外制藥行業(yè)中常用到的VOCs治理技術進行了總結(jié)，對不同治理技術的優(yōu)勢、特點及工程案例應用做了簡單介紹，以期對國內(nèi)同行在制藥行業(yè)VOCs治理方面有所借鑒。

1.制藥行業(yè)廢氣排放特點

生產(chǎn)工藝復雜、污染物產(chǎn)生量大

制藥行業(yè)按藥品的生產(chǎn)工藝可分為：發(fā)酵類、提取類、化學合成類、中藥類、生物工程類和制劑類。其中發(fā)酵類和化學合成類制藥工業(yè)是VOCs的排放大戶。我國是一個化學原料藥生產(chǎn)大國，尤其是發(fā)酵類藥物產(chǎn)品的產(chǎn)能產(chǎn)量位居世界第一。

發(fā)酵類制藥主要包括：抗生素、維生素和氨基酸等。此類制藥工業(yè)污染源主要包括：發(fā)酵尾氣、有機溶劑揮發(fā)、菌渣、酸堿廢氣及廢水處理裝置產(chǎn)生的惡臭氣體。廢氣特點：風量大、濕度高、VOCs濃度低且不穩(wěn)定，常含氯、硫等較難處理的元素，組分復雜。菌渣作為危險廢棄物較難處理。

化學合成類主要品種：合成抗菌藥、麻醉藥、解熱鎮(zhèn)痛藥、非甾博體抗炎藥、抗病毒藥和抗真菌藥、抗腫瘤藥、體藥物等16個大類約近千個品種。化學合成類工業(yè)制藥生產(chǎn)過程中，原材料分離過濾、發(fā)酵萃取、蒸餾回收、凈化干燥的環(huán)節(jié)會產(chǎn)生溶劑蒸發(fā)性VOCs排放，閥門、反應槽、泵與其他設備連接處易發(fā)生逸散性排放。廢氣主要包括：乙醇、二氯甲烷、異丙醇、丙酮、乙腈等。特點：風量小、VOCs濃度高、含塵和含水率低。

2013年，我國有藥品生產(chǎn)許可證的企業(yè)7232家，其中化學藥品制劑企業(yè)2841家[4]。固體制劑在噴干造粒階段，廢氣含塵高、溫度高、含濕率高，此類廢氣最難治理。

生物工程類包括基因工程藥物、基因工程疫苗、克隆工程制備藥物等。此類制藥廢氣主要來自于溶劑的揮發(fā)，包括乙醇、丙醇、丙酮、甲醛和乙腈等，還存在發(fā)酵過程中產(chǎn)生的少量細胞呼吸氣，主要成分為CO2和N2。

提取類制藥，按來源分：人體、動物、植物、海洋生物等，但不包括微生物。此類工藝常分為六個階段：原料的選擇和預處理、原料的粉碎、提取、分離純化、干燥及保存、制劑。主要污染物來自于清洗、粉碎和包裝時產(chǎn)生的藥塵，以及提取過程中使用的揮發(fā)性有機物的揮發(fā)部分。

中藥類分為中藥材、中藥飲片和中成藥。廢氣主要來源于切制等工序產(chǎn)生的藥物粉塵和炮制過程中產(chǎn)生的藥煙。

間歇排放、波動性大

制藥生產(chǎn)多采用間歇生產(chǎn)方式，污染物也間歇性排放。即污染物在短時間內(nèi)集中排放。污染物的排放量、濃度、瞬時差異較大，從而加大了處理設施的運行難度，最終造成惡劣的環(huán)境影響。

成分復雜、環(huán)境危害大

制藥行業(yè)產(chǎn)生的污染物濃度高、成分復雜。污染物包括生產(chǎn)過程中使用的原輔材料（包括大量的有機溶劑）、難生化降解的化學合成物質(zhì)、殘留物成分以及藥物降解中間產(chǎn)物。其中許多污染物為惡臭氣體，甚至劇毒或致癌物質(zhì)。

總體來說，我國制藥行業(yè)，原材料投入量大，產(chǎn)出比小，其大部分物質(zhì)最終成為廢棄物，從而污染水體和大氣，并且廢氣量大，廢物成分復雜，種類繁雜，污染危害嚴重，因此該行業(yè)的廢氣治理難度大。

2.制藥行業(yè)VOCs主要成分與特點

醫(yī)藥行業(yè)制藥過程產(chǎn)生的VOCs主要為甲醇、丙酮、苯、甲苯、二甲苯、二氯甲烷、乙酸乙酯、三乙胺、二甲基甲酰胺、醋酸丁酯、正丙醇、乙醇、異丙醇、乙腈、環(huán)氧乙烷、甲醛等[3]。不同的制藥方式會產(chǎn)生不同的廢氣，發(fā)酵制藥過程中，主要是在提取和精制中產(chǎn)生溶媒廢氣、菌渣干燥廢氣等，其成分中丙酮和乙酸乙酯所占比例高，分別為65%、30.41%[5]。對于化學合成制藥來說，則是異丙醇、丙酮、乙醇所占比例最高，分別44.27%、35.39%、9.78%[5]。

推薦使用工藝

前端除塵預處理噴淋塔+過濾器+RTO

處理工藝簡述

對于制藥廠廢氣，大部分為含塵有機廢氣，針對此類廢氣應首先對廢氣進行除塵處理，然后再進入氧化設備進行焚燒處理，有機物轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸己退笾苯舆_標排放。氧化方式有多種選擇，常用的為蓄熱式氧化和旋轉(zhuǎn)式氧化。

技術優(yōu)勢

操作連續(xù)性、效率穩(wěn)定性、廢氣排放狀況等方面均優(yōu)于固定床系統(tǒng)，同時亦有低壓損、無吸附材料損耗、靈活組裝的有點。沸石不可燃，安全性能好，可以在高溫下進行脫附再生（最高可達300℃），對于大部分有機化合物可以進行處理，尤其是在吸附高沸點有機物時，優(yōu)勢更加凸顯。

技術特點

沸石轉(zhuǎn)輪常與回收系統(tǒng)和燃燒系統(tǒng)組合使用，常用于低濃度、大風量的VOC工況。沸石轉(zhuǎn)輪利用吸附性極好的疏水性分子篩作為吸附劑，能夠適用于更多種類的VOC，以及不同的運轉(zhuǎn)條件。即使是苯乙烯和環(huán)己酮等具有熱聚合性高的VOC，也能使用疏水性分子篩高效率地進行處理。濃縮轉(zhuǎn)輪的核心部件因為是在高溫下燒結(jié)處理而成的，完全是無機物的結(jié)合體。如果發(fā)生蜂窩通路堵塞時，可以進行水洗，分子篩轉(zhuǎn)輪也可以根據(jù)實際情況通過熱處理進行高溫活化

案例

某制藥廠發(fā)酵車間尾氣治理，風量15000m3/h，廢氣主要成分：乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙酮等，VOCs初始濃度為1350mg/m3。因乙酸丁酯沸點高，采用沸石轉(zhuǎn)輪濃縮系統(tǒng)，VOCs濃縮8倍。經(jīng)過濃縮系統(tǒng)吸附后排氣中VOCs濃度低于20mg/m3。濃縮后的高濃解析氣量約為9000m3/h，高濃解析氣的通過氧化法進行進一步無害化處理，最終實現(xiàn)有機廢氣的達標排放。

3.燃燒系統(tǒng)

燃燒法是通過燃燒掉空氣中含有的VOCs廢氣，使之成為無害物質(zhì)的一種方法，也是目前應用最為廣泛的有機廢氣治理方法。它僅能燒掉那些可燃的或在高溫下能夠分解的有害氣體和煙塵，不能回收空氣中含有的原有物質(zhì)，但可以回收燃燒氧化過程中產(chǎn)生的熱能。燃燒法又分為直接燃燒法、蓄熱式燃燒法、蓄熱式催化燃燒法，后兩種燃燒法使用更為普遍。

直接燃燒法

直接燃燒燒是用燃燒機添加輔助燃料，將有機廢氣加熱到高溫（≥760℃，不同的有機廢氣溫度不同），在燃燒室發(fā)生氧化反應生成CO2和H2O，從而予以去除。

適合工況范圍廣，尤其適用于廢氣中含有能使催化劑中毒的硫、氯等元素。

此技術處理效率較高，同時運行中或啟動過程消耗的能耗高，因此目前在較多項目中逐漸被蓄熱式燃燒所替代。

蓄熱式催化焚燒法

蓄熱式催化燃燒技術（RegenerativeCatalyticOxidizer，簡寫為RCO），是在催化燃燒技術的基礎上增加了一套熱能存在與再利用裝置——蜂窩狀陶瓷蓄熱體。廢氣通過換向閥被送到加熱室，使氣體達到燃燒反應起燃溫度，再通過催化室的作用，使有機廢氣徹底分解成二氧化碳和水。燃燒后的廢氣通過蓄熱體，熱量被留在蓄熱體中，用于預熱新進廢氣。若此熱量達不到反應起燃溫度，加熱系統(tǒng)通過自控系統(tǒng)實現(xiàn)補償加熱。催化劑的作用是降低反應的活化能，同時使反應物分子富集于催化劑表面，以提高反應速率。

無火焰，安全性好，要求的燃燒溫度低，輔助燃料費用較其他燃燒方式為最低，二次污染物NOx生成量少，燃燒設備體積小。蓄熱體材料熱能回收率高。

該設備操作方便，可以實現(xiàn)全自動控制，安全可靠。設備啟動到起燃時間短，能耗低。目前常使用貴金屬鉑、鈀浸漬的蜂窩狀陶瓷載體作為催化劑，比表面積大，阻力小，凈化效率高。催化劑一般兩年更換，并且載體可再生。

但是值得注意，蓄熱式催化燃燒一般不能用于處理含有硫、氯和硅等容易使催化劑中毒而失效的廢氣。另外催化劑一般具有較強的選擇性，如果待處理物中含有多種VOCs，那么將增大催化劑選擇的困難度。

某制藥車間丙酮廢氣排放量5000Nm3/h，采用間歇工作制：每天工作8小時，廢氣溫度70℃，有機廢氣濃度1g/m3,采用RCO裝置，污染物去除率達99%以上。由于項目中有機尾氣的產(chǎn)生量是間斷性的，整套工藝路線采用了快速預熱啟動系統(tǒng)，在保證整套工藝節(jié)能高效的前提下，實現(xiàn)了系統(tǒng)快速啟動。在貴金屬催化劑的作用下，有機物在一定溫度下（200--350℃之間）被迅速氧化成水、二氧化碳等小分子物質(zhì)，實現(xiàn)有機尾氣的凈化處理。

4.冷凝回收技術

冷凝回收是氣態(tài)污染物在不同溫度以及不同

壓力下具有的不同飽和蒸汽壓，當降低溫度或加大壓力時，某些污染物會凝結(jié)出來，從而達到凈化和回收VOCs的目的?？梢越柚煌睦淠郎囟榷_到分離不同污染物的目的。

當VOCs成分較單一且有回收利用價值，VOCs濃度>20000mg/m3時，冷凝回收法最為經(jīng)濟。若廢氣成分單一、有回收利用價值，濃度不高時，可先采用吸附濃縮，再進行冷凝回收。

可回收利用VOCs，降低生產(chǎn)成本。

冷凝回收技術，常用在濃縮系統(tǒng)之后，當VOCs濃度越高，冷凝效果越好。

某制藥廠廢氣主要成分為4-甲基-2-戊酮，廢氣量為8000m3/h，初始濃度為5000mg/m3，經(jīng)過沸石轉(zhuǎn)輪濃縮系統(tǒng)后，采用多級冷凝回收技術，回收率>75%。特點是整個溶媒回收系統(tǒng)考慮了能源回收與利用，最大限度的減少了回收過程中能源的消耗。

低溫等離子體

低溫等離子體是繼固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)之后的物質(zhì)第四態(tài)，當外加電壓達到氣體的放電電壓時，氣體被擊穿，產(chǎn)生包括電子、各種離子、原子和自由基在內(nèi)的混合體。放電過程中雖然電子溫度很高，但重粒子溫度很低，整個體系呈現(xiàn)低溫狀態(tài)，所以稱為低溫等離子體。低溫等離子體降解污染物是利用這些高能電子、自由基等活性粒子和廢氣中的污染物作用，使污染物分子在極短的時間內(nèi)發(fā)生分解，并發(fā)生后續(xù)的各種反應以達到降解污染物的目的。

低溫等離子技術應用于惡臭氣體治理，具有處理效果好，運行費用低、無二次污染、運行穩(wěn)定、操作管理簡單，針對間歇式排放的氣體能現(xiàn)實即開即用。

案例

某制藥公司污水處理車間異味氣體嚴重，異味尾氣風量：20000m3/h，主要污染物質(zhì)有甲硫醇、微量硫醚、二甲胺等，采用低溫等離子體工業(yè)廢氣處理技術，氣體經(jīng)過預處理之后進入低溫等離子處理系統(tǒng)進行深度離子氧化破壞異味分子的分子結(jié)構(gòu)，最終的排氣指標異味氣體臭氣無量綱值滿足國家的排放標準。

5.制藥行業(yè)VOCs治理存在的問題及展望

制藥行業(yè)VOCs治理存在的問題

（1）目前我國針對制藥行業(yè)VOCs治理的監(jiān)管力度還不夠，導致老廠區(qū)存在工藝設計不合理，在初期缺乏環(huán)保意識；廠區(qū)能源缺乏綜合利用系統(tǒng)，能源成本高；廢氣處理設施運行不正常，導致異味、臭氣問題突出；風量較大、污染濃度低；工況復雜、預處理難度大；廢渣處理缺乏監(jiān)管；廢水處理單元技術單一，存在二次污染，污水處理單元廢氣無收集等問題。

（2）制藥企業(yè)對VOCs氣體危害認識不足，環(huán)保意識薄弱。

（3）制藥行業(yè)發(fā)酵尾氣濕度大、濃度不問題、組分復雜，防爆等級高等問題，導致對環(huán)保技術和環(huán)保企業(yè)要求更高。

展望

雖然目前我國還未出臺制藥行業(yè)VOCs的排放標準，但從目前發(fā)布的VOCs相關政策來看，我國對VOCs治理越來越重視，企業(yè)環(huán)保壓力越來越大。

VOCs治理首先應從污染源頭進行控制[10]，使用低揮發(fā)性原料，優(yōu)化工藝，減少有機溶劑揮發(fā)，回收重復利用有機溶媒。其次，進行過程控制，在生產(chǎn)過程中全密閉生產(chǎn)，優(yōu)化管道布局，減少泄露，完善監(jiān)測。最后進行末端治理，采用冷凝、吸收、吸附、燃燒等方法。

燃燒法是目前公認的污染物去除最徹底、運行最穩(wěn)定可靠、技術較成熟的末端治理VOCs的方法。在當前能源價格飆升的背景下，以資源化循環(huán)利用為目的的蓄熱式焚燒爐（RTO）技術成為了VOCs處理技術發(fā)展的趨勢。隨著市場的發(fā)展，業(yè)主和環(huán)保企業(yè)追求更加節(jié)能環(huán)保的治理技術，蓄熱式催化燃燒（RCO）技術應運而生。其較RTO更節(jié)能，是當前VOCs處理技術中最受關注的領域。尤其是催化燃燒系統(tǒng)在大風量、低濃度的處理和循環(huán)處理方式中的應用，相比常規(guī)火焰燃燒，顯示了巨大的優(yōu)越性。然而催化燃燒中使用的催化劑在遇到硫、氯和硅等元素時容易中毒而失效，另外催化劑具有較強的選擇性，從而限制了催化焚燒技術的全面推廣。

制藥行業(yè)VOCs治理是一個巨大的市場，但同時也面臨著巨大的挑戰(zhàn)，環(huán)保企業(yè)只有不斷的研發(fā)新技術，才能在這個市場中占有一席之地。