医药化工原料药生产尾气处理设计技术分析

田笑 范伟杰 刘素静

山东齐都药业有限公司 山东淄博 255400

1 VOC 概述

VOC 是指在常温下，沸点在50-260℃之间的有机物，其种类繁多，按化学结构可分为芳香烃、脂肪烃、卤代烃、醇、醛、酮、羧酸、酯、醚和四氢呋喃等。多数VOC 有毒、有恶臭气味、部分有致癌性；其次，一些VOC 也有易燃易爆性，对生产企业存在安全隐患。据挥发性有机物综合治理方案（环大气）[2019]53 要求十三五需完成VOC 排放量下降10%的目标任务，因此化学原料药行业的VOC 治理任重道远。

2 化学原料药VOC 处理技术

（1）冷凝法：将废气降温至VOC 成分露点以下，有机废气冷凝为液态后回收。主要适用于高浓度、组分单一且回收价值高的VOC，适用浓度≥5000ppm。

（2）吸收法：对浓度较高、温度较低的VOC，常采用低挥发性或不挥发的溶剂对其进行吸收，然后通过VOC 尾气与吸收剂性质的差异将二者分离。

（3）吸附法：采用吸收剂吸附气相中的VOC，从而达到气体净化的目的。常用的吸附剂主要有颗粒活性炭、纤维活性炭、蜂窝状活性炭、白油、树脂等，适用于大风量、低浓度VOC 废气治理。

（4）直接燃烧法：将高浓度废气送入燃烧室直接燃烧，高温燃烧气通过换热器与新进废气间接换热后并进行处理后达标排放，热量利用效率低，导致运行成本较高，适用于高浓度或热值较高的有机气体且能有效利用排放余热或有副产燃气的企业。

（5）催化燃烧法：采用贵金属催化剂降低废气中有机物与O2 的反应活化能，使得有机物可以在250-350℃能充分氧化生成CO2 和H2O，属无焰燃烧，高温氧化气通过换热器与新进废气间接换热后达标排放。

（6）蓄热式燃烧法：属于直接燃烧，只是将换热器改为蓄热陶瓷，高温燃烧气与新进废气交替进入蓄热陶瓷直接换热，热量利用率可提高到90%，运行成本较低，是目前主推的废气治理工艺[1]。

（7）蓄热式催化燃烧法：燃烧方式与催化燃烧法相同，换热器采用蓄热陶瓷，热回收效率较高，但能处理的废气种类受催化剂影响，且进入燃烧室的气体温度应达到气体组分在催化剂的起燃温度，因此开车过程需采用电加热。

3 化学原料药VOC 尾气收集管路设计

（1）管道系统的划分：通常高浓度废气如储罐、反应釜、干燥的废气与低浓度局部排风需分开设置管路系统；并且在高浓度废气靠近尾气处理设备处设置氮气管线，以防止管线内浓度超标或用于吹扫。

（2）管道系统压力控制：VOC 尾气排放点众多，且由于间歇式生产，废气排放量波动性较大，在进行管路计量时需根据生产排班计算尾气排放量，进而选择合适的管径，此外需通过车间各使用点位置进行管路系统阻力计算，进而选择合适的输送风机保持管道内压力保持在微负压状态，此外输送风机应与管路前端压力进行变频控制并且设置备用[2]。

（3）排液系统的设计：VOC 尾气成分复杂，波动性大，车间内一般会设置冷凝和局部吸收系统，然而，通过吸收及冷凝不完全的废气仍含有大量水蒸气或溶媒气体，如设计不合理，在车间内部的拐点和低点或室外会有积液凝聚，夏季积液挥发可能引发VOC浓度超爆炸下限的风险，冬季积液冻结则可能造成管道损坏引发废气泄露的风险。

（4）静电消除的设计：根据材料特性采取以下方法：①内衬层添加石墨鳞片粉末；②管道内壁设置静电导除线于内衬层表面，通过静电导出法兰将静电导出，但需注意的是导电线选用耐腐蚀的合金丝；导电线应为一个整体，不允许有接头，避免尖端放电现象。

（5）安全设施配备要求：管道系统上可设置爆破片、阻火器、最低爆炸浓度检测仪。在尾气支管与总管汇总前安装阻火器，以保护废气支管连接设备。此外可在尾气输送管道的关键位置设置泄放口及可燃气体检测仪，保证整个系统能够及时、有效的处理危险工况[3]。

4 各种VOC 处理技术在原料药生产中的应用

随着国家环保政策日趋严格，环保标准日益提高，在线监测系统的普遍安装，企业已无法像以前一样在环保问题上敷衍应付，因此，选择合适的废气处理技术，做到达标排放的同时减少环保运行费用，对任何企业来说都是重中之重。

对规模较大的企业来说，蓄热式燃烧炉（RTO）处理浓度较高的VOC 气体更加彻底，更易实现达标排放。成分复杂的工艺气体在进入RTO 之前需进行预处理，除掉气体中可能对设备造成腐蚀的成分，如卤代烃、酸性气体等。该处理技术年运行费用也相当可观，一套处理量30000m³/h 的RTO 装置，年运行费用在300 万元以上，这对于中小企业压力巨大。

在处理成分复杂的工艺废气时，多数企业的选择仍然是传统的深冷、碱洗加活性炭吸脱附的技术，这种技术成熟稳定，投资小，缺点是活性炭需要定期更换，国产活性炭一般使用周期在一年半左右，进口活性炭可以达到二到三年。现在，也有企业研发出树脂吸附工艺取代传统的活性炭吸附，该技术相比活性炭吸附，一次性投资大，但树脂不需更换，国内使用树脂吸附工艺的厂家最长使用期限已经达到五年以上。

5 结语

如今的VOC 处理技术可谓五花八门，原料药企业在选择时关键是结合自身实际，认真分析VOC 气体成分，在达标排放的前提下不断降低运行成本。更关键的是，在装置设计过程中，做到“源头治理、分类治理”，从源头减少有机溶剂的使用或进行无害化替换；废气收集设施尽量前移，将VOC 气体尽可能分类收集，提高尾气的组分单一性，这样可以利用活性炭吸脱附装置或深冷装置实现溶剂的回收利用，实现经济效益的最大化。