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RTO之VOCs治理技术在制药行业中的应用

发布时间：2018-03-31 00:13:00 点击：

RTO专业制造商无锡泽川环境2018年3月31日讯  制药行业因在药品生产过程中需要使用大量易挥发的有机溶媒，使得该行业外排尾气中的VOCs成分含量极易超标。近年来，随着政府对VOCs治理的重视，制药行业面临着前所未有的环保压力。本文综述了制药行业VOCs排放特点，比较主流的治理技术、案例及提出了刚起步的制药行业VOCs治理市场中存在的问题和展望。



引言



挥发性有机物 ( Volatile Organic Compounds，简称VOCs)是在常压下，任何沸点低于250℃的有机化合物，或在室温（25℃）下饱和蒸汽压超过133.32Pa，以气态分子的形态排放到空气中的所有有机化合物的总称[1]。

VOCs中部分污染物具有“三致”作用，而且VOCs是城市光化学烟雾决定性的前体物[2]。制药行业作为我国重要污染行业之一， VOCs排放量大、成分复杂、异味严重，而且防治工作起步较晚，相关的政策和管理制度还不健全[3]。

目前针对制药行业产生的VOCs，常见处理方式有：冷凝回收、喷淋吸收、分子筛浓缩系统、燃烧等技术。燃烧技术在近年被公认为是治理VOCs最彻底的方法，去除效率高并且稳定。


制药行业VOCs排放特点



1.1制药行业废气排放特点

（1）生产工艺复杂、污染物产生量大；

（2）间歇排放、波动性大；

（3）成分复杂、环境危害大。

1.2 制药行业VOCs主要成分

制药过程产生的VOCs主要为甲醇、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、异丙醇、乙腈、环氧乙烷、甲醛等[3]。

1.3 制药行业VOCs处理难点

（1）制药行业VOCs废气湿度高，VOCs浓度不稳定；

（2）组分多，且常含氯、硫等使催化剂中毒的元素，治理难度大；

（3）制药企业多为老厂区，厂区设计时未考虑环保设备安装布局，空间紧张；

（4）很多厂区为防爆车间，对环保设备要求高。


VOCs治理技术的应用



2.1传统VOC治理技术

冷凝回收[4]是借助温度或压力的改变而达到分离不同污染物的目的，VOCs浓度越高，冷凝效果越好。

吸收法[4]是采用低挥发或不挥发溶剂对VOCs进行吸收，再利用有机分子和吸收剂物理性质的差异将二者分离的净化方法，吸收效果主要取决于吸收设备的结构特征和吸收剂性能。

吸附法是采用吸附剂吸附气体中的VOCs，从而使污染物从气相中分离的方法，常用的活性炭吸附适用于低沸点有机物吸附。

2.2沸石浓缩系统

（1）技术原理

沸石转轮浓缩吸附装置是利用连续变温的吸附、脱附工艺，将低浓度、大风量有机废气浓缩为高浓度、小流量浓缩气体。沸石转轮浓缩吸附装置分为三个区域，分别为吸附区、再生区和冷却区，各个区域由耐热、耐溶剂的密封性材料分隔。待处理的气体在引风机的作用下，通过吸附区域，污染物被分子筛截留吸附，洁净气体达标排放。转轮在皮带的带动下，进入到再生区，吸附在分子筛上的污染物质在高温再生风及再生风机作用下，从分子筛上被脱附下来，分子筛得以再生。转轮继续转动，进入冷却区，此时由冷却的洁净气体或待处理气体对分子筛进行冷吹，使其迅速冷却降温，恢复其吸附功能。原理见图1。 

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图1沸石转轮浓缩系统图

（2）技术优势

转轮为无机性蜂窝疏水性沸石，沸石非可燃，安全性能好，可以在高温下进行脱附再生（最高可达300℃），对于高沸点的挥发性有机气体亦能有效处理。而与之对应的活性炭吸附装置，因活性炭本身的物理性质（低燃点、易燃）所限，在脱附的彻底性和安全性方面，与转轮浓缩系统有不小的差距。

转轮浓缩系统操作连续性、效率稳定性、废气排放状况等方面均优于固定床系统，同时亦有低压损、无吸附材料损耗、灵活组装的有点。

（3）案例

某制药厂发酵车间尾气治理，风量110000m3/h，废气主要成分：乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙酮等，VOCs初始浓度为160mg/m3。因乙酸丁酯沸点高，采用沸石转轮浓缩系统，VOCs浓缩12倍。

2.3燃烧系统

燃烧法是通过燃烧空气中含有的VOCs，使之成为无害物质的一种方法。焚烧法又分为直接燃烧法、蓄热式燃烧法、蓄热式催化燃烧法。

直接燃烧法直接燃烧烧是用燃烧机添加辅助燃料，将有机废气加热到高温（≥760℃，不同的有机废气温度不同），在燃烧室发生氧化反应生成 CO2和H2O，从而予以去除。蓄热式焚烧炉（Regenerative Thermal Oxidizer）简称RTO，是在直接燃烧技术的基础上增加了蜂窝状陶瓷蓄热体。燃烧后的废气通过蓄热体，热量被留在蓄热体中，用于预热新进废气。蓄热式催化燃烧（Regenerative Catalytic Oxidizer）简称RCO，是在催化燃烧技术的基础上增加了蜂窝状陶瓷蓄热体，VOCs在催化室彻底燃烧分解。

直接燃烧在运行中或启动过程消耗的能耗高。蓄热式催化燃烧比催化燃烧节约能耗，但催化剂具有较强的选择性，含有硫、氯和硅易使催化剂中毒失活。蓄热式燃烧因其节能环保成为当前VOCs处理技术中最受关注的领域。

（1）蓄热式燃烧法技术原理

蓄热式焚烧炉把有机废气加热到760℃，使废气中的VOCs氧化分解为二氧化碳和水。氧化产生的高温气体流经特制的陶瓷蓄热体，使陶瓷升温而“蓄热”，此“蓄热”用于预热后续进入的有机废气，从而节省废气升温的燃料消耗。

（2）技术优势

与传统的直燃式热氧化炉相比，具有热效率高、运行成本低。浓度稍高时，还可进行二次余热回收，大大降低生产运营成本。采用陶瓷蜂窝体作为换热材料，热回收效率显著提高。陶瓷蜂窝体耐温性好，在1000℃的工作状态下不变质，不粉化。

（3）案例

某制药车间有机废气排放量7000Nm3/h，采用间歇工作制：每天工作8小时，废气温度50℃，有机废气浓度4--6g/m3, 主要污染成分为：丙酮、甲醛、正丙醇、异丙醇、甲苯、正己烷及少量的硫醇类物质等。采用RTO燃烧设备，污染物去除率达99%。

制药行业VOCs治理存在的问题及展望



目前国内存在的问题有：针对制药行业VOCs治理的监管力度还不够；制药企业对VOCs气体危害认识不足；针对制药行业VOCs治理技术还不够成熟。燃烧法是目前公认的污染物去除最彻底、运行最稳定可靠、技术较成熟的末端治理VOCs的方法。其中蓄热式焚烧炉（RTO）技术以其优势成为了VOCs处理技术发展的趋势。