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案例 | 医药车间废气的净化处理

案例 | 医药车间废气的净化处理

2017-07-18 | | 近期新闻

我国医药化工行业发展迅速,已成为世界上原料药和医药中间体的生产大国,其产生的废气污染物大致分为

近年来,我国医药化工行业发展迅速,已成为世界上原料药和医药中间体的生产大国,其产生的废气污染物大致分为发酵尾气(主要为酸性气体)、溶剂气体(统称为挥发性有机物,VolatileOrganicCompounds,以下简称为VOCs)和恶臭气体。医药生产的废气主要特点为排放量大,浓度低,处理成本高。随着各国对环境质量要求的不断提高,对废气排放规定了更严格的排放界限值。


  本文结合药厂废气(主要是乙醇,属于VOCs)处理的实际案例,介绍废气处理设计的经验。由于乙醇中的碳氢化合物,会住阳光(紫外光)作用下发生光化学反应生成二次污染物,形成烟雾污染现象。所以大量的VOCs排放会对环境及人群都会产生不良影响。为此必须对废气进行净化处理,消除光化学烟雾的隐患后才可排放。


  1VOCs废气净化技术的分类


  随着时代和科技的发展,废气处理工艺也经历着不断发展的过程。目前有机废气的净化方法,从开始采用的水洗法,逐步发展出一系列的方法并且已在工业生产获得成功应用。按其工作原理,分为物理、化学、生物等净化方法,即:


  (1)热力学方法


  例如冷凝、吸收、吸附和膜分离等(吸附和吸收可以是化学或物理的)。


  (2)化学方法


  例如燃烧法,即氧化法(直接燃烧、热力燃烧、催化燃烧、蓄热式热力燃烧)


  (3)生化方法(也称生物降解法或生物催化法)


  例如:生物过滤、生化洗涤和生化膜分离等】。


  就环保、经济而论,如果VOCs的价值较高,而且有可能回收,则应尽可能将其回收在利用,因此从这意义上讲,有机废气的净化方法也可分为:


  (1)回收法


  例如吸附分离法,冷凝法和膜分离法等。


  (2)转化法(又称破坏法)


  将VOCs转化为无害物质,例如燃烧法和生化法。


  以下逐一介绍一些常用的净化方法:


  (1)吸收法


  吸收净化法是废气治理中一种重要的常用的方法,它是利用废气中各混合组分在选定的吸收剂中溶解度的不同,或其中一种或多种组分与吸收剂中活性组分结合,将有害物从废气中分离出来、净化废气目的的一种方法。


  吸收法使用的吸收设备主要有喷淋洗涤器、泡沫洗涤器、文氏管洗涤器等。吸收法的T艺流程和湿法除尘工艺近似,只是湿法除尘丁岂用清水,而吸收法净化有害气体要用溶剂或吸收溶液。


  吸收法的优点是几乎可以处理各种有害气体,适用范围很广,并可回收有价值的产品。缺点是工艺比较复杂,吸收效率有时不高,吸收液需要再次处理,否则会造成废水的污染。


  (2)活性炭吸附法


  吸附是一种固体表面现象,是利用多孔性固体吸附剂处理气态污染物,使其中的一种或几种组分,在分子引力或化学键力的作用下,被吸附在固体表面,从而达到分离的目的。其中应用较为广泛的是活性炭。


  活性炭对对苯、甲苯、二甲苯、乙醇、乙醚、煤油、汽油、苯乙烯、氯乙烯等物质都有吸附功能。该法具有较高的效率,但活性炭吸附到一定量时会达到饱和,就必须再生或更换活性炭,因此运行成本较高。这种方法常用于低浓度废气和脱臭的后处理。


  (3)生物除臭法


  生物除臭法是通过微生物的生理代谢将具有臭味的物质加以转化,达到除臭的目的。目前国内外污水处理厂和污水泵房采用生物法处理废气的方法主要有土壤脱臭法、生物滤池法和生物滴滤塔等,治理效果较好。


  (4)低温等离子体技术


  等离子体是继固态、液态、气态之后的物质第四态,当外加电压达到气体的放电电压时,气体被击穿,产生包括电子、各种离子、原子和自由基在内的混合体。放电过程中虽然电子温度很高,但重粒子温度很低,整个体系呈现低温状态,所以称为低温等离子体。低温等离子体降解污染物是利用这些能电子、自由基等活性粒子和废气中的污染物作用,使污染物分子在短时间内发生分解等离子体去除污染物。该方法具有处理效果好,运行费用低廉、无二次污染、运行稳定、操作管理简便、即开即用等优点。


  (5)紫外光(Ultravioletlight,简称UV)催化氧化


  废气的紫外光解催化氧化机理包括两个过程:一是在产生高能离子群体的过程中,一定数量的有害气体分子受高能作用,本身分解成单质或转化为无害物质。二是含有大量高能粒子和高活性的自由基的离子群体,与分子气体(如HS、甲苯等)作用,打开了其分子内部的化学键,转化为无害物质。新生态的氧离子具有很强的氧化性,能有效地氧化分解不受负离子作用控制的有机物。与废气反应后多余的氧离子(正),能与氧离子(负)很快结合成中性氧。


  紫外光催化是常温深度反应技术。光催化氧化可在室温下将水、空气和土壤中有机污染物氧化成无毒无害的产物。


  (6)RTO(RegenerativeThermalOxidizer,简称RTO)


  RTO即再生热氧化分解器,又称蓄热式焚烧器。基本原理实在高温下(≥760℃)将有机废气氧化生成CO2和H2O,从而净化废气,并回收分解时所释出的热量,以达到环保节能的双重目的。RTO是一种用于处理中高浓度挥发性有机废气的节能型环保装置。RTO主体结构由燃烧室、陶瓷填料床和切换阀等组成。该装置中的蓄热式陶瓷填充床换热器可使热能得到较大限度的回收,热回收率大于95%,处理VOCs时不用或使用很少的燃料。若处理低浓度废气,可选装浓缩装置,以降低燃烧消耗。


  RTO处理技术适用于有机废气、涂装废气、恶臭废气等废气净化处理;适用于废气成分经常发生变化或废气中含有使催化剂中毒或活性衰退的成分(如水银,锡,锌等的金属蒸汽和磷、磷化物,砷等,容易使催化剂失去活性;含卤素和大量的水蒸气的情形),含有卤素碳氢化合物及其它具有腐蚀性的有机气体。


  净化率高,净化率一般在98%以上。可实现全自动化控制,操作简单,运行稳定,安全可靠性高。蓄热室内温度均匀分级增加,加强了炉内传热,换热效果更佳,炉膛容积小,降低了设备的造价。采用分级燃烧技术,延缓状燃烧下释出热能;炉内升温匀,烧损低,加热效果好,不存在传统燃烧过程中出现的局部高温高氧区,抑制了热力型氮氧化物(NO)的生成,无二次污染。


  2废气净化技术方案设计


  2.1案例背景


  用户:江苏泰州医药高新区某制药500强企业


  待处理VOCs成份:C,HOH,乙醇


  废气产生原因及产生位置:固体制剂生产工艺中,使用8台烘箱对药粉进行干燥。未干燥前药粉中含大量乙醇溶剂,乙醇具有挥发性,在烘干过程中会以VOCs的形式随废气排出。


  尾气排放量:12860nl/h


  进气浓度:0.42%kg/kg


  VOCs进气温度:~38℃


  2.2设计依据


  (1)《中华人民共和国大气污染物综合排放标准》(GB16297-1996);


  (2)《中华人民共和国工业企业厂界噪声标准》(GB3096—93);


  (3)《中华人民共和国混装制剂类制药染物排放标准》(GB21908-2008);


  (4)泰州地区气象资料。


  2.3设计方案筛选


  废气主要成份为乙醇,且具有以下特性:①风量大,但是不同时段风量不稳定;②浓度低;③可全溶于水;④可燃烧。以此为依据,对下列三种净化方案均进一步加以评估。


  2.3.1吸收法(洗涤塔)


  废气与水接触,废气中的乙醇可完全溶解到水中,经净化后的气体则从塔顶排放到大气中,常用设备为酒精洗涤塔。


  设计方案:废气经换热器降温至30cC,降温可以大大提高吸收效率,废气经风机输送进入洗涤塔底部,逆流而上与水充分接触后从顶部排出。水则从顶部喷淋而下,在填料表面形成薄膜,与废气充分接触,使废气中的乙醇溶解到水中,顺流而下,从塔底排出。



  经模拟和计算,塔径=1.4m,填料高度=5.575十3.136=8.711m,总高(填料高度+分配+顶部+底部)l5m,填料材料为Mellapak丁M250。


  按以上条件,计算出新鲜水补给量=7t/h,循环水量=15t/h。排出水含乙醇的浓度C=I.5%。


  净化效率≥95%


  投资成本:50万人民币


  评价:塔底排出的水是含高BOD的污水,后续必须对其进行处理,处理量=7t/h×24h=168t。需要额外提高处理成本和增加配套水处理设备。故不采用该方案。 


  2.3.2UV光催化氧化技术


  乙醇的光化学反应如下:



  乙醇的分子键能不高容易被氧化,由于分子结构存在羟基,当双碳键断开,碳离子极容易和羟基结合生存甲醇(甲醛),因此必须进行延长氧化(二级处理),废气经过纤维过滤段,捕捉PM2.5以上颗粒物以及工艺中产生的过量水份,同时起到少量吸收污染物的目的;过滤后的污染物引入一级光解装置,在强紫外线的照射中,绝大多数的乙醇分子键发生部分的变化(乙醇分子的键能小于185B1TI光波的光子能量),同时强紫外线迅速分解空气中的氧气、水,产生大量O,、O、一OH、H:O等强氧化剂;经过一级光解的混合物引入二级氧化装置,混合物在254~330nm紫外线照射催化下,迅速反应、彻底反应,生成CO、HO,部分氧化在排放管路中延续。再配套喷淋塔进行汽液接触充分混合、接触、继续发生互溶。净化后的洁净空气可直接排人大气中。此法在该用户集团国内另一分厂已投入使用多年,用户反馈使用效果良好。


  设计方案:采用“UV催化+细孔喷淋塔水洗”工艺。



  经模拟和计算,选择2套外形尺寸为1800mmx1500innqx4600mlTl的装置比较合适。每套装置对应处理4台烘箱干燥过程所产生的废气。对应需要新鲜水补给:0.12t/h,该方法中污水可直接排放。


  净化效率≥90%


  投资成本:110万人民币


  评价:UV+喷淋意味着uV不能满足处理效率,而在2.3.1中我们知道仅喷淋就可以达到废气处理效



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