制藥工業(yè)過程中有機廢氣的治理技術(shù)

張燕燕，許高晉，邵冬賢

（安徽省化工研究院，安徽合肥230041）

制藥工業(yè)在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生廢氣，其中原料藥合成產(chǎn)生的廢氣與化工過程的廢氣相似。藥物制劑過程產(chǎn)生的廢氣排放量大，濃度低，同時，因藥物的毒性和致敏性等，其廢氣處理與一般工業(yè)廢氣的處理不盡相同。

研究表明，人們憑嗅覺能感受到的有機廢氣（VOCs）約4 000余種，其中制藥行業(yè)產(chǎn)生的廢氣涉及上百種以上，這些有機廢氣（VOCs）給人以感官刺激、不愉快和厭惡，且大多具有毒性。一些有機廢氣具有易燃、易爆性，并且有機廢氣（VOCs）中的氯代烴也可破壞臭氧層。

1 制藥工業(yè)中有機廢氣的特點與來源

制藥有機廢氣的特點是易揮發(fā)、有毒、易燃、易爆。經(jīng)常涉及的有丙酮、乙腈、醋酸乙酯、氯乙烷、異丙醇、乙醇、二甲苯和苯等，也有小分子烯烴、硼烷、環(huán)氧乙烷、氯甲烷、氯乙烷、砷烷、甲醇、磷化氫、硼化氫以及甲胺等。

根據(jù)制藥行業(yè)主要生產(chǎn)單元的操作和物料理化特性，有機廢氣主要來源有：①有機溶劑回收蒸餾、精餾產(chǎn)生的不凝廢氣[1]；②反應(yīng)過程產(chǎn)生的揮發(fā)氣體；③物料干燥過程中產(chǎn)生的有機廢氣；④離心過程產(chǎn)生的有機廢氣；⑤物料輸送的抽真空系統(tǒng)有機廢氣；⑥儲罐貯存或轉(zhuǎn)料過程產(chǎn)生的呼吸尾氣；⑦污水處理裝置產(chǎn)生的廢氣。

通常根據(jù)廢氣的來源、溫度、壓力、組分及流量等因素進行綜合分析后以選擇適合的廢氣治理方法。

2 制藥廢氣中有機廢氣的處理方法

目前，有機污染物廢氣的常用處理方法有吸附法、吸收法、冷凝法、催化燃燒法、蓄熱式氧化法等[4]。

2.1 吸附法

吸附法含吸附和吸附劑再生兩個過程。先使廢氣與大表面多孔性固體物質(zhì)（吸附劑）接觸，使廢氣中的有害成分吸附到固體表面上，從而達到凈化氣體的目的[5]。當某組分被吸附達飽和后，為了重復(fù)使用吸附劑并且回收揮發(fā)性有機物中的有效成分，需要對吸附劑再生處理。吸附法適用于處理有機污染物濃度較低或者對大氣環(huán)境質(zhì)量排放要求比較嚴格的廢氣。

吸附劑主要有蜂窩分子篩、碳纖維和蜂窩活性炭等[7]。對于吸附裝置吸附劑的一般要求：①對于采用顆粒狀吸附劑時，氣體流速宜低于0.6 m/s；采用纖維狀吸附劑時，氣體流速宜低于0.15 m/s；采用蜂窩狀吸附劑時，氣體流速宜低于1.2 m/s；②蜂窩活性炭和蜂窩分子篩的縱向強度應(yīng)不低于0.8 MPa，橫向強度應(yīng)不低于0.3 MPa，蜂窩分子篩的BET比表面積應(yīng)不小于350 m2/g，蜂窩活性炭的BET比表面積應(yīng)不小于750 m2/g；③活性炭纖維吸附劑的BET比表面積應(yīng)不小于1 100 m2/g，斷裂強度應(yīng)不小于5 N。

吸附劑再生和解析氣體后處理有：①水蒸氣再生-冷凝回收工藝；②熱氣流（空氣）再生-催化燃燒或高溫焚燒工藝；③熱空氣（空氣或惰性氣體）再生-冷凝回收工藝；④降壓解析再生-液體吸收工藝[7]。

2.2 吸收法

吸收法又稱為吸收凈化法。該法利用液體吸收液與有機廢氣的相似相溶性原理，即利用廢氣中各混合組分在選定的吸收劑中溶解度的不同，將有害物從廢氣中分離出來，從而達到凈化廢氣的目的。常用的吸收劑有液體石油類物質(zhì)、表面活性劑和水等，或者以上物質(zhì)的混合物。

對于液體吸收法處理解析氣時，吸收液中有機物的平衡分壓應(yīng)低于廢氣中有機物的平衡分壓。當液體吸收后的尾氣不能達標排放時，可引入活性炭或者活性炭纖維吸附裝置進行再次吸附處理。

2.3 冷凝回收法

冷凝回收法是利用物質(zhì)在不同溫度下具有不同的飽和蒸汽壓這一性質(zhì)，降低系統(tǒng)溫度或增加系統(tǒng)的壓力，將冷凝蒸汽狀態(tài)的污染物從有機廢氣中分離出來的方法。對于高沸點溶劑，采用冷凝法回收可以獲得更高的回收效率。冷凝回收法主要用于回收比較有價值的溶劑以及高濃度的有機廢氣等。

2.4 催化燃燒法

催化燃燒法是在催化劑的作用下，使有機廢氣中的碳氫化合物在反應(yīng)溫度下氧化成無害的水和二氧化碳。催化燃燒法適用于高濃度混合有機廢氣的治理。對于進入催化燃燒裝置的廢氣有如下要求：①有機物的濃度應(yīng)低于其爆炸下限的25%。當廢氣中的有機物濃度高于其爆炸下限的25%時，應(yīng)通過補氣稀釋等進行預(yù)處理；②對于混合氣體爆炸下限低于最易爆組分或混合氣體爆炸下限的25%時，有機廢氣濃度、流量和溫度應(yīng)穩(wěn)定，不宜波動較大；③有機廢氣中顆粒物濃度應(yīng)低于10 mg/m3；④有機廢氣中不得含有引起催化劑中毒的物質(zhì)；⑤廢氣的溫度應(yīng)低于400℃。

催化劑的工作溫度應(yīng)低于700℃，并能承受900℃的短間高溫沖擊。設(shè)計工況下催化劑的使用壽命應(yīng)大于8 500 h；設(shè)計工況下蓄熱式催化燃燒裝置中蓄熱體的使用壽命應(yīng)大于24 000 h。催化燃燒裝置的設(shè)計空速宜大于10 000 h-1，但不應(yīng)高于40 000 h-1。催化燃燒裝置治理后產(chǎn)生的高溫?zé)煔庖诉M行熱能回收。

2.5 再生熱氧化分解法

此法利用蓄熱式焚燒器將有機物熱氧化降解，提升有機廢氣溫度到750℃以上，在高溫下直接氧化水和二氧化碳，從而凈化廢氣，并利用陶瓷蓄熱體進行蓄熱回收焚燒時產(chǎn)生的熱量，用來加熱下一次循環(huán)待處理的有機廢氣。此焚燒器又稱再生熱氧化分解器（RTO，Regenerative Thermal Oxidizer），屬于節(jié)能型環(huán)保裝置。再生熱氧化分解法可使熱能得到最大限度的回收，熱回收率大于95%，處理有機廢氣時不用或少用燃料助燃。焚燒溫度控制在750℃～850℃，焚燒效率在95%以上[6]。RTO可用于處理大風(fēng)量、中低濃度、廢氣中含有多種有機組分、有機組分經(jīng)常變化或者含有容易使催化劑中毒或活性衰退成分的有機廢氣。

3 總結(jié)

制藥工業(yè)有機廢氣的污染防治應(yīng)遵循清潔生產(chǎn)與末端治理相結(jié)合、綜合利用與無害化處置相結(jié)合的原則，注重源頭控污、過程控制及清潔生產(chǎn)，減少廢氣排放。選擇有機廢氣處理方法，要綜合考慮有機污染物類型、濃度水平、排氣溫度、排放量、微粒散發(fā)的水平、污染物控制水平等等。根據(jù)廢氣中有機污染物的性質(zhì)、特點和回收的可能性，采用合理的凈化和回收方法。單一方法效果不佳時，可用若干方法組合。