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制藥工業(yè)過(guò)程中有機(jī)廢氣的治理技術(shù)
在制藥工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中,特別是合成原料藥生產(chǎn)過(guò)程,與一般的化工生產(chǎn)過(guò)程一樣,都會(huì)產(chǎn)生有機(jī)廢氣(VOCs)。然而,由于藥物生產(chǎn)的特殊性,制藥工業(yè)產(chǎn)生的有機(jī)廢氣一般是排放量相對(duì)較大,濃度相對(duì)較低,卻往往具有較強(qiáng)的毒性以及致敏性等,因此不能采用與一般工業(yè)廢氣相同的治理技術(shù)。
研究發(fā)現(xiàn),人類能夠憑借嗅覺(jué)分辨出的有機(jī)廢氣大約4000種,其中包含了制藥工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的有機(jī)廢氣超過(guò)百種。它們一般都能刺激人類的感官,讓人產(chǎn)生惡心的癥狀;需要引起特別注意的是,它們之中的多數(shù)都具有較強(qiáng)的毒性;另外的部分有機(jī)廢氣往往都是易燃和易爆,相對(duì)不穩(wěn)定。如果廢氣中含有氯代烴,還會(huì)對(duì)臭氧層具有較強(qiáng)破壞性。
1 制藥有機(jī)廢氣的來(lái)源與特點(diǎn)
分析制藥工業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程后,確定制藥生產(chǎn)工藝的主要生產(chǎn)單元和使用物料的物化性質(zhì),制藥有機(jī)廢氣的來(lái)源主要產(chǎn)生于以下生產(chǎn)環(huán)節(jié):①不凝氣,產(chǎn)生于有機(jī)溶劑的回收蒸餾和精餾環(huán)節(jié);②生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的揮發(fā)性廢氣;③使用的物料在進(jìn)行干燥時(shí)產(chǎn)生了廢氣;④離心環(huán)節(jié)也會(huì)產(chǎn)生廢氣;⑤在物料輸送環(huán)節(jié),使用抽真空系統(tǒng)也能夠產(chǎn)生有機(jī)廢氣;⑥倉(cāng)儲(chǔ)存放或物料轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生呼吸尾氣;⑦在污水處理環(huán)節(jié)產(chǎn)生的有機(jī)廢氣。
由于制藥工藝使用的物料的物化特點(diǎn)和生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行了復(fù)雜的物化反應(yīng),制藥有機(jī)廢氣往往具有易燃易爆、有毒易揮發(fā)等特點(diǎn),所涉及到的化合物包括乙酸乙酯、乙醇、苯類化合物等大分子,也有烯烴、烷烴化合物等小分子。
制藥有機(jī)廢氣處理技術(shù)的選擇需要綜合考量廢氣的特點(diǎn)和來(lái)源,產(chǎn)生過(guò)程的溫度和壓力,組成成分,廢氣的濃度和排量等因素,科學(xué)合理選擇適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)廢氣處理技術(shù)。
2 制藥有機(jī)廢氣的治理技術(shù)
有效治理制藥有機(jī)廢氣是強(qiáng)制性要求,治理技術(shù)也是多種多樣,比較常用的處理技術(shù)有兩類,一類是物理處理法,包括冷凝回收法、吸收法、吸附法等;另一類是化學(xué)反應(yīng)處理法,包括再生熱氧化法、催化燃燒法等。
2.1 冷凝回收法
不同物質(zhì)的物理性質(zhì)不同,飽和蒸氣壓便是其中一種,在不同的溫度、不同的氣壓下,制藥有機(jī)廢氣的飽和蒸氣壓是不同的。冷凝回收法便是利用這一物理特定,通過(guò)適當(dāng)調(diào)整生產(chǎn)系統(tǒng)的溫度和氣壓,將制藥有機(jī)廢氣中汽態(tài)的污染物過(guò)濾出來(lái)。對(duì)于沸點(diǎn)較高的溶劑,冷凝回收法較其他方法而言,獲得的回收效率是比較高的。冷凝回收法主要適用于處理具有比較高回收價(jià)值的溶劑、具有比較高濃度的制藥有機(jī)廢物等。
2.2 吸附法
吸附法先通過(guò)吸附、再通過(guò)吸附劑再生這兩個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢氣處理。吸附劑是指具有較大的表面積的多孔固體物質(zhì)。制藥有機(jī)廢氣首先經(jīng)過(guò)接觸吸附劑,氣體中的部分有害物質(zhì)能夠吸附到吸附劑表面上而滯留下來(lái),達(dá)到分離部分有害物質(zhì)、凈化氣體的作用。吸附劑經(jīng)處理后可以重復(fù)使用,吸收某類有害物質(zhì)的容量是有限的,將吸附劑進(jìn)行再生處理后,可以再次被用來(lái)吸收有害物質(zhì)。吸附劑再生過(guò)程不但可再次使用的吸附劑,還能夠回收附著在吸附劑表面的有機(jī)化合物。
吸附法主要適用于處理濃度比較低的有機(jī)污染物、處理環(huán)保要求比較嚴(yán)格且排放到大氣環(huán)境中的有機(jī)廢氣。
2.3 吸收法
吸收法是吸收凈化法的簡(jiǎn)稱,運(yùn)用的是相似相溶原理構(gòu)建的有機(jī)廢氣治理技術(shù)。首先根據(jù)制藥有機(jī)廢氣的組成成分,選定合適的液體吸收液;然后將制藥有機(jī)廢氣通過(guò)液體吸收液,有機(jī)廢氣里面的各種污染物在確定液體吸收液的溶解度不同,可以將有害污染物從有機(jī)廢氣中分開(kāi),最后回收到相對(duì)凈化很多有機(jī)廢氣解析氣。初步處理后,液體吸收液中的有害污染物的平衡分壓一般都是低于有機(jī)廢氣解析氣中有機(jī)物的平衡分壓的。如果有機(jī)廢氣解析氣達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn),則可以在后續(xù)處理中增加活性炭或者活性炭纖維吸附裝置再次進(jìn)行吸附處理,確保排放物符合排放標(biāo)準(zhǔn)。
常見(jiàn)的液體吸收液有表面活性制劑、水、液體石油混合物質(zhì),或者多種液體吸收液的混合物。
2.4 再生熱氧化分解法
制藥有機(jī)氣體中有很多有機(jī)化合物,可以通過(guò)加熱氧化降解的方式進(jìn)行處理。通過(guò)使用蓄熱式焚燒器加熱有機(jī)氣體,讓有機(jī)廢棄物溫度提升到750?C以上,并保持這個(gè)溫度;在此高溫環(huán)境下,通過(guò)氧化生成水和二氧化碳,達(dá)到凈化有機(jī)廢氣的目的;蓄熱回收有機(jī)污染物氧化產(chǎn)生熱量,并將熱量存儲(chǔ)在陶瓷蓄熱體中可以進(jìn)行循環(huán)利用,比如可以加熱待氧化的有機(jī)廢氣。
整個(gè)處理過(guò)程中,焚燒溫度需要一直控制在750?C~850?C,此時(shí)焚燒效率可以控制在95%以上。由于對(duì)整個(gè)處理系統(tǒng)產(chǎn)生的熱能進(jìn)行了循環(huán)利用,可以稱得上是節(jié)能型環(huán)保裝置,此裝置又被稱為再生熱氧化分解器(RTO)。再生熱氧化分解法整套處理模式可以最大限度上使熱能進(jìn)行循環(huán)利用,盡量避免熱能流失,具備高達(dá)95%以上的熱回收率。RTO主要適用于處理那些風(fēng)量較大、濃度不太高、有機(jī)廢氣組成成分較為復(fù)雜且多變,或者含有能夠讓催化劑中毒或使催化劑活性衰退,進(jìn)而影響催化劑性能的制藥有機(jī)廢氣。
2.5 催化燃燒法
催化燃燒法主要是使用催化劑來(lái)處理制藥有機(jī)廢氣的處理技術(shù)。制藥有機(jī)廢氣中含有復(fù)雜且種類繁多的碳?xì)浠衔?,多?shù)化合物能夠在催化劑的作用下,在反應(yīng)溫度達(dá)到時(shí)能夠被氧化成二氧化碳和水。這種處理技術(shù)對(duì)導(dǎo)入催化燃燒裝置的有機(jī)廢氣有一定的限制。一是由于有機(jī)混合物的爆炸下限值為25%,因此有機(jī)廢氣中有機(jī)物濃度應(yīng)當(dāng)?shù)陀?5%。如果有機(jī)廢氣中含有的有機(jī)物濃度高于25%,可以補(bǔ)充空氣或特制氣體進(jìn)行稀釋,使其濃度在25%以下。二是有機(jī)廢氣混合物的爆炸下限應(yīng)當(dāng)?shù)陀?5%時(shí),應(yīng)當(dāng)保持相對(duì)穩(wěn)定的氣體濃度、均勻的流速和適宜的溫度,較大波動(dòng)時(shí)容易發(fā)生危險(xiǎn)。三是制藥有機(jī)廢氣含有的顆粒物濃度要不高于10mg/m 3 ,濃度太高影響處理效果。四是制藥有機(jī)廢氣中不能含有使催化劑中毒或者活性衰退的物質(zhì),否則可能使處理方法失靈。五是為確保處理過(guò)程安全進(jìn)行,制藥有機(jī)廢氣的溫度不能高于400℃。
催化劑能夠充分發(fā)揮催化作用,是該方法奏效的關(guān)鍵。一是反應(yīng)溫度控制。一般來(lái)說(shuō),此方法選用的催化劑應(yīng)該能夠在短時(shí)間內(nèi)扛得住900?C高溫沖擊,而正常情況下,工作溫度應(yīng)當(dāng)控制在700?C以下,以便催化劑發(fā)揮出最佳催化活性。二是催化劑、蓄熱體以及催化燃燒裝置的使用壽命。在標(biāo)準(zhǔn)工作環(huán)境下,催化劑在良好催化活性下能夠工作8500h;在蓄熱式工藝中,催化燃燒裝置內(nèi)的蓄熱體工作時(shí)長(zhǎng)可以大于24000h。三是熱能循環(huán)。催化燃燒裝置中,因燃燒產(chǎn)生的大量高溫?zé)煔饪梢赃M(jìn)行熱能儲(chǔ)蓄回收,進(jìn)行循環(huán)利用。
催化燃燒法主要適用于治理較高濃度、組成成分復(fù)雜、催化可燃性較強(qiáng)的有機(jī)廢氣。
3 結(jié)語(yǔ)
制藥工業(yè)產(chǎn)生的有機(jī)廢氣不但有毒,危害人類的生命健康,而且容易造成環(huán)境污染,嚴(yán)重影響人類生存。在進(jìn)行制藥有機(jī)廢氣處理時(shí),可以在采用綜合循環(huán)利用與無(wú)公害處理相結(jié)合原則下,遵照清潔生產(chǎn)工藝要求進(jìn)行生產(chǎn)制造,同時(shí)結(jié)合末端治理技術(shù),重點(diǎn)進(jìn)行源頭污染控制、過(guò)程污染控制以及注重生產(chǎn)首尾清潔,盡量實(shí)現(xiàn)污染廢氣零排放。要科學(xué)合理地選擇制藥有機(jī)廢氣治理技術(shù),綜合統(tǒng)籌考慮生產(chǎn)制造全流程產(chǎn)生有機(jī)污染物的主要成分、濃度、廢氣溫度、排放流速和排放量、微顆粒散發(fā)程度等諸多方面,還應(yīng)依據(jù)有機(jī)廢氣中有機(jī)污染物的物化性質(zhì)、回收可能性等因素,考慮進(jìn)行資源回收和熱能循環(huán)利用,盡量采用實(shí)用性較強(qiáng)的凈化技術(shù)以及回收方法。當(dāng)使用某一種方法,有機(jī)廢氣治理效果不明顯時(shí),可以考慮將若干種相通的治理技術(shù)組合進(jìn)行廢氣治理。
轉(zhuǎn)自《環(huán)境邦》