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東莞VOCs廢氣處理設備,VOCs治理技術在制藥行業中的應用

摘要：制藥行業是我國國民經濟的重要組成部分，同時也是產污較大的行業，在藥品生產過程中使用了大量易揮發的有機溶媒，使得該行業廢氣中的VOCs嚴重超標。近年來，隨著政府對VOCs治理的重視，制藥企業面臨著前所未有的環保壓力。本文綜述了制藥行業VOCs排放特點，比較主流的治理技術、案例及提出了剛起步的制藥行業VOCs治理市場中存在的問題和展望。

引言

揮發性有機物(VolatileOrganicCompounds，簡稱VOCs），在常壓下，任何沸點低于250℃的有機化合物，或在室溫（25℃）下飽和蒸汽壓超過133.32Pa，以氣態分子的形態排放到空氣中的所有有機化合物的總稱。VOCs與大氣中的其他化學成分反應，生成氣溶膠等二次污染物，引發城市光化學煙霧、灰霾現象。工業源排放的VOCs對人體健康危害較大，部分污染物具有“三致”作用。

東莞VOCs廢氣處理設備

近年，我國幾大城市相繼出現霧霾天氣，政府和人民逐漸意識到VOCs是城市光化學煙霧決定性的前體物。隨之政府出臺了一系列政策，目前我國針對揮發性有機物的治理方針為先抓重點區域、重點行業，再逐步深入。因此重點行業面臨的環保壓力日益增大。而制藥行業作為我國六大重要污染行業之一，相比石化、包裝印刷、家具、制鞋、汽車等行業，該行業的VOCs排放量大、成分復雜、異味嚴重、防治工作起步較晚，相關的政策和管理制度還不健康。

目前針對制藥行業產生的VOCs，治理市場中常采用：冷凝回收、噴淋吸收、活性炭吸附、VOCs濃縮系統、燃燒、低溫等離子體等技術。燃燒技術在近年被公認為是治理VOCs最徹底的方法，去除效率高并且穩定，設備市場發展也最為蓬勃，但若未對工況進行深入了解，而盲目的投入焚燒設備，此時設備不僅不能達到理想效果，并且還可能存在安全隱患。最好的治理方案是通過實地考察，將環保與節能完美結合。

本文對國內外制藥行業中常用到的VOCs治理技術進行了總結，對不同治理技術的優勢、特點及工程案例應用做了簡單介紹，以期對國內同行在制藥行業VOCs治理方面有所借鑒。

1.制藥行業廢氣排放特點

生產工藝復雜、污染物產生量大

制藥行業按藥品的生產工藝可分為：發酵類、提取類、化學合成類、中藥類、生物工程類和制劑類。其中發酵類和化學合成類制藥工業是VOCs的排放大戶。我國是一個化學原料藥生產大國，尤其是發酵類藥物產品的產能產量位居世界第一。

發酵類制藥主要包括：抗生素、維生素和氨基酸等。此類制藥工業污染源主要包括：發酵尾氣、有機溶劑揮發、菌渣、酸堿廢氣及廢水處理裝置產生的惡臭氣體。廢氣特點：風量大、濕度高、VOCs濃度低且不穩定，常含氯、硫等較難處理的元素，組分復雜。菌渣作為危險廢棄物較難處理。

東莞VOCs廢氣處理設備

化學合成類主要品種：合成抗菌藥、麻醉藥、解熱鎮痛藥、非甾博體抗炎藥、抗病毒藥和抗真菌藥、抗腫瘤藥、體藥物等16個大類約近千個品種。化學合成類工業制藥生產過程中，原材料分離過濾、發酵萃取、蒸餾回收、凈化干燥的環節會產生溶劑蒸發性VOCs排放，閥門、反應槽、泵與其他設備連接處易發生逸散性排放。廢氣主要包括：乙醇、二氯甲烷、異丙醇、丙酮、乙腈等。特點：風量小、VOCs濃度高、含塵和含水率低。

2013年，我國有藥品生產許可證的企業7232家，其中化學藥品制劑企業2841家[4]。固體制劑在噴干造粒階段，廢氣含塵高、溫度高、含濕率高，此類廢氣最難治理。

生物工程類包括基因工程藥物、基因工程疫苗、克隆工程制備藥物等。此類制藥廢氣主要來自于溶劑的揮發，包括乙醇、丙醇、丙酮、甲醛和乙腈等，還存在發酵過程中產生的少量細胞呼吸氣，主要成分為CO2和N2。

提取類制藥，按來源分：人體、動物、植物、海洋生物等，但不包括微生物。此類工藝常分為六個階段：原料的選擇和預處理、原料的粉碎、提取、分離純化、干燥及保存、制劑。主要污染物來自于清洗、粉碎和包裝時產生的藥塵，以及提取過程中使用的揮發性有機物的揮發部分。

中藥類分為中藥材、中藥飲片和中成藥。廢氣主要來源于切制等工序產生的藥物粉塵和炮制過程中產生的藥煙。

東莞VOCs廢氣處理設備

間歇排放、波動性大

制藥生產多采用間歇生產方式，污染物也間歇性排放。即污染物在短時間內集中排放。污染物的排放量、濃度、瞬時差異較大，從而加大了處理設施的運行難度，最終造成惡劣的環境影響。

成分復雜、環境危害大

制藥行業產生的污染物濃度高、成分復雜。污染物包括生產過程中使用的原輔材料（包括大量的有機溶劑）、難生化降解的化學合成物質、殘留物成分以及藥物降解中間產物。其中許多污染物為惡臭氣體，甚至劇毒或致癌物質。

總體來說，我國制藥行業，原材料投入量大，產出比小，其大部分物質最終成為廢棄物，從而污染水體和大氣，并且廢氣量大，廢物成分復雜，種類繁雜，污染危害嚴重，因此該行業的廢氣治理難度大。

2.制藥行業VOCs主要成分與特點

醫藥行業制藥過程產生的VOCs主要為甲醇、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、異丙醇、乙腈、環氧乙烷、甲醛等[3]。不同的制藥方式會產生不同的廢氣，發酵制藥過程中，主要是在提取和精制中產生溶媒廢氣、菌渣干燥廢氣等，其成分中丙酮和乙酸乙酯所占比例高，分別為65%、30.41%[5]。對于化學合成制藥來說，則是異丙醇、丙酮、乙醇所占比例最高，分別44.27%、35.39%、9.78%[5]。

東莞VOCs廢氣處理設備

推薦使用工藝

前端除塵預處理噴淋塔+過濾器+RTO

處理工藝簡述

對于制藥廠廢氣，大部分為含塵有機廢氣，針對此類廢氣應首先對廢氣進行除塵處理，然后再進入氧化設備進行焚燒處理，有機物轉變為二氧化碳和水后直接達標排放。氧化方式有多種選擇，常用的為蓄熱式氧化和旋轉式氧化。

技術優勢

操作連續性、效率穩定性、廢氣排放狀況等方面均優于固定床系統，同時亦有低壓損、無吸附材料損耗、靈活組裝的有點。沸石不可燃，安全性能好，可以在高溫下進行脫附再生（最高可達300℃），對于大部分有機化合物可以進行處理，尤其是在吸附高沸點有機物時，優勢更加凸顯。

技術特點

沸石轉輪常與回收系統和燃燒系統組合使用，常用于低濃度、大風量的VOC工況。沸石轉輪利用吸附性極好的疏水性分子篩作為吸附劑，能夠適用于更多種類的VOC，以及不同的運轉條件。即使是苯乙烯和環己酮等具有熱聚合性高的VOC，也能使用疏水性分子篩高效率地進行處理。濃縮轉輪的核心部件因為是在高溫下燒結處理而成的，完全是無機物的結合體。如果發生蜂窩通路堵塞時，可以進行水洗，分子篩轉輪也可以根據實際情況通過熱處理進行高溫活化

案例

某制藥廠發酵車間尾氣治理，風量15000m3/h，廢氣主要成分：乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙酮等，VOCs初始濃度為1350mg/m3。因乙酸丁酯沸點高，采用沸石轉輪濃縮系統，VOCs濃縮8倍。經過濃縮系統吸附后排氣中VOCs濃度低于20mg/m3。濃縮后的高濃解析氣量約為9000m3/h，高濃解析氣的通過氧化法進行進一步無害化處理，最終實現有機廢氣的達標排放。

東莞VOCs廢氣處理設備

3.燃燒系統

燃燒法是通過燃燒掉空氣中含有的VOCs廢氣，使之成為無害物質的一種方法，也是目前應用最為廣泛的有機廢氣治理方法。它僅能燒掉那些可燃的或在高溫下能夠分解的有害氣體和煙塵，不能回收空氣中含有的原有物質，但可以回收燃燒氧化過程中產生的熱能。燃燒法又分為直接燃燒法、蓄熱式燃燒法、蓄熱式催化燃燒法，后兩種燃燒法使用更為普遍。

直接燃燒法

直接燃燒燒是用燃燒機添加輔助燃料，將有機廢氣加熱到高溫（≥760℃，不同的有機廢氣溫度不同），在燃燒室發生氧化反應生成CO2和H2O，從而予以去除。

適合工況范圍廣，尤其適用于廢氣中含有能使催化劑中毒的硫、氯等元素。

此技術處理效率較高，同時運行中或啟動過程消耗的能耗高，因此目前在較多項目中逐漸被蓄熱式燃燒所替代。

蓄熱式催化焚燒法

蓄熱式催化燃燒技術（RegenerativeCatalyticOxidizer，簡寫為RCO），是在催化燃燒技術的基礎上增加了一套熱能存在與再利用裝置——蜂窩狀陶瓷蓄熱體。廢氣通過換向閥被送到加熱室，使氣體達到燃燒反應起燃溫度，再通過催化室的作用，使有機廢氣徹底分解成二氧化碳和水。燃燒后的廢氣通過蓄熱體，熱量被留在蓄熱體中，用于預熱新進廢氣。若此熱量達不到反應起燃溫度，加熱系統通過自控系統實現補償加熱。催化劑的作用是降低反應的活化能，同時使反應物分子富集于催化劑表面，以提高反應速率。

無火焰，安全性好，要求的燃燒溫度低，輔助燃料費用較其他燃燒方式為最低，二次污染物NOx生成量少，燃燒設備體積小。蓄熱體材料熱能回收率高。

該設備操作方便，可以實現全自動控制，安全可靠。設備啟動到起燃時間短，能耗低。目前常使用貴金屬鉑、鈀浸漬的蜂窩狀陶瓷載體作為催化劑，比表面積大，阻力小，凈化效率高。催化劑一般兩年更換，并且載體可再生。

但是值得注意，蓄熱式催化燃燒一般不能用于處理含有硫、氯和硅等容易使催化劑中毒而失效的廢氣。另外催化劑一般具有較強的選擇性，如果待處理物中含有多種VOCs，那么將增大催化劑選擇的困難度。

某制藥車間丙酮廢氣排放量5000Nm3/h，采用間歇工作制：每天工作8小時，廢氣溫度70℃，有機廢氣濃度1g/m3,采用RCO裝置，污染物去除率達99%以上。由于項目中有機尾氣的產生量是間斷性的，整套工藝路線采用了快速預熱啟動系統，在保證整套工藝節能高效的前提下，實現了系統快速啟動。在貴金屬催化劑的作用下，有機物在一定溫度下（200--350℃之間）被迅速氧化成水、二氧化碳等小分子物質，實現有機尾氣的凈化處理。

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4.冷凝回收技術

冷凝回收是氣態污染物在不同溫度以及不同

壓力下具有的不同飽和蒸汽壓，當降低溫度或加大壓力時，某些污染物會凝結出來，從而達到凈化和回收VOCs的目的。可以借助不同的冷凝溫度而達到分離不同污染物的目的。

當VOCs成分較單一且有回收利用價值，VOCs濃度20000mg/m3時，冷凝回收法最為經濟。若廢氣成分單一、有回收利用價值，濃度不高時，可先采用吸附濃縮，再進行冷凝回收。

可回收利用VOCs，降低生產成本。

冷凝回收技術，常用在濃縮系統之后，當VOCs濃度越高，冷凝效果越好。

某制藥廠廢氣主要成分為4-甲基-2-戊酮，廢氣量為8000m3/h，初始濃度為5000mg/m3，經過沸石轉輪濃縮系統后，采用多級冷凝回收技術，回收率75%。特點是整個溶媒回收系統考慮了能源回收與利用，最大限度的減少了回收過程中能源的消耗。

東莞VOCs廢氣處理設備

低溫等離子體

低溫等離子體是繼固態、液態、氣態之后的物質第四態，當外加電壓達到氣體的放電電壓時，氣體被擊穿，產生包括電子、各種離子、原子和自由基在內的混合體。放電過程中雖然電子溫度很高，但重粒子溫度很低，整個體系呈現低溫狀態，所以稱為低溫等離子體。低溫等離子體降解污染物是利用這些高能電子、自由基等活性粒子和廢氣中的污染物作用，使污染物分子在極短的時間內發生分解，并發生后續的各種反應以達到降解污染物的目的。

低溫等離子技術應用于惡臭氣體治理，具有處理效果好，運行費用低、無二次污染、運行穩定、操作管理簡單，針對間歇式排放的氣體能現實即開即用。

案例

某制藥公司污水處理車間異味氣體嚴重，異味尾氣風量：20000m3/h，主要污染物質有甲硫醇、微量硫醚、二甲胺等，采用低溫等離子體工業廢氣處理技術，氣體經過預處理之后進入低溫等離子處理系統進行深度離子氧化破壞異味分子的分子結構，最終的排氣指標異味氣體臭氣無量綱值滿足國家的排放標準。

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5.制藥行業VOCs治理存在的問題及展望

制藥行業VOCs治理存在的問題

（1）目前我國針對制藥行業VOCs治理的監管力度還不夠，導致老廠區存在工藝設計不合理，在初期缺乏環保意識；廠區能源缺乏綜合利用系統，能源成本高；廢氣處理設施運行不正常，導致異味、臭氣問題突出；風量較大、污染濃度低；工況復雜、預處理難度大；廢渣處理缺乏監管；廢水處理單元技術單一，存在二次污染，污水處理單元廢氣無收集等問題。

（2）制藥企業對VOCs氣體危害認識不足，環保意識薄弱。

（3）制藥行業發酵尾氣濕度大、濃度不問題、組分復雜，防爆等級高等問題，導致對環保技術和環保企業要求更高。

展望

雖然目前我國還未出臺制藥行業VOCs的排放標準，但從目前發布的VOCs相關政策來看，我國對VOCs治理越來越重視，企業環保壓力越來越大。

VOCs治理首先應從污染源頭進行控制[10]，使用低揮發性原料，優化工藝，減少有機溶劑揮發，回收重復利用有機溶媒。其次，進行過程控制，在生產過程中全密閉生產，優化管道布局，減少泄露，完善監測。最后進行末端治理，采用冷凝、吸收、吸附、燃燒等方法。

燃燒法是目前公認的污染物去除最徹底、運行最穩定可靠、技術較成熟的末端治理VOCs的方法。在當前能源價格飆升的背景下，以資源化循環利用為目的的蓄熱式焚燒爐（RTO）技術成為了VOCs處理技術發展的趨勢。隨著市場的發展，業主和環保企業追求更加節能環保的治理技術，蓄熱式催化燃燒（RCO）技術應運而生。其較RTO更節能，是當前VOCs處理技術中最受關注的領域。尤其是催化燃燒系統在大風量、低濃度的處理和循環處理方式中的應用，相比常規火焰燃燒，顯示了巨大的優越性。然而催化燃燒中使用的催化劑在遇到硫、氯和硅等元素時容易中毒而失效，另外催化劑具有較強的選擇性，從而限制了催化焚燒技術的全面推廣。

制藥行業VOCs治理是一個巨大的市場，但同時也面臨著巨大的挑戰，環保企業只有不斷的研發新技術，才能在這個市場中占有一席之地。