制药工业过程中有机废气的治理技术

在制药工业生产过程中,特别是合成原料药生产过程,与一般的化工生产过程一样,都会产生有机废气(VOCs)。然而,由于药物生产的特殊性,制药工业产生的有机废气一般是排放量相对较大,浓度相对较低,却往往具有较强的毒性以及致敏性等,因此不能采用与一般工业废气相同的治理技术。

研究发现,人类能够凭借嗅觉分辨出的有机废气大约4000种,其中包含了制药工业生产过程中产生的有机废气超过百种。它们一般都能刺激人类的感官,让人产生恶心的症状;需要引起特别注意的是,它们之中的多数都具有较强的毒性;另外的部分有机废气往往都是易燃和易爆,相对不稳定。如果废气中含有氯代烃,还会对臭氧层具有较强破坏性。

1 制药有机废气的来源与特点

分析制药工业的生产过程后,确定制药生产工艺的主要生产单元和使用物料的物化性质,制药有机废气的来源主要产生于以下生产环节:①不凝气,产生于有机溶剂的回收蒸馏和精馏环节;②生产过程中进行化学反应产生的挥发性废气;③使用的物料在进行干燥时产生了废气;④离心环节也会产生废气;⑤在物料输送环节,使用抽真空系统也能够产生有机废气;⑥仓储存放或物料转运过程中会产生呼吸尾气;⑦在污水处理环节产生的有机废气。

由于制药工艺使用的物料的物化特点和生产过程进行了复杂的物化反应,制药有机废气往往具有易燃易爆、有毒易挥发等特点,所涉及到的化合物包括乙酸乙酯、乙醇、苯类化合物等大分子,也有烯烃、烷烃化合物等小分子。

制药有机废气处理技术的选择需要综合考量废气的特点和来源,产生过程的温度和压力,组成成分,废气的浓度和排量等因素,科学合理选择适当的有机废气处理技术。

2 制药有机废气的治理技术

有效治理制药有机废气是强制性要求,治理技术也是多种多样,比较常用的处理技术有两类,一类是物理处理法,包括冷凝回收法、吸收法、吸附法等;另一类是化学反应处理法,包括再生热氧化法、催化燃烧法等。

2.1 冷凝回收法

不同物质的物理性质不同,饱和蒸气压便是其中一种,在不同的温度、不同的气压下,制药有机废气的饱和蒸气压是不同的。冷凝回收法便是利用这一物理特定,通过适当调整生产系统的温度和气压,将制药有机废气中汽态的污染物过滤出来。对于沸点较高的溶剂,冷凝回收法较其他方法而言,获得的回收效率是比较高的。冷凝回收法主要适用于处理具有比较高回收价值的溶剂、具有比较高浓度的制药有机废物等。

2.2 吸附法

吸附法先通过吸附、再通过吸附剂再生这两个环节来实现有机废气处理。吸附剂是指具有较大的表面积的多孔固体物质。制药有机废气首先经过接触吸附剂,气体中的部分有害物质能够吸附到吸附剂表面上而滞留下来,达到分离部分有害物质、净化气体的作用。吸附剂经处理后可以重复使用,吸收某类有害物质的容量是有限的,将吸附剂进行再生处理后,可以再次被用来吸收有害物质。吸附剂再生过程不但可再次使用的吸附剂,还能够回收附着在吸附剂表面的有机化合物。

吸附法主要适用于处理浓度比较低的有机污染物、处理环保要求比较严格且排放到大气环境中的有机废气。

2.3 吸收法

吸收法是吸收净化法的简称,运用的是相似相溶原理构建的有机废气治理技术。首先根据制药有机废气的组成成分,选定合适的液体吸收液;然后将制药有机废气通过液体吸收液,有机废气里面的各种污染物在确定液体吸收液的溶解度不同,可以将有害污染物从有机废气中分开,最后回收到相对净化很多有机废气解析气。初步处理后,液体吸收液中的有害污染物的平衡分压一般都是低于有机废气解析气中有机物的平衡分压的。如果有机废气解析气达不到排放标准,则可以在后续处理中增加活性炭或者活性炭纤维吸附装置再次进行吸附处理,确保排放物符合排放标准。

常见的液体吸收液有表面活性制剂、水、液体石油混合物质,或者多种液体吸收液的混合物。

2.4 再生热氧化分解法

制药有机气体中有很多有机化合物,可以通过加热氧化降解的方式进行处理。通过使用蓄热式焚烧器加热有机气体,让有机废弃物温度提升到750?C以上,并保持这个温度;在此高温环境下,通过氧化生成水和二氧化碳,达到净化有机废气的目的;蓄热回收有机污染物氧化产生热量,并将热量存储在陶瓷蓄热体中可以进行循环利用,比如可以加热待氧化的有机废气。

整个处理过程中,焚烧温度需要一直控制在750?C~850?C,此时焚烧效率可以控制在95%以上。由于对整个处理系统产生的热能进行了循环利用,可以称得上是节能型环保装置,此装置又被称为再生热氧化分解器(RTO)。再生热氧化分解法整套处理模式可以最大限度上使热能进行循环利用,尽量避免热能流失,具备高达95%以上的热回收率。RTO主要适用于处理那些风量较大、浓度不太高、有机废气组成成分较为复杂且多变,或者含有能够让催化剂中毒或使催化剂活性衰退,进而影响催化剂性能的制药有机废气。

2.5 催化燃烧法

催化燃烧法主要是使用催化剂来处理制药有机废气的处理技术。制药有机废气中含有复杂且种类繁多的碳氢化合物,多数化合物能够在催化剂的作用下,在反应温度达到时能够被氧化成二氧化碳和水。这种处理技术对导入催化燃烧装置的有机废气有一定的限制。一是由于有机混合物的爆炸下限值为25%,因此有机废气中有机物浓度应当低于25%。如果有机废气中含有的有机物浓度高于25%,可以补充空气或特制气体进行稀释,使其浓度在25%以下。二是有机废气混合物的爆炸下限应当低于25%时,应当保持相对稳定的气体浓度、均匀的流速和适宜的温度,较大波动时容易发生危险。三是制药有机废气含有的颗粒物浓度要不高于10mg/m 3 ,浓度太高影响处理效果。四是制药有机废气中不能含有使催化剂中毒或者活性衰退的物质,否则可能使处理方法失灵。五是为确保处理过程安全进行,制药有机废气的温度不能高于400?C。

催化剂能够充分发挥催化作用,是该方法奏效的关键。一是反应温度控制。一般来说,此方法选用的催化剂应该能够在短时间内扛得住900?C高温冲击,而正常情况下,工作温度应当控制在700?C以下,以便催化剂发挥出最佳催化活性。二是催化剂、蓄热体以及催化燃烧装置的使用寿命。在标准工作环境下,催化剂在良好催化活性下能够工作8500h;在蓄热式工艺中,催化燃烧装置内的蓄热体工作时长可以大于24000h。三是热能循环。催化燃烧装置中,因燃烧产生的大量高温烟气可以进行热能储蓄回收,进行循环利用。

催化燃烧法主要适用于治理较高浓度、组成成分复杂、催化可燃性较强的有机废气。

3 结语

制药工业产生的有机废气不但有毒,危害人类的生命健康,而且容易造成环境污染,严重影响人类生存。在进行制药有机废气处理时,可以在采用综合循环利用与无公害处理相结合原则下,遵照清洁生产工艺要求进行生产制造,同时结合末端治理技术,重点进行源头污染控制、过程污染控制以及注重生产首尾清洁,尽量实现污染废气零排放。要科学合理地选择制药有机废气治理技术,综合统筹考虑生产制造全流程产生有机污染物的主要成分、浓度、废气温度、排放流速和排放量、微颗粒散发程度等诸多方面,还应依据有机废气中有机污染物的物化性质、回收可能性等因素,考虑进行资源回收和热能循环利用,尽量采用实用性较强的净化技术以及回收方法。当使用某一种方法,有机废气治理效果不明显时,可以考虑将若干种相通的治理技术组合进行废气治理。

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