有机废气治理中的应用
谢毓胜㊀苏㊀航㊀潘宏光
(广东雪迪龙环境科技有限公司,广州510669)
摘要:介绍了活性炭吸附-氮气脱附冷凝回收工艺,及其在江苏某制药企业原料药厂的应用案例㊂系统投入运行后VOCs 排放浓度<40mg /m 3,远低于国家和江苏省地方排放标准,并且能够长期稳定运行㊂经过长期运行总结,活性炭
再生周期约为7d ,每个吸附罐每次脱附可冷凝回收约1m 3的有机溶剂㊂VOCs 治理㊁脱附㊁回收效果明显,因此活性
炭吸附-氮气脱附冷凝回收是制药行业VOCs 治理的一种稳定有效的治理工艺,建议结合各制药企业废气特点进行推广运用㊂
关键词:制药行业;活性炭吸附;氮气脱附;冷凝回收
APPLICATION OF ACTIVATED CARBON ADSORPTION-NITROGEN DESORPTION
CONDENSATION RECOVERY PROCESS IN PHARMACEUTICAL
INDUSTRY VOCs TREATMENT
Xie Yusheng㊀Su Hang㊀Pan Hongguang
(Guangdong SDL Environmental Technology Co.,Ltd,Guangzhou 510699,China)
Abstract :This paper introduced the process of activated carbon adsorption-nitrogen desorption condensation recovery .In
addition,the application case of this process in a pharmaceutical raw material pharmaceutical factory in Jiangsu province was introduced.As the system put into operation,the VOCs emission concentration was less than 40mg /m 3,which was far lower than the national emission standards and local emission standards of Jiangsu province,and could operate stably for a long time.
After long-term operation,the regeneration cycle of activated carbon was about 7days,and about 1m 3of organic solvent could
be recovered by each desorption of each adsorption tank.VOCs treatment,desorption and recovery were effective,so the activated carbon adsorption-nitrogen desorption condensation recovery process was a stable and effective treatment process for VOCs treatment in pharmaceutical industry.It was recommended to promote the application of the technology in
combination with the characteristics of waste gas of pharmaceutical enterprises.
Keywords :pharmaceutical industry;activated carbon adsorption;nitrogen desorption;condensation recovery
㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀收稿日期:2019
-11-260㊀引㊀言
随着现代西药的发展化学合成制药在制药行业大量应用㊂化学合成制药在在配料㊁加料㊁反应㊁卸料㊁提纯㊁干燥㊁清洗等生产工序广泛使用二氯甲烷㊁二氯乙烷㊁丙醇㊁乙腈㊁苯等易挥发性有机溶液,是有机物排放的主要行业之一[1]㊂VOCs 由于成分复杂,在环境中会导致复合型污染,诱发雾霾,产生光化学烟雾,对人体和环境造成很大的危害,目前已经列为改善大气环境质量的重点污染物,对于VOCs 的治理刻不容缓㊂因此化学合成制药行业有机废气的彻底治理是必要的和必然的㊂1㊀项目背景
以江苏某制药企业原料药厂为例:其废气最大排放风量为60000m 3/h,废气浓度长期在500mg /m 3左
右,加料和卸料时浓度出现峰值,达到1500mg /m 3上
下,每次持续时间约30min㊂出现峰值时间各车间基本相同,为9:00加料,16:00左右卸料㊂由于生产产品的多样性,造成废气成分多变,成分比较复杂㊂本
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34环㊀境㊀工㊀程2020年第38卷增刊
表1㊀废气主要成分及其物化性质
化合物沸点/ħ凝固
点/ħ
化合物
沸点/
ħ凝固点/ħ
甲醇-97四氢呋喃66-108乙醇78-114乙腈81-45
IPA(异丙醇)82-85三氟乙酸72-15二氯甲烷40-97叔丁醇8226苯甲醇205-15哌啶106-7丙酮56-95DMF(N,N-二甲基甲酰胺)153-61乙醚35116DIEA(N,N-二异丙基乙胺)127-46甲苯110-96DMAC(二甲基乙酰胺)166-20异丙醚68-85N-甲基吗啉115-66乙酸乙酯77-84三氯三嗪194146盐酸酸性气体TFA(不饱和脂肪酸)26022 2㊀治理工艺的选择
每种VOCs的处理工艺都有其应用范围和针对性㊂本文所涉废气中VOCs的种类较多,既有高沸点的物质,又包含低沸点的物质,成分较为复杂㊂因此,根据废气的特点选择合适的VOCs治理工艺对实现治理项目的环境效益,经济效益至关重要㊂VOCs的治理技术主要包括2类[2,3]㊂1)回收技术,对于高浓度(>5000mg/m3)或比较昂贵的VOCs,宜采用回收技术加以循环利用㊂常用的回收技术主要有吸附㊁吸收㊁冷凝㊁膜技术等㊂2)销毁技术对于中等浓度或者低浓度(<1000mg/m3)的VOCs采用一定的技术将其降解㊂常用的销毁技术包括燃烧技术㊁光催化技术㊁生物降解技术㊁等离子体技术等㊂结合各种治理技术工艺原理和特点及本项目废气情况,各治理技术对本项目的适应性见表2㊂
表2㊀各工艺的适应性分析
治理工艺适应性分析可行性冷凝回收技术本项目废气浓度非常低,直接采用冷凝回收技术
效果很差,需先吸附浓缩后脱附冷凝回收㊂
ɿ
吸收技术本项目成份复杂,无法选用一种或几种吸附液可
以溶解吸收所有废气成份
ˑ
催化燃烧技术本项目废气中含硫㊁氯元素的化合物,该类物质
会使催化剂失效,因此不可行㊂
ˑ
热力焚烧技术本项目废气浓度低,直接焚烧能耗高㊂需先吸附
浓缩后脱附焚烧㊂还需考虑安全距离,焚烧过程
中产生二噁英的问题㊂
?
生物技术本项目废气成份变化大,废气浓度波动大,无法
保证微生物菌所需的稳定生存环境和营养质,
ˑ
等离子体和光催化技术此类为低效的处理技术,主要运用在除臭和极低
浓度废气,并且会产生臭氧二次污染㊂
ˑ
㊀㊀从上述治理技术适应性分析可看出,冷凝回收技术更为可行,但考虑到本项目废气浓度较低,因此采用活性炭吸附+氮气脱附冷凝回收的治理工艺㊂3㊀工艺设计
3.1㊀工艺流程
活性炭吸附+氮气脱附冷凝回收工艺流程详见图
1㊂
图1㊀工艺流程
3.2㊀流程说明
本系统工艺分为吸附和脱附冷凝回收2部分㊂
吸附过程:车间产生的有机废气先通过碱洗去除废气中的酸性气体,再通过高效除雾器去除废气携带的水雾等,再通过活性炭吸附,再通过风机输送至烟囱达标排放㊂
脱附过程:活性炭吸附饱和后,关闭吸附管路阀门,打开脱附管路阀门,氮气将脱附管路中的空气全部赶出,当氮气在管路中的纯度达到一定的量后开启加热,这个环节保证封闭管路在绝氧的环境下确保安全㊂饱和活性炭在约180ħ进行脱附,经过换热器节约能耗,再依次经过表冷和低温深冷两
道降温处理,有机溶剂被冷凝回收下来㊂表冷工序是有机废气与冷却塔中常温冷水进行热交换,深冷工序是有机废气与冷冻液进行间接换热㊂有机废气冷却变成液态溶剂回收后,脱附管道内原有机废气空间被氮气补偿进来,维持管内压力恒定㊂剩余的有机废气进入换热器加热,重新进入系统内循环,准备二次冷凝㊂
工艺特点:1)氮气是惰性气体,采用氮气脱附可将脱附温度设置在180ħ左右,能够对活性碳吸附的高㊁低沸点有机废气进行快速彻底脱附,使活性炭得到有效㊁彻底再生㊂2)整个脱附过程设置冷凝回收及二次活性碳吸附罐实现全部内部循环,不外排气体,无二次污染,不会对周围环境产生影响㊂3)脱附过程控制整个装置㊁管路内的O2浓度<1%,用惰性气体氮气在高温条件下脱附,确保脱附无任何着火的隐患,实现安全可靠运行㊂4)吸附材料为颗粒活性炭,
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环㊀境㊀工㊀程2020年第38卷增刊可节省成本㊂
4㊀主要设备介绍
4.1㊀碱洗塔
碱洗塔工作原理为需处理的废气从塔底进气口进入后,垂直向上与自上而下的喷淋液发生吸收㊁中和反应,去除废气中的酸性气体及水溶性有机物㊂废气然后继续向上进入除雾段,去除携带的水雾后从塔顶排出㊂喷淋塔主要分3段,分别是塔底水池和进料口,塔中填料段和喷淋层,塔顶除雾和出气㊂
碱洗塔采用填料塔,填料为Φ38mm鲍尔环,塔体采用FRP材质制作㊂喷淋循环液NaOH溶液㊂塔上设置进气口㊁维修口㊁喷淋水管口,及护栏㊁爬梯等㊂4.2㊀高效除雾器
经碱洗塔洗涤后的废气湿度非常高,并且会携带一定的水分,这些水进入活性炭吸附罐会降低活性炭对VOCs的吸附容量,并且很难脱附和冷凝,因此在活性炭吸附罐前设置一高效除雾器㊂
高效除雾器为冷凝+两级机械除雾,主体材质采用304不锈钢,耐酸碱腐蚀,为降低废气中水分对后端吸附器的影响,除雾器对>1μm雾滴设计去除效率>99%㊂
4.3㊀活性炭吸附罐
氮气脱附需高温及零泄漏,因此吸附器设计成罐式,耐压㊂活性炭吸附罐需要保温,保温层厚度100mm,材质为岩棉㊂每个吸附器需要配置气动切换阀门,对吸附㊁脱附操作进行切换㊂本项目采用颗粒活性炭作为吸附材料㊂活性炭吸附装置采用罐体形式设计,所有钢材均采用SUS304材质,罐体上设置加料口㊁卸料口㊁吸附出风口,脱附进出风口,以及相关仪表安装口等㊂
4.4㊀氮气脱附冷凝回收系统
氮气脱附:氮气是一种惰性气体,利用惰性气体作为脱附介质回收有机物,能够克服水蒸气脱附再生产生二次污染的问题,对可溶性有机物的回收更具有优势,可减少有机物精制的投资和运行费用,同时可以提高活性炭和设备的使用寿命,更具有市场竞争力㊂惰性气体的选择主要考虑2个方面:来源便捷,费用低㊂
冷凝回收:冷凝过程中,被冷凝物质仅发生物理变化而化学性质不变,故可直接回收利用㊂冷凝法在理论上可以达到很高的净化程度,但净化程度越高则操作费用越高㊂因此,常作为净化高浓度有机废气的预处理工序,从降低污染物含量和减少废气体积两方面减少后续工艺的负荷,并回收有价值物质㊂物质在不同的温度和压力下,具有不同的饱和蒸气压㊂当物质的蒸气压在某一温度下达到其相应的饱和蒸气压时,则开始凝结,该温度称为物质的露点温度㊂只有系统温度低于露点温度,蒸气态物质才能从气相中冷凝出来㊂冷凝法就是利用挥发性有机物在不同温度和压力下具有不同饱和蒸气压这一性质,采用降低系统温度或提高系统压力的方式,使其从气态转变为液态而从气相中分离出来㊂
氮气脱附冷凝回收系统主要包括氮气储罐㊁加热器㊁冷凝器㊁冷凝液储罐㊁以及配套的切换阀门㊁仪表及控制系统㊂
5㊀运行情况
系统投入运行后VOCs排放浓度<40mg/m3,远低于国家[4]和江苏省地方排放标准[5],并且能够长期稳定运行㊂经过长期运行总结,活性炭再生周期约为7d,每个吸附罐每次脱附可冷凝回收约1m3的有机溶剂㊂VOCs的治理㊁脱附㊁回收效果明显㊂因此活性炭吸附-氮气脱附冷凝回收是制药行业VOCs治理的一种稳定有效的治理工艺,建议结合各制药企业废气特点进行推广运用㊂
参考文献
[1]㊀赵晓辉,郭伯钊,赵校峰.化学合成制药行业有机废气来源分
析与防治技术研究[J].工业工程与技术,2014,07. [2]㊀王龙妹,孙翰林,胡玢,等.挥发性有机废气治理技术的研究现
状及进展[J].合成材料老化与应用,2018,47(6). [3]㊀张燕燕,许高晋,邵冬贤.制药工业过程中有机废气的治理技
术[J].安徽化工2019.45(3).
[4]㊀制药工业大气污染物排放控制标准:GB37823 2019[S].
2019.
[5]㊀江苏省化学工业挥发性有机物排放控制标准:DB32/3151
2016[S].2016.
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