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        化學(xué)原料藥行業(yè)尾氣處理技術(shù)分析

        2022-06-03 07:08:06繆傳耀匯智工程科技股份有限公司武漢分公司湖北武漢430000
        化工管理 2022年11期
        關(guān)鍵詞:化學(xué)

        繆傳耀(匯智工程科技股份有限公司武漢分公司,湖北 武漢 430000)

        0 引言

        化學(xué)原料藥在生產(chǎn)過程中會(huì)用到大量化學(xué)品,因此在化工原料藥過程排放的尾氣中一般會(huì)存在一些危險(xiǎn)和有毒氣體。所以化學(xué)原料藥的生產(chǎn)企業(yè)需要對(duì)這些尾氣進(jìn)行有效的處理,以免對(duì)企業(yè)員工及周邊環(huán)境帶來(lái)影響。

        因此,為了有效避免原料藥在生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)形成的尾氣對(duì)環(huán)境和人體健康造成的污染和損害,化學(xué)原料藥生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)順應(yīng)時(shí)代發(fā)展潮流,遵循環(huán)保綠色發(fā)展的理念,結(jié)合企業(yè)的實(shí)際情況,采用先進(jìn)的原料藥生產(chǎn)尾氣處理技術(shù),為保護(hù)員工健康和大氣環(huán)境作出貢獻(xiàn)。

        1 化學(xué)原料藥行業(yè)基本情況

        1.1 我國(guó)是化學(xué)原料藥生產(chǎn)和出口大國(guó)

        經(jīng)過幾十年的發(fā)展,我國(guó)已經(jīng)成為原料藥生產(chǎn)和出口大國(guó)。據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局的數(shù)據(jù)顯示,2019年我國(guó)化學(xué)原料藥的產(chǎn)量達(dá)276.9萬(wàn)噸,同比增長(zhǎng)高達(dá)20.3%;2020年,我國(guó)化學(xué)藥品原藥產(chǎn)量為273.4萬(wàn)噸,同比上升2.7%[1]。與此同時(shí),我國(guó)還是國(guó)際上化學(xué)原料藥的主要出口國(guó),市場(chǎng)份額占全球的21%左右。其中,大宗原料藥是藥品出口的主要類型,如青霉素鉀鹽、撲熱息痛、阿司匹林及維生素C等原料藥品產(chǎn)品均是我國(guó)原料藥中具有較強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力的品種,憑借大宗原料藥的出口我國(guó)在競(jìng)爭(zhēng)激烈的國(guó)際醫(yī)藥市場(chǎng)中占有一席之地。

        1.2 企業(yè)經(jīng)營(yíng)面臨諸多壓力市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)壓力

        隨著我國(guó)的化學(xué)原料藥生產(chǎn)規(guī)模逐漸擴(kuò)大,大宗原料藥的產(chǎn)能過剩問題凸顯,而小品種則出現(xiàn)了壟斷漲價(jià)現(xiàn)象,市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)無(wú)序問題加劇。而隨著我國(guó)在出口退稅率的變化以及人民幣升值、原材料價(jià)格上漲及勞動(dòng)力成本增加等多重因素的影響,近年來(lái),化學(xué)原料藥企業(yè)的生產(chǎn)成本逐漸提高,企業(yè)面臨著越來(lái)越大的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)壓力。

        與此同時(shí),為了貫徹可持續(xù)發(fā)展理念,2008年,國(guó)家有關(guān)部門相繼頒布了制藥工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn),從一定程度上對(duì)化學(xué)制藥行業(yè)的排污情況進(jìn)行限制和約束。地方政府及環(huán)保單位都高度重視環(huán)境污染問題,加強(qiáng)了對(duì)化學(xué)原料藥企業(yè)的監(jiān)管,一些企業(yè)由于“三廢”排放不達(dá)標(biāo)又無(wú)力整改而被迫倒閉[2]。

        1.3 龍頭企業(yè)產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)凸顯

        憑借產(chǎn)業(yè)規(guī)模、技術(shù)水平、創(chuàng)新能力和環(huán)保技術(shù)優(yōu)勢(shì)的凸顯,化學(xué)原料藥行業(yè)中以上市公司為代表的頭部企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力逐步增強(qiáng)。2019年中國(guó)化學(xué)原料藥行業(yè)29家上市企業(yè)中大部分都實(shí)現(xiàn)了較好的經(jīng)濟(jì)效益,化學(xué)原料藥上市公司的營(yíng)收情況如表1所示。其中,冠福股份以159.37億元的營(yíng)業(yè)收入占據(jù)榜首,營(yíng)收同比增長(zhǎng)11.5%,營(yíng)業(yè)收入位居第二的海正藥業(yè)全年收入為110.72億元,同比增長(zhǎng)8.69%[3]。

        表1 2019年化學(xué)原料藥上市公司營(yíng)收情況

        2 化學(xué)原料藥尾氣的危害及處理現(xiàn)狀

        2.1 化學(xué)原料藥尾氣的危害

        通常情況下,在化學(xué)原料藥生產(chǎn)的儲(chǔ)罐區(qū)、蒸餾系統(tǒng)以及反應(yīng)器中VOC的排放是化學(xué)原料藥生產(chǎn)企業(yè)尾氣的主要來(lái)源之一。由于原料藥自身材質(zhì)的不同造成排放尾氣的污染度有所差異,對(duì)原料藥進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn),其中大多含有堿性氣體或者酸性物質(zhì),在摻雜相關(guān)有毒氣體污染物后還可能含有些許顆粒狀的尾氣,如果那些易燃易爆氣體與外界空氣發(fā)生摩擦,就會(huì)增加爆炸事件發(fā)生的概率,給企業(yè)帶來(lái)安全隱患,造成人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失,使企業(yè)品牌形象受損。與此同時(shí),爆炸氣體的大規(guī)模泄漏,也會(huì)直接污染外界空氣環(huán)境,嚴(yán)重背離綠色環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展原則。

        2.2 原料藥尾氣的處理現(xiàn)狀

        現(xiàn)階段醫(yī)療行業(yè)發(fā)展迅猛,從一定程度上也促使許多新型的化學(xué)藥品的普及和推廣。然而,國(guó)內(nèi)對(duì)化學(xué)原料藥尾氣排放領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)和創(chuàng)新投入較少,許多尾氣處理技術(shù)尚未成熟。為了順應(yīng)時(shí)代發(fā)展潮流,化工醫(yī)藥企業(yè)應(yīng)引進(jìn)先進(jìn)的尾氣處理設(shè)備[4],開發(fā)新型的尾氣處理技術(shù),在成本可控的基礎(chǔ)上,達(dá)到預(yù)設(shè)的環(huán)保效果,進(jìn)而改善并解決尾氣處理沒有針對(duì)性、尾氣排放裝置不合規(guī)及尾氣泄漏等情況。

        3 原料藥尾氣處理技術(shù)方法

        3.1 對(duì)尾氣排放總量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)

        尾氣排放總量的計(jì)算應(yīng)包括設(shè)備排放氣體量、反應(yīng)罐排氣量、設(shè)備內(nèi)部排放氣體量及冷凝器的排氣量。首先,針對(duì)排放設(shè)備的安全效果,應(yīng)結(jié)合原料藥生產(chǎn)的實(shí)際情況進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃,可以在排風(fēng)罩口的風(fēng)速數(shù)值停留在1.2 m/s的范圍內(nèi)進(jìn)行仔細(xì)測(cè)量;其次,因?yàn)殚g接性是反應(yīng)罐內(nèi)部排氣的主要特點(diǎn)之一,因其存在一定的間隔性,應(yīng)以一個(gè)完整的排放周期為計(jì)算單位進(jìn)行分析。例如,可以結(jié)合每小時(shí)氣體排放量來(lái)輔助核算一定周期內(nèi)氣體排放效果進(jìn)行測(cè)算;最后,在外界各種環(huán)境因素的影響下,原料藥在其生產(chǎn)期間排放廢氣并不呈現(xiàn)規(guī)律性,此時(shí)測(cè)算人員應(yīng)深入原料藥生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng),全面收集并整理原料藥尾氣排放的原始資料,經(jīng)過實(shí)地調(diào)查分析匯總,進(jìn)而形成完整的書面材料歸檔保管。

        3.2 原料藥尾氣處理技術(shù)

        化學(xué)原料藥生產(chǎn)過程中尾氣處理的基本流程如圖1所示。目前化學(xué)制藥行業(yè)采用的尾氣處理技術(shù)主要有催化分解、燃燒、吸附和生物處理技術(shù)。

        圖1 廢氣尾氣處理流程

        (1)催化分解技術(shù)。催化方法是最常見的尾氣處理方式。在進(jìn)行尾氣污染物集中處理期間,主要根據(jù)不同原料藥生產(chǎn)過程中所排放尾氣的性質(zhì)的不同,采用合適的催化劑,確保有害氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng),在多元處理模式下,吸收并分解廢氣中有害氣體。一般情況下,尾氣中一種污染物催化反應(yīng)只能由一個(gè)催化劑完成。在實(shí)際的原料藥尾氣處理中一般都會(huì)包含多種需要處理的氣體,此種方法在原料藥尾氣處理的適用性和可行性并不大。

        (2)燃燒方法。原料藥尾氣中會(huì)包含著諸多可燃?xì)怏w,有些氣體在經(jīng)過燃燒后會(huì)轉(zhuǎn)換成無(wú)害氣體,與此同時(shí),在尾氣燃燒過程中,一氧化碳、瀝青煙和部分碳?xì)浠衔镌谌紵^程中會(huì)轉(zhuǎn)化成無(wú)害氣體,從而逐漸降低尾氣中有害物質(zhì)的含量,達(dá)到大氣排放標(biāo)準(zhǔn)。值得注意的是,在應(yīng)用此種方法時(shí),應(yīng)保證廢氣中不含有易燃易爆的成分,避免發(fā)生起火爆炸的安全事故。

        (3)吸收方法。此種尾氣處理方法利用物理處理手段,操作人員應(yīng)用物理方式對(duì)有毒有害氣體進(jìn)行凈化和分離操作,針對(duì)那些含有酸性成分的廢氣處理,在實(shí)際的應(yīng)用中取得了顯著的成果。與上述催化分解和燃燒方法相比,此種處理技術(shù)的應(yīng)用成本較低,處理設(shè)備也相對(duì)簡(jiǎn)單,有害物質(zhì)進(jìn)入處理設(shè)備后,可以達(dá)到預(yù)設(shè)的凈化效果[5]。

        (4)生物處理技術(shù)。生物處理技術(shù)作為新型的處理技術(shù)被化工企業(yè)逐漸應(yīng)用和推廣,此種處理技術(shù)的工作原理主要是通過引進(jìn)先進(jìn)的尾氣處理技術(shù),對(duì)有害氣體內(nèi)部的水分進(jìn)行加速分解,依托生物濾池有效將相關(guān)成分進(jìn)行過濾,從而達(dá)到凈化尾氣的效果。

        生物處理技術(shù)雖然達(dá)到了一定的尾氣凈化效果,在實(shí)際應(yīng)用期間,仍然存在諸多不足之處,例如,氣態(tài)形式組成的污染物一般不會(huì)被快速溶解,且溶解過程會(huì)應(yīng)用較多的動(dòng)力能源,生物處理技術(shù)投資的建設(shè)資金和人工成本也是相對(duì)較高的。為了滿足國(guó)家規(guī)定的尾氣處理標(biāo)準(zhǔn),目前相關(guān)研究機(jī)構(gòu)的研究人員正在加大研發(fā)力度,不斷創(chuàng)新,提升化學(xué)制藥尾氣生物處理技術(shù)的處理效率,降低能耗。

        4 吸收技術(shù)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

        4.1 尾氣吸收處理工藝流程

        在原料藥生產(chǎn)環(huán)節(jié),尤其是在原料藥加工過程中,尾氣排放主要是堿性化合物,當(dāng)堿性氣體先進(jìn)入裝有酸性溶液的循環(huán)箱中,經(jīng)過循環(huán)泵等設(shè)備后,進(jìn)入酸液的噴淋清洗塔、清水循環(huán)箱中,堿性氣體被酸液吸收后,再次流經(jīng)二級(jí)清水噴淋清洗塔。以上處理流程都需要使用先進(jìn)的離心抽風(fēng)機(jī)設(shè)備,在進(jìn)一步排解吸收后,將污染效果較小的氣體排至空氣中,排放高度一般在16 m左右。

        在原料藥生產(chǎn)時(shí)也可能產(chǎn)生酸性氣體,這時(shí)則需要采用堿性溶液來(lái)處理,讓酸性氣體進(jìn)入裝有堿性溶液的循環(huán)箱中,經(jīng)過循環(huán)泵等設(shè)備后,進(jìn)入堿液的噴淋清洗塔、清水循環(huán)箱,酸性氣體被堿性溶液吸收后,再次流經(jīng)二級(jí)清水噴淋清洗塔。以上處理流程都需要使用先進(jìn)的離心抽風(fēng)機(jī)設(shè)備,在進(jìn)一步排解吸收后,將處理后的氣體排至空氣中,排放高度一般會(huì)超過16 m[6]。

        采用尾氣吸收技術(shù)方法的同時(shí),相關(guān)吸收裝置和設(shè)備應(yīng)采用級(jí)別淋噴的方式,即形成兩相逆流式填料的吸收塔后,將大量有害氣體逐漸引入到塔進(jìn)氣口,在進(jìn)氣段的空氣充滿后,氣體中的液相物質(zhì)在充分融合后,促使下部的貯液槽融入相關(guān)吸收液。尤其是在噴淋段和填料段進(jìn)行融合過程中,會(huì)相繼發(fā)出傳熱導(dǎo)熱作用,應(yīng)確保在充足的停滯時(shí)間內(nèi),空塔內(nèi)部的氣體流速不會(huì)發(fā)生明顯波動(dòng)。一旦進(jìn)入空塔上方的除霧段,要確保所有有害氣體基本被清除。在經(jīng)過多道吸收處理工藝后,化學(xué)原料藥產(chǎn)生的有害氣得到有效處置,可達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

        4.2 吸收處理技術(shù)的條件以及參數(shù)

        一般情況下,吸收處理裝置中真空吸收壓力系統(tǒng)的配置要求大于5 kPa,在多環(huán)節(jié)的吸收處理過程中,應(yīng)保證塔內(nèi)的氣體與液體能有較為充裕的接觸空間。此次研究主要以噴淋塔為主要研究對(duì)象,操作人員應(yīng)嚴(yán)格按照尾氣處理技術(shù),結(jié)合實(shí)際情況對(duì)相關(guān)結(jié)構(gòu)進(jìn)行填料加工。在設(shè)定的風(fēng)量下,投入適當(dāng)資金引進(jìn)動(dòng)力較大的處理設(shè)備,一般應(yīng)小于41 mmH2O,針對(duì)噴淋吸收塔的進(jìn)風(fēng)段、噴液段和除霧段,氣體流速應(yīng)低于1.22 m/s。除此之外,對(duì)于那些以組合方式形成的噴淋式吸收塔,應(yīng)確保一級(jí)酸水實(shí)際濃度在3%~5%左右,一級(jí)堿性濃度在3%~5%之間,具體關(guān)鍵性技術(shù)參數(shù):液氣比為1~10 L/m3、壓力的損失在31~41 mmH2O之間、空塔的速度為1.3~1.6 m/s,噴淋的密度為6~8 m3/(m2·s)、凈化的效率在95%~98%之間。值得一提的是,孔球狀填料是填料的主要形式,這種填料既可以承受較高溫度,也可以耐減、耐酸。針對(duì)組合式的噴淋吸收系統(tǒng),主要采用PP復(fù)合式玻璃鋼材料組成各個(gè)塔內(nèi)構(gòu)造,而離心抽風(fēng)機(jī)的材料應(yīng)采用玻璃鋼,而內(nèi)部的連接管線材質(zhì)主要為PP、UPVC,系統(tǒng)中加藥所用裝置材質(zhì)為PE。

        4.3 技術(shù)說(shuō)明

        現(xiàn)行尾氣吸收處理技術(shù)的機(jī)理具體如下,尾氣處理人員結(jié)合化學(xué)吸收、物理吸收及負(fù)壓射流的抽吸方式,再合理地應(yīng)用多級(jí)式逆流的萃取技術(shù),滿足各項(xiàng)尾氣處理要求后,構(gòu)建完整的噴淋式處理系統(tǒng),達(dá)到吸收尾氣的要求。例如,在進(jìn)行技術(shù)系統(tǒng)選擇過程中采用自動(dòng)化加藥系統(tǒng)。組合式逆流萃取塔和相關(guān)負(fù)壓抽風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)確保整體吸氣壓力大于5 kPa[7]。為了保證原料藥尾氣處理能夠取得較好的效果,技術(shù)處理人員應(yīng)意識(shí)到排放尾氣性質(zhì)的復(fù)雜性,積極學(xué)習(xí)國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的尾氣處理技術(shù),及時(shí)完善并解決原料藥尾氣處理方式存在的諸多問題,進(jìn)而提高化學(xué)制藥企業(yè)環(huán)保水平,提升企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

        5 結(jié)語(yǔ)

        總而言之,醫(yī)藥化工原料藥生產(chǎn)尾氣處理會(huì)受到外界各種因素的影響,化學(xué)制藥企業(yè)應(yīng)高度重視醫(yī)藥化工原料藥生產(chǎn)期間尾氣處理問題,通過對(duì)尾氣中各種有害氣體的分析后,制定適合的處理方案,在實(shí)施過程中要依據(jù)具體的尾氣排放總量和氣體種類,制定科學(xué)合理有效的處理工藝路線,積極學(xué)習(xí)并引進(jìn)國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的原料藥尾氣處理技術(shù),利用多元化的尾氣處理措施,創(chuàng)新工藝技術(shù),以達(dá)到國(guó)家規(guī)定的尾氣排放標(biāo)準(zhǔn),為化學(xué)制藥行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

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