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)。