蓄热式热力氧化技术在某药企废气治理中的应用研究

钱程

（上海安居乐环保科技股份有限公司，上海 201206）

1 产污分析及排放特点

中国医药化工行业发展迅速，由此产生的废气问题一直是社会各界关注的重点，由于溶剂废气排放量大，且多为有毒有害且具恶臭性质的气体，进入自然环境后对人体健康和生态环境危害较大[1-2]。

同时医药化工行业废气具有如下特点：①排放点多，排放量大，无组织排放严重。医药化工产品产率低，溶剂消耗大，同一套装置在不同时期可能会排放不同性质的污染物。②间歇性排放多，反应过程基本上为间歇反应，废气也呈间歇性排放。③排放不稳定，溶剂废气成分复杂，污染物种类和浓度变化大，同一套装置在不同时期可能排放不同性质的污染物。④溶剂影响范围广，溶剂废气中的VOCs大多具有恶臭性质，嗅域值低，易扩散，影响范围广。⑤“跑冒滴漏”等事故排放多，生产过程中易燃、易爆物质多，反应过程激烈，生产事故风险大[3]。

2 废气处理工艺确定

2.1 现场工况及排放要求

根据企业提供的资料及溶剂使用情况，废气主要来自车间反应釜、离心、干燥、合成车间主反应风量中有机混合废气、污水厂废气中甲烷/硫化氢等。主要为氯化氢、氨、丙酮、四氢呋喃、乙酸乙酯、二氯甲烷、正己烷、环己烷、乙腈、甲苯、二甲苯、甲醇、乙醇、异丙醇、甲基叔丁基醚、硫化氢、溴化氢、冰乙酸、DMF、三乙胺等，废气风量为30 000 Nm3/h，废气中VOCs浓度为11 942 mg/Nm3。

根据国家和地方的环境保护法规，经处理的废气要符合国家及地方相关排放标准，本项目VOCs、二噁英排放浓度满足DB 33/2015—2016《化学合成类制药工业大气污染物排放标准》。

2.2 气源特征分析及应对措施

针对改企业废气排放特点，采取不同的应对方式，以保证每个设备都符合其对应的现场工况。

腐蚀性气体：对含有HCL、乙酸等含腐蚀性或遇水后产生氢离子的气体，腐蚀性气体会对设备及管道进行腐蚀，影响整个系统强度和阀门等部件的精度，甚至出现安全隐患。因此，在废气进入RTO系统前端设置一级碱洗塔，中和废气中的酸性物质，同时在材质选型上与废气直接接触的部位采用抗腐蚀、点蚀能力极强的钢材，从而延长设备的使用寿命。

臭味气体：由于生产车间排放的废气气味较大，因此整个系统采用密闭结构，管道连接方式改用PTFE进行密封，风机也采用密封性能良好的风机来保证臭味气体不会进行逸散，系统平推阀门也是用气密封对阀轴进行密封保证对外的零泄漏。

高湿度气体：系统前端设有洗涤塔对废气进行洗涤，去除无机盐的同时也增加了废气的湿度，高湿度气体会导致在气体流动过程中在管道、设备中结露，而且废气中同时兼有无机的腐蚀性气体，增加了整个系统腐蚀的风险。因此采用升温降低相对湿度的方式，避免气体在流动过程中因温度降低结露而造成设备的腐蚀。

高波动性废气：由于废气通常为多个生产车间排放汇总后的废气，废气浓度波动较大，废气浓度高时会导致系统无需燃烧器提供热量而自行升温，使炉温持续升高。长时间的超温泄放会造成保温能力的降低、排口温度升高，针对于这一工况特征，设计一个可进行大风量稀释的稀释阀门，保证任何工况下气体浓度不会超高导致系统运行不良甚至造成停机状况。

2.3 设计结果

根据现场的调研和与客户的沟通交流，工艺设计输出如下。

装置名称：碱洗塔+洗涤塔+RTO+急冷塔+碱洗塔。

RTO型号：RTO-3030。

RTO设计处理风量：30 000 Nm3/h。

RTO净化效率：大于99%（0.1%以上）。

蓄热效率：大于95%。

3 工艺设计说明

3.1 RTO工作原理说明

RTO装置主要包括3个蓄热填料床（用于热交换利用）、燃烧室、燃烧器系统和必要的废气流动导向装置，包括各种阀门和风机。蓄热调料床中装有陶瓷填料，并衬有一个绝热层，用于隔绝反应时产生的高温。燃烧室位于蓄热填料床的上方，将蓄热填料床相互联通，燃烧室内衬有纤维保温材料。燃烧器系统带有单独的燃烧空气接头，设于RTO装置的一侧，操作人员易于接近进行各种必要的操作。

废气通过热回收室（蓄热槽）进入燃烧氧化炉腔，在这个过程中，高温蓄热陶瓷会先预热入口废气，预热后的废气被导入氧化炉腔。当废气经过蓄热槽时，温度会急剧上升。在燃烧氧化槽中，废气经高温氧化反应后，变为高温干净气体，然后通过并加热另一侧的蓄热槽。为了保持蓄热槽的最佳热回收效率，系统通过PLC控制双切风门作定期切换。这样周期性地切换使整个氧化炉体内部的温度分布更加均匀。

通过RTO主风机抽取下室体内未氧化废气回到主风机前，实现对蓄热室吹扫，排除蓄热室中残留的废气，避免未经氧化处理的废气直接排放，从而保证较高的净化效率。

这个过程不断循环往复，每一个蓄热室都是在输入废气、吹扫、排出净化气体的模式间交替转换，切换时间根据实际情况可以调整。

3.2 工艺流程

有机废气经管路收集汇总后，通过中继风机后进入一级碱洗塔+一级洗涤塔吸除去废气中的酸性气体及部分粉尘，在洗涤塔出口设置LEL仪表进行浓度判断。稀释后气体通过阻火器后，与RTO炉膛热气混合升温，降低相对湿度，保证气体的干燥性，然后进入RTO，在预热室内，陶瓷蓄热体将废气预热至760℃以上，VOCs在氧化室的高温环境被氧化成二氧化碳和水，氧化过程中释放热量，使废气温度进一步升高，大部分经氧化后的高温气体经过蓄热室，将热量储存在陶瓷蓄热体中，以备下一个循环预热废气之用，降温后的气体从RTO排出，先进入急冷塔经冷却降温，然后再进入碱洗塔，将RTO内反应生成的无机酸与碱液进行中和处理后经烟囱达标排放，处理流程为：车间尾气→碱洗+水洗→三室RTO→急冷+碱洗→烟囱。

3.3 设计安全说明

考虑到排放点位废气的浓度波动，在高浓度废气进入RTO之前设置稀释用调节阀，通过LEL反馈、炉膛温度、系统压差和PLC预判四重控制逻辑调节阀门的开度，将高浓度的废气在进入系统之前稀释到6%~8%LEL左右，RTO在实现自燃运行的同时又可避免产生爆炸的危险。除此以外，系统根据LEL数值和炉膛温度可以自动判断并修正预热温度和阀门时序。

另外应对系统炉膛因为浓度波动导致的超温，系统除稀释阀门外，还有超温泄放系统和RTO新风阀门协助稀释等安全控制来控制温度的稳定，并且系统全阀门均设置断电、断信号后自动复位的功能和位置检测功能，如果压缩空气为非单独供应，会配有带止回阀的储气罐保证阀门动力，保证即使业主前端公用动力出现问题或者阀门与系统失联，系统也会安全离线不产生安全风险。

全系统整套报警逻辑均有互锁，保证当系统任何一个仪表或者报警失效时，系统会在其他位置检测到其他报警或异常，以保证系统的安全，并且触摸屏中，用户任何操作不会导致系统出现安全隐患，误操作的最严重后果为系统紧急离线停机且废气切换到旁通经应急活性炭处理后从烟囱排放，而不会造成安全事故或者设备的严重损坏。

3.4 运行能耗说明

有机废气风量：30 000 Nm3/h@常温常压，年运行时间7 200 h。

年运行电费：165（kW）×0.7（元/kW·h）×7 200（h/年）=831 600（元/年）。

年燃气费：废气浓度较高，可满足RTO炉运行能耗，因此正常运行中不消耗天然气（不含启动费用）。

年压缩空气费用：20（m3/h）×0.2（元/m3）×7 200（h/年）=28 800（元/年）。

合计费用：860 400（元/年）。

4 结语

医药行业废气排放种类复杂，浓度波动较大，需根据具体废气排放特征，采取相应的前处理和后处理措施，保证废气达标排放；RTO废气治理技术应用在医药化工行业需充分保证系统安全运行，如双LEL控制，加装阻火器、泄爆装置以及设备故障应急措施等。