化学原料药行业尾气处理技术分析

缪传耀(汇智工程科技股份有限公司武汉分公司，湖北 武汉 430000)

0 引言

化学原料药在生产过程中会用到大量化学品，因此在化工原料药过程排放的尾气中一般会存在一些危险和有毒气体。所以化学原料药的生产企业需要对这些尾气进行有效的处理，以免对企业员工及周边环境带来影响。

因此，为了有效避免原料药在生产工艺环节形成的尾气对环境和人体健康造成的污染和损害，化学原料药生产企业应顺应时代发展潮流，遵循环保绿色发展的理念，结合企业的实际情况，采用先进的原料药生产尾气处理技术，为保护员工健康和大气环境作出贡献。

1 化学原料药行业基本情况

1.1 我国是化学原料药生产和出口大国

经过几十年的发展，我国已经成为原料药生产和出口大国。据国家统计局的数据显示，2019年我国化学原料药的产量达276.9万吨，同比增长高达20.3%；2020年，我国化学药品原药产量为273.4万吨，同比上升2.7%[1]。与此同时，我国还是国际上化学原料药的主要出口国，市场份额占全球的21%左右。其中，大宗原料药是药品出口的主要类型，如青霉素钾盐、扑热息痛、阿司匹林及维生素C等原料药品产品均是我国原料药中具有较强竞争力的品种，凭借大宗原料药的出口我国在竞争激烈的国际医药市场中占有一席之地。

1.2 企业经营面临诸多压力市场竞争压力

随着我国的化学原料药生产规模逐渐扩大，大宗原料药的产能过剩问题凸显，而小品种则出现了垄断涨价现象，市场竞争无序问题加剧。而随着我国在出口退税率的变化以及人民币升值、原材料价格上涨及劳动力成本增加等多重因素的影响，近年来，化学原料药企业的生产成本逐渐提高，企业面临着越来越大的生产经营压力。

与此同时，为了贯彻可持续发展理念，2008年，国家有关部门相继颁布了制药工业水污染物排放标准，从一定程度上对化学制药行业的排污情况进行限制和约束。地方政府及环保单位都高度重视环境污染问题，加强了对化学原料药企业的监管，一些企业由于“三废”排放不达标又无力整改而被迫倒闭[2]。

1.3 龙头企业产业优势凸显

凭借产业规模、技术水平、创新能力和环保技术优势的凸显，化学原料药行业中以上市公司为代表的头部企业的竞争力逐步增强。2019年中国化学原料药行业29家上市企业中大部分都实现了较好的经济效益，化学原料药上市公司的营收情况如表1所示。其中，冠福股份以159.37亿元的营业收入占据榜首，营收同比增长11.5%，营业收入位居第二的海正药业全年收入为110.72亿元，同比增长8.69%[3]。

表1 2019年化学原料药上市公司营收情况

2 化学原料药尾气的危害及处理现状

2.1 化学原料药尾气的危害

通常情况下，在化学原料药生产的储罐区、蒸馏系统以及反应器中VOC的排放是化学原料药生产企业尾气的主要来源之一。由于原料药自身材质的不同造成排放尾气的污染度有所差异，对原料药进行分析可以发现，其中大多含有碱性气体或者酸性物质，在掺杂相关有毒气体污染物后还可能含有些许颗粒状的尾气，如果那些易燃易爆气体与外界空气发生摩擦，就会增加爆炸事件发生的概率，给企业带来安全隐患，造成人员伤亡和经济损失，使企业品牌形象受损。与此同时，爆炸气体的大规模泄漏，也会直接污染外界空气环境，严重背离绿色环保的可持续发展原则。

2.2 原料药尾气的处理现状

现阶段医疗行业发展迅猛，从一定程度上也促使许多新型的化学药品的普及和推广。然而，国内对化学原料药尾气排放领域的技术研发和创新投入较少，许多尾气处理技术尚未成熟。为了顺应时代发展潮流，化工医药企业应引进先进的尾气处理设备[4]，开发新型的尾气处理技术，在成本可控的基础上，达到预设的环保效果，进而改善并解决尾气处理没有针对性、尾气排放装置不合规及尾气泄漏等情况。

3 原料药尾气处理技术方法

3.1 对尾气排放总量进行统计

尾气排放总量的计算应包括设备排放气体量、反应罐排气量、设备内部排放气体量及冷凝器的排气量。首先，针对排放设备的安全效果，应结合原料药生产的实际情况进行统筹规划，可以在排风罩口的风速数值停留在1.2 m/s的范围内进行仔细测量；其次，因为间接性是反应罐内部排气的主要特点之一，因其存在一定的间隔性，应以一个完整的排放周期为计算单位进行分析。例如，可以结合每小时气体排放量来辅助核算一定周期内气体排放效果进行测算；最后，在外界各种环境因素的影响下，原料药在其生产期间排放废气并不呈现规律性，此时测算人员应深入原料药生产现场，全面收集并整理原料药尾气排放的原始资料，经过实地调查分析汇总，进而形成完整的书面材料归档保管。

3.2 原料药尾气处理技术

化学原料药生产过程中尾气处理的基本流程如图1所示。目前化学制药行业采用的尾气处理技术主要有催化分解、燃烧、吸附和生物处理技术。

图1 废气尾气处理流程

(1)催化分解技术。催化方法是最常见的尾气处理方式。在进行尾气污染物集中处理期间，主要根据不同原料药生产过程中所排放尾气的性质的不同，采用合适的催化剂，确保有害气体发生化学反应，在多元处理模式下，吸收并分解废气中有害气体。一般情况下，尾气中一种污染物催化反应只能由一个催化剂完成。在实际的原料药尾气处理中一般都会包含多种需要处理的气体，此种方法在原料药尾气处理的适用性和可行性并不大。

(2)燃烧方法。原料药尾气中会包含着诸多可燃气体，有些气体在经过燃烧后会转换成无害气体，与此同时，在尾气燃烧过程中，一氧化碳、沥青烟和部分碳氢化合物在燃烧过程中会转化成无害气体，从而逐渐降低尾气中有害物质的含量，达到大气排放标准。值得注意的是，在应用此种方法时，应保证废气中不含有易燃易爆的成分，避免发生起火爆炸的安全事故。

(3)吸收方法。此种尾气处理方法利用物理处理手段，操作人员应用物理方式对有毒有害气体进行净化和分离操作，针对那些含有酸性成分的废气处理，在实际的应用中取得了显著的成果。与上述催化分解和燃烧方法相比，此种处理技术的应用成本较低，处理设备也相对简单，有害物质进入处理设备后，可以达到预设的净化效果[5]。

(4)生物处理技术。生物处理技术作为新型的处理技术被化工企业逐渐应用和推广，此种处理技术的工作原理主要是通过引进先进的尾气处理技术，对有害气体内部的水分进行加速分解，依托生物滤池有效将相关成分进行过滤，从而达到净化尾气的效果。

生物处理技术虽然达到了一定的尾气净化效果，在实际应用期间，仍然存在诸多不足之处，例如，气态形式组成的污染物一般不会被快速溶解，且溶解过程会应用较多的动力能源，生物处理技术投资的建设资金和人工成本也是相对较高的。为了满足国家规定的尾气处理标准，目前相关研究机构的研究人员正在加大研发力度，不断创新，提升化学制药尾气生物处理技术的处理效率，降低能耗。

4 吸收技术的系统设计要点

4.1 尾气吸收处理工艺流程

在原料药生产环节，尤其是在原料药加工过程中，尾气排放主要是碱性化合物，当碱性气体先进入装有酸性溶液的循环箱中，经过循环泵等设备后，进入酸液的喷淋清洗塔、清水循环箱中，碱性气体被酸液吸收后，再次流经二级清水喷淋清洗塔。以上处理流程都需要使用先进的离心抽风机设备，在进一步排解吸收后，将污染效果较小的气体排至空气中，排放高度一般在16 m左右。

在原料药生产时也可能产生酸性气体，这时则需要采用碱性溶液来处理，让酸性气体进入装有碱性溶液的循环箱中，经过循环泵等设备后，进入碱液的喷淋清洗塔、清水循环箱，酸性气体被碱性溶液吸收后，再次流经二级清水喷淋清洗塔。以上处理流程都需要使用先进的离心抽风机设备，在进一步排解吸收后，将处理后的气体排至空气中，排放高度一般会超过16 m[6]。

采用尾气吸收技术方法的同时，相关吸收装置和设备应采用级别淋喷的方式，即形成两相逆流式填料的吸收塔后，将大量有害气体逐渐引入到塔进气口，在进气段的空气充满后，气体中的液相物质在充分融合后，促使下部的贮液槽融入相关吸收液。尤其是在喷淋段和填料段进行融合过程中，会相继发出传热导热作用，应确保在充足的停滞时间内，空塔内部的气体流速不会发生明显波动。一旦进入空塔上方的除雾段，要确保所有有害气体基本被清除。在经过多道吸收处理工艺后，化学原料药产生的有害气得到有效处置，可达到排放标准。

4.2 吸收处理技术的条件以及参数

一般情况下，吸收处理装置中真空吸收压力系统的配置要求大于5 kPa，在多环节的吸收处理过程中，应保证塔内的气体与液体能有较为充裕的接触空间。此次研究主要以喷淋塔为主要研究对象，操作人员应严格按照尾气处理技术，结合实际情况对相关结构进行填料加工。在设定的风量下，投入适当资金引进动力较大的处理设备，一般应小于41 mmH2O，针对喷淋吸收塔的进风段、喷液段和除雾段，气体流速应低于1.22 m/s。除此之外，对于那些以组合方式形成的喷淋式吸收塔，应确保一级酸水实际浓度在3%～5%左右，一级碱性浓度在3%～5%之间，具体关键性技术参数：液气比为1～10 L/m3、压力的损失在31～41 mmH2O之间、空塔的速度为1.3～1.6 m/s，喷淋的密度为6～8 m3/(m2·s)、净化的效率在95%～98%之间。值得一提的是，孔球状填料是填料的主要形式，这种填料既可以承受较高温度，也可以耐减、耐酸。针对组合式的喷淋吸收系统，主要采用PP复合式玻璃钢材料组成各个塔内构造，而离心抽风机的材料应采用玻璃钢，而内部的连接管线材质主要为PP、UPVC，系统中加药所用装置材质为PE。

4.3 技术说明

现行尾气吸收处理技术的机理具体如下，尾气处理人员结合化学吸收、物理吸收及负压射流的抽吸方式，再合理地应用多级式逆流的萃取技术，满足各项尾气处理要求后，构建完整的喷淋式处理系统，达到吸收尾气的要求。例如，在进行技术系统选择过程中采用自动化加药系统。组合式逆流萃取塔和相关负压抽风系统应确保整体吸气压力大于5 kPa[7]。为了保证原料药尾气处理能够取得较好的效果，技术处理人员应意识到排放尾气性质的复杂性，积极学习国内外先进的尾气处理技术，及时完善并解决原料药尾气处理方式存在的诸多问题，进而提高化学制药企业环保水平，提升企业的市场竞争力。

5 结语

总而言之，医药化工原料药生产尾气处理会受到外界各种因素的影响，化学制药企业应高度重视医药化工原料药生产期间尾气处理问题，通过对尾气中各种有害气体的分析后，制定适合的处理方案，在实施过程中要依据具体的尾气排放总量和气体种类，制定科学合理有效的处理工艺路线，积极学习并引进国内外先进的原料药尾气处理技术，利用多元化的尾气处理措施，创新工艺技术，以达到国家规定的尾气排放标准，为化学制药行业的可持续发展奠定基础。