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    制药中间体废气净化处理工艺

    2011-12-05 21:38:51  来源:朱建华
    制药厂有机废气处理项目工程目治理方案
     
    1、废气治理技术的选择
    有机废气处理设备对治理工业废气中大量存在的有机化合物,现在应用较普遍的活性炭、活性炭纤维、纯硅分子筛以及催化燃烧法等,虽有一定效果,但不仅存在耗用大量吸附材料或燃料,还存在工艺落后、成本高、二次污染较严重等问题,特别是对于大流量、低浓度的有机废气,更是存在不少未能解决的问题。实际上,采用这些技术方案后,往往给政府环保部门的监管,以及产生和治理污染的企业的运行,都会带来很大的困扰。
    A、有机废气处理设备吸附脱附处理
    活性炭对于某些特定VOCs因子具有良好的吸附作用,且可脱附再生,虽然存在实际运行费用较高,二次处理麻烦,效果难于随时监控等问题,但仍在有机废气的传统处理工艺上,占有重要地位。
    不过,通过对制药车间废气情况进行分析,结论是采用活性炭吸附脱附方式处理却并不合适,这是因为:
    ①一般认为,硫化氢、胺类、醛类(如某某制药车间废气因子中的硫化氢(H2S)、三乙胺(C6H15N)、甲醛(HCHO)等)本身就是不适合活性炭吸附的物质。
    ②分子量低于45的高挥发性物质,如某某制药车间废气因子中甲醇(CH3OH,分子量32.04)、硫化氢(H2S,分子量34.08)、乙醇(C2H5OH,分子量46.07)、乙硼烷(B2H6,分子量27.67)、甲醛(HCHO,分子量30.03)、氨气(NH3,分子量17.03)等,基本上不被活性炭稳定吸附。
    ③高分子量化学物具有低挥发性、虽与活性炭有很强吸附力,但再生脱附非常困难,因此,一般认为分子量大于130的化合物(如某某制药车间废气因子中氯甲酸苯酯C7H5ClO2),不适于吸附脱附的处理方式。
    ④某某制药车间各种有机废气因子沸点差距太大,如DMSOL(三甲基亚砜,沸点197.5℃)、氯甲酸苯酯(沸点187℃)、乙二醇二甲醚(沸点197.5℃)、二氯丙酮(沸点173.4℃)等沸点很高,与低沸点的因子硫化氢(沸点-60.4℃)、乙硼烷(沸点-92.6℃)、甲醛(沸点-19.5℃)等相差太大,非常不利于活性炭吸附脱附处理。
    ⑤制药车间废气因子中由于存在多种不能共存因子混合,可能在活性炭床中造成放热反应及氧化、聚合反应。
    ⑥特别需要提出的是,制药采用活性炭吸附加冷凝处理,会带来大量冷凝液,存在二次污染及需要麻烦的再处理的问题。
    B、有机废气处理设备催化燃烧
    由于制药车间废气中VOC浓度一般均在2000mg/m3以下,且很不稳定,所以燃烧时需要补充消耗大量能源,这不仅增加运行成本,也与节能降耗的环境治理目标相去甚远。采用“催化燃烧法”不仅会大大增加大气中CO2的排放量,特别是还有部分废气因子(如氯甲酸苯酯,1,3-二氯丙酮粉尘等)燃烧后会产生剧毒的二恶英(国家大气排放标准中微量即超标,控制十分严格)等二次污染。因此,催化燃烧的方式对于制药车间有机废气治理也并不适用。
    实际上,有机废气处理设备采用催化燃烧方式也会使管道工程量变得很大。
    为此,美国、日本、俄罗斯等国在研究和应用领域采用介质阻挡放电(Dielectric BarrierDischarge)DBD产生的非平衡态等离子体治理大流量工业废气,进行了大量工作,日本等国还在利用光催化降解有机废气方面取得了快速发展,以求得对有机废气处理设备工业有机废气更先进,更有效,和经济运行的可靠方式。
    在中国,近年来对等离子体和光催化技术的研究和应用也十分活跃,不少*高校和科研院所都投入了专门力量。上海亮慧环保机械有限公司自成立之初即对相关技术一直给予特别关注,光触媒技术及产品、工程的应用和研究都处于国内外相当先进的水平,特别是我们的以低温等离子电源及先进的光催化技术为核心的“LHP低温等离子+复合光催化工业废气净化装置”在治理大规模工业废气方面已取得显著的成效,得到了国家有关方面及大型化工企业等用户的高度评价和认可,填补了我国在工业大流量有机废气治理方面的技术空白。目前,我们的“LHP低温等离子+复合光催化工业废气净化装置”机组正在多个企业的生产线上,长期持续地正常工作,显示出其治理大流量工业复杂有机废气方面,比其他传统技术具有更明显的技术优势及更佳的环境、经济效益。
     
    2、低温等离子+复合光催化
    在有机废气处理设备中使用的“低温等离子+复合光催化”是根据化工、医药等行业在生产中产生的大流量、低浓度有机废气特点独创的具有国际先进水平的降解技术,其核心是首先用低温等离子体产生高能量电子,直接分解废气因子中的有害气体,使其迅速形成小分子碎片,降解生成CO2,H2O等,再利用光触媒的作用,降解尚未完成降解的各类有害气体,从而达到对车间生产废气较为满意的综合降解效果。
     1)低温等离子体技术简介
    所谓等离子体是继固体、气体、液体三态后,列为物质的第四态,由正离子、负离子、电子和中性离子组成,因体系中正负电荷总数相等,故称为“等离子体”。
    等离子体按粒子温度可分为平衡态(电子温度=离子温度)与非平衡态(电子温度>>离子温度)两类。
    非平衡态等离子体电子温度可上万度,离子及中性离子可低至室温,即体系表观温度仍很低,故称“低温等离子体”,一般由气体放电产生。
    气体放电有多种形式,其中工业上使用的主要是电晕放电(在去除废气中的油尘上应用已相当成熟)和介质阻挡放电(用于废气中难降解物质的去除)两种。
    低温等离子体技术是近年发展起来的废气处理新技术,低温等离子体处理废气的原理为:
    当外加电压达到气体的放电电压时,气体被击穿,产生包括电子、各种离子、原子和自由基在内的混合体。低温等离子体降解污染物是利用这些高能电子、自由基等活性粒子和废气中的污染物作用,使污染物分子在极短的时间内发生分解,以达到降解污染物的目的。
    低温等离子体的产生途径很多,我们使用的低温等离子体工业废气处理技术采用的放电形式为电晕放电(Corona Discharge),辉光放电只能在低气压下工作,而电晕放电可以在大气压下工作,但需要足够高的电压以增加电晕部位的电场。一般在高压和强电场的工作条件下,不容易获得稳定的电晕放电,亦容易产生局部的电弧放电(arc)。为提高稳定性可将反应器做成非对称(asymmetric)的电极形式(如下图所示)。电晕放电反应器的设计主要参考电源的性质而有所不同,有直流电晕放电(DC corona)和脉冲式(pulsed corona)电晕放电
    电晕放电等离子体技术具有以下优点:
    ①电晕放电产生的低温等离子体中,电子能量高,几乎可以和所有的气体分子作用。
    ②反应快,不受气速限制。
    ③设备结构简单,清洗使用方便。
    ④只需用电,操作极为简单,无需专人员看守,基本不占用人工费。
    ⑤设备启动、停止十分迅速,随用随开,不受气温的影响。
    ⑥气阻小,适用于高流速,大风量的废气处理。
    ⑦工艺已相对成熟。
    低温等离子体技术处理污染物的原理为:在外加电场的作用下,电晕放电产生的大量携能电子轰击污染物分子,使其电离、解离和激发,然后便引发了一系列复杂的物理、化学反应,使复杂大分子污染物转变为简单小分子安全物质,或使有毒有害物质转变为无毒无害或低毒低害物质,从而使污染物得以降解去除。因其电离后产生的电子平均能量在1eV~10eV,适当控制反应条件可以实现一般情况下难以实现或速度很慢的化学反应变得十分快速。
    在有机废气处理设备治理某市某某制药有限公司三车间甲苯(C6H5CH3)、乙酸乙酯(C4H8O2)、甲醇(CH3OH)、二氧六环(C4H8O2)、三乙胺(C6H15N即二乙基乙胺(CH3CH2)3N)、DMSO(三甲基亚砜(CH32SO)等废气时,在介质阻挡放电(DBD)的低温等离子体发生器中,这些废气因子被高能电子轰击后首先被打开成碎片。     
    废气因子解离的碎片粒子与氧气及O·+O3+ O2-发生较为复杂的化学反应,降解为CO2和H2O等。
    采用电晕放电等离子净化废气技术,属于干法处理,不需要任何吸附剂、催化剂及其他任何助燃燃料,只需采用220V交流电,经振荡升压装置获得高频脉冲电场,产生高能量电子,轰击分解废气中的恶臭、有毒的气体分子。具有安全可靠、操作简单、运行费用低、治理效率高、技术先进等特点。
     
    3、上海****药业有限公司生产废气
     
    上海******药业有限公司在精制硝呋太尔产品生产中产生的有机废气,主要含乙酸、乙醇等及其化合物,并有部分甲硫醇废气产生,上述废气经收集后为混合气体,废气来源于产品生产过程、脱水过程,经管道集中收集,排至车间房顶的废气处理装置,处理后的废气经15m排气筒排放,废气需处理量约为5000m3/h。
    根据分析、研究,采用废气处理工艺如下:
    废气收集→低温等离子+复合光催化装置→喷淋装置→达标排放
    工艺说明:
    1、废气收集很重要,需在脱水工作间设置新风进风口,并提高排放风量,并使所有产生废气的地方均为负压状态,防止废气的外泄。
    2、低温等离子+复合光催化为废气的主要处理工艺。工作原理见第2条款。
    3、废气经低温等离子+复合光催化净化后产生的SO3等,需经水喷淋吸附洗涤及中和,确保废气达标排放。
    4、成套设备外壳均采用优质不锈钢材料制作,等离子发生器及复合光催化部分材料为组合件。
    5、废气在房顶的总排放高度大于15m。
    6、本项目废气治理依据于国家《大气污染物综合排放标准》(GB16297-1996)新污染源大气污染物排放限值有组织排放二级标准及《恶臭污染物排放标准》(GB14554-93)中恶臭污染物有组织排放标准值。具体如下表:
    表:污染物排放浓度要求

    污染物
    排放标准值 排放烟囱高度
    臭味 2000(无量纲) 15m
    甲硫醇 0.04(kg/h) 15m
     
    4、生产废气处理设备预算
     

    序号
    设备名称 型号及规格 数量 单价 总价 备注
    1 低温等离子-复合光催化氧化净化装置 LHP- LH-nm- 5000 1套      
    2 喷淋装置 SXT1000 1套     含自动加药装置
    可利用现有喷淋装置
    3 连接管路 不锈钢风管 1套     指设备连接管路及排放烟囱,不含收集风管
    4 引风机 THF-A-400 7.5KW 1台     利用现有风机
    不锈钢风机
    5 电气控制柜   1台      
    6 设备安装费   1套 10%    
    7 设备调试费   1套   免费  
    8 设备总价
    • 成套设备均提供总价35万元
    说明:
    设备总装机功率:14KW(含净化装置、风机、循环泵等)

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