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RTO技術在醫藥化工行業有機廢氣治理中的設計要點

揮發性有機化合物(Volatile Organic Compounds,簡稱 VOCs)通常是指沸點低于 250℃的化學物質,是最常見的一種大氣污染物。VOCs 主要來自醫藥、石油、化工、噴涂等領域排放的有機溶劑廢氣。它包含有烷烴、酮類、酯類、酚類、醛類、胺類、氰類等等。VOCs 在光氧化反應下,極易形成二次有機物氣溶膠,導致酸雨、 霾、光化學煙霧等一系列環境問題。隨著環保整治的力度越來越大,有機廢氣排放標準的不斷提高,環保整治提升工作的大力推行,化工、醫藥以及汽車噴漆行業對有機廢氣的處理投入不斷增大。由于醫藥行業尾氣成分復雜選用設備困難,而蓄熱式氧化爐(RTO)對尾氣成分適應性強,能夠有效地處理VOC以及廢氣異味,總體凈化效率高,能達到廢氣排放標準,因而得到了廣泛使用。

然而,在實際運行中,由于各種缺陷造成系統運行不穩定,存在安全隱患,而且設備維護成本高。部分企業和供應商僅考慮系統的凈化效率和能耗,而忽視了系統的安全性設計,導致RTO系統運行過程中時有安全事故發生。本文依據規范要求并結合工程經驗從有機廢氣產生、系統處理流程設計、廢氣輸送管道設計、系統安全設計、RTO系統主體設計等幾個方面提出了以下幾點分析和建議,供大家參考

1醫藥行業揮發性有機廢氣特點

醫藥化工行業廢氣具有成分復雜,濃度波動性大等特點。

1.1生產工藝環節

醫藥化工企業在投料、反應以及回收、離心過濾、烘干等生產工序的各個環節中會產生揮發性有機廢氣。

1.2 存儲運輸環節

醫藥化工生產時,需要將大量化工原料通過槽車向儲罐中輸入有機溶劑,這些有機溶劑會直接生成廢氣,并通過儲罐頂部排氣管向外排放。此外,醫藥品大多是液態下存儲,揮發性會讓整個儲罐充滿 VOCs

1.3 固液堆場廢氣

醫藥化工區會建設有專門的收集處理醫藥生產過程中產生的固廢、污水等。在固液堆場周圍,如曝氣池、污泥濃縮池、調節池等容易產生濃度較高的 VOCs,且此處的 VOCs 具有散發點多、無組織排放的特點。

2系統處理流程設計

在選擇工藝的過程中,應根據廢氣成分、特點等進行合理的設計,一般流程為廢氣收集、預處理、RTO焚燒、后處理及排放,如廢氣成分含有鹵素,一般工藝流程如下:

3廢氣輸送管道

1.1系統風量設計

醫藥廢氣生成后經生產車間冷凝,回收其中的部分有機溶劑,通過排風機進入輸送管道,排風機風量及壓頭的選取應能保證VOCs濃度低于最易爆組分或混合物爆炸下限的25%

1.2 生產車間輸送系統設計

醫藥化工行業通常是間歇式生產,廢氣排放氣量波動性較大,建議生產車間輸送風機采用變頻控制,輸送風機前端設置壓力檢測點,并根據現場實際情況設置壓力參數,與車間輸送風機聯鎖變頻控制,維持車間支管段內壓力穩定。

1.3 系統管道設計

盡量使廢氣輸送管道整體宜呈微負壓狀態,可有效避免各管道內廢氣泄露、相互串氣的風險。因此,廢氣輸送管道需要做風壓平衡計算,確保管道呈微負壓狀態。

4預處理設計

根據廢氣成分及特點進行預處理設計,例如通過提高廢氣溫度可避免氣體冷凝對管道及設備產生腐蝕;通過設置噴淋塔可除去廢氣中的無機酸堿氣體,避免對設備產生腐蝕及堵塞問題;通過設置干式過濾器可去除顆粒,避免堵塞撞擊蓄熱體等。

5 系統選材

根據廢氣成分及特點對系統使用材料進行合理設計,如選材不當,將會導致系統出現嚴重的腐蝕問題,如廢氣來源中含有ClS等元素,廢氣RTO焚燒之后會產生酸性氣體、硫化物、Cl-、鹽等。蓄熱陶瓷體由于質量較大,支撐件通常要承受較大的應力腐蝕,如廢氣中有殘留的Cl-、酸性氣體等,對設備本體、管道、RTO下室體及閥門易產生較大腐蝕,系統難以穩定、有效運行。

6系統安全設計

1.1 管道排凝及防靜電設計

醫藥生產車間預凈化一般會設置有冷凝和噴淋系統廢氣輸送管道的拐點和低點會有積液凝聚,夏季積液揮發可能引發VOCs濃度超爆炸下限的風險,冬季積液凍結則可能造成管道損壞引發廢氣泄露的風險。因此,廢氣輸送管道應依據《石油化工金屬管道布置設計規范》要求,管道拐角和低點設置排凝點,定期排凝,避免管道內積液現象的產生。廢氣輸送管道一般距離較長、管線復雜,氣體流速較快,管道內會有靜電產生,如靜電大量積聚,會引發爆炸等安全事故。因此,廢氣輸送管道建議采用金屬管道,并依據《石油化工靜電接地設計規范》要求,做好管道法蘭跨接和靜電接地。

1.2 壓力泄放及阻火器設計

各生產車間出口管道上設置阻火器,避免爆炸事故擴散到各生產車間,并在廢氣輸送管道的關鍵位置設置泄爆口,保證整個系統能夠及時、有效的泄爆。同時,廢氣輸送管道與RTO主體對接位置需設置阻火器,防止并阻斷RTO系統回火。

1.3 氣體濃度檢測設計

主管設置LEL保護和系統旁路,保證RTO設備運行安全。RTO進口前,總管道設置兩級VOC濃度檢測儀,一級VOC濃度檢測儀安裝位置應根據現場實際情況設置于距RTO進口的適當位置,具體距離應以廢氣的流速及儀表、閥門的反應時間計算所得。若現場距離不足,可將管道來回布置或設置緩沖裝置,以增加廢氣在管道中的停留時間,保證大于儀表響應時間和閥門執行時間之和。當二級VOC濃度儀檢測到廢氣濃度超過設定值時,切斷閥關閉,緊急排放閥打開,此時RTO由新風閥補入新風進入待機模式,從而保證高濃度危險廢氣無法進入RTO。當一級VOC濃度檢測到廢氣濃度超過設計值時,稀釋閥打開從而保證進入RTO的廢氣濃度不超標,保證安全運行。

1.4 RTO超溫超壓泄放設計

通過合理的設計泄爆口及高溫閥,可以將壓力及多余熱量進行泄放,避免產生爆炸的風險,有效的保護設備及管道。

1.5 CDA緩沖罐及UPS電源設計

RTO系統突然斷電,其控制界面各關鍵節點無法實時反饋,閥門無法切換,存在廢氣燃燒及爆炸風險,因此RTO系統需要設置UPS備用電源及壓縮空氣儲罐。

1.6 在線清洗裝置

廢氣中有機物焚燒后產生的有機鹽冷卻后會形成結晶體,殘留在RTO蓄熱室底部及排煙管道的管壁上,廢氣切換時,未處理廢氣中的水汽、部分有機物(如甲醇等)被有機鹽結晶體吸附后會直接排入大氣,以上都會造成廢氣處理效率下降,同時也會影響設備正常運行,此外還可能引發火災風險。可通過在線清洗裝置進行定期處理,提高系統處理效率及降低火災隱患。

醫藥化工行業在有機廢氣治理的過程中,需要科學應用RTO設備,制定完善的應用方案,發揮其在有機廢氣治理中的應用價值。充分了解有機廢氣排放特征的基礎上,確保RTO 進口有機物的濃度低于爆炸極限下限的25%,并做好安全設計工作,提高設備運行安全性與穩定性。

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