中药制药企业面对“双碳”目标的节能降碳应对措施

刘协斌、郭灵燕、罗小荣 2024-01-24

分享到

Part

引言

全球气候变暖已成为当下世界热点问题，而温室气体排放是气候变化的主要原因之一。2020年9月，我国提出力争2030 年前二氧化碳排放达到峰值，努力争取2060 年前实现碳中和目标。面对紧迫的“双碳”任务，需要全社会及各个行业相互配合，共同努力完成。中药制药行业作为制造业的子行业，是促进我国社会和国民经济发展的重要支柱产业之一。同时，作为传统特色产业，中药制药也是能耗较高、碳排放量较大的产业之一^[1]。尤其是在中药工业化生产阶段，其电能、热能等消耗较大，以消耗煤、电力、燃气为主，碳排放量较大。因此，在“双碳”背景下关注中药制药企业碳排放，探讨节能降碳的应对措施，具有重要的现实意义。

Part

中药制药企业能耗发生的主要途径

中药制药生产流程主要包括中药提取和制剂两大部分，每个环节均会产生能耗，同时，中药生产中的公用设备也会产生能耗。

2.1

中药提取生产能耗发生的途径

中药提取是制药制备过程中的重要环节之一，在制药过程中能耗的占比较大。中药提取生产能耗发生途径如图1 所示。在中药提取过程中，中药材前处理（清洗、干燥）、粉碎和筛选等工序以耗电为主，主要耗能设备有洗药机、粉碎机、干燥机等；煎煮（浸提）、浓缩、浸膏干燥及溶剂回收等工序以耗电、蒸汽为主，主要耗能设备有煎煮罐、浸提管、浓缩罐、蒸汽机械再压缩（mechanical vapor recompression, MVR）浓缩设备、二效浓缩机、三效浓缩机、喷雾干燥塔等。

图1 中药提取生产能耗发生途径

2.2

中药制剂生产能耗发生的途径

中药制剂生产是制药制备过程的主要环节，也是制药过程中能耗占比最大的环节。中药制剂生产工艺能耗发生途径如图2 所示。在中药制剂生产过程中，备料、压片、铝塑和包装等工序以耗电为主，主要耗能设备有粉碎机、煎煮锅、振动筛、压片机、铝塑包装机、装盒机、枕包机和自动装箱机等；制粒和包衣工序以耗电、蒸汽为主，主要耗能设备有沸腾制粒机、干法制粒机、混合机、整粒机和包衣机等。

图2 中药制剂生产能耗发生途径

2.3

中药生产公用设备能耗发生的途径

中药生产过程中需要公用设备提供动力动能，起到重要辅助作用。中药生产的公用设备主要包括空调系统、制冷机组、空气压缩机和锅炉等。中药生产公用设备能耗发生途径如图3 所示。在中药生产过程中，空调系统、制冷机组、空气压缩机等主要消耗电力，锅炉设备需要生产蒸汽，除了消耗电力，还需要消耗燃气或煤。锅炉产生的蒸汽属于二次能源，主要供给中药提取生产过程的煎煮（浸提）、浓缩、浸膏干燥、溶剂回收工序，以及中药制剂生产过程的制粒和包衣工序。

图3 中药生产公用设备能耗发生途径

Part

面对“双碳”目标采取的节能降碳应对措施

3.1

加强能耗监测管理

能耗监测是中药制药企业能耗管理的重要手段，能耗监测包括记录和分析能耗数据。一方面能使企业获得能耗水平信息；另一方面可以监测能耗的异常情况。中药制药企业进行能耗监测的关键是能耗计量设备，需要在重点制药设备安装能源计量仪表，通过能源计量仪表全过程记录监测能耗情况。同时，中药制药企业需要加强能耗计量监测统计，完善生产运营全流程能耗在线监测系统，提高能耗管理信息化水平。对中药制药企业而言，在中药提取阶段需要重点监测药材烘干、中药煎煮、浓缩和喷雾干燥等生产环节，在中药制剂阶段需要重点监测物料制粒、包衣等生产环节，同时还应重点关注公用空调系统及制冷机组的能耗情况。通过应用智能化数字化手段，建立能耗管理系统平台，围绕中药制药企业车间能耗设备实施全动态能耗在线监测，加强能耗计量监测、统计、分析和预判。

3.2

淘汰高能耗设备

中药制药企业高能耗设备是指在中药制药过程中能源消耗量或者转换量大，在用数量多或节能潜力大的锅炉、公用空调系统、换热压力容器、药材煎煮设备、提取浓缩设备、沸腾制粒机及包衣机等主要设备。中药制药企业需要研究制药生产工艺节能改造路径，挖掘生产设备节能潜力，开发能量优化利用等技术，淘汰高能耗设备，促进节能降碳。

3.2.1 淘汰高能耗中药浓缩设备

传统中药浓缩设备浓缩效率低，耗电耗蒸汽量较大，在中药大品种产品浓缩生产过程中选择适合的浓缩设备，可大幅降低企业蒸汽能耗。近年来，MVR 浓缩设备、三效浓缩设备在中药制药行业得到广泛应用，已逐步取代传统中药浓缩设备。其中，MVR 浓缩设备通过再压缩蒸汽，将低温废热转化为高温蒸汽，再次利用蒸发过程，大幅减少了能耗，节能效果显著，节能系数可达60%^[2]。

3.2.2 淘汰高能耗空调系统设备

在中药制药企业中，制冷机房空调系统能耗占比较大，需要逐步将低能效常规制冷机房改造提升为高能效的高效制冷机房。现有的常规制冷机房空调系统采用螺杆/离心式冷水机组+工频泵+普通型冷却塔+末端风机柜的组合方式，整个系统的装备硬件技术水平较低，设备的有效功率或能效比在运行时偏低（能效比小于3.0），造成能源浪费。高效制冷机房是指制冷机房空调系统全年平均运行能效比大于5.0 的水冷式制冷机房，节能效果显著，同时大幅减少了碳排放^[3-4]。高效制冷机房能够高效持续运行，实际上是精细化设计及智能化运维的工作系统。高效制冷机房包含设备技术节能环保、安装工程科学合理、运维系统（平台）智能化3个技术特点^[5]。

3.3

优化能源结构

中药制药企业应结合企业实际，积极开展光伏发电、风力发电等新能源的利用，加强对光热发电技术的应用和运维。清洁能源发电既可以用于企业自身用电，还可以将多余的发电并入国家电网。中药制药企业通过使用清洁能源发电，可减少外购电力，从而减少企业碳排放量。

3.3.1 光伏发电

光伏发电具有环保低碳、噪声低、适用范围广、环境破坏小等优点，而分布式光伏发电项目更因其不占用土地资源而备受青睐，在发电项目中得到了较好的推广和应用^[6]。厂房闲置屋顶、车棚、空地等是中药制药企业光伏发电项目的主要选址，这些场地不易受未来规划使用等其他因素干扰。分布式光伏发电是一种具有广阔发展前景的新型发电和能源综合利用方式，倡导就近发电、就近并网、就近转换、就近使用的原则，不仅能够有效提高同等规模光伏电站的发电量，同时还解决了电力在升压及长途运输中的损耗问题^[7]。

3.3.2 风力发电

风力发电是一种清洁无公害的可再生能源，其原理是将风的动能转变成机械动能，再将机械能转化为电力动能。风能具有发电稳定、利用小时数长、对储能要求低、单机发电容量大等优点。由于风力发电输电塔占地面积较大（约100 m²），场地范围要求较高，且电塔高度较高（约150 m），中药制药企业尚未大量建设使用，一般只有具备宽阔场地条件的中药制药企业才会考虑建设风力发电站。

3.3.3 生物质能源

中药药渣和污水池淤泥是中药生产过程中产生的主要废弃物，中药废弃物资源化利用既能实现废弃物的处理转化，又能达到节能减排、降低生产成本、增加企业利润的目的。沼气是有机物质在厌氧环境中通过微生物发酵作用产生的一种可燃气体，属于生物质能源。收集中药生产过程中产生的药渣、废水、污泥等用于沼气池（包）产生沼气（甲烷），再用于如工厂食堂烹饪等，可实现绿色能源利用。

3.4

优化产能效率

产能布局也是影响节能降碳的关键因素之一。中药制药企业需要探索各产品生产线整线产能匹配度，不断提高生产效率和产能效率。持续淘汰产能效率落后且待报废的产线，加大产线共享力度，消除产品换型带来的设备调试对生产效率的影响，实现平稳连续运行，提升生产效率，降低单位产品能耗。加强产品生产排产管理，持续优化产品排产设计，在生产工艺允许的条件下，中药制药企业应探讨多车间多产线集中生产排产路径，缩短产品整线生产时间，以提升公用设备设施能源利用效率，降低单位产品能耗。

3.5

优化产品生产工艺设计

在产品生产工艺设计之初融入节能降碳理念，是从源头降低碳排放的重要途径。在保证产品达到相关标准的前提下，从源头优化产品生产工艺设计和生产工艺流程，提升生产工艺整体能效，可有效减少污染物和温室气体排放。基于节能降碳理念设计药品生产工艺，并将其贯穿中药制药生产的整个过程。在中药提取过程中，需要重点关注煎煮、浓缩和浸膏干燥工艺，设计过程采用高效的煎煮设备、浓缩设备和浸膏干燥设备，缩短生产时间，提高设备能效。另外，还需要关注溶剂回收能耗，提取设计尽可能采用水提方式，减少溶剂（如乙醇）回收工艺，可大幅减少能耗和碳排放量。在制剂工艺设计过程中，采用高效的制粒设备和包衣设备。

3.6

余热回收

中药制药企业产生的余热主要包括高温废气余热、冷却介质余热及废汽废水余热等。余热回收利用是促进节能降碳的有效手段之一。中药制药企业存在较多蒸汽余热排放口，形成的一次冷凝水均存在大量余热。中药制药企业余热热水的利用可按照首先供生产工艺常年使用，其次返回锅炉及发电使用，最后供生活使用的顺序。回收冷凝水用于其他加热设备装置，可达到节能降碳目的。例如，在中药提取阶段，回收提取车间产生的一次冷凝水，将其利用到中药煎煮工序，利用回收冷凝水余温提高煎煮起始温度，从而达到节能降碳目的。

Part

结语

基于“双碳”目标和中药制药企业碳排放的问题，本文分析了中药制药过程能耗发生的途径，并从能耗监测管理、淘汰高能耗设备、优化能源结构、提升产能效率、优化生产工艺设计及余热回收等方面探讨了中药制药企业节能降碳的应对举措。希望通过分析能耗发生途径及节能降碳举措，能够帮助中药制药企业降低其在生产运行过程中产生的碳排放，助力“双碳”目标实现，进一步增强产品竞争力。

参考文献

[1] 慈志敏，余强，马鸿雁，等.双碳背景下中药制药企业碳足迹产生环节与核算模型[J].中草药，2022，53（24）：7980-7988.

[2] 熊静，王熠璐，李军军，等.浅谈制药浓缩中MVR 设备的选择及起泡问题的解决方案[J].机电信息，2023（1）：75-77.

[3] 周友华，罗小荣，王谷洪.节能环保型高效制冷机房在制药行业中的应用[J].低碳世界，2022，12（5）：85-87.

[4] 张昆，宋业辉，钱程.高效制冷机房性能化设计方法研究[J].暖通空调，2021，51（增刊1）：296-301.

[5] 刘跃宝，魏振兴，王兴滨.制冷机房的运行能耗优化[J].城市建设理论研究（电子版），2016（14）：1566.

[6] 谭涛.化工园区分布式光伏发电全生命周期安全体系研究[J].江苏科技信息，2023，40（6）：61-65.

[7] 赵嘉菡，张炜熙.光伏产业发展研究：基于生命周期理论[J].经济研究导刊，2020（32）：31－32.