20周年特辑 | 化学原料药生产基地废气治理改善探讨
制药工业不断发展，俨然已成促进国民经济发展的支柱性产业。但是，与此同时，制药工业在能源消耗和废物排放方面对生态环境也造成了不容忽视的负面影响——在呼吁全面发展低碳经济的当今时代，制药工业必然面临着加强环境污染治理与环境保护力度的问题，比如，资源能源消耗总量高，“三废”排放量大，使其已成为 VOCs（挥发性有机物） 治理的重点行业。本文将结合扬子江药业集团某原料药基地的改造案例，探讨如何减少企业废气的排放量，更好地提升企业核心竞争力，实现可持续发展目标。
近年来，国家和地方出台了各项政策，规范和引导行业有序、环保、绿色发展。仅围绕蓝天保卫战，生态环境部就发布了83项标准，对医药制造产业生产带来较大压力，但对全行业健康发展、优化产业布局、调整产业结构、转变发展方向还是起到了积极作用。我国医药制造产业逐渐树立起生态优先绿色发展导向，开始推动生态环境质量持续改善，可以说，“绿色制药”已经成为行业发展潮流。
扬子江药业集团江苏海慈生物药业有限公司，是扬子江药业集团于2004年投资兴建的全资子公司，坐落在泰州医药高新区滨江工业园内，是集团化学原料药的研发、中试和生产基地。企业总占地面积460余亩（约31公顷），分为南厂区（160亩，约11公顷）和北厂区（300亩，20公顷），总投资17亿元，主要致力于高附加值原料药类和医药中间体的技术研究、生产和销售，并在创新药CDMO/CMO、药品代理销售等领域广泛开展对外合作。
因厂区车间较多，产品更迭较快，溶剂种类多、用量大，且部分车间作为中试车间来投入使用，给车间废气系统带来了极大的挑战。车间原有废气处理设施虽能达标排放，但污染防治设备老旧，运行维护较为复杂，已不适应厂区的发展，具有较大的减排空间。企业自身作为化工原料药制造企业，深知环保提升改造的重要性和紧迫性比其他行业更为突出，逐年加大环保投入。于是，企业从提高自身环保管理水平出发，针对车间废气，通过原有处理工艺搭配“碱洗+除雾”预处理系统及“RTO+急冷+碱洗+除雾”进行处理，提高了全厂VOCs废气去除效率，实现了降低排放口污染物排放浓度、削减排放量的目的，为区域的环境改善贡献了一份力量。本文接下来将对此次改造中化学原料药研发、中试和生产基地废气的产生情况、治理存在的问题、以及RTO（蓄热式焚烧炉）的应用情况进行探讨，为原料药企业废气治理提升改造提供思路。
废气主要来源为生产过程中反应釜呼吸器、离心机、真空泵等生产设施，主要成分为醋酸、乙醇、甲苯、甲醇、乙腈、乙酸乙酯、丙酮、二氯甲烷、三氯甲烷、乙酸异丙酯等物质。厂区主要有以下4大特点：
（1）产品更迭快，各产品使用溶剂、废气产生方式均可能不同；
（3）车间设备利用率低，很难满产，但设计时风量需求大；
（4）各车间废气排放浓度呈现出“均值低、峰值高”的特点。
车间废气分为两种类型：有组织高浓度废气和低浓度废气。
高浓度废气主要来自于合成大厅，包括反应釜、溶媒接收罐、
冷凝器产生的有组织废气和合成大厅的料桶、离心机、板框压滤机等单独封闭后由无组织源变成有组织源的废气。这些废气的共同特点为风量小，浓度极高，处理好这些高浓度废气是车间废气处理系统达标的关键点。
低浓度废气主要来自于车间合成区平台的下排风和称量。两种废气的处理工艺如图1所示。
图1 车间废气处理工艺路线框图
原项目涉及处理设备（如表1所示）：普药某车间采用“涡流相转移催化氧化+水喷淋+除雾+活性炭吸附塔+活性炭吸附脱附塔”+“涡流相转移催化氧化塔+涡流相转移催化氧化塔”，另一普药车间采用“碱喷淋+水喷淋+冷却+纤维活性炭吸附脱附”+“碱喷淋+水喷淋+生物喷淋降解+除雾”，抗肿瘤某车间采用“碱喷淋+水喷淋+纤维活性炭吸附脱附”+“碱喷淋+水喷淋+生物喷淋降解+除雾”。可见废气“后处理”设施大都使用简单的吸收、吸附与生物法组合工艺，处理工艺较为落后，VOCs去除效率不高。
表1 厂区原有部分污染防治措施统计
对于甲苯、正庚烷、甲基叔丁基醚、乙酸乙酯、二氯甲烷等在水中溶解能力较弱的物质，碱洗及水喷淋工艺的去除效果较差，只能依靠后续活性炭处理。且“前处理”设施处理效率不高，处理后废气VOCs浓度依旧较高，导致废气处理压力主要集中于“后处理”环节。在这种情况下，“后处理”同时还要对低浓度废气进行处理，处理风量较大，运行管理压力较大，若管理不当，容易出现超标排放等问题。
另外，改造前各车间“后处理”普遍采用吸收法+生物法，但生态环境部印发的《重点行业挥发性有机物综合治理方案》里提到：“生物法主要适用于低浓度VOCs废气治理和恶臭异味治理……高浓度废气优先进行溶剂回收，难以回收的，宜采用高温焚烧、催化燃烧等技术。”
同时，吸收法运行和维护费用较高，后续产生的废水存在二次污染问题，当废气中颗粒物浓度过高时容易导致喷淋塔堵塞；而且如果废气当中有多种组分，混合吸收后将难以进行分离。吸附法的吸附材料对废气具有选择性吸附的特点，但同时具有吸附饱和容量，需要对吸附材料进行定期更换，饱和后的吸附材料需要进行再次处理，容易产生危险废物。由此可见，吸收、吸附法运行管理较为复杂，工艺工序较多，运维管理难度较大。
综上所述，车间原有废气处理设施虽能达标排放，但污染防治设备老旧，运行维护较为复杂，已不适应厂区的发展，具有较大的减排空间。
目前国内外对治理VOCs废气开展了大量的研究和应用，从大的方向来看，VOCs治理路线可分为源头治理与末端治理。所谓源头治理，即是在生产工艺源头上减少VOCs的产生，这就需要对企业的生产工艺进行改进。末端治理路线又分为回收利用技术和销毁技术。表2展示了几种常用的VOCs处理技术及其优缺点。
表2 常用的VOCs 处理技术简介
综合考虑各工艺的处理效率、运行成本、适用范围等因素，结合企业实际处理工艺现状以及改造难度等因素，该项目将车间原有高浓废气处理设施处理后的废气接入RTO废气治理系统，以实现VOCs减排的目的。
图2 原废气处理系统
现车间处理设备治理工艺流程大致如图3所示。低浓度废气的处理设施可看作高浓废气处理设施的一部分，将废气处理系统进行改造，实现高低浓度废气分别处理，以RTO系统代替车间原有后处理系统，原有后处理系统仅用于处理低浓度废气，同时可增强无组织废气收集处理效果。
图3 现废气处理系统
采用的RTO废气处理系统包括1套30 000 m3/h的“碱洗+除雾”废气预处理系统及后端15 000 m3/h（2套）的“RTO +混风箱+急冷+碱洗+除雾+30排气筒”废气处理系统，其工艺流程如图4所示，设备平面布置如图5所示。
图4 工艺流程简图
图5 设备平面布置图
（1）RTO前端设置除雾器，用于去除废气中的颗粒物和降低含液量，以免造成蓄热体的堵塞和非必要的燃气消耗；
（2）高温焚烧氧化法处理有机废气具有高效彻底、无二次污染的特点；同时，有机废气的氧化反应是放热反应，RTO能将氧化反应的热量存储于蓄热陶瓷中，用于后续废气氧化反应，因此其运行成本与直接氧化相比大大降低；
（3）RTO设有气体检测仪、阻火器及泄爆片等安全措施，气体检测仪实时监测废气的浓度，以防达到LEL（爆炸下限）阻火器和泄爆片能在RTO出现异常闪爆、回火等事故时极大程度地降低事故的破坏性，保护前端设备；
（4）设置UPS（不间断电源）作为应急电源，当厂区出现非正常断电时，UPS能供应系统完成相应的停机连锁程序，保护用电设备及控制系统；
（6）系统设置备用旁路，当检测浓度超过25%LEL时，废气通过紧急旁通阀直排大气；当RTO出现故障或出现浓度超过安全LEL的离线原因时，废气通过备用管路应急排放。
对改造前后项目的废气排放进行对比，如表3所示，可以看到实施VOCs治理项目后，企业废气环保处理效率有所提升，能源成本有所降低，同时项目实施后能够实现VOCs减排7.59 t/a，去除率可达99.5%，具有显著的环境效益。
表3 废气治理提升改造后效益分析
任何一个希望持续发展的企业都会意识到“核心竞争力”在企业发展中的重要地位。由于医药制造企业的特殊性，在企业发展过程中会遇到较之其他企业更为复杂的问题。针对这些问题，企业决策者们要做的就是围绕核心竞争力，敢于大力做 “加减算术题”。这里的“加”不仅是简单的投入资金、物料、人员等，而是指通过加入创新技术和创新理念而保持一种高效率的运作状态；“减”则是指必须懂得优越性和不可代替性的真正意义，在企业提供的产品和服务项目上做出创新，做出特色。
另外，由于医药制造企业的行业特点，如何控制和减少原料药生产过程中对生态环境和社会安全产生的影响，这个“减”在社会责任意义上也显得尤为重要。在现有达标排放的基础上对现有环保处理设施进行进一步的提升改造，进一步减少企业废气的排放量，是保护环境、实现可持续发展的重要举措；是完成碳达峰、碳中和目标的有效措施；是企业提升竞争力，履行社会责任的必要手段。
撰稿人 | 董元霖、陈芃任 扬子江药业集团
责任编辑 | 胡静
审核人 | 何发
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