引言

    近年來，我國的醫(yī)藥化工行業(yè)得到了長足發(fā)展，特別是原料藥和醫(yī)藥中間體增長迅猛，我國已成為世界上zui大的原料藥和醫(yī)藥中間體生產(chǎn)國，醫(yī)化行業(yè)成了一些地區(qū)的支柱產(chǎn)業(yè)之一，而由此產(chǎn)生的廢氣污染問題也成為了全社會關(guān)注的焦點。經(jīng)過持續(xù)多年的環(huán)境深化整治，雖然醫(yī)化行業(yè)的廢氣污染在一定程度上得到了控制，但仍存在很多問題。

    醫(yī)化行業(yè)的廢氣具有成分復(fù)雜、總體產(chǎn)生量大、產(chǎn)生量波動大、揮發(fā)性有機化合物(VOC)濃度波動大等特點。其主要污染物(如苯類、酮類、醚類、鹵代烴類等)多為有毒、有害且具惡臭性質(zhì)的氣體，進入自然環(huán)境后對人體健康和生態(tài)環(huán)境危害較大，如何處理醫(yī)化行業(yè)的廢氣一直是環(huán)保領(lǐng)域的重點和難題。

    因醫(yī)化廢氣超標(biāo)排放影響周邊生活環(huán)境所引起的投訴與糾紛越來越多，在某些地區(qū)，部分中小企業(yè)因無法承擔(dān)巨額的環(huán)境治理費用，或迫于地方環(huán)保壓力不得不選擇關(guān)閉停產(chǎn)。醫(yī)化行業(yè)的環(huán)保門檻越來越高，環(huán)保設(shè)施投入越來越大。在這種情況下，很多醫(yī)化企業(yè)花費大量資金購置環(huán)保設(shè)備，但是因為缺乏合理的技術(shù)引導(dǎo)，導(dǎo)致大部分設(shè)備沒有發(fā)揮作用或難以發(fā)揮作用，很多環(huán)保設(shè)施成為擺設(shè)，成為應(yīng)付政府環(huán)保部門檢查的形象工程。而有些環(huán)保工程公司為了追求利潤，夸大其環(huán)保設(shè)施作用，避而不談其缺點及使用條件的限制，導(dǎo)致社會資源浪費。某些企業(yè)環(huán)保管理人員因缺乏必要的環(huán)保專業(yè)知識，過于相信環(huán)保公司對其環(huán)保設(shè)施的介紹，認為可以一勞永逸，從另一方面增加了環(huán)保設(shè)施正常運行的難度。

蓄熱式熱氧化爐(RTO)的介紹

    縱觀醫(yī)化廢氣處理過程，從zui初的冷凝、酸堿吸收、化學(xué)氧化到微生物滴濾、碳纖維吸附、低溫等離子、催化氧化、蓄熱式熱氧化等，可以說沒有一項技術(shù)可以通用于所有行業(yè)。以上某些技術(shù)在一些領(lǐng)域(如石化、汽車制造、城市污水處理等)得到了較好應(yīng)用，但是不能認為就適合在醫(yī)化行業(yè)推廣，上述技術(shù)均有一定的選擇性和限制性。例如，比較先進的催化氧化技術(shù)，因催化劑的選擇性較強而阻礙了其在醫(yī)化行業(yè)的應(yīng)用;低溫等離子對小分子污染物作用有限，氧化不*;微生物滴濾在城市污水處理過程中用于除臭效果明顯，在醫(yī)化廢氣處理方面也有部分成功實例，其結(jié)構(gòu)簡單、維護管理方便、運行費用低廉，但技術(shù)上還需要進一步研究和完善。

    結(jié)合實際的使用經(jīng)驗，從蓄熱式熱氧化爐(RTO)的選材、運行能耗、控制方式與安全運行、進出口閥4個方面，探討了RTO在醫(yī)化廢氣處理過程中的運行管理與優(yōu)化。

    相對而言，蓄熱式熱氧化爐(RTO)因其對廢氣成分選擇性小，高溫對有機氣體破壞較*，從而具有一定優(yōu)勢，但它也還存在一定的局限性。由于RTO在國外的研究發(fā)展歷史只有30多年，在我國只有10多年，技術(shù)上還不成熟，實際應(yīng)用經(jīng)驗也不夠，比如對廢氣量和VOC含量不穩(wěn)定的廢氣處理運行管理難度較大，控制當(dāng)會導(dǎo)致產(chǎn)生一定的安全風(fēng)險等?，F(xiàn)階段蓄熱式熱氧化爐(RTO)并不是zui*的醫(yī)化廢氣處理方法，不能從根本上解決醫(yī)化行業(yè)的廢氣污染問題。

    常用RTO的蓄熱床為3個(也有2床及3床以上，因處理效率及實用性等原因不常用)。蓄熱床由多孔蓄熱陶瓷制成，廢氣從蓄熱床底部進入，經(jīng)蓄熱床預(yù)熱，至燃燒室充分氧化放熱，再從另一床頂部進入，熱量留在蓄熱床內(nèi)，然后從底部排出，1床進氣、1床蓄熱、1床吹掃(減少因進氣殘留在陶瓷中的廢氣進入尾氣，提高VOC去除率)，通過進出口閥的自動切換實現(xiàn)上述3個過程在每一床中輪流進行。

本文結(jié)合實際使用經(jīng)驗，從以下幾方面探討RTO在醫(yī)化廢氣處理過程中的運行管理與優(yōu)化。

RTO的選材問題

       醫(yī)化廢氣成分復(fù)雜，且廢氣組分中含鹵素、氮、磷、硫的有機物質(zhì)，這些物質(zhì)一旦經(jīng)高溫焚燒后就會產(chǎn)生酸，對RTO設(shè)備造成嚴(yán)重腐蝕，甚至導(dǎo)致設(shè)備無法運行，而且容易導(dǎo)致廢氣排放口酸性物質(zhì)嚴(yán)重超標(biāo)。

       醫(yī)化廢氣中含有的鹵素、氮、磷、硫等有機物多數(shù)來源于含這些元素的溶劑、物料及副產(chǎn)物。導(dǎo)致這些物料的揮發(fā)主要源于投料、轉(zhuǎn)料、反應(yīng)、溶劑回收、抽濾、壓濾等生產(chǎn)階段，生產(chǎn)時除應(yīng)盡量避免采用容易導(dǎo)致溶劑大量揮發(fā)的操作(如盡量少用離心機等)外，還應(yīng)加強廢氣冷凝回收，采用多級冷凝、普冷與深冷結(jié)合的方式。對于像二氯甲烷這一類沸點低且含鹵素的溶劑，在冷凝回收的基礎(chǔ)上，建議采用碳纖維吸附裝置，提高回收效率。

    在醫(yī)化行業(yè)中，杜絕含鹵素、氮、磷、硫的有機物質(zhì)進入RTO系統(tǒng)是不現(xiàn)實也是不可能的，但必須從源頭抓起，減少使用產(chǎn)生這類物質(zhì)的溶劑，加強車間管理，強化過程回收，優(yōu)化末端治理。

    對于末端治理設(shè)施RTO來說，因其運行溫度高，除蓄熱陶瓷之外的大部分材料只能選用鋼材，而酸對鋼材的腐蝕又很嚴(yán)重。這樣的條件下，雙相鋼是一個較好的選擇。在設(shè)備的制造過程中，如果設(shè)計合理，選材得當(dāng)，再加上運行管理較好，RTO蓄熱床的出口溫度一般不會超過100℃，這樣，RTO在蓄熱床支架以下的部分就可以考慮采用其他工程材料或鋼材做防腐處理，如環(huán)氧樹脂、襯四氟、搪玻璃或玻璃鋼等材料，選材還必須綜合考慮強度、承重、安全要求以及異常情況等。

    廢氣排放口要達標(biāo)排放，RTO出口必須是可以吸收酸的，吸收塔的選型應(yīng)綜合考慮廢氣量、酸濃度、吸收方式、吸收液種類等因素。常用吸收液為堿液，建議采用多級吸收：一級水吸收常開，二級堿液常開，三級堿液備用。堿性吸收液的堿濃度不宜過高，以免大量吸收二氧化碳生成碳酸鹽，導(dǎo)致塔內(nèi)結(jié)垢。具體控制指標(biāo)應(yīng)根據(jù)實際情況控制pH值，吸收液在因鹽析出而較渾濁時進行更換，不能根據(jù)時間而定。

RTO的運行能耗問題

    如果RTO運行管理不善，車間廢氣處理控制不好，往往造成RTO運行能耗大、成本高，企業(yè)往往因過高的成本而停止運行RTO，僅僅把RTO當(dāng)作形象工程。

    RTO的運行能耗主要是電和燃料。一旦設(shè)備定型了，電耗基本恒定，風(fēng)機可采用變頻控制省電，這里不做討論，主要討論燃料問題。因廢氣量不穩(wěn)定、濃度不穩(wěn)定，加上車間廢氣控制不好，所以在RTO啟動及運行過程中，需要經(jīng)常補充燃料(常用柴油、天然氣)以維持燃燒室溫度。

    燃料消耗多少，關(guān)鍵取決于蓄熱陶瓷的蓄熱能力，通常以RTO在能夠維持正常運行而不需補充燃料所需的zui低VOC濃度來衡量RTO的能耗高低。此數(shù)值越低，則能耗越低。性能超好的RTO此數(shù)值可達450×10-6mg/L。另外，RTO的能量損耗主要是尾氣帶走的熱量和表面散熱損失，尾氣帶走熱量與廢氣量和進出口溫差相關(guān)，尾氣溫度越低、進出口溫差越大，則能耗越低。表面散熱損失體現(xiàn)在箱體表面溫度與環(huán)境的溫度差，保溫效果好則溫差小，散熱損失小。當(dāng)然，能耗還有可能跟局部地方保溫薄弱及高溫氣體泄漏有關(guān)。

    在企業(yè)選擇RTO時，提供給RTO設(shè)計廠家的風(fēng)量及有機物濃度參考值需要綜合考慮，風(fēng)量選擇過大，VOCs濃度偏小，運行能耗高。風(fēng)量選擇過小，VOCs濃度偏大，容易在爐膛發(fā)生回火、閃爆等安全事故，且高濃度有機廢氣在輸送過程中也容易因靜電等發(fā)生爆炸事故。因此，設(shè)計時應(yīng)適當(dāng)放大風(fēng)量，降低安全風(fēng)險。還可以采用變頻控制等手段，根據(jù)生產(chǎn)情況調(diào)節(jié)風(fēng)機風(fēng)量，以降低能耗。

    在RTO的運行過程中，應(yīng)優(yōu)化控制手段，在廢氣進爐膛前，盡可能除掉入口噴淋塔帶來的水分，減少水分汽化所需熱量;同時，還應(yīng)優(yōu)化進出風(fēng)時間、保持燃燒室溫度、加強閥門密封度等，還可在進氣風(fēng)管采用計量泵與蒸發(fā)器組合的方式，人為控制一些不可套用的廢溶劑的蒸發(fā)，在廢氣VOC較低時提高VOC濃度，以達到不使用燃料就能維持正常燃燒的目的，從而減少燃料消耗。一般來說，RTO維持正常運行對VOC濃度的要求遠低于其爆炸下限，還可根據(jù)爐膛溫度隨時調(diào)整或關(guān)閉廢溶劑的蒸發(fā)，所以其安全風(fēng)險是可控的。

RTO的控制手段及安全措施

    關(guān)于RTO配套的控制手段，每個廠家各有所長。通常存在的zui大問題是廢氣濃度異?？刂?。

    一般來說，廢氣濃度異常指廢氣中VOC濃度偏離RTO正常運行需要，尤其是廢氣濃度偏高容易帶來安全風(fēng)險。一些廠家采取廢氣總管恒壓(廢氣總管負壓情況與引風(fēng)機變頻器連鎖)以恒定廢氣流速，但是并未能夠解決VOC濃度波動問題。有一些廠家采用在VOC濃度較高時加新風(fēng)稀釋的方法，此方法的關(guān)鍵問題是如何及時、準(zhǔn)確地測定廢氣濃度，從而確定稀釋風(fēng)與廢氣的比例。而如何及時、準(zhǔn)確地測定廢氣濃度并反饋到控制系統(tǒng)中，這就對VOC在線監(jiān)測儀的要求非常高。在企業(yè)內(nèi)部，RTO與廢氣產(chǎn)生點的距離也就幾十米，zui多幾百米，扣除數(shù)據(jù)傳輸、系統(tǒng)反應(yīng)及相應(yīng)的閥門動作所需要的時間，留給在線監(jiān)測儀采樣和數(shù)據(jù)分析的時間往往只有幾秒zui多幾十秒，而在線監(jiān)測儀要在幾秒到幾十秒的時間內(nèi)完成采樣和數(shù)據(jù)分析，困難較大，目前還沒有比較成功的案例。另外，VOC在線監(jiān)測儀一般安裝在室外，使用環(huán)境較差，對VOC在線監(jiān)測儀的要求更高。

    對于上述問題，目前只能退而求其次，采用產(chǎn)點控制、后端加大新風(fēng)量的方法加以應(yīng)對，實際上也屬無奈之舉，因國內(nèi)已經(jīng)發(fā)生多起RTO回火及閃爆事故，不得不謹慎考慮。平時多對廢氣總管濃度進行取樣檢測，分析VOC濃度變化規(guī)律，對容易產(chǎn)生大量廢氣的點加以控制(如溶劑回收塔)，運行中注意RTO蓄熱床溫度變化情況，及時調(diào)整主風(fēng)機和新風(fēng)風(fēng)機運行頻率，可以在一定程度上降低此風(fēng)險。但是要*解決此問題，還需要研究人員繼續(xù)努力。

    RTO出現(xiàn)故障停機時，一些廠家的設(shè)計程序是主風(fēng)機、新風(fēng)風(fēng)機都停止運行，進出口閥門自動關(guān)閉。如果閥門密封很好，這時候不會產(chǎn)生安全問題。但如果進出口閥密封不好，就會有廢氣和新風(fēng)進入管道、爐膛，容易發(fā)生閃爆。所以，一般建議修改程序，在出現(xiàn)故障停機時，新風(fēng)風(fēng)機不能停止運行。

    另外，如果突然停電，新風(fēng)風(fēng)機不能運行，并且進出口閥門不能自動關(guān)閉，廢氣和新風(fēng)極易進入管道、爐膛，安全隱患更大。為了應(yīng)對突然停電引起安全事故的情況，應(yīng)考慮裝備UPS給自控系統(tǒng)供電。還可以考慮安裝氮氣系統(tǒng)，在突然停電時自動向管道、爐膛內(nèi)輸送氮氣，降低系統(tǒng)內(nèi)部的氧氣含量，以保證安全。

RTO的進出口閥問題

    由于必須在一定的時間間隔內(nèi)實現(xiàn)蓄熱、燃燒與吹掃的頻繁切換，進出口閥成了RTO的關(guān)鍵部件之一。盡管正常情況下廢氣出口溫度不高，對進出口閥材料無特殊要求，但必須考慮進出口閥的密封性、靈活性、可靠性和使用壽命。因為廢氣中含有的微小粉塵以及頻繁動作，勢必對密封面造成磨損，這些因素應(yīng)當(dāng)在選用進出口閥時予以充分考慮。如果出現(xiàn)閥門密封不嚴(yán)、壓力損失過大、動作速度慢等問題，就會影響RTO的使用性能和節(jié)能效果。嚴(yán)重時還會出現(xiàn)安全問題，前面已有論述，此處不再贅述。

結(jié)語

    蓄熱式熱氧化技術(shù)在我國正處于蓬勃發(fā)展時期，它在節(jié)約能源和減少廢氣污染方面具有很大優(yōu)勢，總體上有利于我國建設(shè)資源節(jié)約型社會和實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。研究開發(fā)更安全、更有效、更經(jīng)濟、更方便運行控制、更低VOC濃度下不補充燃料就能正常運行的蓄熱式熱氧化技術(shù)將是一項會產(chǎn)生巨大經(jīng)濟效益和社會效益的宏偉工程。

    另外，融合了催化氧化裝置低工作溫度和蓄熱式熱氧化裝置再生特性的蓄熱式催化氧化裝置(RCO)已嶄露頭角。RCO能在更低的VOC濃度下運行，能zui大限度降低VOC氧化技術(shù)的運營成本。