摘要：制藥行業(yè)廢氣中成分復(fù)雜，含苯、甲苯、乙醇、乙酸乙酯、氯化氫等。其中苯環(huán)和鹵素，在400℃左右條件下，容易產(chǎn)生二噁英，二噁英這類物質(zhì)非常穩(wěn)定，熔點(diǎn)較高，極難溶于水，是無色無味的脂溶性物質(zhì)，所以非常容易在生物體內(nèi)積累，對人體危害嚴(yán)重。二噁英、以及酸性氣體的腐蝕問題為制藥行業(yè)區(qū)別與其它行業(yè)的重點(diǎn)。
1項(xiàng)目背景
以浙江某制藥廠為例：廢氣最大風(fēng)量20000Nm3/h，廢氣濃度約2000mg/m3。主要成分如下：乙酸、甲苯、DMF、氯仿、乙酸乙酯、甲醇、N-甲基哌嗪、四氫呋喃、丙酮、二氯甲烷、苯、乙腈、環(huán)己烷、異丙酮、二甲基亞砜、甲基異丁基酮、三乙胺、氯化氫、一氯甲烷、醋酸、氨等成分。
2工藝選擇
廢氣屬于小風(fēng)量、中濃度廢氣，大部分為有機(jī)廢氣，含有部分酸性氣體，采用較為合理的工藝為：洗滌+RTO+洗滌。對于二噁英在RTO中是無法避免的，但二噁英可以在溫度高于850攝氏度且燃燒時間大于1S或者溫度高于800攝氏度且燃燒時間大于2S時就可以分解掉，苯環(huán)被破壞掉后就不會有二噁英產(chǎn)生，即其反應(yīng)是不可逆的，所以我們的爐膛設(shè)計(jì)燃燒溫度是850攝氏度且燃燒時間在2S以上。
3工藝流程圖
RTO原理：蓄熱式熱氧化爐，專業(yè)處理有機(jī)廢氣，使有機(jī)廢氣在高溫環(huán)境里分解干凈，分解率達(dá)到98%以上，最終使廢氣排放符合國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。此熱氧化爐使用兩個固定的熱交換媒介床，熱交換媒介使用的是蓄熱陶瓷，來自生產(chǎn)線的廢氣經(jīng)過一個熱陶瓷媒介床后被加熱;到爐膛后燃燒的高溫氣體將另一個熱交換媒介床加熱，如此兩個熱交換媒介床互相切換，蓄熱后去加熱低溫廢氣。熱交換效率達(dá)到95%以上，很容易利用有機(jī)廢氣實(shí)現(xiàn)氧化爐的自我維持，而不用任何燃料。為了提高廢氣處理效率，我們采用了3塔式RTO。
4設(shè)備介紹
4.1蓄熱式氧化爐
RTO裝置燃燒室中有機(jī)物被降解的反應(yīng)方程式如下：????
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我司的RTO設(shè)備是在吸收德美技術(shù)的基礎(chǔ)上自主開發(fā)的三床式RTO設(shè)備，該系統(tǒng)主要由燃燒室、3組結(jié)構(gòu)相同的蓄熱床和3個氣動切換進(jìn)氣閥，3個氣動排氣切換閥以及3個氣動清吹切換閥組成，9個氣動切換閥自動切換，切換周期1~6min，由時間來控制，若出氣溫度超過設(shè)定值，會強(qiáng)制切換。蓄熱床內(nèi)填充規(guī)整蜂窩陶瓷蓄熱體，其主要材質(zhì)為致密堇青石，具有優(yōu)良的耐酸、堿和有機(jī)介質(zhì)腐蝕性、蓄熱效果好、熱回收效率高、過風(fēng)阻力小、熱脹冷縮系數(shù)小，抗裂性能好，壽命長等優(yōu)點(diǎn)。設(shè)備內(nèi)部內(nèi)襯300mm以上的耐高溫陶瓷纖維保溫材料，充分保證設(shè)備表面溫度低于國家標(biāo)準(zhǔn)，同時可有效防止氣體和鋼構(gòu)件接觸。氣動切換閥均采用知名品牌氣動執(zhí)行器，其中，氣動切換閥體采用雙相不銹鋼材質(zhì)，切換穩(wěn)定，使用壽命長，正常工作可切換1000萬次。防止與爐體鋼板接觸部分腐蝕問題，凡與廢氣接觸部分襯防腐涂料，噴涂材料耐高溫，可以保證爐體的較長使用壽命，在日常維護(hù)過程中，如果有涂層脫落，需要及時的補(bǔ)修，防止大面積氧化。
4.2堿洗凈化塔
堿洗凈化塔具有阻力小、能耗省、噪音低、處理效率高，能處理氯化氫氣體、氟化氫氣體、氨氣霧、鉻酸霧、氰氫酸氣體、堿蒸氣、硫化氫氣體等氣體的新型凈化塔，它具有凈化效率高、占地面積小、耐腐蝕、耐老化性能好，重量輕的特點(diǎn)。它適用于排放一定濃度的腐蝕性酸霧氣體，主要用于化工、電子、醫(yī)院、研究中心等場所。
工作原理：需處理的廢氣，由玻璃鋼離心風(fēng)機(jī)壓入凈化塔之進(jìn)氣段后，垂直向上與噴淋段自上而下的液體發(fā)生吸收反應(yīng)，使廢氣濃度降低，然后繼續(xù)向上進(jìn)入填料段，廢氣在塑料球打滾再與吸收液起中和反應(yīng)，使廢氣濃度進(jìn)一步降低后進(jìn)入脫水器，凈化后的氣體排出大氣。經(jīng)測定分析，硫酸霧凈化效率可達(dá)93%，硝酸凈化效率可達(dá)90%，鹽酸霧凈化效率可達(dá)98%、對酸霧凈化性達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平。堿洗凈化塔為圓筒型結(jié)構(gòu)形式，全塔由三部份組成，即貯液、進(jìn)氣、噴淋、脫水和出氣，出口管連接，塑料球分別裝在噴淋內(nèi)。堿洗凈化塔為玻璃鋼一體成型，結(jié)構(gòu)緊湊、耐腐蝕，耐高溫、外表光滑;除水部份離式產(chǎn)生水氣分離;噴水部：高壓噴水產(chǎn)生霧狀，分上下兩段擴(kuò)大接觸處理提高功能;填充物：梅花環(huán)或鮑爾環(huán)，PP質(zhì)一體成型需有防溢水排放管;觀察窗：5mm厚透明壓克力板制;
5RTO安全方面設(shè)計(jì)
A.管道內(nèi)起火對車間的影響：管道內(nèi)的爆炸，大部分都來源于管道內(nèi)有大量有機(jī)積液突然揮發(fā)，再遇上靜電而產(chǎn)生的。輸送腐蝕性氣體的管道比較難做防靜電設(shè)施，只能降低風(fēng)速，設(shè)計(jì)在8米/秒以下的風(fēng)速比較適合。
B.RTO失火對車間的影響：RTO爐膛內(nèi)的明火很難進(jìn)入車間過來的管道，因?yàn)橛?米高左右的蓄熱陶瓷，蓄熱體本身就是很好的阻火器。在管道前端可以安裝阻火器，進(jìn)一步保障生產(chǎn)車間內(nèi)的安全。
C.RTO區(qū)域內(nèi)的爆炸：RTO在點(diǎn)火前要進(jìn)行吹掃，吹掃的目的是將殘留在RTO管道和爐膛內(nèi)的有機(jī)物清理干凈，避免點(diǎn)火時引爆。RTO入口處有濃度檢測儀，響應(yīng)時間在5秒左右，所以濃度檢測儀的安裝位置比較重要，且要做緩沖罐，當(dāng)檢測到廢氣濃度高報警，新風(fēng)風(fēng)門會自動打開進(jìn)行濃度稀釋;若廢氣濃度高會報警，則RTO切斷與生產(chǎn)線間的聯(lián)機(jī)，廢氣直接旁通到煙囪?，F(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中做多少措施也無法100%避免爆炸，所以在適當(dāng)?shù)奈恢眉有贡b置，比如RTO爐膛頂部有泄爆門，此泄爆門可以靠自重關(guān)閉，泄爆后不會影響RTO的正常運(yùn)行;緩沖罐上有泄爆片。有這些泄爆措施，即使發(fā)生爆炸，也會把爆炸的損失降到最低。
D.應(yīng)急停電系統(tǒng)設(shè)計(jì)：RTO非常害怕突然停電，爐膛內(nèi)的高溫?zé)o法快速散去，導(dǎo)致很多防腐材料或者其他設(shè)備被高溫?fù)p壞。我們設(shè)計(jì)了一臺應(yīng)急壓縮空氣儲氣罐、UPS和手自動控制的泄爆門，一旦突然停電，UPS和應(yīng)急壓縮空氣儲氣罐會將所有風(fēng)門打到安全位置，比如新風(fēng)風(fēng)門開啟，吹掃風(fēng)門開啟，泄爆門打開等等;應(yīng)急壓縮空氣會進(jìn)入燃燒器管道，避免高溫?zé)煔鈴娜紵餍孤冻鰜?，?dǎo)致點(diǎn)火管路的危險和損壞燃燒器。但壓縮空氣罐僅能支撐15到20分鐘左右，甲方需要配置備用電源給壓縮空氣或助燃風(fēng)機(jī)。
E.針對RTO出口有洗滌塔的系統(tǒng)高溫保護(hù)：RTO出口接洗滌塔，若洗滌塔是玻璃鋼材質(zhì)，則RTO出口溫度需要控制在100攝氏度以下，若超過100攝氏度，RTO自動切斷與生產(chǎn)線之間的聯(lián)機(jī)，工藝廢氣直接進(jìn)入煙囪。
G.爐膛溫度過高保護(hù)：爐膛內(nèi)有2支熱電偶，每支熱電偶都是雙支的，如果一支出現(xiàn)問題，還有一支備用，保證爐膛內(nèi)溫度控制均勻。爐膛溫度不能超過980攝氏度，否則內(nèi)部的蓄熱陶瓷和陶瓷纖維組塊的使用壽命會受影響，當(dāng)爐膛溫度超過一定值時，燃油管路的雙電磁閥會自動關(guān)閉，避免柴油泄漏進(jìn)入爐膛。爐膛溫度再高就要打開新風(fēng)風(fēng)門去降溫，當(dāng)爐膛溫度發(fā)生高高報警，RTO自動切斷與生產(chǎn)線的聯(lián)機(jī)，工藝廢氣直接進(jìn)入煙囪。
6RTO
運(yùn)行過程首次開機(jī)時，需要對蓄熱體預(yù)熱，待預(yù)熱至設(shè)定溫度后，含揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)的廢氣通過閥門的切換，進(jìn)入蓄熱床，廢氣被蓄熱陶瓷逐漸加熱后進(jìn)入燃燒室(燃燒室有兩個作用：一是保證廢氣能達(dá)到設(shè)定的氧化溫度，二是保證廢氣有足夠的停留時間，從而使其中的VOCs充分氧化)，VOCs在燃燒室內(nèi)高溫氧化分解并放出熱量，形成的熱風(fēng)在通過另一蓄熱床時，與蓄熱體進(jìn)行熱交換，蓄積熱量，以減少輔助燃料的消耗，而被氧化的干凈氣體溫度逐漸降低。正常運(yùn)行過程中，RTO內(nèi)部溫度控制通過燃燒器來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)有機(jī)廢氣濃度達(dá)到自持燃燒狀態(tài)時，產(chǎn)生熱量足以滿足下一次冷氣預(yù)熱要求時，此時系統(tǒng)無需開啟輔助加熱裝置進(jìn)行輔助加熱，即可完成有機(jī)廢氣氧化，達(dá)到節(jié)能效果。當(dāng)RTO溫度出現(xiàn)異常時(即前端濃度太高)，通過PLC程序自動控制關(guān)閉進(jìn)氣閥，全開異常外排和新風(fēng)閥，使RTO設(shè)備完全通過新鮮風(fēng)降溫。RTO爐膛溫度通過2根高溫?zé)犭娕歼M(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，運(yùn)行過程PLC程序通過自動調(diào)節(jié)燃?xì)庹{(diào)節(jié)比和相關(guān)閥門控制爐膛溫度的穩(wěn)定。當(dāng)爐膛溫度出現(xiàn)異常升溫時，可通過RTO設(shè)備的泄溫口進(jìn)行緊急排溫。
7RTO成本運(yùn)行分析
該設(shè)施在運(yùn)行過程中主要的費(fèi)用為電耗和天然氣，以及部分維護(hù)費(fèi)用，如預(yù)濾材料的更換。運(yùn)行費(fèi)用估算見下表1：
(1)主風(fēng)機(jī)、助燃風(fēng)機(jī)、泵按16h/d，250d/a;電費(fèi)0.75元/kwh，電機(jī)實(shí)際功率為額定功率的0.8，變頻風(fēng)機(jī)節(jié)能按0.70計(jì)。
(2)RTO設(shè)備首次開機(jī)預(yù)熱以及引入廢氣后維持爐溫所產(chǎn)生費(fèi)用，每次預(yù)熱時間按3小時計(jì)，每年預(yù)加熱按12次計(jì)算;每天考慮到生產(chǎn)運(yùn)行過程中由于濃度過低需要補(bǔ)充加熱，每天按補(bǔ)充天然氣量為20立方米，每次升溫用天然氣按50立方計(jì)算。天然氣按2.5元每立方。
廢氣濃度達(dá)到2800mg/m3時，系統(tǒng)可以維持自運(yùn)行，不需要補(bǔ)充天然氣加熱。
來源:《工程技術(shù)：全文版》 作者:晉剛 張宏等
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