方案制药车间废气治理初步设计方案.docx
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方案制药车间废气治理初步设计方案
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制药车间废气治理初步设计方案
一、项目概述
1、企业基本情况简介
某市某某制药有限公司位于某工业区内。
占地面积57700平方米的厂区内拥有9个专业化生产基地，其中原料药生产车间已经通过了中国SFDA和GMP认证，拥有300℃高温反应和零下70度的低温反应能力，60帕德高压反应容器，1630千伏安的电力备份。
制剂生产车间通过了中国SFDA，MCC（南非）的GMP认证，片剂胶囊和冲剂两种类型的药品年产20亿粒，被列为国家抗艾滋病药物定点生产企业，并在全球范围内寻找抗艾滋病和其他产品的合作伙伴。
2、企业环保状况
某市某某制药有限公司所在的新阳片区，是位于某市海沧区北部的中心城区，该区域以发展高档滨水居住生活、新兴工业和高科技研发为主，拥有生态景观良好的马銮湾和新阳工业区。
作为三类工业企业的某某制药，实际上位于一、二类工业用地的范围内，因此，环保的压力是非常大的，企业除了必须加强污染源的控制外，尤其需要解决无组织有机气体的排放问题，加强有机废气排放的收集与治理。
削减污染排放的总量，采取真正有效的措施，逐步改善本区域的环境质量。
近年来，某某制药有限公司以“勇于创新、开拓进取、创造财富、追求卓越”的企业文化精神，不论何时何地都没有忘记企业肩负的社会责任。
在环境保护方面投入了大量的资金和技术，进行了卓有成效的工作。
公司现有专职环保人员数人，并已编制《环境污染事故应急预案》、《污水站操作规程》、《固废管理规定》、《环境保护工作条例》、《控制污染管理方法》等一系列环保制度，逐步建立了一套完整的环境管理体系。
但是，由于企业及产品的不断发展，以及相关环保技术力量的限制，在制药车间有机废气治理方面，还存在诸多急待解决的问题。
某市某某制药有限公司共有八个制药车间及一个污水处理站，各个车间废气的成分及排放状况不尽相同。
以较具代表性的原料药车间为例，其生产过程主要有四个步骤，基本为间歇式投料，24小时生产，在排出的废气中含有诸如甲苯（C6H5CH3）、乙酸乙酯（C4H8O2）、甲醇（CH3OH）、二氧六环（C4H8O2）、三乙胺（C6H15N即二乙基乙胺（CH3CH2）3N）、DMSO（三甲基亚砜（CH3）2SO）等多种较为复杂的有机物成分，现部分车间已对废气用PVC管和PVC收集罩收集后输送到简易水洗塔经过水洗后排放。
排放的废气中有机物的总浓度平均值约为1500mg/m3左右，对厂区及周边环境造成了较大的污染，环境需要进行有效的治理，以达到国家规定的排放标准。
3、污染物处理的规模
根据现有资料分析测算，在假设密闭的离心机作业过程中废气基本排向地缸（离心机和地缸用收集罩加盖），且投料采用封闭式而不是开放或半开放式等前提下，采用科学、精巧的收集方式处理后，本方案制定时将某市某某相关制药车间需要集中治理排放的有机废气总量暂定为25920m3/h。
4、本初步设计方案的制定
①、本初步设计方案制定的依据
（1）《中华人民共和国环境保护法》（1989年12月）
（2）《中华人民共和国大气污染防治法》（2004年4月修订）
（3）国发（1996）31号《国务院关于环境保护若干问题的决定》
（4）中华人民共和国主席令第72号《中华人民共和国清洁生产促进法》
（5）《国家环境保护“十五”计划》
（6）《恶臭污染物排放标准》（GB14554-93）
（7）《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）
（8）《大气环境质量标准》（GB3095-1996）
（9）某省及某市市有关环境保护的法规及条例
（10）低压配电设计规范》（GB5005495）
（11）《工业与民用电装置的接地设计规范》（GBJ65-83）
（12）《建筑物防雷设计规范》（GB50057-942000年版）
（13）《通用用电设备配电设计规范》（GB50055-95）
（14）某市某某制药有限公司提供的工程基础资料和数据
②、本方案制定的原则
（1）依据国家和某市市有关环保法律、法规及产业政策要求对工业污染进行治理，充分发挥建设项目的社会效益、环境效益和经济效益。
（2）积极稳妥地采用新技术、新设备，结合企业的现状和管理水平采用先进、可靠的改造技术和污染治理工艺处理工艺，力求运行稳定、费用低、管理方便、维护容易，从而达到治理污染、保护环境的目的。
（3）妥善解决项目建设及运行过程中产生的污染物，避免二次污染。
（4）严格执行现行的防火、安全、卫生、环境保护等国家和地方颁布的规范、法规与标准。
（5）选择新型、高效、低噪设备、注意节能降耗。
③、本方案治理的基本目标
鉴于某市某某制药车间废气中有机因子成分十分复杂，根据国家相关规定应首先考虑按《恶臭污染物排放标准》（GB14554-93）进行治理效果的综合监测验收，达到国家二级排放标准的要求，其评价标准如下：
恶臭污染物排放国标二级
监测项目
执行标准
评价依据
臭气浓度
有组织（15m排气筒）
2000（无量纲）
《恶臭污染物排放标准》（GB14554-93）
无组织（周边浓度）
30（无量纲）
同时，对部分有代表性的有机因子，也可参照《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）作为参考性数据，进行监测验收。
GB16297-1996《大气污染物综合排放标准》二级标准
污染物
最高允许排放浓度（mg/m3）
最高允许排放速率（kg/n）
无组织排放监控
排气筒
速率
监控点
浓度（mg/m3）
甲苯
40
15
3.1
周界外浓度最高点
2.4
二甲苯
70
15
1.0
周界外浓度最高点
1.2
二、项目治理方案
1、废气治理技术的选择
对治理工业废气中大量存在的有机化合物，现在应用较普遍的活性炭、活性炭纤维、纯硅分子筛以及催化燃烧法等，虽有一定效果，但不仅存在耗用大量吸附材料或燃料，还存在工艺落后、成本高、二次污染较严重等问题，特别是对于大流量、低浓度的有机废气，更是存在不少未能解决的问题。
实际上，采用这些技术方案后，往往给政府环保部门的监管，以及产生和治理污染的企业的运行，都会带来很大的困扰。
A、吸附脱附处理
活性炭对于某些特定VOCs因子具有良好的吸附作用，且可脱附再生，虽然存在实际运行费用较高，二次处理麻烦，效果难于随时监控等问题，但仍在有机废气的传统处理工艺上，占有重要地位。
不过，通过对某市某某制药车间废气情况进行分析，结论是采用活性炭吸附脱附方式处理却并不合适，这是因为：
①一般认为，硫化氢、胺类、醛类（如某某制药车间废气因子中的硫化氢（H2S）、三乙胺（C6H15N）、甲醛（HCHO）等）本身就是不适合活性炭吸附的物质。
②分子量低于45的高挥发性物质，如某某制药车间废气因子中甲醇（CH3OH,分子量32.04）、硫化氢（H2S，分子量34.08）、乙醇（C2H5OH,分子量46.07）、乙硼烷（B2H6,分子量27.67）、甲醛（HCHO，分子量30.03）、氨气（NH3,分子量17.03）等，基本上不被活性炭稳定吸附。
③高分子量化学物具有低挥发性、虽与活性炭有很强吸附力，但再生脱附非常困难，因此，一般认为分子量大于130的化合物（如某某制药车间废气因子中氯甲酸苯酯C7H5ClO2），不适于吸附脱附的处理方式。
④某某制药车间各种有机废气因子沸点差距太大，如DMSOL（三甲基亚砜，沸点197.5℃）、氯甲酸苯酯（沸点187℃）、乙二醇二甲醚（沸点197.5℃）、二氯丙酮（沸点173.4℃）等沸点很高，与低沸点的因子硫化氢（沸点-60.4℃）、乙硼烷（沸点-92.6℃）、甲醛（沸点-19.5℃）等相差太大，非常不利于活性炭吸附脱附处理。
⑤某某制药车间废气因子中由于存在多种不能共存因子混合，可能在活性炭床中造成放热反应及氧化、聚合反应。
⑥特别需要提出的是，某某制药采用活性炭吸附加冷凝处理，会带来大量冷凝液，存在二次污染及需要麻烦的再处理的问题。
B、催化燃烧
由于某市某某制药车间废气中VOC浓度一般均在2000mg/m3以下，且很不稳定，所以燃烧时需要补充消耗大量能源，这不仅增加运行成本，也与节能降耗的环境治理目标相去甚远。
采用“催化燃烧法”不仅会大大增加大气中CO2的排放量，特别是还有部分废气因子（如氯甲酸苯酯，1，3-二氯丙酮粉尘等）燃烧后会产生剧毒的二恶英（国家大气排放标准中微量即超标，控制十分严格）等二次污染。
因此，催化燃烧的方式对于某某制药车间有机废气治理也并不适用。
实际上，采用催化燃烧方式也会使管道工程量变得很大。
为此，美国、日本、俄罗斯等国在研究和应用领域采用介质阻挡放电（DielectricBarrierDischarge）DBD产生的非平衡态等离子体治理大流量工业废气，进行了大量工作，日本等国还在利用光催化降解有机废气方面取得了快速发展，以求得对工业有机废气更先进，更有效，和经济运行的可靠方式。
在中国，近年来对等离子体和光催化技术的研究和应用也十分活跃，不少著名高校和科研院所都投入了专门力量。
（中日合资）重庆金帕环境科学有限公司自成立之初即对相关技术一直给予特别关注，光触媒技术及产品、工程的应用和研究都处于国内外相当先进的水平，特别是我们的以双介质阻挡放电及先进的光催化技术为核心的“JKJ-V低温等离子+复合光催化工业废气净化器”在治理大规模工业废气方面已取得显著的成效，得到了国家有关方面及大型化工企业等用户的高度评价和认可，填补了我国在工业大流量有机废气治理方面的技术空白。
该机的中国国家专利受理号为8255.6，科技成果登记号为渝科成登字2008Y280。
实践证明低温等离子+复合光催化是一种真正高效低能耗的先进治理技术。
目前，我们的“JKJ-V低温等离子+复合光催化工业废气净化器”机组正在国家大型企业的生产线上，长期持续地正常工作，显示出其治理大流量工业复杂有机废气方面，比其他传统技术具有更明显的技术优势及更佳的环境、经济效益。
2、低温等离子+复合光催化
在本项目中使用的“低温等离子+复合光催化”是根据化工、医药等行业在生产中产生的大流量、低浓度有机废气特点独创的具有国际先进水平的降解技术，其核心是首先用低温等离子体产生高能量电子，直接分解废气因子中的有害气体，使其迅速形成小分子碎片，降解生成CO2，H2O等，再利用光触媒的作用，降解尚未完成降解的各类有害气体，从而达到对车间生产废气较为满意的综合降解效果。
1）低温等离子体技术简介
所谓等离子体是继固体、气体、液体三态后，列为物质的第四态，由正离子、负离子、电子和中性离子组成，因体系中正负电荷总数相等，故称为“等离子体”。
等离子体按粒子温度可分为平衡态（电子温度=离子温度）与非平衡态（电子温度>>离子温度）两类。
非平衡态等离子体电子温度可上万度，离子及中性离子可低至室温，即体系表观温度仍很低，故称“低温等离子体”，一般由气体放电产生。
气体放电有多种形式，其中工业上使用的主要是电晕放电（在去除废气中的油尘上应用已相当成熟）和介质阻挡放电（用于废气中难降解物质的去除）两种。
低温等离子体技术是近年发展起来的废气处理新技术，低温等离子体处理废气的原理为：
当外加电压达到气体的放电电压时，气体被击穿，产生包括电子、各种离子、原子和自由基在内的混合体。
低温等离子体降解污染物是利用这些高能电子、自由基等活性粒子和废气中的污染物作用，使污染物分子在极短的时间内发生分解，以达到降解污染物的目的。
低温等离子体的产生途径很多，我们使用的低温等离子体工业废气处理技术采用的放电形式为双介质阻挡放电（DielectricBarrierDischarge,简称DBD）。
装置示意图如图1所示。
图1介质阻挡放电示意图
介质阻挡放电是一种获得高气压下低温等离子体的放电方法，由于电极不直接与放电气体发生接触，从而避免了电极的腐蚀问题。
介质阻挡放电等离子体技术具有以下优点：
①介质阻挡放电产生的低温等离子体中，电子能量高，几乎可以和所有的气体分子作用。
②反应快，不受气速限制。
③电极与废气不直接接触，不存在设备腐蚀问题。
④只需用电，操作极为简单，无需专人员看守，基本不占用人工费。
⑤设备启动、停止十分迅速，随用随开，不受气温的影响。
⑥气阻小，适用于高流速，大风量的废气处理。
⑦工艺已相对成熟。
低温等离子体技术处理污染物的原理为：
在外加电场的作用下，介质放电产生的大量携能电子轰击污染物分子，使其电离、解离和激发，然后便引发了一系列复杂的物理、化学反应，使复杂大分子污染物转变为简单小分子安全物质，或使有毒有害物质转变为无毒无害或低毒低害物质，从而使污染物得以降解去除。
因其电离后产生的电子平均能量在1eV～10eV，适当控制反应条件可以实现一般情况下难以实现或速度很慢的化学反应变得十分快速。
其能量传递过程为：
电场+电子高能电子
受激电子
高能电子+分子（或原子）受激分子活性基因
自由基
活性基因+分子（或原子）生成物+热
活性基因+活性基因生成物+热
在本项目治理某市某某制药有限公司三车间甲苯（C6H5CH3）、乙酸乙酯（C4H8O2）、甲醇（CH3OH）、二氧六环（C4H8O2）、三乙胺（C6H15N即二乙基乙胺（CH3CH2）3N）、DMSO（三甲基亚砜（CH3）2SO）等废气时，在介质阻挡放电（DBD）的低温等离子体发生器中，这些废气因子被高能电子轰击后首先被打开成碎片。
而尾气中氧气和水气在高能电子作用下发生下列反应
O2＋eO·＋O3+O2-
H2O+eHO·＋H
废气因子解离的碎片粒子与氧气及O·＋O3+O2-发生较为复杂的化学反应，降解为CO2和H2O等。
采用双介质的阻挡放电技术，属于干法处理，不需要任何吸附剂、催化剂及其他任何助燃燃料，只需采用380V交流电，经振荡升压装置获得高频脉冲电场，产生高能量电子，轰击分解废气中的恶臭、有毒的气体分子。
具有安全可靠、操作简单、运行费用低、治理效率高、技术先进等特点。
2）光触媒技术简介
“光触媒”（也称为“光催化剂”）的主要成分是纳米级锐钛型二氧化钛（TiO2），作为一种新的光催化半导体材料，日本已将其列为本世纪重点发展的新技术，被誉为当今世界上最先进的空气净化新技术，近年来在中国也得到较广泛应用。
在室温下，当波长在380nm以下的紫外光照射到纳米级二氧化钛颗粒上时，在价带的电子被紫外光所激发，跃迁到导带形成自由电子，而在价带形成一个带正电的空穴，这样就形成电子－空穴对。
利用所产生的空穴的氧化及自由电子的还原能力，二氧化钛和表面接触的H2O，O2发生反应，产生氧化力极强的自由基，这些自由基可分解几乎所有有机物质，将其所含的氢（H）和碳（C）变成水和二氧化碳。
泡沫镍既有金属镍耐高温、抗腐蚀、化学性质稳定的特征，又具有泡沫独特的三维网状结构，以它为基体，附载纳米二氧化钛开发而成的复合光催化抗菌泡沫金属滤网继承了泡沫镍的所有优点，超过95%的孔隙率保证了良好的空气通透性，而在其包面分布均匀的光触媒材料比表面积大，表面覆盖率高，最大限度增大了与空气和紫外线的接触面，加之泡沫金属的三维特性，使得光催化‘反应腔’饱满，保证了其光催化效率。
在紫外光照射下，当空气旋流进入滤网，即进入光催化反应腔时，高能“电子－空穴”对迅即与毒有害的有机物直接进行化学反应，氧化、分解为无污染的水和二氧化碳等。
3）废气中有害因子在“低温等离子+复合光催化”作用下的降解反应
以苯在“低温等离子+复合光催化”作用下可能的降解历程为例：
实际上，这种解析和离解，将高分子降解为低分子，将有害因子降解为无害因子，正是工业上真正实现有机废气无害化的有效途径。
4）现场小试实际效果
2008年11月20日在某市某某制药公司生产现场，采用“低温等离子+复合光催化”小试装置对现场实地采取的有机废气进行了治理效果验证性小试，并由某市市环境监测中心站对测试结果进行检测，主要数据如下：
监测点位
监测结果（mg/m3）
苯
甲苯
二甲苯
非甲烷总烃
“低温等离子+复合光催化”小试装置进口
3.66×103
1.24×103
94.8
9.34×103
“低温等离子+复合光催化”小试装置出口
73.2
52.1
10.5
295
降解率
98%
95.8%
88.9%
96.8%
实地证实了“低温等离子+复合光催化”技术对治理某某制药有机废气的有效性。
3、废气治理主要工艺流程说明
JKJ-V1号机组
阀门JKJ-V2号机组
废气源
PM水气分离器
排气
阀门JKJ-V3号机组阀门风机烟囱
JKJ-V4号机组
等离子分离器DBD发生器光催化作用室
（实际上，根据需处理废气量JKJ-V机组数可为1~n个）
①、PM水气分离器
经集中收集的复杂的有机废气经过阀门进入PM水气分离器后，在特制挡板及温差冷凝作用下去除部分废气中的水分，以保证等离子体放电稳定。
②、JKJ-V净空居等离子+光催化工业废气净化器
基本规格为1250m3/h，每套机组由上下两条同等的处理线组成，规格为1250m3/h×2（每套机组总处理量为2500~3000m3/h），由低温等离子分离器以及采用介质阻挡放电方式的低温等离子发生器（DBD）及光触媒作用室组成，JKJ-V为治理废气最主要和最核心的设备。
输入电压为三相380V/50HZ交流电，每/台套的功率4.5KW。
按某市某某制药三车间废气产生量为10000—11000m3/h计，需4台（套）1250m3/h×2的机组（若以日平均值3720m3/h考虑，则只需2台（套）机组即足足有余）。
（“净空居”为获得“中国环保行业十大影响力”品牌的净化机商标）。
A、等离子分离器
采用辉光及极板方式放电，作为预处理装置，主要对进入机组废气进行初步降解处理，并进一步去除油腻、水分、尘埃等，以提高净化效率。
B、DBD发生器
采用介质阻挡放电方式的低温等离子发生器。
由优质石英、不锈钢、钼以及特质的高性能工业陶瓷等制成，脉冲发生器由数质显示控制，将市电（380V交流电）经振荡升压获得高频脉冲电场，产生高能量电子，在进行剧烈弹性和非弹性碰撞中，直接轰击分解废气因子中甲苯等有害气体，使其迅速降解并生成CO2、H2O等。
C、光触媒作用室
采用纳米级的银离子及直径为7nm的二氧化钛，用喷涂及高速射入的方式嵌入在用发泡方式制成的金属镍网上，在特制紫外光源照射下，使进入特制光催化腔内有害气体与光催化产生的“空穴—电子”对及氢氧根自由基等产生物理--化学反应，氧化、分解经低温等离子作用后尚未完全降解的各类有害气体。
③、风机
每组JKJ-V机组后与烟囱间提供抽排动力的风机，风机做防护处理，电机采用防爆型。
④、进出口管道及排气筒
机组编号
并联台（套）数
废气产生车间
总进出口管道及排气筒的直径尺寸
第一组
2
一车间、二车间
φ500
第二组
2
三车间
φ500
第三组
1
四车间
φ400
第四组
3
五车间
φ620
第五组
2
七车间
φ500
合计
10
三、治理工艺初步设计
1、制药车间废气收集
为了达到良好的治理效果，废气的收集是一个重要的过程，现对相关车间的相关设备以及产生废气的状况列表如下：
各车间主要设备产生废气的状况表详见“EXCEL表”
2、废气收集量的分析
计算废气收集量时，可按如下考虑：
离心机放料及甩干过程排气量=溶媒总投入量-产品湿重×干燥失重-母液
烘干设备排气量=湿重-干重
如果所有车间均按现在二车间进行整改后的方式进行废气收集，即所有离心机和地缸都用收集罩加盖。
所有投料罐均可视为真空抽料（只考虑真空池废气收集）。
考虑到由于反应罐上的冷凝器排出废气量应很少（太大会抽走溶剂），而抽滤器采用真空抽料，废气量更少，所以，实际上废气收集是以离心机，真空池和真空泵等地方为主。
按照以上的方式，根据已有资料进行测算，需要进入JKJ-V系统处理的废气量为：
一车间为940m3/h，二车间为3210m3/h，三车间为4720m3/h，四车间为2660m3/h，五车间为8450m3/h,七车间为5940m3/h。
因此，集中排放的废气总量应在25920m3/h左右。
以上废气量测算时假设密闭的离心机作业过程中废气基本排向地缸（离心机和地缸用收集罩加盖），且投料采用封闭式而不是开放或半开放式，否则，考虑到收集罩与设备之间接口、距离、集气时废气量会增加很多。
此外，相关车间应考虑适当进行室内外空气交换抽排，车间工作空间内产生的废气除通过集中收集外，能及时引入室外新鲜空气，以改善工作环境。
3、废气进入JKJ-V的前处理
管道收集汇总的废气经水洗塔、水气分离器后可直接进入JKJ-V进行处理，对于废气因子复杂的五车间，投放氨基钠的罐或1，3二氯丙酮的罐应该要设收集罩进行预处理后，再进入排气总管（如图）:
乙硼烷要单独处理后再进入排气总管（如图）：
4、JKJ-V机组的布置
每台（套）JKJ-V机组处理废气的标准量为2500m3/h（最大处理量3000m3/h）根据经济、高效、适用、安全、节能的原则，并充分考虑场地条件，JKJ-V机组拟按以下4组分布安置：
机组编号
并联台（套）数
废气产生车间
总废气量（m3/h）
第一组
2
一车间、二车间
4150
第二组
2
三车间
4720
第三组
1
四车间
2660
第四组
3
五车间
8450
第五组
2
七车间
5940
合计
10
25920
5、JKJ-V平面布置图
①JKJ-V
附图：
JKJ-V机组安装尺寸（含管阀风机配件等）1-5号机组在某市某某制药有限公司总平面图上的位置
附图：
JKJ机组安装位置示意图
②JKJ-V1号机组在制药车间的安装位置及尺寸
四、关于二次污染等相关问题
某市某某制药有限公司制药车间产生的有机废气在采用“低温等离子+复合光催化”法治理过程中，不使用和更换吸附物，也不会出现冷凝水再处理等问题，其废气因子降解的最终产物，主要为二氧化碳和水，因此，没有处理二次污染的麻烦问题。
当然，废气处理过程中，也可能伴生少量的氯化氢、固体或油状颗粒物等。
1、关于氯化氢的排放
根据监测以及产品的投料量和物料衡算等结果，某某制药车间工艺废气中氯化氢的浓度最高为45mg/m3（四车间），小于《大气污染综合排放标准》（GB16297-1996）最高允许排放浓度标准值150mg/m3，且通过计算后可知，排放的速率也小于国家二级标准（15m排气筒），因此，采用“低温等离子+复合光催化”工艺治理后，可保证氯化氢达标排放。
2、关于管道及设备的腐蚀问题
JKJ-V机组主要部分均采用耐腐蚀性很高的材料（如不锈钢、石英、高级陶瓷等），对水气分离设备及管道阀门、电机等需要进行防腐处理的部分，采用日本原产PM机能性防护涂料进行处理。
（日本产帕玛（バ一マシ一ルド）机能性涂料，是一种特殊变形聚酯重合树脂，具有非常复杂的多重线状结构和超过100万的分子量。
日本产帕玛（バ一マシ一ルド）机能性涂料对水分、盐分具有不透性及良好的抗酸、碱性腐蚀作用和耐候性、难燃性等多种优异性能，将其涂刷在管道及相关设备表面，可有效的防止二氧化碳、氯化物等的腐蚀作用）。
3、治理过程中可能伴生的少量固体或油状颗粒物等
在JKJ-V中，由专门设置于等离子体DBD发生器和复合光催化装置之前的等离子油尘分离器分离出来。
但根据实际投料量及废气中可能抽排的量，以及经过处理后可能残存为固体颗粒的量进行物料衡算，这部分
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