淺析RTO在製藥行業有機廢氣治理的應用

北極星VOCs在線訊:摘要：製藥行業廢氣中成分複雜，含苯、甲苯、乙醇、乙酸乙酯、氯化氫等。其中苯環和鹵素，在400℃左右條件下，容易產生二噁英，二噁英這類物質非常穩定，熔點較高，極難溶於水，是無色無味的脂溶性物質，所以非常容易在生物體內積累，對人體危害嚴重。二噁英、以及酸性氣體的腐蝕問題為製藥行業區別與其它行業的重點。

1項目背景

以浙江某製藥廠為例：廢氣最大風量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、環己烷、異丙酮、二甲基亞碸、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

廢氣屬於小風量、中濃度廢氣，大部分為有機廢氣，含有部分酸性氣體，採用較為合理的工藝為：洗滌+RTO+洗滌。對於二噁英在RTO中是無法避免的，但二噁英可以在溫度高於850攝氏度且燃燒時間大於1S或者溫度高於800攝氏度且燃燒時間大於2S時就可以分解掉，苯環被破壞掉後就不會有二噁英產生，即其反應是不可逆的，所以我們的爐膛設計燃燒溫度是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，專業處理有機廢氣，使有機廢氣在高溫環境里分解乾淨，分解率達到98%以上，最終使廢氣排放符合國家環保標準。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，來自生產線的廢氣經過一個熱陶瓷媒介床後被加熱;到爐膛後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，蓄熱後去加熱低溫廢氣。熱交換效率達到95%以上，很容易利用有機廢氣實現氧化爐的自我維持，而不用任何燃料。為了提高廢氣處理效率，我們採用了3塔式RTO。

4設備介紹

4.1蓄熱式氧化爐

RTO裝置燃燒室中有機物被降解的反應方程式如下：????

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我司的RTO設備是在吸收德美技術的基礎上自主開發的三床式RTO設備，該系統主要由燃燒室、3組結構相同的蓄熱床和3個氣動切換進氣閥，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，若出氣溫度超過設定值，會強制切換。蓄熱床內填充規整蜂窩陶瓷蓄熱體，其主要材質為緻密堇青石，具有優良的耐酸、鹼和有機介質腐蝕性、蓄熱效果好、熱回收效率高、過風阻力小、熱脹冷縮係數小，抗裂性能好，壽命長等優點。設備內部內襯300mm以上的耐高溫陶瓷纖維保溫材料，充分保證設備表面溫度低於國家標準，同時可有效防止氣體和鋼構件接觸。氣動切換閥均採用知名品牌氣動執行器，其中，氣動切換閥體採用雙相不鏽鋼材質，切換穩定，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塗料，噴塗材料耐高溫，可以保證爐體的較長使用壽命，在日常維護過程中，如果有塗層脫落，需要及時的補修，防止大面積氧化。

4.2鹼洗凈化塔

鹼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、鹼蒸氣、硫化氫氣體等氣體的新型凈化塔，它具有凈化效率高、佔地面積小、耐腐蝕、耐老化性能好，重量輕的特點。它適用於排放一定濃度的腐蝕性酸霧氣體，主要用於化工、電子、醫院、研究中心等場所。

工作原理：需處理的廢氣，由玻璃鋼離心風機壓入凈化塔之進氣段後，垂直向上與噴淋段自上而下的液體發生吸收反應，使廢氣濃度降低，然後繼續向上進入填料段，廢氣在塑料球打滾再與吸收液起中和反應，使廢氣濃度進一步降低後進入脫水器，凈化後的氣體排出大氣。經測定分析，硫酸霧凈化效率可達93%，硝酸凈化效率可達90%，鹽酸霧凈化效率可達98%、對酸霧凈化性達到國內先進水平。鹼洗凈化塔為圓筒型結構形式，全塔由三部份組成，即貯液、進氣、噴淋、脫水和出氣，出口管連接，塑料球分別裝在噴淋內。鹼洗凈化塔為玻璃鋼一體成型，結構緊湊、耐腐蝕，耐高溫、外表光滑;除水部份離式產生水氣分離;噴水部：高壓噴水產生霧狀，分上下兩段擴大接觸處理提高功能;填充物：梅花環或鮑爾環，PP質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安全方面設計

A.管道內起火對車間的影響：管道內的爆炸，大部分都來源於管道內有大量有機積液突然揮發，再遇上靜電而產生的。輸送腐蝕性氣體的管道比較難做防靜電設施，只能降低風速，設計在8米/秒以下的風速比較適合。

B.RTO失火對車間的影響：RTO爐膛內的明火很難進入車間過來的管道，因為有2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，進一步保障生產車間內的安全。

C.RTO區域內的爆炸：RTO在點火前要進行吹掃，吹掃的目的是將殘留在RTO管道和爐膛內的有機物清理乾淨，避免點火時引爆。RTO入口處有濃度檢測儀，響應時間在5秒左右，所以濃度檢測儀的安裝位置比較重要，且要做緩衝罐，當檢測到廢氣濃度高報警，新風風門會自動打開進行濃度稀釋;若廢氣濃度高會報警，則RTO切斷與生產線間的聯機，廢氣直接旁通到煙囪。現實生產中做多少措施也無法100%避免爆炸，所以在適當的位置加泄爆裝置，比如RTO爐膛頂部有泄爆門，此泄爆門可以靠自重關閉，泄爆後不會影響RTO的正常運行;緩衝罐上有泄爆片。有這些泄爆措施，即使發生爆炸，也會把爆炸的損失降到最低。

D.應急停電系統設計：RTO非常害怕突然停電，爐膛內的高溫無法快速散去，導致很多防腐材料或者其他設備被高溫損壞。我們設計了一台應急壓縮空氣儲氣罐、UPS和手自動控制的泄爆門，一旦突然停電，UPS和應急壓縮空氣儲氣罐會將所有風門打到安全位置，比如新風風門開啟，吹掃風門開啟，泄爆門打開等等;應急壓縮空氣會進入燃燒器管道，避免高溫煙氣從燃燒器泄露出來，導致點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機。

E.針對RTO出口有洗滌塔的系統高溫保護：RTO出口接洗滌塔，若洗滌塔是玻璃鋼材質，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自動切斷與生產線之間的聯機，工藝廢氣直接進入煙囪。

G.爐膛溫度過高保護：爐膛內有2支熱電偶，每支熱電偶都是雙支的，如果一支出現問題，還有一支備用，保證爐膛內溫度控制均勻。爐膛溫度不能超過980攝氏度，否則內部的蓄熱陶瓷和陶瓷纖維組塊的使用壽命會受影響，當爐膛溫度超過一定值時，燃油管路的雙電磁閥會自動關閉，避免柴油泄漏進入爐膛。爐膛溫度再高就要打開新風風門去降溫，當爐膛溫度發生高高報警，RTO自動切斷與生產線的聯機，工藝廢氣直接進入煙囪。

6RTO

運行過程首次開機時，需要對蓄熱體預熱，待預熱至設定溫度後，含揮發性有機化合物(VOCs)的廢氣通過閥門的切換，進入蓄熱床，廢氣被蓄熱陶瓷逐漸加熱後進入燃燒室(燃燒室有兩個作用：一是保證廢氣能達到設定的氧化溫度，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在燃燒室內高溫氧化分解並放出熱量，形成的熱風在通過另一蓄熱床時，與蓄熱體進行熱交換，蓄積熱量，以減少輔助燃料的消耗，而被氧化的乾淨氣體溫度逐漸降低。正常運行過程中，RTO內部溫度控制通過燃燒器來實現。當有機廢氣濃度達到自持燃燒狀態時，產生熱量足以滿足下一次冷氣預熱要求時，此時系統無需開啟輔助加熱裝置進行輔助加熱，即可完成有機廢氣氧化，達到節能效果。當RTO溫度出現異常時(即前端濃度太高)，通過PLC程序自動控制關閉進氣閥，全開異常外排和新風閥，使RTO設備完全通過新鮮風降溫。RTO爐膛溫度通過2根高溫熱電偶進行實時監控，運行過程PLC程序通過自動調節燃氣調節比和相關閥門控制爐膛溫度的穩定。當爐膛溫度出現異常升溫時，可通過RTO設備的泄溫口進行緊急排溫。

7RTO成本運行分析

該設施在運行過程中主要的費用為電耗和天然氣，以及部分維護費用，如預濾材料的更換。運行費用估算見下表1：

(1)主風機、助燃風機、泵按16h/d，250d/a;電費0.75元/kwh，電機實際功率為額定功率的0.8，變頻風機節能按0.70計。

(2)RTO設備首次開機預熱以及引入廢氣後維持爐溫所產生費用，每次預熱時間按3小時計，每年預加熱按12次計算;每天考慮到生產運行過程中由於濃度過低需要補充加熱，每天按補充天然氣量為20立方米，每次升溫用天然氣按50立方計算。天然氣按2.5元每立方。

廢氣濃度達到2800mg/m3時，系統可以維持自運行，不需要補充天然氣加熱。

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