制药废气治理工艺

我国是化学原料药生产大国，尤其是发酵类药物的产能产量均位于世界第一;而原料药生产过程中产生的“三废”量大，废物成分复杂，污染危害严重，进而使得制药企业的环保压力日益提升，不断有制药企业由于环保不达标被要求限产或停产整顿。而三废中挥发性有机物（VOCs）治理备受关注。
其中化学合成药物生产过程主要以化学原料为起始反应物，通过化学合成先生成药物中间体，再对其药物结构进行改造，得到目的产物，然后经脱保护基、提取、精制和干燥等主要工序得到最终产品。制药企业根据制药种类的不同，选择的溶剂也多种多样，如乙醇，异丙醇、丙酮、二氯甲烷，二氯乙烷等。各溶剂挥发产生的有机废气是在提取和精制等生产工序的萃取分离、溶剂蒸馏回收以及输送、储存等过程产生。因为有洁净度的要求，大部分制药企业都是封闭车间，整体排放，因此车间产生的有机溶剂几乎都以有组织形式排放。制药企业在运营过程中，已将溶剂的回收利用作为生产工艺的一个主要部分，溶剂在提取有效成分后，一般都经过蒸馏塔进行回收。产生的废气一般种类相对单一，但浓度高，恶臭大，且一般都为易燃易爆气体，危险性较大，已成为大气污染治理的重点之一。常见的制药废气治理工艺包含低温冷凝法，热解法，膜分离法和活性炭吸附法等。
低温冷凝法是利用有机污染物的饱和蒸汽压随着温度降低而降低的特点，将废气温度降低至污染物沸点以下,使其由气态变为液态的工艺。该工艺对高浓度的有机废气具有良好的回收效果，但冷凝不彻底，仍然会有较高浓度的废气排出，一般作为废气治理的预处理工艺。
热解法可分为直接燃烧法和催化燃烧法，直接燃烧法是把废气中可燃的成分当做燃料直接烧掉，但一般废气浓度的热值不足以维持自身燃烧，需要辅助添加燃料进行燃烧。多作为制药废气处理的最终措施。催化燃烧法是利用催化剂的催化作用，使废气中的大分子有机成分转化成无害物，或者转化成更容易从气流中分离去除的物质。该工艺催化剂价格较高，工艺条件要求严苛，处理效果不稳定。
膜分离法的基本原理是采用对有机废气具有选择渗透性的高分子膜，在一定压力下使有机物渗透通过高分子膜而被富集，脱除了有机成分的气体留在渗透侧排出系统的工艺。该工艺流程简单，能耗低。但同时投资费用高，适用种类少。
活性炭（纤维）吸附法是利用多孔炭的吸附性，将废气中的有机成分吸附分离，处理后的尾气排空。活性炭吸附饱和后再通脱附将活性炭再生利用。该工艺中活性炭吸附效果受水分影响较大，经过多次再生后吸附性能下降明显；需要频繁更换活性炭，且更换下来的活性炭是危险废物，处理费用高。
针对目前制药废气处理存在的问题，江苏海普功能材料有限公司研制出HDV型高分子纳米吸附剂，可将废气中的有机成分吸附去除。吸附饱和后，用热脱附对纳米吸附剂进行脱附再生，有机蒸汽可冷凝回收。具体工艺如下：  
具体流程说明：制药废气先经过真空泵/风机/压缩机抽取后，进行预冷凝/洗涤（可选）。冷凝液化后的油液用储罐接收，未冷凝下来的有机成分接入装有纳米吸附剂的吸附塔进行吸附富集，废气经过吸附后可达标排放。吸附剂吸附饱和后，将低压蒸汽（或热氮气）通入吸附塔进行吹脱。吹脱出的有机蒸汽再经过冷凝液化，静置分层，可分离回收出有机溶剂。热脱附后的纳米吸附剂温度较高，通入洁净空气冷却至室温后，可重新用于吸附。吸附塔通常配置为2台，1台用于吸附，1台用于脱附备用。对于高浓度的废气也可配置2台以上。
该工艺对于制药废气中的有机成分去除率可达99%以上，并在多个项目现场得到验证。
附HDV型纳米吸附剂优点：
1. 孔结构可控且孔容积高；
2. 具有良好的物理化学稳定性，耐酸、碱和有机溶剂、具有较高的热稳定性和机械强度，耐磨损；
3. 表面呈现高疏水性，湿度对吸附性能无影响；
4. 容易再生且吸附性能稳定；
5. 不需更换即无危险废物产生。
综上所述，各工艺处理方法对比如下表：   

序号	工艺方法	适用范围	优点	缺点
1	低温冷凝法	高浓度成分单一的有机废气	可回收有机溶剂	净化率低，一般作为预处理
2	直接燃烧	中低浓度的可燃性废气	净化效率高，恶臭物质被彻底氧化分解	消耗燃料，投资及运行成本高，易造成二次污染
3	催化燃烧	中低浓度低气量的大分子废气	低温催化分解，不需辅助燃料	催化剂易中毒，部分有害物质分解不充分，效果不稳定
4	膜分离法	高浓度低气量成分单一的有机废气	工艺简单，能耗低	初次投资费用高，尾气仍需处理，适用废气种类较少
5	活性炭吸附法	中低浓度，高净化要求的有机废气	净化效率高，可处理多组分气体	吸附剂再生利用效果较差，易产生危废
6	纳米材料吸附法	中高浓度，高净化要求的有机废气	净化效率高，可处理多组分气体，再生利用效果好，无危废产生，工艺相对简单	初次投资费用较高