Recherche sur la sélection et l'application du traitement des gaz d'échappement dans les entreprises pharmaceutiques

Introduction

L'industrie pharmaceutique est l'un des piliers de l'économie nationale et ses processus de production (tels que la fermentation, la synthèse, l'extraction, le séchage, l'emballage, etc.) produisent de grandes quantités de gaz d'échappement complexes, dont des composés organiques volatils (COV), des gaz odorants (h₂s, nh₃, Thiols, etc.), des gaz acides / basiques (HCl, so₂, noₓ, etc.) et des poussières. Non seulement ces gaz d'échappement nuisent à l'environnement écologique, mais ils peuvent également menacer la santé humaine par contact respiratoire et cutané, et une partie des COV (par exemple, les lignées benzéniques, les hydrocarbures halogénés) appartiennent à des polluants toxiques et nocifs, avec des risques cancérigènes et tératogènes. Avec la mise en œuvre stricte des normes d'émission de polluants atmosphériques de l'industrie pharmaceutique (GB 37823 - 2019), des normes de contrôle des émissions fugitives de COV (GB 37823 - 2019) et d'autres réglementations, les entreprises pharmaceutiques ont besoin d'une sélection scientifique de technologies de traitement des gaz d'échappement efficaces, économiques et conformes pour parvenir à une gouvernance en profondeur des polluants et à une utilisation rationnelle des ressources.

I. caractéristiques et classification des gaz d'échappement pharmaceutiques

Les gaz d'échappement pharmaceutiques présentent une complexité significative en raison des différences de processus de production, il faut d'abord clarifier leurs caractéristiques pour guider le choix de la technologie:

1. Classification par source

　　Gaz d'échappement Process: les COV tels que les hydrocarbures halogénés (dichlorométhane), les hydrocarbures aromatiques (benzène, toluène), les cétones (acétone) résultant de réactions de synthèse (chloration, Nitrification, Estérification, etc.); Co₂, ch₄ et de petites quantités d'acides organiques libérés par le processus de fermentation; Les solvants tels que l'éthanol, le méthanol volatilisés dans le processus d'extraction.

　　Émissions fugitives d'échappement: COV et poussières fugitives résultant d'une étanchéité insuffisante de l'équipement (par exemple, cuve de réaction, orifice respiratoire du réservoir), du transport de matières (charges pulvérulentes, emballages); Gaz malodorants volatilisés (h₂s, nh₃) dans les bassins d'aération des stations de traitement des eaux usées, les bassins d'épaississement des boues.

　　Système auxiliaire gaz d'échappement: so₂, noₓ provenant de la combustion de la chaudière; Faible concentration de réactifs organiques volatilisés dans les armoires de ventilation de laboratoire (par exemple, acétate d'éthyle).

2. Caractéristiques de base

　　Composition complexe: un seul gaz d'échappement peut contenir des dizaines de polluants (par exemple, les gaz d'échappement d'une entreprise de production d'antibiotiques contiennent plus de 20 COV et 8 substances malodorantes);

　　Grandes fluctuations de concentration: dans la production intermittente, la concentration des gaz d'échappement peut monter en flèche de l'ordre de mg / m³ à plusieurs milliers de mg / m³ (par exemple, gaz d'échappement de réaction synthétique par lots);

　　Faible seuil d'odeur nauséabonde: le seuil olfactif de substances malodorantes partielles (par exemple, le méthylmercaptan) est seulement 00001 mg / m³, des traces peuvent provoquer un inconfort sensoriel;

　　Contient des polluants spéciaux: par exemple, les COV chlorés (phosgène, précurseurs de dioxines) sont hautement toxiques et doivent être contrôlés en priorité.

II. Principes et analyse de l'applicabilité de la technologie de traitement des gaz d'échappement

Pour les caractéristiques des gaz d'échappement pharmaceutiques, il est nécessaire de combiner la concentration de polluants, le volume d'air, la température, l'humidité et les normes d'émission et de sélectionner le processus combiné « prétraitement + traitement principal». Voici une analyse comparative des technologies de base:

1. Technologie de prétraitement: élimination des particules et des gaz acides / alcalins

Les gaz d'échappement pharmaceutiques contiennent souvent de la poussière (par exemple, des gaz d'échappement séchés en poudre), des gaz acides (HCl, gouttelettes de brouillard h₂so₄) ou des gaz alcalins (nh₃) qui doivent être préalablement traités pour éviter le colmatage ultérieur de l'équipement, la corrosion ou l'empoisonnement du catalyseur.

Type de technologie	Le principe	Scénarios d'application	Avantages et limites
Dépoussiérage des sacs en tissu	Filtre fibreux interceptant les particules	Poussières à forte concentration (p. ex. épandage de la substance médicamenteuse, séchage)	Efficacité & gt; 99% et capture les pm2,5; Mais la poussière collante est facile à pâter sac, besoin de nettoyer les cendres régulièrement.
Dépoussiérage électrostatique	Adsorption de charge de particules par champ électrique haute tension	Grand volume d'air, faible concentration de poussières (par exemple ventilation d'atelier)	Petite résistance, grande quantité de traitement; Mais sensible à l'humidité (humidité > 80% d'efficacité décroissante) et ne convient pas aux poussières inflammables et explosives.
Tour de pulvérisation acide - base	La réaction de neutralisation élimine les gaz acides / basiques	Gaz d'échappement contenant HCl, so₂, nh₃	Faible coût et opération simple; Mais la production d'eaux usées nécessite un traitement secondaire, moins efficace contre les gaz peu solubles tels que le h₂s.
Filtration à sec	Charbon actif / tamis moléculaire adsorption des particules et de la vapeur d'eau	Faible concentration de poussières + gaz d'échappement humide élevé (par exemple, gaz d'échappement de fermentation)	Pas de production d'eaux usées; Mais l'adsorbant doit être remplacé régulièrement et convient aux scénarios à faible volume d'air.

2. Technologie de traitement principale: purification profonde des COV et des gaz malodorants

En fonction de la concentration de COV dans les gaz d'échappement (faible concentration < 1000 mg / m³, moyenne à forte concentration > 1000 mg / m³), la technologie de traitement primaire peut être divisée enLoi sur le recyclage(convient aux solvants de haute concentration et de grande valeur) avecLoi sur la destruction(convient aux contaminants à faible concentration et difficiles à recycler).

(1) Méthode de récupération: utilisation des solvants

　　Méthode de condensation: condensation des COV en récupération liquide par refroidissement. Convient pour des concentrations élevées (> 5 000 mg / m³), des points d'ébullition élevés (p. ex. dichlorométhane, toluène) ou des gaz d'échappement à solvant mixte. Par exemple, une entreprise d'antibiotiques céphalospores utilise un processus combiné de « refroidissement profond + Adsorption à - 40 ℃, le taux de récupération du dichlorométhane atteint 95%, ce qui représente des économies annuelles de plus de dix millions de yuans. Limites: faible efficacité contre les points d'ébullition faibles (par exemple, l'acétone, le méthanol) ou les gaz d'échappement à faible concentration, consommation d'énergie élevée.

　　Méthode d'adsorption: Adsorption des COV à l'aide de charbon actif, de tamis moléculaires zéolithiques et d'autres matériaux poreux, régénération par désorption vapeur d'eau / azote chaud après saturation. Convient aux gaz d'échappement à faible concentration (100 - 2000 mg / m³), à fort volume d'air (par exemple, émissions fugitives d'atelier). L'efficacité d'adsorption du nouveau charbon actif cellulaire est > 90%, mais l'adsorbant doit être remplacé régulièrement (environ 3 à 6 mois / fois) et les COV chlorés sont susceptibles de provoquer l'inactivation du charbon actif.

　　Méthode de séparation par membrane: la séparation gaz - liquide est réalisée en utilisant la perméation sélective des COV par des membranes macromoléculaires (par exemple, les membranes de Polydiméthylsiloxane passent préférentiellement par des solvants organiques). Convient aux gaz d'échappement à haute concentration et à un seul composant (tels que les gaz d'échappement de fermentation à l'éthanol), avec un taux de récupération > 90%, mais les composants membranaires sont coûteux et sensibles à la vapeur d'eau.

2) Méthode de destruction: décomposition des polluants

　　Incinération thermique (to) / incinération par accumulation de chaleur (RTO): to décompose les gaz d'échappement en co₂ et h₂o par oxydation jusqu'à 700 - 800 ℃; RTO récupère la chaleur (efficacité thermique > 95%) par un accumulateur de chaleur en céramique, réduisant ainsi la consommation d'énergie. Convient aux gaz d'échappement de concentration moyenne à élevée (> 2 000 mg / m³), à fort volume d'air (> 10 000 m³ / h), tels que les gaz d'échappement de réaction synthétique. Une entreprise utilise le RTO à trois chambres pour traiter les gaz d'échappement contenant de l'acétone et de l'acétate d'éthyle, le taux d'élimination des COV > 99% et l'efficacité de récupération de chaleur jusqu'à 97%. Limites: l'incinération des gaz d'échappement contenant des halocarbures peut produire des dioxines nécessitant un dispositif de refroidissement d'urgence complémentaire (< 1 s à moins de 200 °C).

　　Combustion catalytique (CO): oxydation des COV à basse température (250 - 400°C) sous l'action d'un catalyseur tel que les oxydes complexes Pt / PD, Mn - ce. Convient aux gaz d'échappement à faible concentration (500 - 2000 mg / m³), à faible humidité (par exemple, échappement d'atelier d'emballage). Avantage: la consommation d'énergie est seulement 1 / 3 - 1 / 2 de RTO; Mais le catalyseur est vulnérable au soufre, au phosphore et à l'empoisonnement par la poussière, il faut contrôler strictement la pureté des gaz d'échappement à l'entrée.

　　Méthode biologique: dégradation des COV et des gaz malodorants (p. ex. h₂s, nh₃) par métabolisme microbien. Convient pour les gaz d'échappement de faible concentration (< 500 mg / m³) et de bonne Biochimie (p. ex. stations d'épuration des eaux usées, ateliers de fermentation). Les procédés couramment utilisés comprennent les cellules de bio - filtration (épaisseur de la couche de remplissage de 1 à 2 m, temps de séjour de 15 à 30 s), les cellules de bio - gouttelettes (transfert de masse renforcé par le liquide circulant). Une entreprise de production utilise "bio - Filtre + adsorption sur charbon actif" pour traiter les gaz d'échappement de fermentation, le taux d'élimination du h₂s > 98%, le coût d'exploitation est seulement 1 / 5 de la méthode d'incinération. Limites: faible efficacité vis - à - vis des substances difficiles à dégrader (p. ex. hydrocarbures halogénés) et longue période de démarrage (environ 1 à 3 mois pour accrocher la membrane).

　　Méthode d'oxydation avancée: destruction de la structure moléculaire des contaminants par des oxydants puissants (p. ex., ozone, radicaux hydroxyles · OH).

　　UV光解: la lumière ultraviolette (185 nm / 254 nm) excite l'o₂ pour produire de l'ozone, et l'ozone réagit avec les COV pour produire du co₂ et du h₂o. Convient aux gaz d'échappement à faible concentration et à faible volume d'air (par exemple, ventilation de laboratoire), mais l'efficacité est fortement influencée par l'humidité (diminution de l'efficacité de plus de 30% lorsque l'humidité > 60%) et est susceptible de produire des sous - produits du noₓ.

　　Méthode plasma: les électrons à haute énergie bombardent les molécules de gaz d'échappement, produisant des particules actives oxydant les polluants. Il peut être combiné avec la photolyse ("photoplasma") pour améliorer l'efficacité, adapté à la gouvernance des gaz malodorants, mais la consommation d'énergie est plus élevée, ce qui peut créer des problèmes de dépassement de l'ozone.

Trois,Stratégie de sélection des procédés de traitement des gaz d'échappement dans les entreprises pharmaceutiques

Un schéma de différenciation doit être élaboré sur la base de l'évaluation quadridimensionnelle "caractérisation de la pollution - adaptation technique - économie - conformité":

1. Classement des options par concentration de gaz d'échappement

　　Gaz d’échappement à haute concentration (COV & gt; 5 000 mg / m³): méthode de récupération préférentielle (condensation + Adsorption) qui combine la réutilisation des ressources avec des économies de coûts (par exemple, les avantages de la récupération des solvants couvrent les coûts de traitement); Si le solvant n'a aucune valeur de récupération (par exemple, gaz d'échappement mélangés contenant des impuretés), l'incinération directe par RTO est appliquée.

　　Gaz d'échappement à concentration moyenne (1000 - 5000 mg / m³)Utilisation de « concentré par adsorption + RTO / co» (par exemple, adsorption de charbon actif pour concentrer les gaz d'échappement à faible concentration, gaz de désorption dans le traitement RTO), réduire la taille de l'équipement d'incinération et l'investissement.

　　Gaz d’échappement à faible concentration (& lt; 1 000 mg / m³): méthode de destruction prédominante, méthode biologique préférentielle pour les gaz malodorants (longue durée d'action et faible coût), les COV difficiles à dégrader utilisent un processus combiné de co ou de photoplasma.

2. Considérations particulières par composant polluant

　　Gaz d'échappement contenant des halocarbures: éviter l'utilisation d'une seule méthode biologique (difficile à dégrader), recommander une unité de refroidissement d'urgence RTO + (inhibition des dioxines) ou une combustion catalytique (nécessite l'utilisation d'un catalyseur anti - halogène);

　　Gaz malodorants contenant du soufre / ammoniac: Cellule de Biofiltration (ajout de thiobacter / nitrobacter) ou lavage chimique (absorption de NaOH h₂s, absorption acide nh₂s) + procédé combiné de filtration biologique au goutte à goutte;

　　Gaz d'échappement contenant de la poussière: dépoussiérage / dépoussiérage électrostatique du sac en tissu avant pour empêcher le colmatage du lit d'adsorbant ou de catalyseur.

3. Équilibre entre économie et conformité

　　Coût des investissements: RTO (1 - 3 millions RMB / 10 000 m³·h) > Co (50 - 1,5 million RMB / 10 000 m³·h) > bio - méthode (200 - 800 000 RMB / 10 000 m³·h);

　　Coûts de fonctionnement: RTO (gaz principalement, environ 0,5 - 1,5 RMB / m³) > Co (électricité principalement, environ 0,3 - 0,8 RMB / m³) > bio - méthode (consommation d'énergie du ventilateur, environ 0,1 - 0,3 RMB / m³);

　　Conformité: il est nécessaire de s'assurer que les gaz d'échappement traités répondent à la norme GB 37823 - 2019 (par exemple, hydrocarbures totaux non méthaniques ≤ 60 mg / m³, COV spécifiques ≤ 10 mg / m³) et aux normes locales (par exemple, Beijing db11 / 1201 - 2015 exige des COV ≤ 30 mg / m³).

Iv. Cas d'application typique et orientation d'optimisation

1. Cas 1: entreprise pharmaceutique de synthèse (un certain projet d’intermédiaire de céphalospore)

　　Caractéristiques des gaz d'échappement: volume d'air 20 000 m³ / h contenant du Dichlorométhane (3 000 mg / m³), du toluène (1 500 mg / m³), du HCL (800 mg / m³);

　　Route du process: colonne de pulvérisation acide - base (sauf HCl) condensation (- 20 °C, récupération du dichlorométhane) adsorption sur charbon actif (toluène concentré) RTO (800 °C, élimination > 99%) Émissions conformes (hydrocarbures totaux non méthaniques < 40 mg / m³);

　　effet: récupération de solvant > 90%, gain annuel d'environ 5 millions de yuans, coûts d'exploitation combinés réduits de 40% par rapport à l'incinération pure.

Cas 2: entreprise pharmaceutique de fermentation (projet antibiotique)

　　Caractéristiques des gaz d'échappement: volume d'air 50 000 m³ / h avec h₂s (50 mg / m³), nh₃ (30 mg / m³), COV (200 mg / m³), poussières (100 mg / m³);

　　Route du process: Cellule de Biofiltration de dépoussiérage de sacs en tissu (remplissage en écorce + roche volcanique, temps de séjour 25 s) émission par adsorption sur charbon actif (garantie de conformité aux COV) (h₂s < 0,06 mg / m³, nh₃ < 1,5 mg / m³);

　　effet: le taux de plaintes contre les odeurs nauséabondes est passé de 5 à 0 par mois, le coût d'exploitation est de seulement 0,2 RMB / m³, conformément à la norme GB 14554 - 93 sur les émissions de polluants nauséabondes.

3. Problèmes existants et orientation de l'optimisation

　　Points techniques douloureux: fluctuation des gaz d'échappement à haute concentration entraînant un démarrage et un arrêt fréquents du RTO (augmentation de la consommation d'énergie); Diminution de l'efficacité des basses températures en hiver par voie biologique (isolation ou chauffage requis); La régénération de l'adsorbant produit des gaz d'échappement secondaires (soumis à un traitement complémentaire).

　　Optimiser le cheminPour:

　　Contrôle intelligent: introduction d'un système PLC / DCS pour surveiller la concentration des gaz d'échappement en temps réel, réguler dynamiquement la température de combustion RTO ou la fréquence de désorption de l'adsorbant, réduire la consommation d'énergie;

　　Gouvernance Collaborative: coupler le traitement des gaz d'échappement avec le traitement des eaux usées (par exemple, biodégradation synchrone de la matière organique biochimique dans les gaz d'échappement avec la DCO des eaux usées);

　　Application de nouveaux matériauxDéveloppement de catalyseurs anti - intoxication (par exemple, la modification de la résistance au soufre de 50% pour les catalyseurs à base de mn), adsorbants de haute capacité (par exemple, MOF matériau Adsorption 2 - 3 fois supérieure à celle du charbon actif);

　　Mise à niveau à faible carbonatation: Découvrez la bio - méthode solaire (réduction de la consommation d’énergie d’aération), le RTO (réduction des émissions de carbone) alimenté par l’hydrogène vert.

conclusion

　　Traitement des gaz d'échappement des entreprises pharmaceutiquesIl est nécessaire de suivre la ligne de pensée « Réduction des émissions à la source - contrôle du processus - gouvernance de fin de chaîne», basée sur la sélection scientifique des caractéristiques des gaz d'échappement (concentration, composants, volume d'air), en utilisant préférentiellement le processus combiné « valorisation des ressources par la méthode de récupération + méthode de destruction». À l'avenir, il est nécessaire de percer davantage dans les technologies clés telles que la catalyse à basse température, les agents biologiques à haute efficacité et la régulation intelligente, afin de promouvoir la gouvernance des gaz d'échappement de l'industrie pharmaceutique dans une direction « efficace, à faible teneur en carbone et économique», contribuant à l'objectif de « double carbone» et à la double stratégie écologique et environnementale.