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浅析RTO在制药行业有机废气治理的应用

制药行业废气中成分复杂，含苯、甲苯、乙醇、乙酸乙酯、氯化氢等。其中苯环和卤素，在400℃左右条件下，容易产生二噁英，二噁英这类物质非常稳定，熔点较高，极难溶于水，是无色无味的脂溶性物质，所以非常容易在生物体内积累，对人体危害严重。二噁英、以及酸性气体的腐蚀问题为制药行业区别与其它行业的重点。

1项目背景

以浙江某制药厂为例：废气最大风量20000Nm3/h，废气浓度约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、四氢呋喃、丙酮、二氯甲烷、苯、乙腈、环己烷、异丙酮、二甲基亚砜、甲基异丁基酮、三乙胺、氯化氢、一氯甲烷、醋酸、氨等成分。

2工艺选择

废气属于小风量、中浓度废气，大部分为有机废气，含有部分酸性气体，采用较为合理的工艺为：洗涤+RTO+洗涤。对于二噁英在RTO中是无法这时候应更换钳口避免的，但二噁英可以在温度高于850摄氏度且燃烧时间大于1S或者温度高于800摄氏度且燃烧时间大于2S时就可以分解掉，苯环被破坏掉后就不会有二噁英产生，即其反应是不可逆的，所以我们的炉膛设计燃烧温度是850摄氏度且燃烧时间在2S以上。

3工艺流程图

RTO原理：蓄热式热氧化炉，专业处理有机废气，使有机废气在高温环境里分解干净，分解率达到98%以上，最终使废气排放符合国家环保标准。此热氧化炉使用两个固定的热交换媒介床，热交换媒介使用的是蓄热陶瓷，来自生产线的废气经过一个热陶瓷媒介床后被加热;到炉中投顾问产业研究中心认为膛后燃烧的高温气体将另一个热交换媒介床加热，如此两个热交换媒介床互相切换，蓄热后去加热低温废气。热交换效率达到95%以上，很容易利用有机废气实现氧化炉的自我维持，而不用任何燃料。为了提高废气处理效率，我们采用了3塔式RTO。<止回阀/p>

4设备介绍

4.1蓄热式氧化炉

RTO装置燃烧室中有机物被降解的反应方程式如下：

我司的RTO设备是在吸收德美技术的基础上自主开发的三床式RTO设备，该系统主要由燃烧室、3组结构相同的蓄热床和3个气动切换进气阀，3个气动排气切换阀以及3个气动清吹切换阀组成，9个气动切换阀自动切换，切换周期1——6min，由时间来控制，若出气温度超过设定值，会箱包织带强制切换。蓄热床内填充规整蜂窝陶瓷蓄热体，其主要材质为致密堇青石，具有优良的耐酸、碱和有机介质腐蚀性、蓄热效果好、热回收效率高、过风阻力小、热胀冷缩系数小，抗裂性能好，寿命长等优点。设备内部内衬300mm以上的耐高温陶瓷纤维保温材料，充分保证设备表面温度低于国家标准，同时可有效防止气体和钢构件接触。气动切换阀均采用知名品牌气动执行器，其中，气动切换阀体采用双相不锈钢材质，切换稳定，使用寿命长，正常工作可切换1000万次。防止与炉体钢板接触部分腐蚀问题，凡与废气接触部分衬防腐涂料，喷涂材料耐高温，可以保证炉体的较长使用寿命，在日常维护过程中，如果有涂层脱落，需要及时的补修，防止大面积氧化。

4.2碱洗净化塔

碱洗净化塔具有阻力小、能耗省、噪音低、处理效率高，能处理氯化氢气体、氟化氢气体、氨气雾、铬酸雾、氰氢酸气体、碱蒸气、硫化氢气体等气体的新型净化塔，它具有净化效率高、占地面积小、耐腐蚀、耐老化性能好，重量轻的特点。它适用于排放一定浓度的腐蚀性酸雾气体，主要用于化工、电子、医院、研究中心等场所。

工作原理：需处理的废气，由玻璃钢离心风机压入净化塔之进气段后，垂直向上与喷淋段自上而下的液体发生吸收反应，使废气浓度降低，然后继续向上进入填料段，废气在塑料球打滚再与吸收液起中和反应，使废气浓度进一步降低后进入脱水器，净化后的气体排出大气。经测定分析，硫酸雾净化效率可达93%，硝酸净化效率可达90%，盐酸雾净化效率可达98%、对酸雾净化性达到国内先进水平。碱洗净化塔为圆筒型结构形式，全塔由三部份组成，即贮液、进气、喷淋、脱水和出气，出口管连接，塑料球分别装在喷淋内。碱洗净化塔为玻璃钢一体成型，结构紧凑、耐腐蚀，耐高温、外表光滑;手套机除水部份离式产生水气分离;喷水部：高压喷水产生雾状，分上下两段扩大接触处理提高功能;填充物：梅花环或鲍尔环，PP质一体成型需有防溢水排放管;观察窗：5mm厚透明压克力板制;

5RTO安全方面设计

A.管道内起火对车间的影响金属机架：管道内的爆炸，大部分都来源于管道内有大量有机积液突然挥发，再遇上静电而产生的。输送腐蚀性气体的管道比较难做防静电设施，只能降低风速，设计在8米/秒以下的风速比较适合。

O失火对车间的影响：RTO炉膛内的明火很难进入车间过来的管道，因为有2米高左右的蓄热陶瓷，蓄热体本身就是很好的阻火器。在管道前端可以安装阻火器，进一步保障生产车间内的安全。

O区域内的爆炸：RTO在点火前要进行吹扫，吹扫的目的是将残留在RTO管道和炉膛内的有机物清理干净，避免点火时引爆。RTO入口处有浓度检测仪，响应时间在5秒左右，所以浓度检测仪的安装位置比较重要，且要做缓冲罐，当检测到废气浓度高报警，新风风门会自动打开进行浓度稀释;若废气浓度高会报警，则RTO切断与生产线间的联机，废气直接旁通到烟囱。现实生产中做多少措施也无法100%避免爆炸，所以在适当的位置加泄爆装置，比如RTO炉膛顶部有泄爆门，此泄爆门可以靠自重关闭，泄爆后不会影响RTO的正常运行;缓冲罐上有泄爆片。有这些泄爆措施，即使发生爆炸，也会把爆炸的损失降到最低。

D.应急停电系统设计：RTO非常害怕突然停电，炉膛内的高温无法快速散去，导致很多防腐材料或者其他设备被高温损坏。我们设计了一台应急压缩空气储气罐、UPS和手自动控制的泄爆门，一旦突然停电，UPS和应急压缩空气储气罐会将所有风门打到安全位置，比如新风风门开启，吹扫风门开启，泄爆门打开等等;应急压缩空气会进入燃烧器管道，避免高温烟气从燃烧器泄露出来，导致点火管路的危险和损坏燃烧器。但压缩空乃至几天气罐仅能支撑15到20分钟左右，甲方需要配置备用电源给压缩空气或助燃风机。

E.针对RTO出口有洗涤塔的系统高温保护：RTO出口接洗涤塔，若洗涤塔是玻璃钢材质，则RTO出口温度需要控制在100摄氏度以下，若超过100摄氏度，RTO自动切断与生产线之间的联机，工艺废气直接进入烟囱。

G.炉膛温度过高保护：炉膛内有2支热电偶，每支热电偶都是双支的，如果一支出现问题，还有一支备用，保证炉膛内温度控制均匀。炉膛温度不能超过980摄氏度，否则内部的蓄热陶瓷和陶瓷纤维组块的使用寿命会受影响，当炉膛温度超过一定值时，燃油管路的双电磁阀会自动关闭，避免柴油泄漏进入炉膛。炉膛温度再高就要打开新风风门去降温，当炉膛温度发生高高报警，RTO自动切断与生产线的联机，工艺废气直接进入烟囱。

6RTO

运行过程首次开机时，需要对蓄热体预热，待预热至设定温度后，含挥发性有机化合物(VOCs)的废气通过阀门的切换，进入蓄热床，废气被蓄热陶瓷逐渐加热后进入燃烧室(燃烧室有两个作用：一是保证废气能达到设定的氧化温度，二是保证废气有足够的停留时间，从而使其中的VOCs充分氧化)，VOCs在燃烧室内高温氧化分解并放出热量，形成的热风在通过另一蓄热床时，与蓄热体进行热交换，蓄积热量，以减少辅助燃料的消耗，而被氧化的干净气体温度逐渐降低。正常运行过程中，RTO内部温度控制通过燃烧器来实现。当有机废气浓度达到自持燃烧状态时，产生热量足以满足下一次冷气预热要求时，此时系统无需开启辅助加热装置进行辅助加热，即可完成有机废气氧化，达到节能效果。当RTO温度出现异常时(即前端浓度太高)，通过PLC程序自动控制关闭进气阀，全开异常外排和新风阀，使RTO设备完全通过新鲜风降温。RTO炉膛温度通过2根高温热电偶进行实时监控，运行过程PLC程序通过自动调节燃气调节比和相关阀门控制炉膛温度的稳定。当炉膛温度出现异常升温时，可通过不能够实验冲击常温RTO设备的泄温口进行紧急排温。

7RTO成本运行分析

该设施在运行过程中主要的费用为电耗和天然气，以及部分维护费用，如预滤材料的更换。运行费用估算见下表1：

(1)主风机、助燃风机、泵按16h/d，250d/a;电费0.75元/kwh，电机实际功率为额定功率的0.8，变频风机节能按0.70计。

(2)RTO设备首次开机预热以及引入废气后维持炉温所产生费用，每次预热时间按3小时计，每年预加热按12次计算;每天考虑到生产运行过程中由于浓度过低需要补充加热，每天按补充天然气量为20立方米，每次升温用天然气按50立方计算。天然气按2.5元每立方。

废气浓度达到2800mg/m3时，系统可以维持自运行，不需要补充天然气加热。