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医药化工企业VOCs排放计算的探讨

对医药化工企业VOCs排放计算做了一些总结和探讨,包括设备设施排风量、各VOCs排放速率计算、大小呼吸、动静密封点泄漏等,为企业顺利通过环评提供可行计算方法。

 

简述

 

近年来,随着医药化工行业的发展和环保法规的严格要求,企业对环保的重视程度越来越高,投资力度也越来越大。其中,大气污染扩散速度快、影响范围广,严重威胁人类健康,因而受到环保部门、企业和诸多人群的密切关注。有机废气(VOCs)作为大气污染中难处理的部分,如何解决其排放达标问题成为新旧医药化工企业亟待解决的核心问题之一。

 

有机废气(VOCs)的设备处理能力选型和排放达标等问题都必须有依据和数据支撑,本文旨在对医药化工企业VOCs排放的计算进行探讨,为企业VOCs排放的达标可行性分析提供参考。本文的探讨内容为常见主要VOCs排放情况的计算,本次未包含事故等特殊情况。

 

2 VOCs排放计算的探讨

 

2.1 对全厂设备设施的总排风量进行估算

 

该估算包括车间、罐区、研发质检楼、危险品库等所有产生VOCs的单体。

 

设备排风量估算(/h=容积×数量×换气次数;(公式1

 

其中,储罐、计量罐、吸收罐、溶液配制罐、洗涤分离罐等设备的换气次数取2 次/h,密闭式离心机、溶解罐、脱色罐、精制罐、浓缩罐、反应罐、水析罐、提取罐、结晶罐等设备的换气次数取5 /h,所有排气的设备均应予以计算。

 

对于投料、开盖、过滤、离心等有暴露的操作应设置万向排气罩或排风罩等设施,连接至VOCs处理系统,其排风量依据设备风量来计算。研发质检楼的通风橱和万向排气罩的风量也应计算在内。危险品库的排风量按照其占地面积,空间高度,换气次数(取6次)依次计算。计算示例见表1和表2。

2.2 排气系统及设计风量

 

依据排气量和VOCs的特点对排气系统进行分类,并计算各类系统所需风量,折算得到设计风量。

 

一般废气处理方法主要包括冷凝法、吸收法、热破坏法、生物处理法、电晕法、等离子体分解法等等。根据VOCs 种类和所需风量,选择合适的处理方法、系统、设备设计风量和设备数量对控制VOCs 排放、减少投资运行成本具有十分重要的意义。如VOCs 含氯仿、二氯甲烷最好不进RTO/CO之类的设备燃烧,容易产生HCL 腐蚀设备,降低设备使用年限、增加成本,可以考虑碳纤维或树脂吸附的方法。选择过程中,在保证处理效果达标的前提下,需要综合考虑一次性投入成本、运行成本、维护成本,设备寿命和折旧等多方面因素。分类示例见表1。

 

2.3 VOCs的排放速率

 

计算工艺有组织排放的各种VOCs 的排放速率,包括平时小时排放速率和最大小时排放速率。

 

首先分析生产工艺,进行物料平衡计算,得到不同工艺步骤产生VOCs 的种类和质量(kg),结合该步骤的生产耗时、日生产批次,以及车间初步处理措施(如设冷凝器或碱吸收等)的效率,可以计算该步骤各种VOCs 平时小时排放速率和最大小时排放速率。

 

平均小时排放速率 = 每批排放量×日生产批次量÷24×(1﹣初步处理措施效率);(公式2

 

最大小时排放速率 = 每批排放量×同时生产批次量÷该步骤的生产耗时×(1﹣初步处理措施效率);(公式3

 

其中,初步处理措施效率也应该查物性表后计算得出或由设备厂家提供具体参数。

 

由以上公式得到某一工艺步骤某一有机物质排放速率,以此类推计算得到每个步骤不同VOCs 的排放速率,然后按照VOCs 类别进行加和,得到该种VOCs 在该单体的排放速率。

VOCs的平均小时排放速率是作为一种参考,厂区实际排放依据工艺操作和反应阶段确定,呈现时间上的不平均性,依据最大小时排放速率继续进行后续计算更为准确。因为每个工艺步骤的反应热和反应过程难以具体细化分析到每分每秒,其工作量极其庞大,该公式计算的最大小时排放速率某种意义上也只是反应过程的平均最大小时排放速率。

 

2.4 大小呼吸的计算

 

计算有机液体储存与调和挥发损失,主要是罐区部分,包括固定顶罐和浮顶罐,静置损失和工作损失(大小呼吸)。参考《石油化工行业VOCs 排放量计算办法》进行简化计算。

 

储罐的VOCs 年排放量 =固定顶罐的VOCs 年排放量+浮顶罐的VOCs 年排放量;(公式4

 

其中,固定顶罐的VOCs 年排放量 = 静置损失+工作损失;(公式5

 

静置损失 = 365×气相空间容积×储藏气相密度×气相空间膨胀因子×排放蒸气饱和因子;(公式6

 

工作损失 = 5.614÷R÷日平均液体表面温度×气相分子量×真实蒸气压×年周转桶数×工作排放周转(饱和)×呼吸阀工作校正因子;(公式7

 

其中,浮顶罐的VOCs 年排放量 =浮顶罐总损失+边缘密封损失+挂壁损失+浮盘附件损失+浮盘缝隙损失(限螺栓连接式的浮盘或浮顶);(公式8

 

详细参数计算查表见环保部《石油化工行业VOCs 排放量计算办法》。

 

2.5 设备动静密封点泄漏的计算

 

计算设备动静密封点泄漏,包括采样过程的排放。首先分类统计各设备动静密封点的数量,主要是阀门、法兰和连接件、开口阀或开口管线。然后依据下表排放系数进行计算,结合生产天数以及每天的生产时间,计算得到年排放量(t/a)。其中,开口阀或开口管线的每天泄露时间可经检测验证实际情况后确定,其他动静密封点每天泄露时间按24小时计算。

2.6 汇总

 

第六,结合工艺有组织排放量、有机液体储存与调和挥发损失的量、设备动静密封点泄漏的量,得到最终需要处理的VOCs总量,进入各系统处理后,根据系统的处理效率,得到处理后排放浓度。与当地规定的排放限值作比较,判断排放是否达标。如果排放达标,VOCs可行性分析成立,如果不达标,观察数据中哪一步产生的VOCs量大且处理不充分,增加相应措施和设备,再次进行VOCs可行性分析,直至可行性分析成立为止。

 

3 小结

 

本文为医药化工企业提供VOCs 排放量的计算思路,由于篇幅等原因并没有详细深入到每一步计算过程。旨在让企业更好应对环评方面对VOCs排放的要求,而且企业可通过计算VOCs排放量进行达标可行性分析,自查并不断改进。从而更顺利地通过环评,也为人类的健康环保事业做出应有贡献。