醫(yī)藥化工行業(yè)VOCs排放計(jì)算的方法

近年來，隨著醫(yī)藥化工行業(yè)的發(fā)展和環(huán)保法規(guī)的嚴(yán)格要求，企業(yè)對環(huán)保的重視程度越來越高，投資力度也越來越大。其中，大氣污染擴(kuò)散速度快、影響范圍廣，嚴(yán)重威脅人類健康，因而受到環(huán)保部門、企業(yè)和諸多人群的密切關(guān)注。有機(jī)廢氣（VOCs）作為大氣污染中難處理的部分，如何解決其排放達(dá)標(biāo)問題成為新舊醫(yī)藥化工企業(yè)亟待解決的核心問題之一。
有機(jī)廢氣（VOCs）的設(shè)備處理能力選型和排放達(dá)標(biāo)等問題都必須有依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐，本文旨在對醫(yī)藥化工企業(yè)VOCs排放的計(jì)算進(jìn)行探討，為企業(yè)VOCs排放的達(dá)標(biāo)可行性分析提供參考。本文的探討內(nèi)容為常見主要VOCs排放情況的計(jì)算，本次未包含事故等特殊情況。
VOCs排放計(jì)算的探討
1.1 對全廠設(shè)備設(shè)施的總排風(fēng)量進(jìn)行估算
該估算包括車間、罐區(qū)、研發(fā)質(zhì)檢樓、危險(xiǎn)品庫等所有產(chǎn)生VOCs的單體。
設(shè)備排風(fēng)量估算（m³/h）=容積×數(shù)量×換氣次數(shù)；（公式1）
其中，儲罐、計(jì)量罐、吸收罐、溶液配制罐、洗滌分離罐等設(shè)備的換氣次數(shù)取2 次/h，密閉式離心機(jī)、溶解罐、脫色罐、精制罐、濃縮罐、反應(yīng)罐、水析罐、提取罐、結(jié)晶罐等設(shè)備的換氣次數(shù)取5 次/h，所有排氣的設(shè)備均應(yīng)予以計(jì)算。
對于投料、開蓋、過濾、離心等有暴露的操作應(yīng)設(shè)置萬向排氣罩或排風(fēng)罩等設(shè)施，連接至VOCs處理系統(tǒng)，其排風(fēng)量依據(jù)設(shè)備風(fēng)量來計(jì)算。研發(fā)質(zhì)檢樓的通風(fēng)櫥和萬向排氣罩的風(fēng)量也應(yīng)計(jì)算在內(nèi)。危險(xiǎn)品庫的排風(fēng)量按照其占地面積，空間高度，換氣次數(shù)（取6次）依次計(jì)算。計(jì)算示例見表1和表2。

1.2 排氣系統(tǒng)及設(shè)計(jì)風(fēng)量
依據(jù)排氣量和VOCs的特點(diǎn)對排氣系統(tǒng)進(jìn)行分類，并計(jì)算各類系統(tǒng)所需風(fēng)量，折算得到設(shè)計(jì)風(fēng)量。
一般廢氣處理方法主要包括冷凝法、吸收法、熱破壞法、生物處理法、電暈法、等離子體分解法等等。根據(jù)VOCs 種類和所需風(fēng)量，選擇合適的處理方法、系統(tǒng)、設(shè)備設(shè)計(jì)風(fēng)量和設(shè)備數(shù)量對控制VOCs 排放、減少投資運(yùn)行成本具有十分重要的意義。如VOCs 含氯仿、二氯甲烷最好不進(jìn)RTO/CO之類的設(shè)備燃燒，容易產(chǎn)生HCL 腐蝕設(shè)備，降低設(shè)備使用年限、增加成本，可以考慮碳纖維或樹脂吸附的方法。選擇過程中，在保證處理效果達(dá)標(biāo)的前提下，需要綜合考慮一次性投入成本、運(yùn)行成本、維護(hù)成本，設(shè)備壽命和折舊等多方面因素。分類示例見表1。
1.3 VOCs的排放速率
計(jì)算工藝有組織排放的各種VOCs 的排放速率，包括平時(shí)小時(shí)排放速率和最大小時(shí)排放速率。
首先分析生產(chǎn)工藝，進(jìn)行物料平衡計(jì)算，得到不同工藝步驟產(chǎn)生VOCs 的種類和質(zhì)量（kg），結(jié)合該步驟的生產(chǎn)耗時(shí)、日生產(chǎn)批次，以及車間初步處理措施（如設(shè)冷凝器或堿吸收等）的效率，可以計(jì)算該步驟各種VOCs 平時(shí)小時(shí)排放速率和最大小時(shí)排放速率。
平均小時(shí)排放速率 = 每批排放量×日生產(chǎn)批次量÷24×（1﹣初步處理措施效率）；（公式2）
最大小時(shí)排放速率 = 每批排放量×同時(shí)生產(chǎn)批次量÷該步驟的生產(chǎn)耗時(shí)×（1﹣初步處理措施效率）；（公式3）
其中，初步處理措施效率也應(yīng)該查物性表后計(jì)算得出或由設(shè)備廠家提供具體參數(shù)。
由以上公式得到某一工藝步驟某一有機(jī)物質(zhì)排放速率，以此類推計(jì)算得到每個(gè)步驟不同VOCs 的排放速率，然后按照VOCs 類別進(jìn)行加和，得到該種VOCs 在該單體的排放速率。

VOCs的平均小時(shí)排放速率是作為一種參考，廠區(qū)實(shí)際排放依據(jù)工藝操作和反應(yīng)階段確定，呈現(xiàn)時(shí)間上的不平均性，依據(jù)最大小時(shí)排放速率繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)計(jì)算更為準(zhǔn)確。因?yàn)槊總€(gè)工藝步驟的反應(yīng)熱和反應(yīng)過程難以具體細(xì)化分析到每分每秒，其工作量極其龐大，該公式計(jì)算的最大小時(shí)排放速率某種意義上也只是反應(yīng)過程的平均最大小時(shí)排放速率。
1.4 大小呼吸的計(jì)算
計(jì)算有機(jī)液體儲存與調(diào)和揮發(fā)損失，主要是罐區(qū)部分，包括固定頂罐和浮頂罐，靜置損失和工作損失（大小呼吸）。參考《石油化工行業(yè)VOCs 排放量計(jì)算辦法》進(jìn)行簡化計(jì)算。
儲罐的VOCs 年排放量 =固定頂罐的VOCs 年排放量＋浮頂罐的VOCs 年排放量；（公式4）
其中，固定頂罐的VOCs 年排放量 = 靜置損失＋工作損失；（公式5）
靜置損失 = 365×氣相空間容積×儲藏氣相密度×氣相空間膨脹因子×排放蒸氣飽和因子；（公式6）
工作損失 = 5.614÷R÷日平均液體表面溫度×氣相分子量×真實(shí)蒸氣壓×年周轉(zhuǎn)桶數(shù)×工作排放周轉(zhuǎn)（飽和）×呼吸閥工作校正因子；（公式7）
其中，浮頂罐的VOCs 年排放量 =浮頂罐總損失＋邊緣密封損失＋掛壁損失＋浮盤附件損失＋浮盤縫隙損失（限螺栓連接式的浮盤或浮頂）；（公式8）
詳細(xì)參數(shù)計(jì)算查表見環(huán)保部《石油化工行業(yè)VOCs 排放量計(jì)算辦法》。
1.5 設(shè)備動靜密封點(diǎn)泄漏的計(jì)算
計(jì)算設(shè)備動靜密封點(diǎn)泄漏，包括采樣過程的排放。首先分類統(tǒng)計(jì)各設(shè)備動靜密封點(diǎn)的數(shù)量，主要是閥門、法蘭和連接件、開口閥或開口管線。然后依據(jù)下表排放系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)合生產(chǎn)天數(shù)以及每天的生產(chǎn)時(shí)間，計(jì)算得到年排放量（t/a）。其中，開口閥或開口管線的每天泄露時(shí)間可經(jīng)檢測驗(yàn)證實(shí)際情況后確定，其他動靜密封點(diǎn)每天泄露時(shí)間按24小時(shí)計(jì)算。

表4 設(shè)備動靜密封點(diǎn)泄露組件平均排放系數(shù)

1.6 匯總
第六，結(jié)合工藝有組織排放量、有機(jī)液體儲存與調(diào)和揮發(fā)損失的量、設(shè)備動靜密封點(diǎn)泄漏的量，得到最終需要處理的VOCs總量，進(jìn)入各系統(tǒng)處理后，根據(jù)系統(tǒng)的處理效率，得到處理后排放濃度。與當(dāng)?shù)匾?guī)定的排放限值作比較，判斷排放是否達(dá)標(biāo)。如果排放達(dá)標(biāo)，VOCs可行性分析成立，如果不達(dá)標(biāo)，觀察數(shù)據(jù)中哪一步產(chǎn)生的VOCs量大且處理不充分，增加相應(yīng)措施和設(shè)備，再次進(jìn)行VOCs可行性分析，直至可行性分析成立為止。
小結(jié)
本文為醫(yī)藥化工企業(yè)提供VOCs 排放量的計(jì)算思路，由于篇幅等原因并沒有詳細(xì)深入到每一步計(jì)算過程。旨在讓企業(yè)更好應(yīng)對環(huán)評方面對VOCs排放的要求，而且企業(yè)可通過計(jì)算VOCs排放量進(jìn)行達(dá)標(biāo)可行性分析，自查并不斷改進(jìn)。從而更順利地通過環(huán)評，也為人類的健康環(huán)保事業(yè)做出應(yīng)有貢獻(xiàn)。
來源:《化學(xué)工程與裝備》