一种生物制药行业车间外排的废气处理工艺
阅读说明：本技术 一种生物制药行业车间外排的废气处理工艺 (Waste gas treatment process for workshop discharge in biopharmaceutical industry ) 是由 骆瑜 于 2019-09-06 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种生物制药行业车间外排的废气处理工艺,包括废气的收集与预处理、有机废气脱除、酸碱气体的富集、酸碱气体的回收利用以及尾气处理,本发明首先对废气进行除尘与干燥,然后再通过吸附树脂对废气中的多种类的有机废气进行吸附处理,然后通过活性炭吸附、脱附的过程将废气中的空气去除,同时实现通过活性炭吸附脱附能够对排放废气中的硫化氢以及氨气进行富集,脱附后形成的氨气、氮气与硫化氢气体的混合气体在通入结晶反应釜之前,通过补充氨气调节氨气与硫化氢气体之间的比例,使氨气与硫化氢气体反应的最终产物为硫化铵,从而使废气处理得到的产物能够得到利用。(the invention discloses a waste gas treatment process discharged from a workshop in the biopharmaceutical industry, which comprises the steps of collecting and pretreating waste gas, removing organic waste gas, enriching acid-base gas, recycling acid-base gas and treating tail gas, firstly dedusting and drying the waste gas, then the adsorption resin is used for carrying out adsorption treatment on various organic waste gases in the waste gases, then the air in the waste gases is removed through the processes of activated carbon adsorption and desorption, meanwhile, the enrichment of hydrogen sulfide and ammonia in the discharged waste gas can be realized through the adsorption and desorption of the activated carbon, the mixed gas of the ammonia, nitrogen and hydrogen sulfide gas formed after desorption is introduced into the crystallization reaction kettle before, the proportion of the ammonia gas and the hydrogen sulfide gas is adjusted by supplementing the ammonia gas, so that the final product of the reaction of the ammonia gas and the hydrogen sulfide gas is ammonium sulfide, and the product obtained by treating the waste gas can be utilized.)
技术领域
本发明属于工艺废气处理技术领域，具体的，涉及一种生物制药行业车间外排的废气处理工艺。
背景技术
医药产业是国民经济的重要组成部分，与人民群众的生命健康息息相关，在医药行业中，根据药品来源可以将药品分为生物药物以及合成药物两大类，其中生物药物是指运用微生物学、生物学、医学以及生物化学等技术生产的用于治疗、预防与诊断的药物，具体的，生物药物之中，根据药物生产的过程以及原料等的不同，又可以将药物分为发酵药物、提取类药物等多种类别，其中提取类药物是指以动植物为原材料进行提取，其主要污染为有机污染物，发酵类药物是指通过发酵的方法生产抗生素以及其它活性成分，然后在通过分离、纯化、精制的方法得到最终产品的方法。
发酵类制药的污染排放物主要为废水排放与废气排放，其中废气污染主要是以有恶臭的氨气、硫化氢为主的发酵废气以及后续药物精制过程中产生的多种类有机溶媒挥发物，还包括高浓度粉尘以及菌丝发酵产生的异味，而异味物质是生物医药生产中最受诟病的问题之一，同时在生物制药过程中，车间废气是经过统一收集与排放，因此多种类的废气会混合在一起，这也提升了生物制药行业的排放废气处理难度，如何对成分复杂的发酵制药废气进行处理，降低发酵制药生产对环境的危害，本发明提供了以下技术方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种生物制药行业车间外排的废气处理工艺。
本发明需要解决的技术问题为：
1、在发酵生物制药过程中，会产生以硫化氢与氨气为主的发酵废气以及在精制过程中产生的种类多样的有机废气，由于生物制药为废气统一收集排放，因此生产车间外排的废气为多种气体的混合气，且该混合气还具有较高的粉尘含量，如何对废气中的各有害物质进行处理，降低发酵制药对环境的危害，是目前需要解决的问题之一。
2、活性炭由于其疏松多孔的结构具有良好的吸附能力，但是对发酵生物制药过程中产生的废气如硫化氢、氨气等小分子量的极性化合物的吸附效果较差，无法实现良好的吸附效果。
3、在现有技术，氨气与硫化氢混合气体的处理主要通过水吸收处理，然而水吸收氨气与硫化氢气体后，反应产生硫化铵与硫氢化铵中的至少一种，而这两种物质均溶于水，且硫氢化铵易分解，不方便后续处理。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种生物制药行业车间外排的废气处理工艺，包括如下步骤：
步骤一、废气的收集与预处理
通过高压风机产生的微负压将生产车间内的产生的废气收集并通过管道传输至除尘器进行处理，除尘器将废气中的固体颗粒除去，除去固体颗粒的车间废气通过脱水分子筛脱水干燥后进行有机废气脱除；
步骤二、有机废气脱除
经上一步骤处理得到的车间废气首先通入第一有机吸附设备，第一有机吸附设备中填充有疏水有机物吸附树脂，疏水有机物吸附树脂能够对车间废气中的疏水性有机物进行吸附，经第一有机吸附设备处理后的车间废气传输至第二有机吸附设备进行处理，其中，第二有机吸附设备中填充有亲水有机物吸附树脂，亲水有机物吸附树脂能够对车间废气中的亲水性有机物进行吸附；
所述第一有机吸附设备为填充有疏水有机物吸附树脂的吸附柱；
所述第二有机吸附设备为填充有疏水有机物吸附树脂的吸附柱；
所述疏水有机物吸附树脂为艾美科健(中国)生物医药有限公司的01或DM-7HP或LK-30G型号树脂；
所述亲水有机物吸附树脂为艾美科健(中国)生物医药有限公司的02或03或LK73或LK04或DM28型号树脂；
步骤三、酸碱气体的富集
经上一步骤处理除去有机气体成分的车间废气传输至活性炭吸附箱，活性炭吸附箱中填充有改性活性炭，通过改性活性炭对车间废气中的氨气与硫化氢进行吸附回收，车间废气在被活性炭吸附箱吸附达到排放标准后排放至大气中；
步骤四、酸碱气体的回收利用
当活性炭吸附箱达到预设吸附量时，第二有机吸附设备停止继续向活性炭吸附箱中输入车间废气，同时，氮气源将氮气通过管道传输至气体加热装置，气体加热装置对氮气进行加热后传输至活性炭吸附箱，通过热氮气对活性炭进行加热，使活性炭中的硫化氢以及氨气脱附，脱附后形成的硫化氢、氨气与氮气的混合气体经换热器换热降温后，传输至结晶反应釜进行反应结晶，经结晶反应釜处理后的废气主要为氮气以及过量的、未反应完全的氨气，该废气传输至氨气吸收塔中进一步进行处理；
所述换热器吸收的热量传输至氮气源与气体加热装置之间，对即将进入气体加热装置的热氮气进行预加热，节约能源；
所述换热器与结晶反应釜之间的管道上连接有氨气源，氨气源用于向进入结晶反应釜的混合气体补充氨气；
所述活性炭吸附箱与换热器之间的管道上安装有第一氨气浓度检测装置与第一硫化氢气体浓度检测装置，所述结晶反应釜进气口处安装有第二氨气浓度检测装置与第二硫化氢气体浓度检测装置，其中第一氨气浓度检测装置用于检测活性炭吸附箱中脱附出来的混合气体中氨气的浓度，第二氨气浓度检测装置用于检测进入结晶反应釜的混合气体中氨气的浓度，第一硫化氢气体浓度检测装置用于检测活性炭吸附箱中脱附出来的混合气体中硫化氢气体的浓度，第二硫化氢气体浓度检测装置用于检测进入结晶反应釜的混合气体中硫化氢气体的浓度，氨气浓度检测装置与硫化氢气体检测装置在检测混合气体中对应气体的浓度后，将浓度数据传输至控制器，控制器根据采集的氨气浓度数据与硫化氢气体浓度数据对氨气源补充气体的速度进行控制；
所述氨气源与结晶反应釜之间安装有均流器，使氨气源补入的氨气在混合气体中均匀混合，从而提升结晶反应釜进气口处检测的氨气浓度数据以及硫化氢气体浓度数据的准确性；
步骤五、尾气处理
将经过结晶反应釜处理的废气排入氨气吸收塔，其中氨气吸收塔中有由上向下喷淋的水，结晶反应釜排出的尾气在废气净化塔中由下至上移动，通过水对废气中的氨气进行吸附回收，完成对生物制药车间外排的废气的处理。
活性炭由于其疏松多孔的结构具有良好的吸附能力，但是对硫化氢、氨气等小分子量的极性化合物的吸附效果较差，因此，需要对活性炭进行改性以满足其对氨气以及硫化氢的吸附效果；
步骤四中改性活性炭的制备方法为：
将工业活性炭加入氢氧化钠水溶液中，在25-30℃温度下恒温振荡10-15h后，静置10-12h；
将活性炭与氢氧化钠水溶液过滤分离后，用去离子水冲洗工业活性炭至中性后在105℃以下的温度中烘干干燥，得到改性活性炭；
所述氢氧化钠水溶液的质量浓度为40%-45%；
该步骤中通过氢氧化钠水溶液处理活性炭，降低活性炭表面总酸度，提升活性炭对氨气以及硫化氢气体的吸附能力。
所述控制器控制氨气源补充氨气的速度的具体方法为;
SS1、第一氨气浓度检测装置与第一硫化氢气体浓度检测装置分别检测活性炭吸附箱中脱附出的混合气体中的氨气浓度A1与硫化氢气体浓度B1，第二氨气浓度检测装置与第二硫化氢气体浓度检测装置分别检测结晶反应釜进气口处的氨气浓度A2与硫化氢气体浓度B2，并将检测结果传输至控制器；
SS2、控制器对氨气浓度与硫化氢气体浓度进行比较；
当2B1≥A1时，控制器控制氨气源的阀门打开到预设开度，在经过预设时间后对氨气浓度A2与硫化氢气体浓度B2进行比较；
若2B2+α＞A2＞2B2，停止调节氨气源的阀门开度；
若2B2≥A2，提升氨气源的阀门开度，直至2B2+α＞A2＞2B2，α为预设值，停止调节氨气源的阀门开度；
若A2≥2B2+α，控制器控制氨气源的阀门降低开度；
当2B1＜A1时，控制器不进行控制调节；
当2B1=A1时，提升氨气源的阀门开度，直至2B2+α＞A2＞2B2，α为预设值，停止调节氨气源的阀门开度；
通过调节进入结晶反应釜的混合气体中氨气与硫化氢气体的比例，使结晶反应釜中结晶产物为硫化铵而非硫化氢铵，提升产物的稳定性；
所述结晶反应釜包括釜体,釜体的底部接通有进气管，釜体的顶部接通有出气管，釜体内部还安装有气相均流器、冷却装置以及结晶装置，待反应的混合气体经进气管进入釜体后反应结晶，残余的气体经出气管排出釜体；
所述气相均流器安装在进气管的上方，用于将进气管导入的混合气体均匀分散，所述冷却装置安装在气相均流动器的上方，对经过的混合气体进行冷却降温，在本发明的一个实施例中，所述冷却装置为液氮降温装置；
所述冷却装置的上方设置有多组结晶装置，相邻两组结晶装置之间留有一定空隙，相互不接触，且相邻两组结晶装置交叉设置，气流在釜体内由下向上移动时，呈S形向上移动；
所述结晶装置包括托板以及安装在托板一面或两面上的若干结晶柱，所述结晶柱包括杆芯与设置在杆芯上的丝线，结晶装置为氨气与硫化氢气体的反应物提供粗糙的结晶面。
本发明的有益效果：
1、本发明所述处理工艺首先对废气进行除尘与干燥，然后再通过亲水有机物吸附树脂以及疏水有机物吸附树脂对废气中的多种类的有机废气进行吸附处理，到这一步骤，废气中的主要污染成分还包括具有强烈异味的氨气以及硫化氢，由于硫化氢与氨气的反应产物根据比例不同为硫化铵与硫氢化铵两种，其中硫化铵在空气中会迅速氧化生成硫化物与硫代硫酸盐，硫氢化铵是一种不稳定，易分解的化合物，因此在废气处理过程中，除了需要考虑对废气进行处理外，还需要考虑处理废气产生的产物，避免处理废气产生的产物带来二次污染，因此通过活性炭吸附、脱附的过程将废气中的空气去除，防止空气对后续反应造成影响，同时，通过活性炭吸附脱附能够对排放废气中的硫化氢以及氨气进行富集，脱附后形成的氨气、氮气与硫化氢气体的混合气体在通入结晶反应釜之前，通过控制器控制补充氨气，调节氨气与硫化氢气体之间的比例，使氨气与硫化氢气体反应的最终产物为硫化铵而非不稳定硫氢化铵，而且由于之前的步骤中已经将空气去除，反应产生的硫化铵不会氧化，能够稳定的存在，从而使废气处理得到的产物能够得到利用。
2、本发明在活性炭吸附箱中通过氢氧化钠水溶液处理活性炭，降低活性炭表面总酸度，从而提升活性炭对氨气以及硫化氢气体的吸附能力，使活性炭吸附箱能够对废气中的氨气以及硫化氢气体进行有效的吸收。
3、本发明所述结晶装置中结晶柱上的丝线为结晶提供了附着面，冷却后的混合气体在结晶柱丝线的表面结晶，从而除去硫化氢气体与氨气，并得到产物硫化铵，从而实现对废气中氨气与硫化氢气体的回收利用。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。
图1为本发明所述废气处理工艺的流程图；
图2为结晶反应釜的结构示意图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
一种生物制药行业车间外排的废气处理工艺，如图1所示，包括如下步骤：
步骤一、废气的收集与预处理
通过高压风机产生的微负压将生产车间内的产生的废气收集并通过管道传输至除尘器进行处理，除尘器将废气中的固体颗粒除去，除去固体颗粒的车间废气通过脱水分子筛脱水干燥后进行有机废气脱除；
步骤二、有机废气脱除
经上一步骤处理得到的车间废气首先通入第一有机吸附设备，第一有机吸附设备中填充有疏水有机物吸附树脂，疏水有机物吸附树脂能够对车间废气中的疏水性有机物进行吸附，经第一有机吸附设备处理后的车间废气传输至第二有机吸附设备进行处理，其中，第二有机吸附设备中填充有亲水有机物吸附树脂，亲水有机物吸附树脂能够对车间废气中的亲水性有机物进行吸附；
所述第一有机吸附设备为填充有疏水有机物吸附树脂的吸附柱；
所述第二有机吸附设备为填充有疏水有机物吸附树脂的吸附柱；
所述疏水有机物吸附树脂为艾美科健(中国)生物医药有限公司的DM-7HP型号树脂；
所述亲水有机物吸附树脂为艾美科健(中国)生物医药有限公司的03型号树脂；
步骤三、酸碱气体的富集
经上一步骤处理除去有机气体成分的车间废气传输至活性炭吸附箱，活性炭吸附箱中填充有改性活性炭，通过改性活性炭对车间废气中的氨气与硫化氢进行吸附回收，车间废气在被活性炭吸附箱吸附达到排放标准后排放至大气中；
步骤四、酸碱气体的回收利用
当活性炭吸附箱达到预设吸附量时，第二有机吸附设备停止继续向活性炭吸附箱中输入车间废气，同时，氮气源将氮气通过管道传输至气体加热装置，气体加热装置对氮气进行加热后传输至活性炭吸附箱，通过热氮气对活性炭进行加热，使活性炭中的硫化氢以及氨气脱附，脱附后形成的硫化氢、氨气与氮气的混合气体经换热器换热降温后，传输至结晶反应釜进行反应结晶，经结晶反应釜处理后的废气主要为氮气以及过量的、未反应完全的氨气，该废气传输至氨气吸收塔中进一步进行处理；
所述换热器吸收的热量传输至氮气源与气体加热装置之间，对即将进入气体加热装置的热氮气进行预加热，节约能源；
所述换热器与结晶反应釜之间的管道上连接有氨气源，氨气源用于向进入结晶反应釜的混合气体补充氨气；
所述活性炭吸附箱与换热器之间的管道上安装有第一氨气浓度检测装置与第一硫化氢气体浓度检测装置，所述结晶反应釜进气口处安装有第二氨气浓度检测装置与第二硫化氢气体浓度检测装置，其中第一氨气浓度检测装置用于检测活性炭吸附箱中脱附出来的混合气体中氨气的浓度，第二氨气浓度检测装置用于检测进入结晶反应釜的混合气体中氨气的浓度，第一硫化氢气体浓度检测装置用于检测活性炭吸附箱中脱附出来的混合气体中硫化氢气体的浓度，第二硫化氢气体浓度检测装置用于检测进入结晶反应釜的混合气体中硫化氢气体的浓度，氨气浓度检测装置与硫化氢气体检测装置在检测混合气体中对应气体的浓度后，将浓度数据传输至控制器，控制器根据采集的氨气浓度数据与硫化氢气体浓度数据对氨气源补充气体的速度进行控制；
所述氨气源与结晶反应釜之间安装有均流器，使氨气源补入的氨气在混合气体中均匀混合；
步骤五、尾气处理
将经过结晶反应釜处理的废气排入氨气吸收塔，其中氨气吸收塔中有由上向下喷淋的水，结晶反应釜排出的尾气在废气净化塔中由下至上移动，通过水对废气中的氨气进行吸附回收，完成对生物制药车间外排的废气的处理。
步骤四中改性活性炭的制备方法为：
将工业活性炭加入氢氧化钠水溶液中，在25-30℃温度下恒温振荡10-15h后，静置10-12h；
将活性炭与氢氧化钠水溶液过滤分离后，用去离子水冲洗工业活性炭至中性后在105℃以下的温度中烘干干燥，得到改性活性炭；
所述氢氧化钠水溶液的质量浓度为40%-45%；
该步骤中通过氢氧化钠水溶液处理活性炭，降低活性炭表面总酸度，提升活性炭对氨气以及硫化氢气体的吸附能力。
所述控制器控制氨气源补充氨气的速度的具体方法为;
SS1、第一氨气浓度检测装置与第一硫化氢气体浓度检测装置分别检测活性炭吸附箱中脱附出的混合气体中的氨气浓度A1与硫化氢气体浓度B1，第二氨气浓度检测装置与第二硫化氢气体浓度检测装置分别检测结晶反应釜进气口处的氨气浓度A2与硫化氢气体浓度B2，并将检测结果传输至控制器；
SS2、控制器对氨气浓度与硫化氢气体浓度进行比较；
当2B1≥A1时，控制器控制氨气源的阀门打开到预设开度，在经过预设时间后对氨气浓度A2与硫化氢气体浓度B2进行比较；
若2B2+α＞A2＞2B2，停止调节氨气源的阀门开度；
若2B2≥A2，提升氨气源的阀门开度，直至2B2+α＞A2＞2B2，α为预设值，停止调节氨气源的阀门开度；
若A2≥2B2+α，控制器控制氨气源的阀门降低开度；
当2B1＜A1时，控制器不进行控制调节；
当2B1=A1时，提升氨气源的阀门开度，直至2B2+α＞A2＞2B2，α为预设值，停止调节氨气源的阀门开度；
通过调节进入结晶反应釜的混合气体中氨气与硫化氢气体的比例，使结晶反应釜中结晶产物为硫化铵而非硫化氢铵，提升产物的稳定性；
如图2所示，所述结晶反应釜包括釜体1,釜体1的底部接通有进气管11，釜体1的顶部接通有出气管12，釜体1内部还安装有气相均流器2、冷却装置3以及结晶装置4；
所述气相均流器2安装在进气管11的上方，用于将进气管11导入的混合气体均匀分散，所述冷却装置3安装在气相均流动器2的上方，对经过的混合气体进行冷却降温，在本发明的一个实施例中，所述冷却装置3为液氮降温装置；
所述冷却装置的上方设置有多组结晶装置4，相邻两组结晶装置4之间留有一定空隙，相互不接触，且相邻两组结晶装置4交叉设置，气流在釜体1内由下向上移动时，呈S形向上移动；
所述结晶装置4包括托板8以及安装在托板8一面或两面上的若干结晶柱5，所述结晶柱5包括杆芯7与设置在杆芯7上的丝线6，结晶装置4为氨气与硫化氢气体的反应物提供粗糙的结晶面。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。