医药行业活性炭纤维吸附-蒸汽脱附回收甲苯工程实例

医药行业原料药废气处理中，活性炭纤维（ACF）相比传统活性炭具有显著优势，以下是其核心优势及技术特点：

吸附速率与容量提升
活性炭纤维比表面积可达1300-1500m²/g（BET法），远超颗粒活性炭（约800-1000m²/g），且微孔分布更密集，可快速捕获废气中的低浓度挥发性有机物（VOCs）。例如，对丙酮、乙醇等医药溶剂吸附速率提高2-3倍。

精准选择性吸附
通过调控表面官能团（如羧基、酚基），优先吸附医药废气中的特定成分（如抗生素中间体、残留溶剂）。

物理化学稳定性
耐强酸、强碱及高温（最高耐受300℃），适应原料药生产中的复杂废气环境（如含酸碱蒸汽的混合废气）

再生便捷性
活性炭纤维可通过水蒸气脱附实现原位再生，溶剂回收率≥95%，且再生后吸附性能衰减＜5%，而颗粒活性炭再生后性能通常下降10-20%。

1. 工艺说明

该工艺处理装置采用两个碳纤维吸附器为主体的吸附回收系统，吸附-脱附-干燥再生工序均在吸附器内完成。活性炭纤维有机废气吸附回收装置工艺流程见下图。

活性碳纤维有机废气回收装置由2个吸附器组成共同组成一个管路系统， 当吸附器A吸附时，吸附器B解吸，再生， 各吸附器吸附-解吸-再生依次进行。有机废气一般从底部进入吸附器，其中有机物被活性炭纤维毡吸附下来，净化后的尾气由吸附器顶部排出。脱附蒸汽由吸附器顶部进入，穿过活性炭纤维毡，将被吸附的有机物脱附下来并带入冷凝器， 有机物和水蒸气被冷凝下来流入分层槽，通过重力沉降作用进行分离。分离出的有机相转入有机溶剂储罐， 分离出的水相作为污水排放至厂方化学污水系统集中处理后排放。整个工艺过程通过DCS程序自动控制，交替进行吸附、解吸、干燥工艺过程。

2. 系统运行参数和安全保障

2.1 系统运行参数

（1）废气成分及处理要求：该废气中含有甲苯、微量青霉素亚砜、氨气，其中甲苯排放质量浓度约为10000mg/m3，废气流量为5000m3/h，排气温度为50 ℃。

（2）处理气量确定：根据甲苯性质、废气流量及浓度，考虑处理系统留有10%的操作余量，确定进入吸附装置的实际废气处理能力Q = 5500m3/h。

（3）系统阻力：系统阻力包括管路系统和吸附器本身的阻力，根据计算和实际经验，确定整个系统的阻力为5000Pa。

（4）空塔气速：根据HJ 2026—2013《吸附法工业有机废气治理工程技术规范》中要求“固定床吸附装置吸附层（活性炭纤维）的气速宜小于0.15 m/s”，

依此本设计确定空塔气速为0.15m/s。

（5）吸附温度：35 ℃。

（6）脱附温度：110 ℃。

2.2 吸附装置安全保障

根据HJ 2000—2010 《大气污染治理工程技术导则》，HJ 2026—2013《吸附法工业有机废气治理工程技术规范》等相关技术规范，为了使吸附系统能有效而安全地操作，需注意以下问题：

（1）考虑含甲苯废气的爆炸极限。甲苯的爆炸极限为1.2% -7.0%。因此对应的甲苯质量浓度应在爆炸下限的25%以下。根据体积分数计算下限浓度为49360mg。

（2）切实确保系统的密封性。吸附、解吸和回收。由于整个系统始终处于频繁切换之中， 因此设计上选用特殊结构的密封垫以保证系统有良好的密封，或将正压送风调整为负压抽风， 将整个系统气体泄漏降至最低限度，确保设备安全运行。

（3）控制系统的自动化。本系统吸附-脱附-再生工序设计为DCS 系统自动控制，当出现运行故障时，程序自动报警并转入待机状态，有机废气通过三通放空阀紧急排放，不影响正常生产。

（4）系统温度的控制。吸附过程是一个放热过程，在连续吸附操作进行时，床层温度会持续升高，导致吸附效率下降，同时给系统的安全运行带来隐患。系统采用了床层温度报警装置，当温度超过设定值时，系统会自动报警并自动切换到安全位置； 同时启动降温装置，保证系统正常安全运行。具体设计规定：

①温度高位报警：当吸附器在实行吸附操作时，其最大温度不得超过60 ℃（甲苯的沸点约为110℃），若温度≥ 60 ℃时，应予报警。

②温度高位报警连锁控制： 当冷却器出口甲苯温度超过60 ℃时报警， 同时信号送入DCS，DCS 发出指令关闭蒸汽阀门。

3. 装置运行情况

活性碳纤维甲苯吸附回收装置已安装正式投入一年，运行稳定，甲苯回收率高，回收的甲苯可直接回用于生产系统。

采用活性炭纤维装置回收尾气中的甲苯的回收率很高， 绝大多数情况下稳定在97%，但尾气中甲苯排放浓度不符合GB 16297—1996 《大气污染物综合排放标准》表2中二级标准， 故还需进一步采取治理措施以使其达标排放，可考虑末端吸附。

4. 经济分析

（1）每年回收甲苯的价值：根据运行情况分析，该医药中间体企业此套装置尾气排放量为10000 m3/h，按每年运行时间8000 h，尾气中甲苯平均质量浓度

由10000 mg/m3 降至30 mg/m3，若按此计算，每年可回收甲苯390 t。甲苯价格按6 000 元/t 计（近年来平均价格），则每年回收甲苯价值为234 万元。

（2）设备投资：小于200 万元。

（3）年运行费用：电费约11.52 万元；蒸汽费用约15.5 万元；冷却水、仪表运行费用约7 万元；设备折旧、资金利息、维修费用约20 万元；合计为54 万元。 

（4）年净增效益：234 - 54 = 180 万元。一年多即可收回投资成本。

建议：医药企业选择活性炭纤维时，需根据废气成分定制表面改性方案（如针对含氮废气增加碱性官能团），并定期监测纤维的碘值（建议≥1000mg/g）以保障吸附效能