Lavage alcalin en cinq étapes + lavage à l'eau + RTO + lavage caustique + lavage à l'eau pour la réduction des COV dans la production de principes actifs pharmaceutiques (API)

01 — Contexte industriel

Production de principes actifs pharmaceutiques : le profil de solvants le plus large et la chimie de combustion la plus complexe de toutes les applications de réduction des COV

La fabrication des principes actifs pharmaceutiques (API) génère les profils d'émissions de COV les plus complexes chimiquement de tous les secteurs industriels. Contrairement à l'impression (esters et alcools), au revêtement (hydrocarbures aromatiques) ou au bitume (hydrocarbures uniquement), la synthèse des API pharmaceutiques utilise une gamme extrêmement large de composés organiques : chaque classe de solvants organiques intervient à un moment ou un autre du procédé. La présence simultanée de solvants halogénés, de solvants soufrés, de solvants aminés et de solvants hydrocarbonés classiques dans un même flux de gaz d'échappement pose de multiples défis aux concepteurs de systèmes de traitement.

L'entreprise étudiée ici a été fondée en 1976. Il s'agit d'une grande société pharmaceutique produisant plus de 160 catégories de produits pharmaceutiques, avec une capacité de production en constante augmentation entre 2018 et 2022. Sa gamme de produits comprend des principes actifs pharmaceutiques (API) pour les domaines anti-infectieux, cardiovasculaire, analgésique et autres, ainsi que des formes galéniques finies. Les multiples lignes de production réparties sur plusieurs ateliers génèrent simultanément des gaz provenant des procédés de fabrication, des émissions liées à la respiration dans les zones de stockage et des rejets de la station d'épuration. Chaque source contribue à un mélange de composés organiques volatils (COV) différent selon les API en cours de synthèse.

Le principal défi technique de cette installation réside dans la présence simultanée de quatre classes de COV chimiquement incompatibles dans le flux gazeux combiné, chacune nécessitant une approche de traitement en aval différente :

• Solvants chlorés (dichlorométhane) : Générer du HCl lors de la combustion RTO à ≥760 °C. Le HCl doit être éliminé par un lavage caustique après le RTO, sinon il corrode tous les équipements en aval et provoque des dépassements des émissions de gaz acides à la cheminée.
• Matières organiques soufrées : La combustion du RTO génère du SO₂ qui se combine avec le NH₃ ou les amines présentes dans le gaz pour former des sels de sulfate d'ammonium. Ces sels, solides à température ambiante, se déposent dans la couche inférieure du lit de stockage thermique en céramique du RTO, provoquant un colmatage au fil du temps. C'est la principale raison de la conception anti-colmatage.
• Composés aminés (morpholine) : La combustion dans un RTO génère du NH₃ et des oxydes d'azote. Le NH₃ se combine aux produits de combustion HCl et SO₂ pour former du chlorure d'ammonium et du sulfate d'ammonium dans les sections aval plus froides du RTO et dans les zones de sortie du lit céramique. La morpholine est également une amine hydrosoluble qui, au contact de l'humidité, crée des conditions corrosives susceptibles d'endommager les équipements.
• Gaz acides issus des rejets du traitement des eaux usées : Les gaz d'échappement de la station d'épuration contiennent du chlorure d'hydrogène (HCl) et d'autres composés acides provenant des eaux usées issues de l'industrie pharmaceutique. Ces substances doivent être éliminées par un lavage alcalin en amont du générateur de vapeur à oxyde solide (RTO), faute de quoi elles provoqueraient la corrosion de la chambre de combustion et des lits céramiques du RTO.

02 — Profil de pollution

Émissions de gaz de procédé pharmaceutique : 5 000 mg/Nm³ de NMHC, HCl (composant corrosif), soufre et composés organiques aminés formant des sels d’ammonium dans l’unité de traitement thermique (RTO).

Le débit standard des gaz résiduaires de toutes les sources de production est de 30 000 Nm³/h, avec un débit de procédé de 33 295 Nm³/h à 50 °C. Puissance du ventilateur : 90 kW ; pression du ventilateur : 5 000 Pa ; diamètre de la gaine : φ900 mm. Teneur en O₂ : 211 TP3T (valeur réelle/de référence). Humidité : 401 TP3T. Le principal composant corrosif est l’acide chlorhydrique (HCl) à 100 mg/Nm³ (classification HCl-100), provenant des gaz résiduaires de la station d’épuration et des solvants chlorés présents dans les gaz de l’atelier. Aucun composé aromatique de la série du benzène n’est répertorié comme espèce principale, bien que les limites de sortie incluent celles du benzène et du toluène, reflétant leur présence à l’état de traces.

Les principaux composés organiques volatils (COV) représentent l'ensemble des réactifs utilisés en synthèse pharmaceutique : acétone, éthanol, acétate d'éthyle, cyclohexane, butanol, dichlorométhane (DCM), morpholine, isopropanol, DMSO, DMF, méthanol et n-propanol. Ce mélange englobe toutes les grandes classes de solvants organiques : alcools simples (éthanol, méthanol, isopropanol, n-propanol, butanol), cétones (acétone), esters (acétate d'éthyle), hydrocarbures cycliques (cyclohexane), solvants chlorés (DCM), amines (morpholine) et solvants aprotiques très polaires (DMSO, DMF). La concentration nominale en COV est de 5 000 mg/Nm³ de NMHC, soit bien au-dessus du seuil autothermique de l'unité de production à température contrôlée (RTO), ce qui permet une production sans consommation de gaz naturel.

03 — Solution de traitement

Chaîne à cinq étapes : chaque étape répond à un défi chimique spécifique dans le flux de COV pharmaceutiques

La chaîne de traitement en cinq étapes a été conçue pour répondre aux défis chimiques spécifiques posés par les gaz résiduaires de principes actifs pharmaceutiques. Chaque étape est indispensable ; sa justification est directement liée à un composant chimique précis du flux gazeux entrant. Cette chaîne représente l’architecture minimale viable pour le traitement de gaz résiduaires de principes actifs pharmaceutiques contenant simultanément du chlorure d’hydrogène (HCl), des composés organiques soufrés, des amines, des solvants chlorés et divers solvants de synthèse pharmaceutique.

Étape 1 : Lavage alcalin — Élimination des gaz acides avant RTO

Les gaz de toutes sources sont collectés par le ventilateur principal et combinés au niveau du collecteur. Avant d'entrer dans l'échangeur de chaleur à retour (RTO), le gaz combiné passe par un lavage alcalin. Ce lavage a pour but d'éliminer les composants acides des gaz, principalement le chlorure d'hydrogène (HCl) provenant des gaz de sortie de la station d'épuration (classé HCl-100 à 100 mg/Nm³) et les gaz acides issus des différents flux de l'atelier. Si ces gaz pénètrent dans le RTO à une concentration de 100 mg/Nm³ de HCl, ils provoquent : (1) la corrosion du revêtement réfractaire du RTO au niveau de la face chaude de la chambre de combustion ; (2) la corrosion de la surface du lit de stockage de chaleur en céramique, réduisant ainsi la capacité de stockage de chaleur au fil du temps ; (3) la corrosion des échangeurs de chaleur et des instruments situés en aval. Le lavage alcalin élimine le HCl présent avant la combustion, protégeant ainsi le RTO des attaques acides. Il assure également un prétraitement de dépoussiérage, éliminant les amines (vapeurs de morpholine) solubles dans l'eau et susceptibles d'être absorbées par la solution de lavage.

Étape 2 : Lavage à l’eau — Gestion des matières organiques hydrosolubles et de l’humidité

Après le lavage alcalin, le gaz passe par une étape de lavage à l'eau afin d'éliminer toute trace de composés organiques hydrosolubles résiduels (DMSO, DMF, méthanol – tous les solvants miscibles à l'eau ayant traversé le lavage alcalin) et d'ajuster sa température et son humidité à la plage acceptable pour l'entrée du RTO (≤ 50 °C). L'humidité élevée résultant des étapes de lavage alcalin et à l'eau nécessite une gestion afin d'éviter la condensation dans les conduits d'entrée du RTO et de préchauffer le gaz avant le passage dans le lit céramique. Le gaz pénètre dans la tour de lavage à l'eau par le bas et monte uniformément à travers la section d'épuration. La tour utilise un système de pulvérisation à deux couches : une couche inférieure pour le contact initial et un système de pulvérisation d'élimination des brouillards pour l'élimination finale des aérosols. L'effluent du lavage à l'eau est acheminé vers le système de traitement des eaux usées de l'installation.

Étape 3 : RTO à trois lits à ≥ 760 °C — Oxydation thermique des COV

Le gaz prétraité pénètre dans l'unité RTO à trois lits. À une concentration de NMHC de 5 000 mg/Nm³, l'unité RTO fonctionne en mode autothermique à ≥ 760 °C sans apport de gaz naturel en production normale. Paramètres clés : débit de traitement : 30 000 m³/h ; température d'entrée : ≤ 50 °C ; rendement de traitement : > 991 TP3T ; rendement thermique : > 951 TP3T ; température d'oxydation : > 760 °C ; temps de séjour : > 1,2 s ; puissance calorifique du brûleur : 900 000 kcal/h ; débit de gaz naturel au ralenti : 118 m³/h ; débit de gaz naturel pour le refroidissement au ralenti : 40 m³/h ; consommation au démarrage à froid : 250 m³ ; perte de charge du système : < 3 900 Pa ; poids : 90 t ; encombrement : 24 × 19 m.

La combustion RTO à ≥ 760 °C oxyde tous les composés organiques en CO₂ et H₂O, et génère des produits de combustion secondaires à partir des espèces halogénées et hétéroatomiques : la combustion du DCM produit du HCl ; la combustion des composés organiques soufrés produit du SO₂ ; la combustion de la morpholine produit du NH₃ et du NOx. Ces produits de combustion secondaires doivent être gérés par les étapes post-RTO.

Le RTO intègre également une structure anti-colmatage spécialement conçue (détaillée dans la section 04 ci-dessous) pour gérer le dépôt de sel d'ammonium qui bloquerait progressivement la couche inférieure des lits de stockage de chaleur en céramique.

Étape 4 : Lavage caustique — Élimination du HCl post-RTO

Les gaz de sortie de l'unité de traitement du gaz (RTO) contiennent du HCl généré par la combustion du DCM (CH₂Cl₂ + O₂ → CO₂ + H₂O + 2HCl). Le lavage caustique (laveur de NaOH) capture ce HCl : HCl + NaOH → NaCl + H₂O. Sans ce lavage caustique post-RTO, le HCl corroderait tous les équipements en aval et entraînerait des dépassements des seuils d'émissions de gaz acides fixés par la directive européenne sur la production d'énergie atomique (IED). La concentration de NaOH doit être surveillée et maintenue en permanence ; un dosage automatique de NaOH est déclenché lorsque le pH descend en dessous de la valeur cible. Le lavage caustique capture également tout SO₂ résiduel issu de la combustion de composés organiques soufrés, en le convertissant en sulfate de sodium dans la solution de lavage.

Étape 5 : Lavage final à l’eau — Élimination de l’ammoniaque et des résidus de composés basiques

Après le lavage à la soude caustique, le gaz subit un dernier lavage à l'eau. Cette étape permet de capturer : (1) le NH₃ généré par la combustion de la morpholine (la morpholine est une amine cyclique qui produit du NH₃ et d'autres composés azotés basiques par oxydation thermique) ; (2) les amines organiques résiduelles qui n'ont pas été totalement oxydées dans l'unité de traitement thermique ; (3) les éventuelles traces de brouillard issues du lavage à la soude caustique. Ce dernier lavage à l'eau garantit un pH neutre des gaz rejetés par la cheminée et leur absence de composés basiques en phase vapeur susceptibles de provoquer des nuisances olfactives ou des problèmes de qualité de l'air ambiant à proximité de l'installation.

Chaque étape vise à résoudre un problème chimique spécifique. Aucune étape ne peut être omise sans risque de non-conformité au permis ou d'endommagement du matériel.

Spécifications de l'équipement

04 — Conception anti-colmatage du RTO

Pourquoi les gaz de dégagement des principes actifs pharmaceutiques bloquent les lits céramiques RTO standard, et comment la conception modulaire de la couche inférieure résout ce problème

La conception anti-colmatage est l'innovation technique majeure de cette installation, développée spécifiquement pour le traitement des gaz résiduaires des principes actifs pharmaceutiques. Comprendre l'inefficacité des lits céramiques RTO standard dans ce contexte nécessite de comprendre le mécanisme de dépôt des sels d'ammonium.

Le mécanisme de blocage par le sel d'ammonium

Au cours du cycle de commutation à trois lits du RTO, le lit céramique passant du mode sortie (chaud, environ 600–700 °C à la sortie) au mode entrée subit une phase de purge avant de devenir le lit d'entrée. Durant cette transition, la température de la partie inférieure (face d'entrée) du lit céramique diminue pour se rapprocher de la température ambiante, car elle reçoit d'abord du gaz entrant froid. Le gaz de sortie du RTO du cycle précédent contient du HCl et du SO₂ générés par la combustion des produits pharmaceutiques chlorés et soufrés. Lorsque ce gaz chaud traverse le lit à sa sortie, et plus particulièrement lors de la transition et du refroidissement de la face inférieure du lit :

• HCl + NH₃ (issu de la combustion de la morpholine) → NH₄Cl (chlorure d'ammonium) — sel cristallin solide, température de sublimation 338 °C
• SO₂ + H₂O + NH₃ → (NH₄)₂SO₃ (sulfite d'ammonium) → (NH₄)₂SO₄ (sulfate d'ammonium) — sel cristallin solide, stable jusqu'à 235 °C

Ces sels d'ammonium sont gazeux à la température de combustion ≥ 760 °C (phase vapeur), mais se condensent en cristaux solides lorsque le gaz se refroidit en traversant la section d'entrée froide du lit de stockage de chaleur en céramique. Les sels s'accumulent au fond du lit en céramique — la partie la plus froide, la plus proche de l'entrée de gaz — rétrécissant progressivement les canaux jusqu'à les obstruer. Les systèmes RTO classiques ne permettent pas de remédier à cette obstruction sans un arrêt complet du système et le remplacement du lit en céramique.

La solution modulaire anti-colmatage de la couche inférieure

La conception anti-colmatage sépare la partie inférieure de chaque lit de stockage de chaleur en céramique en une unité modulaire indépendante, physiquement distincte du lit principal situé au-dessus. Cette couche inférieure est la zone où le dépôt de sels d'ammonium est le plus important. La conception modulaire offre trois possibilités de maintenance qu'un lit monolithique en céramique standard ne possède pas :

• Accès à la plateforme de maintenance au bas du lit en céramique : Une passerelle/plateforme dédiée, située au niveau de la base du RTO, permet au personnel de maintenance d'accéder directement à la couche céramique inférieure sans nécessiter l'arrêt du système. Ceci permet l'inspection visuelle et l'évaluation de l'état de cette couche sans interrompre la production.
• Trous d'accès dédiés dans la plaque inférieure : Des orifices d'accès situés au bas de chaque module de lit permettent d'insérer les outils de maintenance et le matériel de rinçage dans la couche de céramique inférieure par le dessous, sans perturber le lit de céramique principal situé au-dessus.
• Capacité de rinçage par pulvérisation : Des buses de pulvérisation installées dans le module de la couche inférieure permettent de dissoudre les dépôts de sels d'ammonium lorsque la température de cette couche est abaissée à environ 50 °C. La température de rinçage étant de 50 °C et non la température ambiante, il n'est pas nécessaire d'arrêter complètement le système ni de le refroidir à température ambiante ; seule la couche inférieure doit atteindre 50 °C, ce qui est possible en faisant circuler temporairement un gaz chaud autour de cette couche. Le rinçage dissout et évacue les dépôts de sels d'ammonium sous forme d'eau de lavage, qui est ensuite traitée dans le système d'assainissement.
• Remplacement indépendant de la couche céramique inférieure : Si la couche céramique inférieure est fortement obstruée et ne peut plus être rincée, elle peut être remplacée indépendamment, sans avoir à démonter le lit céramique principal situé au-dessus. Cette couche inférieure a un impact minimal sur les performances thermiques du lit principal et utilise un matériau céramique économique et de faible volume. Cela réduit considérablement le temps et le coût de la maintenance du lit céramique par rapport à son remplacement complet.

L'avantage opérationnel majeur réside dans la possibilité d'effectuer le rinçage de la couche inférieure sans interruption de fonctionnement du RTO. En effet, la configuration à trois lits permet la mise hors service temporaire du lit obstrué (le gaz le contourne) pendant son rinçage et sa remise en service. Le cycle de rinçage se déroule comme suit : (1) abaissement de la température du lit obstrué à 50 °C par réduction du débit de gaz ; (2) pulvérisation d'eau pour dissoudre les dépôts de sels d'ammonium ; (3) vidange de l'eau de rinçage ; (4) réchauffement du lit par rétablissement du débit de gaz ; (5) retour au fonctionnement normal à trois lits. Durée totale d'interruption de maintenance du lit concerné : environ 2 à 4 heures. Aucune interruption de production pour l'ensemble du système.

05 — Résultats opérationnels

Vérifié : 99,61 % d'élimination des COV (TP3T), en ligne < 20 mg/m³, catégorie B Entreprise, réduction de 1 195 t/an

Après la mise en service, la surveillance en ligne des émissions de COV (CEMS) a constamment montré des concentrations de COVNM inférieures à 20 mg/m³ à la cheminée, dépassant largement la limite autorisée localement (60 mg/m³) et respectant simultanément la norme nationale API relative aux émissions de COV (20 mg/Nm³). L'entreprise a ainsi obtenu la classification d'émissions de classe B. L'expérience acquise confirme la pertinence du choix technologique : la composition complexe des gaz, provenant de sources diverses, contient des composés halogénés, est importante et, compte tenu de cette complexité, les solvants ne sont pas récupérables. Par conséquent, l'oxydation thermique par stockage de chaleur (RTO) s'avère être la technologie la plus appropriée pour cette application.

06 — Principaux avantages

Cinq raisons pour lesquelles cette architecture est adaptée aux flux de COV complexes des API pharmaceutiques

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  La chaîne à cinq étapes est l'architecture minimale viable pour le traitement des gaz résiduaires des principes actifs pharmaceutiques contenant simultanément des composants chlorés, soufrés et aminés — aucune étape ne peut être omise : Chaque étape remplit une fonction essentielle : le lavage alcalin élimine le HCl avant l’oxydation rapide ; le lavage à l’eau élimine les composés hydrosolubles et l’humidité ; l’oxydation rapide détruit les COV à une température ≥ 991 TP3T ; le lavage caustique élimine le HCl généré par la combustion du DCM ; le lavage final à l’eau élimine le NH₃ issu de la combustion des amines. Omettre une seule étape entraîne soit une détérioration de l’équipement d’oxydation rapide (omission du lavage alcalin/à l’eau), soit une non-conformité des émissions de la cheminée (omission du lavage caustique/à l’eau). La complexité de ces cinq étapes n’est pas excessive ; elle correspond exactement à la complexité minimale requise par la chimie spécifique de ce gaz résiduaire de principe actif pharmaceutique.
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  La conception anti-colmatage transforme un événement de maintenance interrompant la production en une opération de rinçage en ligne, éliminant ainsi le principal risque de fiabilité lié à l'arrêt de production dans les applications pharmaceutiques : Sans le système anti-colmatage, l'obstruction du lit céramique par les sels d'ammonium nécessiterait un arrêt complet du système pour son remplacement tous les 6 à 12 mois dans le cadre d'une application pharmaceutique générant d'importantes quantités de gaz résiduaires de principes actifs. Chaque arrêt engendrerait des coûts supplémentaires liés au temps de production, au remplacement du lit céramique et à la main-d'œuvre. Le système anti-colmatage permet de réaliser une opération de rinçage en ligne de 2 à 4 heures, sans arrêt du système. Le remplacement complet de la couche céramique n'est nécessaire que lorsque le rinçage n'est plus efficace (généralement tous les 2 à 3 ans pour la couche inférieure uniquement). Il s'agit d'une amélioration fondamentale de la rentabilité du système, particulièrement adaptée aux applications pharmaceutiques contenant des COV halogénés et aminés.
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  À une concentration de 5 000 mg/Nm³ de NMHC, l’unité RTO fonctionne en mode entièrement autothermique — le coût annuel du gaz naturel est nul pendant les heures de production : La forte concentration en COV lors de la production de principes actifs pharmaceutiques (synthèse multisolvant, débit élevé) génère suffisamment de chaleur exothermique pour maintenir l'unité de traitement à température ambiante (RTO) à ≥ 760 °C sans apport de combustible. La consommation de gaz naturel en fonctionnement normal est nulle. Les coûts d'exploitation annuels, de 960 000 RMB, sont entièrement composés d'électricité (145 kWh/h) et d'air comprimé (4 RMB/h). Pour un système de 30 000 m³/h à cinq étapes de traitement, ce rapport coût-efficacité est excellent, notamment compte tenu de la complexité de la chaîne d'épuration qui engendrerait des coûts supplémentaires en réactifs dans d'autres configurations.
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  Un raccordement pour la récupération de chaleur résiduelle est prévu sur la sortie haute température du RTO en vue d'une intégration future : La conception du RTO inclut un raccordement de sortie haute température pour la récupération future de la chaleur résiduelle. À 5 000 mg/Nm³ de NMHC et 30 000 m³/h, le RTO génère une chaleur exothermique nettement supérieure aux besoins de son fonctionnement autothermique. Ce surplus de chaleur est disponible pour la production de vapeur, d'eau chaude ou pour l'alimentation en chaleur des procédés de l'usine pharmaceutique, où les besoins en chaleur pour la régulation de la température des réacteurs de synthèse, le séchage et le conditionnement des installations sont importants tout au long de l'année. La récupération de la chaleur résiduelle est prévue mais pas encore installée ; sa mise en œuvre permettra de réduire davantage le coût d'exploitation annuel net en compensant les achats de chaleur pour l'usine.
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  La destruction des COV par le 99.6% répond aux normes d'émission les plus strictes de l'industrie pharmaceutique avec une large marge de conformité : La concentration réelle de 18 mg/Nm³ en sortie, comparée à la limite autorisée localement de 60 mg/Nm³ et à la norme nationale de l'industrie des principes actifs pharmaceutiques (API) de 20 mg/Nm³, offre une marge de conformité importante. Cette marge est particulièrement cruciale pour un site de production pharmaceutique où les calendriers de production peuvent évoluer rapidement, de nouvelles voies de synthèse peuvent être introduites et la concentration de COV peut varier considérablement d'une campagne de production à l'autre. Le maintien d'une concentration en sortie constante de 18 mg/Nm³, pour une limite de 60 mg/Nm³, garantit une marge de sécurité conforme à la norme 70%, absorbant ainsi les variations normales de production sans risque de dépassement des seuils autorisés.

07 — Précautions d'implémentation

Leçons d'ingénierie essentielles pour les demandes d'autorisation de transfert de technologie (RTO) des principes actifs pharmaceutiques (API).

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  Ne jamais spécifier un RTO standard sans conception anti-colmatage pour les gaz résiduaires de principes actifs pharmaceutiques contenant à la fois des solvants aminés et halogénés — le blocage par des sels d'ammonium entraînera une panne du système dans un délai de 6 à 12 mois sans cette conception : Il ne s'agit pas d'un risque hypothétique, mais d'un mécanisme de défaillance avéré qui s'est produit à maintes reprises dans des installations RTO pharmaceutiques à travers le monde, dépourvues de système anti-colmatage. Les sels de chlorure d'ammonium et de sulfate d'ammonium qui se forment au fond du lit céramique constituent des dépôts extrêmement persistants, impossibles à éliminer par les cycles de purge RTO standard ou par un fonctionnement à haute température. Lorsque le colmatage atteint environ 30% de la section transversale du canal céramique, la chute de pression du système augmente considérablement et le ventilateur RTO ne peut plus maintenir le débit d'air nominal. L'arrêt complet du système pour le remplacement de l'ensemble du lit céramique est alors nécessaire. La couche inférieure modulaire anti-colmatage prévient totalement ce type de défaillance.
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  Surveillez en continu la chute de pression de la couche inférieure et planifiez le rinçage de manière proactive avant que le blocage ne devienne grave — n’attendez pas une dégradation des performances avant de procéder au rinçage : La conception anti-colmatage permet le rinçage, mais celui-ci n'est efficace que s'il est effectué avant que le colmatage ne soit trop important. Mesurez la perte de charge à travers la couche céramique inférieure, séparément de celle du lit principal, à l'aide de prises de pression dédiées. Lorsque la perte de charge de la couche inférieure augmente de plus de 301 TP3T par rapport à la valeur de référence en conditions normales, planifiez un cycle de rinçage lors de la prochaine intervention de maintenance. Si la perte de charge double, le colmatage est plus important et plusieurs cycles de rinçage, voire un remplacement partiel de la céramique, peuvent être nécessaires.
• ⚠️
  Toute nouvelle voie de synthèse ou tout nouveau solvant introduit dans le système de collecte des gaz doit être évalué quant à son impact sur le taux de dépôt du sel d'ammonium et la chimie du lavage caustique : La chaîne de cinq étapes a été conçue pour le profil de solvants et les concentrations de composants corrosifs spécifiques documentés lors de sa conception. Toute nouvelle voie de synthèse introduisant différents composés aminés (triéthylamine, pyridine, pipéridine) ou différents solvants halogénés (chloroforme, tétrachlorure de carbone, trichloroéthylène) modifiera la vitesse de dépôt des sels d'ammonium et la quantité d'HCl nécessaire au lavage caustique. Une analyse de la gestion des changements est obligatoire avant l'introduction de tout nouveau solvant. L'introduction de solvants fluorés nécessiterait un lavage à l'HF en aval, en plus du lavage à l'HCl, pour lequel le lavage caustique actuel n'est pas conçu.
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  La concentration de NaOH dans la solution de lavage caustique doit être maintenue en permanence au-dessus du minimum — une fuite de HCl provenant d'une solution de lavage caustique épuisée constitue une urgence en matière de sécurité et de conformité : Le lavage caustique après l'unité de traitement des gaz résiduels (RTO) capture le HCl issu de la combustion du dichlorométhane (DCM). Si l'approvisionnement en soude caustique (NaOH) est épuisé ou si sa concentration descend en dessous du seuil d'absorption efficace, le HCl s'échappe par la cheminée. À une sortie de RTO de 30 000 m³/h avec une combustion importante de DCM, une défaillance du lavage caustique peut entraîner des émissions de HCl à la cheminée largement supérieures aux limites autorisées en quelques minutes. Le réservoir de stockage de NaOH doit avoir une autonomie minimale de 96 heures à la charge maximale de HCl prévue. Un dosage automatique de NaOH, déclenché par la surveillance du pH, doit être mis en œuvre, avec une alarme distincte pour signaler un niveau de NaOH critique dans le réservoir.

08 — Leçons tirées en ingénierie

Quatre leçons tirées de ce projet RTO de principe actif pharmaceutique

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  La conception anti-colmatage n'est pas optionnelle pour les applications RTO d'API pharmaceutiques où des solvants aminés et halogénés sont tous deux présents ; il s'agit d'une exigence d'ingénierie obligatoire pour la fiabilité à long terme du système. L'intégration d'une couche inférieure modulaire anti-colmatage représente un investissement initial supplémentaire, mais élimine les interruptions de production liées au remplacement du lit céramique, qui auraient lieu tous les 6 à 12 mois. Sur une durée de vie de 10 ans, cette conception anti-colmatage permet d'économiser : 8 à 16 remplacements de lit céramique à 15 000 à 30 000 RMB chacun, soit un investissement initial évité de 120 000 à 480 000 RMB ; ainsi que 8 à 16 arrêts de production de 1 à 2 jours chacun, soit 8 à 32 jours de production perdus. L'investissement initial lié à cette conception anti-colmatage est amorti en 18 à 24 mois d'exploitation.
• 2
  La chaîne à cinq étapes de ce projet, comparée à la chaîne à quatre étapes du cas 22 (pharmaceutique), reflète le composant supplémentaire d'amine de morpholine nécessitant une cinquième étape (lavage final à l'eau pour l'élimination du NH₃) que l'autre installation pharmaceutique n'avait pas. Le cas 22 comprenait : lavage à l'eau → RTO → lavage caustique → lavage acide (quatre étapes). Le cas 29 comprenait : lavage alcalin → lavage à l'eau → RTO → lavage caustique → lavage à l'eau (cinq étapes). Cette différence s'explique par la présence d'HCl supplémentaire dans le gaz entrant (nécessitant un lavage alcalin avant RTO au lieu d'un lavage à l'eau) et par la présence de morpholine amine (nécessitant un lavage à l'eau après le traitement caustique pour NH₃ au lieu d'un lavage acide pour d'autres composés basiques). Ceci illustre comment chaque site de production pharmaceutique développe une chaîne de traitement adaptée à ses besoins spécifiques en matière de synthèse chimique.
• 3
  Avec un fonctionnement RTO autothermique à 5 000 mg/Nm³ de NMHC, le coût d’exploitation annuel de 960 000 RMB pour une réduction de 30 000 m³/h et de 1 195 t/an de COV représente un bon rapport qualité-prix par rapport à l’alternative (absence de traitement) qui engendrerait des pénalités pour non-conformité aux permis dépassant largement 960 000 RMB/an dans un environnement réglementaire de l’UE. L'économie des autorisations de rejet pharmaceutiques (RTO) est déterminée par les sanctions réglementaires encourues en cas de non-conformité : le benzène (cancérogène du groupe 1), le dichlorométhane (cancérogène suspecté), la morpholine (toxine pour la reproduction de catégorie 3) et le DMSO sont tous des composés soumis à des limites strictes de qualité de l'air ambiant et professionnel. Le coût annuel de mise en conformité, qui s'élève à 960 000 RMB, est justifié par le profil de risque réglementaire des émissions non traitées.
• 4
  Le principe de conception modulaire anti-colmatage est transposable à toute application RTO où le gaz contient simultanément des amines et des gaz acides (HCl ou SO₂) qui forment des sels à des températures inférieures à 200 °C. Le dépôt de sels d'ammonium se produit lorsque : (1) le gaz contient des composés organiques azotés ou du NH₃ qui persistent jusqu'à la sortie du RTO ; et (2) le gaz contient également du HCl ou du SO₂ (provenant de composés halogénés ou soufrés) à la sortie du RTO. Toute combinaison de ces deux conditions, dans toute application industrielle (et pas seulement pharmaceutique), crée les conditions propices au dépôt de sels d'ammonium dans les zones les plus froides du lit céramique du RTO. Autres industries concernées : chimie fine (traitement des amines et solvants halogénés), formulation de pesticides, production de produits chimiques pour le caoutchouc. Il est impératif de prévoir une conception anti-colmatage pour toute application présentant ces caractéristiques chimiques.

09 — Foire aux questions

Réduction des COV en cinq étapes pour les principes actifs pharmaceutiques (API) : réponses à dix questions

Questions des responsables des permis environnementaux, des ingénieurs de procédés et des équipes EHS des installations de fabrication de principes actifs pharmaceutiques, d'intermédiaires et de formulations qui planifient des systèmes de réduction des COV RTO en cinq étapes conformément aux exigences de la directive européenne IED / du décret néerlandais sur les activités.

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