의약품 원료의약품 생산 시 VOC 저감을 위한 5단계 알칼리 세척 + 물 세척 + 역삼투압(RTO) + 가성소다 세척 + 물 세척 공정

01 — 산업 배경

의약품 원료의약품 생산: 모든 VOC 저감 적용 분야 중 가장 광범위한 용매 사용 범위와 가장 복잡한 연소 화학 반응을 보이는 분야

의약품 활성 성분(API) 제조는 모든 산업 분야 중에서 가장 복잡한 화학적 조성의 휘발성 유기화합물(VOC) 배출 프로파일을 생성합니다. 인쇄(에스테르 및 알코올), 코팅(방향족 탄화수소), 또는 아스팔트(탄화수소만 사용)와는 달리, 의약품 API 합성은 매우 광범위한 유기 화학 물질을 사용하며, 모든 종류의 유기 용매가 제약 공정 어딘가에 존재합니다. 할로겐화 용매, 황 함유 용매, 아민 함유 용매, 그리고 일반 탄화수소 용매가 하나의 혼합 배출 가스 흐름에 동시에 존재하기 때문에, 처리 시스템 설계자는 여러 가지 상충되는 문제에 직면하게 됩니다.

본 사례 연구 대상 기업은 1976년에 설립된 대형 제약 회사로, 160가지 이상의 의약품을 생산하며 2018년부터 2022년까지 생산 규모가 지속적으로 확대되었습니다. 제품군은 항감염제, 심혈관계 질환 치료제, 진통제 및 기타 치료 분야의 원료의약품(API)과 완제 의약품을 포함합니다. 여러 작업장에 걸쳐 있는 다수의 생산 라인은 작업 공정, 탱크 구역의 호흡 배출물, 폐수 처리 시설 배출 가스 등 다양한 출처에서 동시에 가스를 발생시키며, 각 출처는 당시 합성 중인 원료의약품에 따라 서로 다른 휘발성 유기화합물(VOC) 혼합물을 생성합니다.

이 설비의 핵심적인 엔지니어링 과제는 혼합 가스 흐름에 화학적으로 비호환적인 4가지 종류의 VOC가 동시에 존재한다는 점이며, 각 종류마다 서로 다른 후처리 방식이 필요합니다.

• 염소계 용매(디클로로메탄): RTO 연소 시 760°C 이상에서 HCl이 생성됩니다. 생성된 HCl은 RTO 후 가성소다 세척을 통해 제거해야 하며, 그렇지 않으면 하류 장비 전체가 부식되고 산성 가스 배출 기준치를 초과하게 됩니다.
• 황 유기물: RTO 연소 시 SO₂가 생성되는데, 이는 가스 내의 NH₃ 또는 아민과 결합하여 황산암모늄염을 형성합니다. 이 황산암모늄염은 상온에서 고체 상태이며 RTO 세라믹 축열층의 바닥층에 침전되어 시간이 지남에 따라 막힘 현상을 일으킵니다. 이것이 바로 막힘 방지 설계가 필요한 주요 이유입니다.
• 아민 화합물(모르폴린): RTO 연소 시 NH₃와 질소산화물이 생성됩니다. NH₃는 HCl 및 SO₂ 연소 생성물과 결합하여 RTO의 냉각된 하류 부분과 세라믹 베드 출구 영역에서 염화암모늄 및 황산암모늄 염을 형성합니다. 또한 모르폴린은 수용성 아민으로, 수분과 접촉 시 부식성을 일으켜 장비를 손상시킵니다.
• 폐수 처리 과정에서 발생하는 산성 가스: 폐수 처리장의 배출 가스에는 제약 공정 폐수에서 유래한 HCl 및 기타 산성 성분이 포함되어 있습니다. 이러한 성분은 RTO(역열 산화기) 전에 전처리 알칼리 세척을 통해 제거해야 하며, 그렇지 않으면 RTO 연소실과 세라믹 베드의 부식을 유발할 수 있습니다.

02 — 오염 현황

의약품 원료의약품 배출가스: 5,000 mg/Nm³ NMHC, HCl 부식성 성분, RTO에서 암모늄염을 형성하는 황 및 아민 유기물

모든 생산 공정에서 배출되는 가스의 총량은 표준 30,000 Nm³/h이며, 50°C에서의 공정량은 33,295 Nm³/h입니다. 팬 출력: 90 kW, 팬 압력: 5,000 Pa, 덕트 직경: φ900 mm. 산소 함량: 실제/기준치 211 TP3T. 습도: 401 TP3T. 주요 부식성 성분은 HCl이며, 농도는 100 mg/Nm³(HCl-100 등급)입니다. 이는 폐수 처리장의 배출 가스와 작업장 가스에 포함된 염소계 용제에서 유래합니다. 벤젠 계열 방향족 화합물은 주요 오염물질로 분류되지 않았지만, 배출 기준에는 미량의 벤젠과 톨루엔이 포함되어 있습니다.

주요 VOC 성분은 아세톤, 에탄올, 에틸 아세테이트, 시클로헥산, 부탄올, 디클로로메탄(DCM), 모르폴린, 이소프로판올, DMSO, DMF, 메탄올, n-프로판올 등 의약품 합성 화학의 모든 범위를 반영합니다. 이 혼합물은 단순 알코올(에탄올, 메탄올, 이소프로판올, n-프로판올, 부탄올), 케톤(아세톤), 에스테르(에틸 아세테이트), 고리형 탄화수소(시클로헥산), 염소계 용매(DCM), 아민(모르폴린), 고극성 비양성자성 용매(DMSO, DMF) 등 모든 주요 유기 용매 종류를 포함합니다. 설계 VOC 농도는 5,000 mg/Nm³ NMHC로, RTO 자열 임계값을 훨씬 상회하므로 정상 생산 과정에서 천연가스를 전혀 소비하지 않습니다.

03 — 치료 솔루션

5단계 체인: 각 단계는 제약 VOC 흐름에서 발생하는 특정 화학적 문제를 해결합니다.

5단계 처리 공정은 이 의약품 원료의약품(API) 배출가스에 포함된 특정 화학적 문제점을 해결하기 위해 설계되었습니다. 각 단계는 필수적이며, 각 단계의 근거는 유입되는 가스 흐름의 특정 화학 성분과 직접적으로 연관되어 있습니다. 이 공정은 염산(HCl), 황 함유 유기 화합물, 아민, 염소계 용매 및 다양한 의약품 합성 용매를 동시에 함유하는 의약품 API 배출가스에 대한 최소한의 필수 처리 체계를 나타냅니다.

1단계: 알칼리 세척 - RTO 전 산성 가스 제거

모든 발생원의 가스는 주 팬에 의해 포집되어 헤더에서 합쳐집니다. 합쳐진 가스는 RTO에 들어가기 전에 알칼리 세척 단계를 거칩니다. 이 단계의 목적은 산성 가스 성분, 특히 하수처리장 배출가스(HCl-100으로 분류되며 농도는 100 mg/Nm³)의 HCl과 각 작업장 배출 가스에서 발생하는 산성 가스를 제거하는 것입니다. 이러한 산성 가스가 100 mg/Nm³의 HCl 농도로 RTO에 유입될 경우 다음과 같은 문제를 야기합니다. (1) 연소실 고온면의 RTO 내화 라이닝 ​​부식; (2) 세라믹 축열층 표면 부식으로 인한 시간 경과에 따른 축열 용량 감소; (3) 하류 열교환기 및 계측기 부식. 알칼리 세척은 연소 전 HCl을 제거하여 RTO를 산성 공격으로부터 보호합니다. 또한 알칼리 세척은 전처리 세정 기능을 제공하여 세척액에 흡수될 수 있는 수용성 아민 가스(모르폴린 증기)를 제거합니다.

2단계: 물 세척 - 수용성 유기물 및 습도 관리

알칼리 세척 후, 가스는 잔류 수용성 유기물(DMSO, DMF, 메탄올 등 알칼리 세척을 통과하는 모든 수용성 용매)을 제거하고 가스 온도와 습도를 RTO 입구 허용 범위(≤50°C)로 조정하기 위해 수세 단계로 들어갑니다. 알칼리 및 수세 단계에서 발생하는 높은 습도로 인해 RTO 입구 덕트에서의 결로를 방지하고 세라믹 베드 전에 가스를 예열하는 관리가 필요합니다. 가스는 수세탑 하단에서 유입되어 스크러빙 섹션을 통해 균일하게 상승합니다. 이 탑은 2층 분무 시스템을 사용하는데, 하단층은 초기 접촉을 담당하고 상단층은 최종 에어로졸 제거를 위한 미스트 제거 분무 시스템입니다. 수세 처리수는 시설 폐수 처리 시스템으로 보내집니다.

3단계: 760°C 이상에서 3단 RTO 공정 — VOC 열산화

전처리된 가스는 3단 RTO로 유입됩니다. 5,000 mg/Nm³의 NMHC 농도에서 RTO는 정상 생산 시 추가 천연가스 공급 없이 760°C 이상의 온도에서 완전 자열 방식으로 작동합니다. 주요 매개변수: 처리 유량 30,000 m³/h; 입구 온도 ≤50°C; 처리 효율 >99%; 열효율 >95%; 산화 온도 >760°C; 체류 시간 >1.2초; 연소기 정격 출력 900,000 kcal/h; 공회전 시 천연가스 소모량 118 m³/h; 공회전 냉각 시 천연가스 소모량 40 m³/h; 냉간 시동 시 소모량 250 m³; 시스템 압력 강하 <3,900 Pa; 중량 90 t; 설치 면적 24×19 m.

760°C 이상의 고온에서 진행되는 RTO 연소는 모든 유기 화합물을 CO₂와 H₂O로 산화시킬 뿐만 아니라 할로겐화 화합물 및 이종원소 함유 화합물로부터 2차 연소 생성물을 생성합니다. 예를 들어, DCM 연소 시에는 HCl이, 황 함유 유기 화합물 연소 시에는 SO₂가, 모르폴린 연소 시에는 NH₃와 NOx가 생성됩니다. 이러한 2차 연소 생성물은 RTO 후속 공정에서 처리해야 합니다.

RTO는 또한 세라믹 축열층의 하단부를 점진적으로 막을 수 있는 암모늄염 침전물을 관리하기 위해 특별히 설계된 막힘 방지 구조(아래 04절에 자세히 설명)를 통합하고 있습니다.

4단계: 가성 세척 — RTO 후 염산 제거

RTO 배출 가스에는 DCM 연소(CH₂Cl₂ + O₂ → CO₂ + H₂O + 2HCl)에서 생성된 HCl이 포함되어 있습니다. 가성 세척(NaOH 스크러버)은 이 HCl을 제거합니다(HCl + NaOH → NaCl + H₂O). RTO 후단에 가성 세척이 없으면 HCl이 하류의 모든 장비를 부식시키고 EU IED에서 규정하는 산성 가스 배출 기준을 초과하게 됩니다. NaOH 농도는 지속적으로 모니터링하고 유지해야 하며, pH가 목표치 이하로 떨어지면 자동 NaOH 투입이 활성화됩니다. 또한 가성 세척은 황 함유 유기 화합물 연소에서 발생하는 잔류 SO₂를 제거하여 세척액 내에서 황산나트륨으로 전환합니다.

5단계: 최종 물 세척 - 암모니아 및 잔류 염기성 화합물 제거

가성 세척 후, 가스는 최종 수세 단계를 거칩니다. 이 단계에서는 다음을 포집합니다. (1) 모르폴린 연소로 생성된 NH₃(모르폴린은 열 산화 시 NH₃ 및 기타 염기성 질소 화합물을 생성하는 고리형 아민임); (2) RTO에서 완전히 산화되지 않은 잔류 유기 아민; (3) 가성 세척 단계에서 발생한 미스트 잔류물. 최종 수세는 굴뚝 배출 가스의 pH를 중성으로 유지하고 시설 주변의 악취 민원이나 대기 질 문제를 유발할 수 있는 염기성 기체상 화합물이 없도록 합니다.

각 단계는 특정 화학적 문제를 해결합니다. 허가 위반이나 장비 손상을 방지하기 위해 어떤 단계도 생략할 수 없습니다.

장비 사양

04 — 막힘 방지 RTO 설계

제약 API에서 발생하는 가스가 표준 RTO 세라믹 베드를 막는 이유와 모듈형 하부층 설계가 이를 해결하는 방법

이 설비의 가장 혁신적인 엔지니어링 특징은 막힘 방지 설계로, 특히 제약 원료의약품(API) 배출가스 처리 용도에 맞게 개발되었습니다. 표준 RTO 세라믹 베드 설계가 이 용도에 적합하지 않은 이유를 이해하려면 암모늄염 침전 메커니즘을 이해해야 합니다.

암모늄염 차단 메커니즘

RTO 3층 전환 사이클에서 출구 모드(출구면에서 약 600~700°C의 고온)에서 입구 모드로 전환되는 세라믹 층은 퍼지 단계를 거친 후 입구 층이 됩니다. 전환 과정에서 세라믹 층의 하부(입구면) 온도는 차가운 유입 가스를 먼저 받아들이면서 주변 온도 쪽으로 떨어집니다. 이전 사이클의 RTO 출구 가스에는 염소 및 황 함유 의약품의 연소로 생성된 HCl과 SO₂가 포함되어 있습니다. 이 고온 가스가 층을 통과하여 배출될 때, 특히 층이 전환되고 하부면이 냉각될 때 다음과 같은 현상이 발생합니다.

• HCl + NH₃ (모르폴린 연소 생성물) → NH₄Cl (염화암모늄) — 고체 결정성 염, 승화 온도 338°C
• SO₂ + H₂O + NH₃ → (NH₄)₂SO₃ (아황산암모늄) → (NH₄)₂SO₄ (황산암모늄) — 고체 결정성 염, 235°C까지 안정

이 암모늄염은 760°C 이상의 연소 온도(기체상)에서는 기체 상태이지만, 세라믹 축열층의 차가운 입구 부분을 통과하면서 기체가 냉각됨에 따라 고체 결정으로 응축됩니다. 이 염들은 세라믹 축열층의 가장 차가운 부분, 즉 기체 입구에 가장 가까운 바닥에 축적되어 점차 통로를 좁히고 결국 막아버립니다. 표준 RTO 설계로는 전체 시스템을 중단하고 세라믹 축열층을 교체하지 않고는 이러한 막힘 현상을 해결할 수 없습니다.

모듈형 하단층 막힘 방지 솔루션

막힘 방지 설계는 각 세라믹 축열층의 하단 부분을 위쪽의 주 세라믹 층과 물리적으로 분리된 독립적인 모듈형 유닛으로 만듭니다. 이 하단부는 암모늄염 침전이 가장 심하게 발생하는 영역입니다. 모듈형 설계는 표준 일체형 세라믹 층에는 없는 세 가지 유지 보수 기능을 제공합니다.

• 세라믹 베드 하단에 유지보수 플랫폼 접근부가 있습니다. RTO 기저층에 마련된 전용 통로/플랫폼을 통해 유지보수 담당자는 시스템을 중단하지 않고도 하부 세라믹층에 직접 접근할 수 있습니다. 이를 통해 생산을 중단하지 않고도 하부층을 육안으로 검사하고 상태를 평가할 수 있습니다.
• 하단 플레이트에 전용 접근 구멍이 있습니다. 각 베드 모듈 하단에 있는 접근 구멍을 통해 유지 보수 도구 및 세척 장비를 위쪽의 주 세라믹 층을 손상시키지 않고 아래쪽 세라믹 층에 삽입할 수 있습니다.
• 분무 세척 기능: 하단 모듈에 설치된 분무 노즐은 하단층 온도가 약 50°C까지 냉각되면 물 분무를 통해 암모늄염 침전물을 용해시킬 수 있습니다. 세척 온도가 주변 온도가 아닌 50°C이기 때문에 시스템을 완전히 가동 중지하고 실온으로 냉각할 필요가 없습니다. 하단층만 50°C에 도달시키면 되는데, 이는 해당 층 주변으로 뜨거운 가스를 일시적으로 순환시켜 달성할 수 있습니다. 세척 과정에서 암모늄염 침전물이 용해되어 세척수로 배출되며, 이 세척수는 폐수 처리 시스템에서 처리됩니다.
• 하단 세라믹층의 개별 교체: 하단 세라믹 층이 심하게 막혀 세척으로 제거할 수 없는 경우, 상단의 메인 세라믹 층을 제거하지 않고도 하단 층만 별도로 교체할 수 있습니다. 하단 층은 메인 층의 열 성능에 미치는 영향이 최소화되어 있으며, 소량의 저렴한 세라믹 여과재를 사용합니다. 따라서 전체 세라믹 층을 교체하는 것에 비해 세라믹 층 유지 관리 시간과 비용을 획기적으로 절감할 수 있습니다.

핵심적인 운영상의 이점은 3단 구성 덕분에 막힌 층을 일시적으로 가동 중지(가스 바이패스)하고 세척 후 다시 가동할 수 있으므로 RTO가 계속 작동하는 동안 하부층 세척을 수행할 수 있다는 것입니다. 세척 사이클은 다음과 같습니다. (1) 해당 층을 통과하는 가스 흐름을 줄여 막힌 층의 온도를 50°C로 낮춥니다. (2) 물을 분사하여 암모늄염 침전물을 용해합니다. (3) 세척수를 배출합니다. (4) 가스 흐름을 복원하여 층을 재가열합니다. (5) 정상적인 3단 작동으로 복귀합니다. 해당 층에 대한 총 유지 보수 중단 시간은 약 2~4시간입니다. 전체 시스템의 생산에는 중단이 없습니다.

05 - 운영 결과

검증 완료: 99.6% VOC 제거율, 온라인 기준 <20 mg/m³, B등급 기업용, 연간 1,195톤 감축

시운전 후 온라인 CEMS 모니터링 결과, 굴뚝에서 배출되는 NMHC 농도가 지속적으로 20 mg/m³ 미만으로 나타나, 지역 허가 기준인 60 mg/m³를 충분히 충족하는 동시에 국가 API 산업 배출 기준인 20 mg/m³도 충족했습니다. 이로써 해당 기업은 B등급 배출 등급을 획득했습니다. 이번 경험 요약은 기술 선택의 타당성을 뒷받침합니다. 가스 조성이 복잡하고 발생원이 다양하며 할로겐 화합물을 함유하고 있고, 발생량이 많으며, 혼합물의 복잡성으로 인해 용매 회수 가치가 없으므로 RTO 열 저장 열 산화 방식이 이 용도에 적합한 기술입니다.

06 — 핵심 장점

복잡한 제약 API VOC 스트림에 이 아키텍처가 적합한 다섯 가지 이유

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  5단계 공정은 염소, 황, 아민 성분이 동시에 존재하는 제약 API 부산물 처리를 위한 최소한의 필수 구조이며, 어떤 단계도 생략할 수 없습니다. 각 단계는 고유하고 필수적인 기능을 수행합니다. 알칼리 세척은 RTO 전에 HCl을 제거하고, 물 세척은 수용성 물질과 습기를 제거합니다. RTO는 ≥99%의 VOC를 제거하고, 가성소다 세척은 DCM 연소에서 생성된 HCl을 제거하며, 마지막 물 세척은 아민 연소에서 생성된 NH₃를 제거합니다. 어느 한 단계라도 생략하면 RTO 장비가 손상되거나(알칼리/물 세척 생략 시) 굴뚝 배출 규정을 준수하지 못하게 됩니다(가성소다/물 세척 생략 시). 5단계로 구성된 복잡한 공정은 과도한 설계가 아니라, 이 제약 API 배출 가스의 특정한 화학적 특성에 필요한 최소한의 복잡성입니다.
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  막힘 방지 설계는 생산 중단을 초래하는 유지보수 작업을 온라인 세척 작업으로 전환하여 제약 분야에서 RTO(재생산 중단)의 주요 신뢰성 위험을 제거합니다. 막힘 방지 설계가 없었다면, 제약 원료의약품(API) 배출 가스가 많이 발생하는 환경에서 암모늄염이 세라믹 층을 막아 6~12개월마다 시스템을 완전히 가동 중지하고 세라믹 층을 교체해야 했을 것입니다. 매번 가동 중지할 때마다 생산 시간 손실, 세라믹 층 교체 비용, 그리고 인건비가 발생했습니다. 막힘 방지 설계가 적용된 이 시스템은 시스템 가동 중지 없이 2~4시간의 온라인 세척 작업만으로 이 문제를 해결합니다. 전체 세라믹 층 교체는 세척 효과가 더 이상 나타나지 않을 때(일반적으로 하단층에 한해 2~3년마다)만 필요합니다. 이는 할로겐 및 아민을 함유한 제약 VOC 응용 분야에서 시스템 수명 경제성을 획기적으로 향상시키는 것입니다.
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  5,000 mg/Nm³ NMHC 농도에서 RTO는 완전 자열 방식으로 작동하며, 생산 시간 동안 연간 천연가스 비용은 0입니다. 의약품 원료의약품 생산(다중 용매 합성, 높은 공정 처리량)에서 발생하는 높은 VOC 함량은 추가 연료 없이도 RTO를 760°C 이상으로 유지하는 데 필요한 충분한 발열량을 발생시킵니다. 정상 운전 시 천연가스 소비량은 0 m³/h입니다. 연간 운영 비용 96만 위안은 전액 전기(145 kW·h/h)와 압축 공기(4 RMB/h) 비용으로 구성됩니다. 5단계 처리 공정을 거치는 3만 m³/h 용량의 시스템에서 이는 특히 다른 설계에서 시약 비용이 추가되는 복잡한 스크러빙 공정을 고려할 때 매우 우수한 운영 비용 효율성을 보여줍니다.
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  향후 통합을 위해 RTO 고온 출력단에 폐열 회수 연결부가 마련되어 있습니다. RTO 설계에는 향후 폐열 회수를 위한 고온 배출구 연결부가 포함되어 있습니다. 5,000 mg/Nm³ NMHC 농도와 30,000 m³/h의 처리량에서 RTO는 자열 운전에 필요한 양보다 훨씬 많은 발열량을 발생시킵니다. 이 잉여 열은 증기 발생, 온수 생산 또는 제약 시설의 공정 열 공급에 활용될 수 있습니다. 제약 시설에서는 합성 반응기 온도 제어, 건조 및 시설 냉난방에 필요한 열 수요가 연중 상당합니다. 폐열 회수 설비는 이미 마련되어 있지만 아직 설치되지는 않았습니다. 설치가 완료되면 시설 열 구매 비용을 상쇄하여 연간 순 운영 비용을 더욱 절감할 수 있을 것입니다.
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  99.6% VOC 제거율은 엄격한 제약 산업 배출 기준을 충족하며, 상당한 여유 마진을 확보하고 있습니다. 실제 배출량 18 mg/Nm³는 지역 허가 한도인 60 mg/Nm³ 및 국가 API 산업 표준인 20 mg/Nm³에 비해 상당한 안전 마진을 제공합니다. 이러한 마진은 생산 일정이 빠르게 변경되고, 새로운 합성 경로가 도입될 수 있으며, 생산 캠페인 간 VOC 농도가 크게 변동될 수 있는 제약 시설에 특히 중요합니다. 60 mg/Nm³ 한도 대비 18 mg/Nm³의 일관된 배출량을 유지함으로써, 일반적인 생산 변동성을 흡수하고 허가 기준 초과 위험을 방지하는 70% 안전 마진을 확보할 수 있습니다.

07 — 구현 시 주의 사항

제약 API RTO 애플리케이션을 위한 핵심 엔지니어링 교훈

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  아민 및 할로겐화 용매를 모두 함유하는 의약품 API 배출 가스에 대해서는 막힘 방지 설계가 없는 표준 RTO를 절대 지정하지 마십시오. 암모늄염 막힘으로 인해 6~12개월 내에 시스템 고장이 발생할 수 있습니다. 이는 가상의 위험이 아니라, 막힘 방지 설계가 적용되지 않은 전 세계 제약 RTO 설비에서 반복적으로 발생했던 입증된 고장 메커니즘입니다. 세라믹 베드 바닥에 형성되는 염화암모늄과 황산암모늄은 표준 RTO 퍼지 사이클이나 고온 작동만으로는 제거할 수 없는 매우 강력한 침전물입니다. 막힘이 세라믹 채널 단면적의 약 30%에 도달하면 시스템 압력 강하가 급격히 증가하여 RTO 팬이 설계 유량을 유지할 수 없게 됩니다. 결국 세라믹 베드 전체를 교체하기 위해 시스템을 가동 중지해야 합니다. 막힘 방지 모듈형 하단 레이어는 이러한 고장 모드를 완벽하게 방지합니다.
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  하부층 압력 강하를 지속적으로 모니터링하고 막힘이 심해지기 전에 선제적으로 세척 일정을 계획하십시오. 성능 저하가 발생할 때까지 기다리지 말고 즉시 세척하십시오. 막힘 방지 설계로 세척이 가능하지만, 막힘이 심해지기 전에 세척해야 효과적입니다. 전용 압력 탭을 사용하여 하단 세라믹 층의 압력 강하를 메인 층의 압력 강하와 별도로 측정하십시오. 하단층의 압력 강하가 깨끗한 상태의 기준값보다 30% 이상 증가하면 다음 정기 유지보수 기간 내에 세척 작업을 계획하십시오. 압력 강하가 두 배가 될 때까지 기다리면 막힘이 더 심각해져서 한 번의 세척으로 해결되지 않고 여러 번의 세척 작업이나 부분적인 세라믹 교체가 필요할 수 있습니다.
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  가스 포집 시스템에 새롭게 도입되는 합성 경로 또는 용매는 암모늄염 침전 속도 및 가성 세척 화학에 미치는 영향을 평가해야 합니다. 5단계 공정은 설계 당시 기록된 특정 용매 프로필 및 부식성 성분 수준에 맞춰 설계되었습니다. 다른 아민 화합물(트리에틸아민, 피리딘, 피페리딘) 또는 다른 할로겐화 용매(클로로포름, 사염화탄소, 트리클로로에틸렌)를 도입하는 새로운 합성 경로는 암모늄염 침전 속도와 가성 세척 시 염산 부하를 변화시킬 것입니다. 새로운 용매를 도입하기 전에 변경 관리 검토가 필수적입니다. 불소화 용매(도입될 경우)는 염산 세척 외에도 하류에서 불산 세척이 필요하지만, 현재의 가성 세척 공정은 이를 위해 설계되지 않았습니다.
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  가성 세척액의 NaOH 농도는 항상 최소 농도 이상으로 유지되어야 합니다. 가성 세척액이 소진된 후 HCl이 누출되면 안전 및 규정 준수에 심각한 문제가 발생할 수 있습니다. RTO 후단의 ​​가성소다 세척은 DCM 연소에서 발생하는 HCl을 포집합니다. NaOH 공급이 부족하거나 NaOH 농도가 유효 흡수 범위 이하로 떨어지면 HCl이 굴뚝으로 배출됩니다. DCM 연소가 상당한 30,000m³/h RTO 출구 용량에서 가성소다 세척이 실패하면 몇 분 안에 HCl 굴뚝 배출량이 허용 기준치를 훨씬 초과할 수 있습니다. NaOH 저장 탱크는 예상되는 최대 HCl 부하에서 최소 96시간 동안 자율적으로 작동할 수 있어야 합니다. pH 모니터링을 통해 작동하는 자동 NaOH 투입 시스템을 구현하고, 저장 탱크의 NaOH 수위가 위험 수준으로 낮아지면 별도의 경보가 울리도록 해야 합니다.

08 — 공학적 핵심 사항

이 제약 API RTO 프로젝트에서 얻은 네 가지 교훈

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  아민 및 할로겐화 용매가 모두 존재하는 제약 API RTO 응용 분야에서는 막힘 방지 설계가 선택 사항이 아니라 장기적인 시스템 신뢰성을 위한 필수 엔지니어링 요구 사항입니다. 모듈형 하단 레이어를 적용한 결정은 초기 투자 비용을 증가시키지만, 6~12개월마다 발생하던 생산 중단을 초래하는 세라믹 베드 교체 주기를 없애줍니다. 10년 시스템 수명 동안, 막힘 방지 설계는 다음과 같은 비용 절감 효과를 가져옵니다. 세라믹 베드 교체 8~16회(회당 15,000~30만 위안)를 절감하여 총 120,000~480,000 위안의 초기 투자 비용을 절약할 수 있습니다. 또한, 생산 중단(회당 1~2일) 8~16회를 방지하여 총 8~32일의 생산 손실을 줄일 수 있습니다. 막힘 방지 설계에 대한 초기 투자 비용은 가동 후 18~24개월 이내에 회수할 수 있습니다.
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  이 프로젝트의 5단계 공정은 사례 22(제약)의 4단계 공정과 비교했을 때, 다른 제약 설비에는 없었던 모르폴린 아민 성분이 추가되어 5단계(NH₃ 제거를 위한 최종 물 세척)가 필요함을 반영합니다. 사례 22는 물 세척 → RTO → 가성 세척 → 산 세척(4단계)을 거쳤습니다. 사례 29는 알칼리 세척 → 물 세척 → RTO → 가성 세척 → 물 세척(5단계)을 거쳤습니다. 이러한 차이는 유입 가스에 HCl이 추가로 포함되어 있어 RTO 전 알칼리 세척을 물 세척 대신 수행해야 하는 점과 모르폴린 아민이 포함되어 있어 다른 염기성 화합물에 대한 산 세척 대신 NH₃에 대한 후처리로 가성 물 세척이 필요한 점에 기인합니다. 이는 각 제약 시설이 특정한 합성 화학에 따라 고유한 맞춤형 처리 공정을 요구한다는 것을 보여줍니다.
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  자열식 RTO(역열처리) 방식으로 5,000 mg/Nm³의 NMHC 농도를 처리할 경우, 시간당 30,000 m³ 처리량과 연간 1,195 t의 VOC 저감량을 달성하는 데 드는 연간 운영 비용은 960,000 위안으로, EU 규제 환경에서 허가 위반으로 인해 연간 960,000 위안을 훨씬 초과하는 벌금이 부과될 수 있는 대안(처리 없음)과 비교했을 때 매우 경제적인 비용입니다. 제약 RTO의 경제성은 규제 위반에 따른 벌금에 의해 좌우됩니다. 벤젠(1급 발암물질), 디클로로메탄(발암 의심 ​​물질), 모르폴린(3급 생식 독성 물질), 디메틸설파이드(DMSO)는 모두 직업 및 대기질 기준치가 엄격한 화합물입니다. 연간 96만 위안에 달하는 허가 준수 비용은 미처리 배출물의 규제 위험성을 고려할 때 정당화됩니다.
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  모듈식 막힘 방지 설계 원칙은 200°C 미만의 온도에서 염을 형성하는 아민과 산성 가스(HCl 또는 SO₂)를 동시에 포함하는 모든 RTO 응용 분야에 적용할 수 있습니다. 암모늄염 침전 메커니즘은 다음과 같은 경우에 발생합니다. (1) 가스에 질소를 함유한 유기 화합물 또는 NH₃가 RTO 출구까지 잔류하는 경우, 그리고 (2) 가스에 HCl 또는 SO₂(할로겐화 또는 황 함유 화합물에서 유래)가 RTO 출구에 존재하는 경우. 제약 산업뿐만 아니라 모든 산업 분야에서 이 두 가지 조건이 결합되면 RTO 세라믹 베드의 저온 부분에 암모늄염이 침전될 수 있습니다. 이러한 현상이 발생하는 다른 산업 분야로는 정밀 화학 공정(아민 + 할로겐화 용매), 살충제 제형, 고무 화학 생산 등이 있습니다. 이러한 화학적 특성을 가진 모든 응용 분야에는 막힘 방지 설계가 적용되어야 합니다.

09 — 자주 묻는 질문

제약 API 5단계 RTO VOC 저감: 10가지 질문에 대한 답변

EU IED/네덜란드 활동령 요건에 따라 5단계 RTO VOC 저감 시스템을 계획하는 제약 원료의약품, 중간체 및 완제 의약품 제조 시설의 환경 허가 관리자, 공정 엔지니어 및 EHS 팀의 질문입니다.

복잡한 제약 API VOC? 막힘 방지 RTO를 이용한 5단계 처리.

제약 산업의 VOC 저감 솔루션 전반을 살펴보세요.

막힘 방지 기능이 있는 5단계 제약 VOC 사슬에서 재생 열 산화기 산업 배출 제어 솔루션 전반에 걸쳐, 당사의 엔지니어링 팀은 제약 원료의약품 생산의 복잡한 화학적 특성을 고려하여 설계된 EU IED 규격 준수 시스템을 제공합니다.