Пример из практики · Снижение содержания летучих органических соединений
Как крупный производитель фармацевтических активных фармацевтических ингредиентов и лекарственных форм добился удаления 99,61 ТТ3Т летучих органических соединений и содержания неметановых углеводородов на выходе 18 мг/Нм³ из 30 000 м³/ч высокосложных многокомпонентных отходящих газов фармацевтического производства, содержащих хлорированные растворители (дихлорметан), сернистые органические соединения, аминные соединения (морфолин) и различные растворители для фармацевтического синтеза, используя пятиступенчатую цепочку очистки, построенную на основе специально разработанного антизасоряющегося RTO с модульным нижним керамическим слоем, который можно промывать или заменять в режиме онлайн без остановки системы.
Пятиступенчатая цепочка лечения
Конструкция РТО с защитой от засорения
Управление хлорированными растворителями HCl
Предотвращение образования отложений от солей аммония
01 — Информация об отрасли
Производство фармацевтических активных фармацевтических ингредиентов: самый широкий спектр растворителей и самая сложная химия сгорания среди всех применений для снижения содержания летучих органических соединений.
Производство активных фармацевтических ингредиентов (АФИ) в фармацевтической промышленности приводит к образованию наиболее сложных по химическому составу профилей выбросов летучих органических соединений (ЛОС) среди всех отраслей промышленности. В отличие от печати (сложные эфиры и спирты), нанесения покрытий (ароматические углеводороды) или битума (только углеводороды), синтез фармацевтических АФИ использует максимально широкий спектр органической химии — каждый класс органических растворителей присутствует в фармацевтическом процессе. Сочетание галогенированных растворителей, серосодержащих растворителей, аминсодержащих растворителей и стандартных углеводородных растворителей одновременно в одном комбинированном потоке отходящих газов создает множество конкурирующих задач для разработчика системы очистки.
Предприятие, рассматриваемое в данном тематическом исследовании, было основано в 1976 году и является крупной фармацевтической компанией, производящей более 160 категорий фармацевтической продукции, с постоянно растущими масштабами производства с 2018 по 2022 год. Ассортимент продукции включает активные фармацевтические ингредиенты (АФИ) для противоинфекционных, сердечно-сосудистых, анальгетических и других терапевтических категорий, а также готовые лекарственные формы. Многочисленные производственные линии в нескольких цехах одновременно генерируют газы от производственных процессов, выбросы от дыхания в резервуарах и отходящие газы очистных сооружений, при этом каждый источник вносит свой вклад в состав смеси летучих органических соединений (ЛОС) в зависимости от того, какие АФИ синтезируются в данный момент.
Ключевой инженерной задачей для этой установки является одновременное присутствие в комбинированном газовом потоке четырех химически несовместимых классов летучих органических соединений, каждый из которых требует различного подхода к последующей очистке:
- Хлорированные растворители (дихлорметан): При сжигании RTO при температуре ≥760°C образуется HCl. После RTO HCl необходимо удалить щелочным раствором, иначе он вызовет коррозию всего последующего оборудования и приведет к превышению допустимых выбросов кислых газов из дымовых газов.
- Сероорганические соединения: При сгорании RTO образуется SO₂, который соединяется с любым NH₃ или аминами в газе, образуя соли сульфата аммония. Эти соли находятся в твердом состоянии при комнатной температуре и оседают в нижнем слое керамического теплоаккумулятора RTO, вызывая со временем засорение. Это основная причина наличия конструктивного решения, предотвращающего засорение.
- Аминные соединения (морфолин): При сгорании в реакторе с термическим окислением (RTO) образуются NH₃ и оксиды азота. NH₃ соединяется с продуктами сгорания HCl и SO₂, образуя соли хлорида аммония и сульфата аммония в более холодных участках RTO и в зонах выхода керамического слоя. Морфолин также является водорастворимым амином, который при контакте с влагой создает коррозионные условия, повреждающие оборудование.
- Кислотные газы, выделяющиеся при очистке сточных вод: В отходящих газах очистных сооружений содержится HCl и другие кислые компоненты из сточных вод фармацевтического производства. Их необходимо удалить путем предварительной щелочной промывки перед реактором с термическим окислением-ионизацией (RTO), иначе они вызовут коррозию камеры сгорания RTO и керамических слоев.
02 — Профиль загрязнения
Отходящие газы фармацевтического АФИ: 5000 мг/Нм³ NMHC, HCl, коррозионно-активные компоненты, серосодержащие и аминоорганические соединения, образующие аммониевые соли в RTO.
Стандартный объем отходящих газов от всех производственных источников составляет 30 000 Нм³/ч, а объем технологических газов — 33 295 Нм³/ч при 50°C. Мощность вентилятора: 90 кВт; давление вентилятора: 5000 Па; диаметр воздуховода: φ900 мм. Содержание O₂: 211 TP3T фактическое/базовое. Влажность: 401 TP3T. Критически агрессивным компонентом является HCl с концентрацией 100 мг/Нм³ (классификация HCl-100), поступающий из отходящих газов очистных сооружений и хлорированных растворителей, переносимых в цеховом газе. Ароматические соединения бензольного ряда не указаны в качестве основных компонентов, хотя предельные значения на выходе включают предельные значения для бензола и толуола, отражающие их следовое присутствие.
Основные компоненты летучих органических соединений (ЛОС) отражают весь спектр химии фармацевтического синтеза: ацетон, этанол, этилацетат, циклогексан, бутанол, дихлорметан (ДХМ), морфолин, изопропанол, ДМСО, ДМФ, метанол и н-пропанол. Эта смесь включает в себя все основные классы органических растворителей: простые спирты (этанол, метанол, изопропанол, н-пропанол, бутанол), кетоны (ацетон), сложные эфиры (этилацетат), циклические углеводороды (циклогексан), хлорированные растворители (ДХМ), амины (морфолин), высокополярные апротонные растворители (ДМСО, ДМФ). Расчетная концентрация ЛОС составляет 5000 мг/Нм³ НМУК — значительно выше автотермического порога RTO, что позволяет полностью исключить потребление природного газа в процессе обычного производства.
| Параметр | Начальная концентрация | Реальный магазин | Ограничение ЕС на самодельные взрывные устройства / NER |
|---|---|---|---|
| НМГК (общее количество ЛОС) | 5000 мг/Нм³ | 18 мг/Нм³ | СВУ ≤20 мг/Нм³ |
| Бензол | След | 0,7 мг/Нм³ | СВУ ≤2 мг/Нм³ |
| Толуол | След | 3 мг/Нм³ | СВУ ≤5 мг/Нм³ |
| Ксилен | След | 6 мг/Нм³ | СВУ ≤8 мг/Нм³ |
| HCl (едкое вещество) | 100 мг/Нм³ (HCl-100) | Удаляется предварительной обработкой | IED BREF |
| Сероорганические соединения | Присутствует (риск SO₂ при горении) | Ведение с помощью предлечебных и послелечебных мероприятий. | — |
| Аминные соединения (морфолин) | Присутствует (риск воздействия солей аммония в РТО) | Управление осуществляется с помощью конструкции, предотвращающей засорение. | — |
| Стандартный объем газа | 30 000 Нм³/ч | — | — |
| объем технологического газа | 33 295 Нм³/ч при 50 °C | — | — |
| Ежегодное снижение содержания летучих органических соединений | ~1195 т/год | Подтверждено | — |
03 — Раствор для лечения
Пятиступенчатая цепочка: каждая ступень решает одну конкретную химическую проблему в потоке летучих органических соединений (ЛОС) фармацевтической промышленности.
Пятиступенчатая цепочка обработки была разработана с учетом специфических химических проблем, связанных с отходящими газами фармацевтического АФИ. Каждая стадия необходима; обоснование каждой из них напрямую связано с конкретным химическим компонентом во входящем газовом потоке. Цепь представляет собой минимально жизнеспособную архитектуру для отходящих газов фармацевтического АФИ, одновременно содержащих HCl, сернистые органические соединения, амины, хлорированные растворители и различные растворители для фармацевтического синтеза.
Этап 1: Щелочная промывка — удаление кислых газов перед РТО
Газ из всех источников собирается главным вентилятором и объединяется в коллекторе. Перед поступлением в реактор с термическим окислением (RTO) объединенный газ проходит стадию щелочной промывки. Цель состоит в удалении кислых газовых компонентов — в первую очередь HCl из отходящих газов очистных сооружений (классифицированный HCl-100 при 100 мг/Нм³) и любых кислых газов из отдельных потоков цеха. Если они попадают в RTO в концентрации HCl 100 мг/Нм³, это вызывает: (1) коррозию огнеупорной футеровки RTO на горячей поверхности камеры сгорания; (2) коррозию поверхности керамического теплоаккумулятора, что со временем снижает теплоаккумулирующую способность; (3) коррозию теплообменников и приборов, расположенных ниже по потоку. Щелочная промывка удаляет HCl, образовавшийся до сгорания, защищая RTO от воздействия кислоты. Щелочная промывка также выполняет функцию предварительной очистки, удаляя любые аминовые газы (пары морфолина), которые растворимы в воде и могут абсорбироваться в промывочной жидкости.
Этап 2: Промывка водой — удаление водорастворимых органических веществ и контроль влажности.
После щелочной промывки газ поступает на стадию промывки водой для удаления остаточных водорастворимых органических веществ (ДМСО, ДМФ, метанол — все водорастворимые растворители, проходящие через щелочную промывку) и для регулирования температуры и влажности газа до допустимого диапазона на входе в RTO (≤50°C). Высокая влажность после щелочной и водной промывок требует контроля для предотвращения конденсации во входных каналах RTO и предварительного нагрева газа перед керамическим слоем. Газ поступает в башню для промывки водой снизу и равномерно поднимается через секцию очистки. В башне используется двухслойная система распыления: нижний слой для первоначального контакта и система распыления туманоуловителя для окончательного удаления аэрозоля. Сточные воды после промывки водой направляются в систему очистки сточных вод предприятия.
Этап 3: Трехслойный RTO при температуре ≥760°C — Термическое окисление летучих органических соединений
Предварительно обработанный газ поступает в трехкамерный реактор термического окисления (RTO). При концентрации неметановых углеводородов (NMHC) 5000 мг/Нм³ реактор RTO работает в полностью автотермическом режиме при температуре ≥760°C без дополнительной подачи природного газа в процессе нормального производства. Ключевые параметры: расход газа 30 000 м³/ч; температура на входе ≤50°C; КПД обработки >99%; термический КПД >95%; температура окисления >760°C; время пребывания >1,2 с; мощность камеры сгорания 900 000 ккал/ч; потребление природного газа на холостом ходу 118 м³/ч; потребление природного газа на холостом ходу для охлаждения 40 м³/ч; расход при холодном пуске 250 м³; перепад давления в системе <3900 Па; вес 90 т; габариты 24×19 м.
При сжигании в реакторе с термической обработкой (RTO) при температуре ≥760 °C все органические соединения окисляются до CO₂ и H₂O, а также образуются вторичные продукты сгорания галогенированных и гетероатомсодержащих соединений: при сжигании дихлорметана образуется HCl; при сжигании сернистых органических соединений образуется SO₂; при сжигании морфолина образуются NH₃ и NOₓ. Утилизация этих вторичных продуктов сгорания должна производиться на этапах, следующих за RTO.
В состав RTO также входит специально разработанная система предотвращения засорения (подробно описанная в разделе 04 ниже), предназначенная для предотвращения отложения солей аммония, которые в противном случае постепенно блокировали бы нижний слой керамических теплоаккумулирующих слоев.
Этап 4: Щелочная промывка — удаление соляной кислоты после обработки RTO.
Выходной газ RTO содержит HCl, образующийся в результате сгорания дихлорметана (CH₂Cl₂ + O₂ → CO₂ + H₂O + 2HCl). Щелочная промывка (скруббер NaOH) улавливает этот HCl: HCl + NaOH → NaCl + H₂O. Без щелочной промывки после RTO HCl вызвал бы коррозию всего оборудования, расположенного ниже по потоку, и привел бы к превышению допустимых выбросов кислых газов в соответствии с директивой ЕС по предотвращению выбросов (EU IED). Концентрацию NaOH необходимо постоянно контролировать и поддерживать; автоматическое дозирование NaOH активируется, когда pH падает ниже целевого значения. Щелочная промывка также улавливает остаточный SO₂ от сгорания сернистых органических соединений, превращая его в сульфат натрия в промывочном растворе.
Этап 5: Заключительная промывка водой — удаление аммиака и остатков основного чистящего средства.
После щелочной промывки газ проходит заключительную стадию промывки водой. На этой стадии улавливаются: (1) NH₃, образующийся при сжигании морфолина (морфолин — циклический амин, который при термическом окислении образует NH₃ и другие основные азотсодержащие соединения); (2) остаточные органические амины, которые не были полностью окислены в RTO; (3) любые остатки тумана после щелочной промывки. Заключительная промывка водой гарантирует, что сброс из дымовой трубы имеет нейтральный pH и не содержит основных парообразных соединений, которые могут вызывать жалобы на запах или проблемы с качеством атмосферного воздуха вблизи предприятия.
+Танки+WW
5000 мг ЛОС
Стирать
удалить HCl
Стирать
Растворимые
≥760°C
Противозасоряющее средство
Стирать
HCl + SO₂
Стирать
NH₃ + амины
18 мг ЛОС
99.6%
Каждый этап направлен на решение одной конкретной химической проблемы. Пропуск любого этапа недопустим без нарушения требований разрешения или повреждения оборудования.
Технические характеристики оборудования
| Элемент | Спецификация |
|---|---|
| Технологический процесс RTO | 30 000 м³/ч; ≤50°C на входе; ≥760°C; >99% ЛОС; 24×19 м; 90 т |
| рейтинг камеры сгорания | 900 000 ккал/ч |
| Природный газ (обычный) | 0 м³/ч (автотермический режим при 5000 мг/Нм³) |
| Природный газ (в режиме холостого хода) | 118 м³/ч; охлаждение в режиме ожидания 40 м³/ч (P: 0,03–0,07 МПа) |
| Расход топлива при холодном запуске | 250 м³ на холодный пуск |
| Поклонник РТО | 75 кВт |
| Вентилятор принудительной тяги | 37 кВт |
| Вентилятор вспомогательного сгорания RTO | 11 кВт |
| Обводной вентилятор | 30 кВт |
| Циркуляционные насосы | 11×4 кВт |
| Щелочные насосы | 0,55×2 кВт |
| Общая установленная мощность | 200 кВт (380 В, 50 Гц, 3 фазы) |
| Сжатый воздух | 30 м³ (P: 0,4–0,7 МПа) |
| Годовые затраты на электроэнергию | 145 кВт·ч/ч; 116 юаней/ч; 8000 ч = приблизительно 928 000 юаней |
| Ежегодные затраты на природный газ | 0 юаней/ч, нормальный режим работы (автотермический) |
| Ежегодные затраты на сжатый воздух | 4 юаня/час; 8000 часов = приблизительно 32 000 юаней |
| Совокупные годовые операционные расходы | 960 000 юаней/год (120 юаней/час × 8000 часов) |
04 — Конструкция РТО с защитой от засорения
Почему отходящие газы фармацевтических активных фармацевтических ингредиентов блокируют работу стандартных керамических слоев RTO, и как модульная конструкция нижнего слоя решает эту проблему.
Наиболее инновационной инженерной особенностью этой установки является конструкция, предотвращающая засорение, разработанная специально для применения в производстве фармацевтических активных фармацевтических ингредиентов (АФИ). Для понимания причин неэффективности стандартной конструкции керамического слоя RTO в данном случае необходимо понимать механизм осаждения солей аммония.
Механизм блокирования солей аммония
В трехступенчатом цикле переключения керамического слоя в реакторе RTO, керамический слой, переходящий из выходного режима (горячий, приблизительно 600–700 °C на выходной поверхности) во входной режим, проходит фазу продувки, а затем становится входным слоем. Во время перехода температура нижней (входной) части керамического слоя падает до температуры окружающей среды, поскольку сначала в нее поступает холодный газ. Выходной газ из реактора RTO после предыдущего цикла содержит HCl и SO₂, образующиеся при сжигании хлорированных и серосодержащих фармацевтических препаратов. По мере того, как этот горячий газ проходит через слой на выходе, и особенно по мере перехода слоя и его охлаждения на нижней поверхности:
- HCl + NH₃ (получается при сгорании морфолина) → NH₄Cl (хлорид аммония) — твердая кристаллическая соль, температура сублимации 338°C
- SO₂ + H₂O + NH₃ → (NH₄)₂SO₃ (сульфит аммония) → (NH₄)₂SO₄ (сульфат аммония) — твердая кристаллическая соль, стабильная до 235°C
Эти аммонийные соли находятся в газообразном состоянии при температуре сгорания ≥760 °C (паровая фаза), но конденсируются в твердые кристаллы по мере охлаждения газа при прохождении через холодный входной участок керамического теплоаккумулятора. Соли накапливаются в нижней части керамического слоя — самом холодном участке, ближайшем к входу газа, — постепенно сужая и в конечном итоге блокируя каналы. Стандартные конструкции RTO не могут устранить эту закупорку без полной остановки системы и замены керамического слоя.
Модульное нижнее противозасоряющее решение
Конструкция, предотвращающая засорение, разделяет нижнюю часть каждого керамического теплоаккумулятора на независимый модульный блок, физически отделенный от основного керамического слоя над ним. Этот нижний слой является зоной, где отложение солей аммония наиболее интенсивно. Модульная конструкция обеспечивает три возможности обслуживания, которых нет у стандартного монолитного керамического слоя:
- Доступ к платформе для технического обслуживания находится в нижней части керамического слоя: Специальная пешеходная дорожка/платформа на уровне основания RTO обеспечивает обслуживающему персоналу прямой доступ к нижнему керамическому слою без необходимости остановки системы. Это позволяет проводить визуальный осмотр и оценку состояния нижнего слоя без прерывания производства.
- В нижней пластине имеются специальные технологические отверстия: Доступ через отверстия в нижней части каждого модуля слоя позволяет вставлять инструменты для обслуживания и промывочное оборудование в нижний керамический слой снизу, не нарушая основной керамический слой сверху.
- Возможность промывки распылением: Установленные в модуле нижнего слоя распылительные форсунки могут подавать струю воды для растворения отложений солей аммония, когда температура нижнего слоя охлаждается примерно до 50 °C. Поскольку температура промывки составляет 50 °C, а не температуру окружающей среды, систему не нужно полностью останавливать и охлаждать до комнатной температуры — достаточно лишь нагреть нижний слой до 50 °C, чего можно достичь, временно пропуская горячий газ вокруг этого слоя. Промывка растворяет и удаляет отложения солей аммония в виде промывочной воды, которая затем обрабатывается в системе очистки сточных вод.
- Самостоятельная замена нижнего керамического слоя: Если нижний керамический слой сильно забивается и его невозможно промыть, его можно заменить отдельно, не снимая основной керамический слой над ним. Нижний слой оказывает минимальное влияние на тепловые характеристики основного слоя и использует небольшой объем недорогого керамического материала. Это значительно сокращает время и затраты на обслуживание керамического слоя по сравнению с заменой всего керамического слоя.
Ключевое эксплуатационное преимущество заключается в том, что промывка нижнего слоя может выполняться во время работы RTO, поскольку трехслойная конфигурация позволяет временно выводить заблокированный слой из эксплуатации (газ обходит его), пока он промывается и снова запускается. Цикл промывки состоит из: (1) понижения температуры заблокированного слоя до 50°C путем уменьшения потока газа через этот слой; (2) распыления воды для растворения отложений солей аммония; (3) слива промывочной воды; (4) повторного нагрева слоя путем восстановления потока газа; (5) возвращения к нормальной работе трехслойной системы. Общее время простоя этого слоя для технического обслуживания составляет приблизительно 2–4 часа. Отсутствие перерыва в производстве всей системы.
05 — Результаты оперативной деятельности
Подтверждено: удаление летучих органических соединений на уровне 99,61 ТТ3Т, в режиме онлайн <20 мг/м³, предприятие класса B, снижение на 1195 т/год.
После ввода в эксплуатацию система непрерывного мониторинга CEMS стабильно показывает содержание неметановых углеводородов (НМУ) ниже 20 мг/м³ в дымовой трубе, что соответствует местному предельному значению в 60 мг/м³ с большим запасом и одновременно отвечает национальному отраслевому стандарту API по выбросам в 20 мг/Нм³. Предприятие получило классификацию выбросов Grade B. Результаты анализа подтверждают обоснованность выбора технологии: состав газа сложный, с различными источниками, содержит галогенсодержащие соединения, имеет большой объем, не имеет ценности для извлечения растворителей из-за сложности смеси, и поэтому технология термического окисления с использованием рециркуляционного термического аккумулирования тепла (RTO) является подходящей для данного применения.
06 — Основные преимущества
Пять причин, почему эта архитектура подходит для сложных потоков летучих органических соединений (ЛОС) фармацевтических активных фармацевтических ингредиентов.
- ✓
Пятиступенчатая цепочка представляет собой минимально жизнеспособную архитектуру для отходящих газов фармацевтического активного фармацевтического ингредиента, содержащих одновременно хлорированные, серные и аминные компоненты — ни одна ступень не может быть пропущена: Каждый этап выполняет уникальную необходимую функцию: щелочная промывка удаляет HCl перед RTO; промывка водой удаляет водорастворимые вещества и влагу; RTO разрушает ЛОС при ≥99%; щелочная промывка удаляет HCl, образующийся при сгорании DCM; заключительная промывка водой удаляет NH₃, образующийся при сгорании амина. Пропуск любого из этапов приводит либо к повреждению оборудования RTO (пропуск щелочной/водной промывки), либо к несоответствию нормам выбросов из дымовых газов (пропуск щелочной/водной промывки). Пятиступенчатая сложность не является излишней — это именно минимальная сложность, необходимая для специфической химии отходящих газов этого фармацевтического АФИ. - ✓
Конструкция, предотвращающая засорение, преобразует прерывание производственного процесса в операцию промывки в режиме реального времени, устраняя основной риск для надежности, связанный с RTO в фармацевтических приложениях: Без противозасоряющей конструкции засорение керамического слоя солями аммония потребовало бы полной остановки системы для замены керамического слоя каждые 6–12 месяцев в условиях интенсивного использования в фармацевтической промышленности для получения активных фармацевтических ингредиентов (АФИ). Каждая остановка влечет за собой затраты времени производства, стоимость замены керамического слоя и оплату труда. Противозасоряющая конструкция позволяет сократить время простоя до 2–4 часов непрерывной промывки, не требующей остановки системы, с полной заменой керамического слоя только тогда, когда промывка перестает быть эффективной (обычно каждые 2–3 года только для нижнего слоя). Это принципиальное улучшение экономической эффективности системы в течение всего срока ее службы, особенно в фармацевтической промышленности, использующей галогенсодержащие и аминосодержащие летучие органические соединения (ЛОС). - ✓
При удельной теплоемкости 5000 мг/Нм³ РТЭ работает в полностью автотермическом режиме — годовые затраты на природный газ в часы производства равны нулю: Высокая концентрация летучих органических соединений (ЛОС) в фармацевтическом производстве АФИ (многорастворительный синтез, высокая производительность процесса) генерирует достаточное количество экзотермического тепла для поддержания температуры RTO на уровне ≥760 °C без дополнительного топлива. Нормальный расход природного газа составляет 0 м³/ч. Годовые эксплуатационные расходы в размере 960 000 юаней полностью состоят из электроэнергии (145 кВт·ч/ч) и сжатого воздуха (4 юаня/ч). Для системы производительностью 30 000 м³/ч с пятью ступенями обработки это представляет собой превосходный показатель эксплуатационных расходов, особенно с учетом сложной цепи очистки, которая в других конструкциях привела бы к увеличению затрат на реагенты. - ✓
На высокотемпературном выходе RTO предусмотрено подключение для рекуперации отработанного тепла для последующей интеграции: Конструкция реактора с термическим окислением (RTO) включает в себя высокотемпературное выходное соединение для будущей утилизации отработанного тепла. При удельной теплоемкости 5000 мг/Нм³ и производительности 30 000 м³/ч RTO генерирует значительно больше экзотермического тепла, чем требуется для автотермического режима работы. Это избыточное тепло может быть использовано для генерации пара, производства горячей воды или технологического теплоснабжения на фармацевтическом предприятии, где потребность в тепле для контроля температуры синтетического реактора, сушки и кондиционирования помещений значительна круглый год. Система утилизации отработанного тепла предусмотрена, но еще не установлена; после ее внедрения она позволит дополнительно снизить чистые годовые эксплуатационные расходы за счет компенсации затрат на закупку тепла для предприятия. - ✓
99.6% Уничтожение летучих органических соединений соответствует самым строгим стандартам выбросов фармацевтической промышленности с большим запасом по соответствию требованиям: Фактический выходной показатель 18 мг/Нм³ при местном предельном значении, установленном в разрешении, в 60 мг/Нм³ и национальном отраслевом стандарте для АФИ в 20 мг/Нм³ обеспечивает большой запас соответствия требованиям. Этот запас особенно важен для фармацевтического предприятия, где графики производства могут быстро меняться, могут внедряться новые методы синтеза, а концентрация летучих органических соединений может значительно варьироваться между производственными кампаниями. Постоянное поддержание выходного показателя на уровне 18 мг/Нм³ при предельном значении в 60 мг/Нм³ обеспечивает запас безопасности, который компенсирует нормальные производственные колебания без риска превышения допустимых норм.
07 — Меры предосторожности при внедрении
Важные инженерные уроки для применения АФИ в фармацевтической промышленности в рамках программы RTO (Reduce, Reuse ...
- 🚫
Никогда не используйте стандартный RTO без защиты от засорения для отходящих газов фармацевтического АФИ, содержащих как аминные, так и галогенированные растворители — засорение аммониевой солью приведет к отказу системы в течение 6–12 месяцев без такой защиты: Это не гипотетический риск — это задокументированный механизм отказа, который неоднократно наблюдался в фармацевтических установках RTO по всему миру, где не было предусмотрено противозасоряющее устройство. Соли хлорида аммония и сульфата аммония, образующиеся на дне керамического слоя, представляют собой чрезвычайно стойкие отложения, которые невозможно удалить с помощью стандартных циклов продувки RTO или работы при высоких температурах. Как только засор достигает приблизительно 30% поперечного сечения керамического канала, падение давления в системе резко возрастает, и вентилятор RTO больше не может поддерживать расчетный поток воздуха. В этом случае требуется остановка системы для полной замены керамического слоя. Модульный противозасоряющий нижний слой полностью предотвращает этот вид отказа. - ⚠️
Постоянно отслеживайте падение давления в нижнем слое и заблаговременно планируйте промывку, прежде чем засор станет серьезным — не ждите ухудшения производительности, прежде чем начать промывку: Конструкция, предотвращающая засорение, позволяет проводить промывку, но она эффективна только в том случае, если выполняется до того, как засор станет слишком сильным. Измеряйте перепад давления на нижнем керамическом слое отдельно от перепада давления в основном слое с помощью специальных штуцеров для измерения давления. Когда перепад давления в нижнем слое увеличивается более чем на 301 TP3T по сравнению с базовым значением чистоты, запланируйте цикл промывки в течение следующего планового технического обслуживания. Ожидание удвоения перепада давления означает, что засор более сильный и может потребовать нескольких циклов промывки или частичной замены керамики вместо одной промывки. - ⚠️
Любой новый метод синтеза или растворитель, вводимый в систему сбора газа, должен быть оценен с точки зрения его влияния на скорость осаждения солей аммония и химический состав щелочной промывки: Пятиступенчатая технологическая цепочка была разработана с учетом специфического профиля растворителей и уровней коррозионных компонентов, задокументированных на момент проектирования. Новые методы синтеза, предусматривающие введение различных аминных соединений (триэтиламин, пиридин, пиперидин) или различных галогенированных растворителей (хлороформ, четыреххлористый углерод, трихлорэтилен), изменят скорость осаждения солей аммония и нагрузку HCl на щелочную промывку. Перед введением любого нового растворителя обязателен анализ изменений в процессе производства. Фторированные растворители (в случае их введения) потребуют дополнительной промывки HF в дополнение к промывке HCl, для чего существующая щелочная промывка не предназначена. - ⚠️
Концентрация NaOH в растворе для щелочной промывки должна постоянно поддерживаться выше минимального уровня — прорыв HCl из отработанного раствора щелочи является аварийной ситуацией, требующей соблюдения требований безопасности и нормативных требований: Щелочная промывка после РТЭ улавливает HCl, образующийся при сгорании дихлорметана. Если запас NaOH иссякнет или концентрация NaOH упадет ниже эффективного диапазона абсорбции, HCl проникнет в дымовую трубу. При производительности РТЭ 30 000 м³/ч и значительном сгорании дихлорметана сбой в щелочной промывке может привести к выбросам HCl в дымовую трубу, значительно превышающим допустимые пределы, в течение нескольких минут. Резервуар для хранения NaOH должен иметь как минимум 96-часовую автономность при максимально ожидаемой нагрузке HCl. Внедрить автоматическое дозирование NaOH, активируемое мониторингом pH, с отдельной сигнализацией при критически низком уровне NaOH в резервуаре для хранения.
08 — Основные выводы из инженерной практики
Четыре урока, извлеченные из этого проекта по разработке и внедрению активных фармацевтических ингредиентов в фармацевтической отрасли.
- !
Конструкция, предотвращающая засорение, не является необязательной для фармацевтических препаратов, использующих реактивные оксиды титана (API) в системах окисления и термической обработки (RTO), где присутствуют как аминные, так и галогенированные растворители — это обязательное инженерное требование для обеспечения долгосрочной надежности системы. Решение о включении модульного нижнего слоя с защитой от засорения увеличивает капитальные затраты, но исключает цикл замены керамического слоя, прерывающий производство и повторяющийся каждые 6–12 месяцев. За 10 лет эксплуатации системы конструкция с защитой от засорения позволяет сэкономить: 8–16 замен керамического слоя по 15–30 000 юаней каждая = 120–480 000 юаней на капитальных затратах; плюс 8–16 остановок производства на 1–2 дня каждая = 8–32 дня потерянного производства. Капитальные инвестиции в конструкцию с защитой от засорения окупаются в течение первых 18–24 месяцев эксплуатации. - 2
Пятиступенчатая технологическая цепочка в этом проекте, в отличие от четырехступенчатой цепочки в случае 22 (фармацевтическая отрасль), отражает наличие дополнительного компонента морфолинового амина, требующего пятой ступени (заключительная промывка водой для удаления NH₃), которой не было в другой фармацевтической установке. В случае 22 процесс включал: промывку водой → RTO → промывку щелочью → промывку кислотой (четыре этапа). В случае 29 процесс включал: промывку щелочью → промывку водой → RTO → промывку щелочью → промывку водой (пять этапов). Разница обусловлена наличием дополнительной HCl в поступающем газе (требующей предварительной щелочной промывки перед RTO вместо промывки водой) и морфолиновым амином (требующим последующей промывки щелочью для NH₃ вместо промывки кислотой для других основных соединений). Это иллюстрирует, как каждое фармацевтическое предприятие создает уникальные, специально разработанные требования к технологической цепочке обработки, основанные на своей специфической химии синтеза. - 3
При концентрации неметановых углеводородов 5000 мг/Нм³ в режиме автотермической обработки в реакторе с рециркуляцией отработавших газов, годовые эксплуатационные расходы в размере 960 000 юаней при производительности 30 000 м³/ч и снижении выбросов летучих органических соединений на 1195 т/год представляют собой выгодное соотношение по сравнению с альтернативным вариантом (отсутствие обработки), который в условиях регулирования ЕС повлек бы за собой штрафы за несоблюдение требований разрешений, значительно превышающие 960 000 юаней в год. Экономическая целесообразность регулирования выбросов в фармацевтической отрасли обусловлена штрафными санкциями за несоблюдение требований: бензол (канцероген группы 1), дихлорметан (предполагаемый канцероген), морфолин (репродуктивный токсин категории 3) и диметилсульфоксид (ДМСО) — все это соединения, для которых действуют строгие ограничения по содержанию в воздухе на рабочем месте и в атмосферном воздухе. Ежегодные затраты на соблюдение требований по разрешению, составляющие 960 000 юаней в год, оправданы профилем регуляторного риска необработанных выбросов. - 4
Принцип модульной конструкции, предотвращающей засорение, применим к любому применению в системах RTO, где газ одновременно содержит амины и кислые газы (HCl или SO₂), образующие соли при температурах ниже 200 °C. Механизм осаждения солей аммония происходит всякий раз, когда: (1) газ содержит азотсодержащие органические соединения или NH₃, которые сохраняются до выхода из RTO; и (2) газ также содержит HCl или SO₂ (из галогенированных или серосодержащих соединений) на выходе из RTO. Любое сочетание этих двух условий в любом промышленном применении (не только в фармацевтике) создает условия для осаждения солей аммония в более холодных секциях керамического слоя RTO. Другие отрасли, где это применимо: тонкая химическая обработка аминов + галогенированных растворителей; разработка пестицидов; производство химикатов для резины. Для любого применения с такими химическими характеристиками следует предусмотреть конструкцию, предотвращающую засорение.
09 — Часто задаваемые вопросы
Пятиэтапное снижение содержания летучих органических соединений в фармацевтических активных фармацевтических субстанциях: ответы на десять вопросов.
Вопросы от специалистов по экологическому лицензированию, инженеров-технологов и групп по охране труда и окружающей среды на предприятиях по производству фармацевтических активных фармацевтических субстанций, промежуточных продуктов и готовых лекарственных форм, планирующих внедрение пятиступенчатых систем снижения выбросов летучих органических соединений в соответствии с требованиями Директивы ЕС о экологическом регулировании / Постановления Нидерландов о деятельности.
Сложные фармацевтические АФИ с летучими органическими соединениями? Пятиступенчатая обработка с использованием антизасоряющего RTO.
Ознакомьтесь с полным спектром решений для снижения содержания летучих органических соединений в фармацевтической промышленности.
Из пятиступенчатых цепочек производства летучих органических соединений в фармацевтической промышленности с антизасоряющими свойствами. регенеративные термические окислители В рамках полного спектра решений по контролю промышленных выбросов наша инженерная команда разрабатывает системы, соответствующие требованиям ЕС IED и учитывающие химическую сложность производства фармацевтических активных фармацевтических ингредиентов.
