VOCs催化剂在医药行业中应用简介

医药行业的生产过程复杂多样，涉及化学合成、生物发酵、提取、制剂等多个环节，因此其VOCs排放组分也呈现复杂多样的特点。主要来源包括：

1. 含氧有机物： 这是最常见的一类，主要来自溶剂使用、提取和清洗过程。
• 醇类： 甲醇、乙醇、异丙醇 (IPA)、正丁醇等。
• 酮类： 丙酮、丁酮 (MEK)、甲基异丁基酮 (MIBK) 等。
• 酯类： 乙酸乙酯、乙酸丁酯等。
• 醚类： 乙醚、四氢呋喃 (THF)、甲基叔丁基醚 (MTBE) 等。
• 其他： 二甲基甲酰胺 (DMF)、二甲基亚砜 (DMSO) 等高沸点溶剂在某些工艺中也可能挥发。
2. 卤代烃： 主要用于萃取、反应溶剂或清洗。这类物质通常毒性较大，处理难度也较高。
• 氯代烃： 二氯甲烷 (DCM)、三氯甲烷 (氯仿)、氯苯等。
3. 芳香烃： 主要用作溶剂或起始原料。
• 甲苯、二甲苯、苯（现在管控严格，使用较少）、乙苯等。
4. 脂肪烃： 主要用作溶剂或萃取剂。
• 正己烷、庚烷、环己烷等。
5. 含氮有机物： 来自原料、中间体或溶剂。
• 胺类（如三乙胺等，用于调节pH或催化）、腈类（如乙腈，用作溶剂）等。
6. 其他：
• 发酵过程中可能产生一些醇类、醛类、酸类等。
• 某些原料、中间体或产品本身具有挥发性。

需要强调的是：

• 具体的排放组分与药品的种类、生产工艺（化学合成、生物发酵、中药提取等）、所用原辅料和溶剂密切相关。
• 同一家药企，不同生产线、不同生产阶段排放的VOCs组分和浓度也可能差异很大。
• 由于很多医药生产是间歇式操作，VOCs排放浓度和组分波动性可能较大。

二、 催化氧化选择催化剂的注意事项
 催化氧化（Catalytic Oxidation 或 Catalytic Incineration）是通过催化剂降低反应活化能，使VOCs在较低温度（通常250-450°C）下与氧气反应，转化为二氧化碳和水（以及其他无机物，如HCl、N2等）的技术。选择合适的催化剂至关重要，主要考虑以下几点：

1. 催化活性 (Activity)：
• 低温活性： 希望催化剂在尽可能低的温度下就能高效转化VOCs（例如，T90或T99，即转化率达到90%或99%时的温度），以降低能耗。
• 对目标组分的活性： 医药行业VOCs组分复杂，催化剂需要对混合组分中的主要成分甚至所有受管控成分都具有高活性。有些组分可能较难氧化（如甲烷、低级烷烃），需要活性更高的催化剂。
2. 选择性  (Selectivity)：
• 完全氧化能力： 催化剂应能将VOCs尽可能完全氧化为CO2和H2O，避免产生毒性更强或更难处理的副产物，如一氧化碳(CO)、醛类、酮类中间产物，以及含氯VOCs氧化不完全可能产生的二噁英/呋喃（PCDD/Fs）。
• 对含杂原子VOCs的处理：
• 含氯VOCs： 氧化会产生HCl或Cl2，对设备有腐蚀性，且氯会使许多催化剂（特别是贵金属催化剂）中毒失活。需要选择抗氯中毒的催化剂（如某些复合氧化物催化剂或特殊处理的贵金属催化剂），或者在上游设置除氯单元。
• 含氮VOCs： 氧化可能产生N2、N2O或NOx。需要选择能优先生成N2、抑制NOx生成的催化剂。
• 含硫VOCs： 硫是常见的催化剂毒物，会使催化剂失活。需要选择抗硫中毒的催化剂或进行预处理脱硫。
3. 稳定性 (Stability) 和寿命 (Durability)：
• 热稳定性： 催化剂需要能承受长期运行温度以及可能的温度波动或超温情况，保持结构和活性稳定。
• 化学稳定性/抗中毒能力： 医药废气中可能含有微量的硫化物、磷化物、重金属、碱金属、硅化物（来自消泡剂或密封材料）等，这些都可能导致催化剂中毒失活。催化剂需要具备一定的抗中毒能力。
• 抗积碳能力： 高浓度或不饱和有机物在某些条件下可能在催化剂表面形成积碳，覆盖活性位点。
• 机械强度： 催化剂载体（通常是蜂窝陶瓷或金属）需要有足够的机械强度，耐气流冲刷和振动。
4. 水热稳定性       (Hydrothermal Stability)：
• 废气中通常含有水蒸气，尤其是在高温下，水蒸气可能影响催化剂的结构和性能。需要选择水热稳定性好的催化剂。
5. 物理特性：
• 形状和尺寸： 常见的有蜂窝状、颗粒状、球状等。蜂窝状催化剂通常压降低，适合大气量处理。
• 比表面积和孔结构： 影响活性组分的分散度和传质效率。
6. 成本效益：
• 包括催化剂的初始购买成本、运行能耗（与起燃温度相关）、更换周期（与寿命相关）和废弃催化剂处理成本。

总结选择关键： 在医药行业，由于VOCs组分复杂、可能含有Cl、N、S等杂原子，并且工况可能波动，选择催化剂时，抗中毒能力（特别是抗氯、抗硫）、对复杂混合组分的适应性、选择性（避免产生有害副产物）以及长期稳定性是尤其需要关注的重点，需要在活性、稳定性和成本之间做出权衡。通常需要对实际排放的废气组分进行详细分析，并可能需要进行中试或实验室评估来确定最合适的催化剂类型和操作条件。