以玉米芯為原料的糠醛生產(chǎn)模式探析

趙桂花

摘要 ? ?本文介紹了以玉米芯為原料的糠醛清潔、環(huán)保、自動(dòng)化安全循環(huán)經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)模式。該生產(chǎn)模式不僅解決了環(huán)境污染問(wèn)題，還使廢氣、廢水、糠醛渣得以循環(huán)利用，實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)式循環(huán)經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞 ? ?玉米芯;糠醛;自動(dòng)化;清潔;循環(huán)經(jīng)濟(jì)

中圖分類號(hào) ? ?TQ215 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 ? ?A

文章編號(hào) ? 1007-5739（2019）13-0156-02 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）

Exploration ?of ?Furfural ?Production ?Mode ?with ?Corncob ?as ?Raw ?Material

ZHAO Gui-hua

（Nantong Institute of Technology，Nantong Jiangsu 226002）

Abstract ? ?This paper introduced the furfural production mode with corncob as raw material，it can realize cleanness，environmental protection，automation，safety and circular economy.The production mode not only solves the problem of environmental pollution，but also enables the recycling of waste gas，waste water and furfural residue，achieves closed-loop circular economy production.

Key words ? ?corncob;furfural;automation;cleanness;circular econom

糠醛學(xué)名α-呋喃甲醛，是一種重要的雜環(huán)類有機(jī)化合物?？啡V泛應(yīng)用于日用化工、石油精制、化工制藥、醫(yī)藥生產(chǎn)以及合成樹脂等行業(yè)[1]。

在我國(guó)糠醛的生產(chǎn)主要是以玉米芯為原料，主產(chǎn)區(qū)主要集中在玉米種植省市，生產(chǎn)企業(yè)以鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)居多，企業(yè)呈現(xiàn)小、散的狀態(tài)。其生產(chǎn)工藝存在勞動(dòng)強(qiáng)度高、能耗高、污染重等問(wèn)題。隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保的重視，糠醛行業(yè)面臨著環(huán)保的危機(jī)，迫切需要推進(jìn)清潔循環(huán)生產(chǎn)技術(shù)。筆者以上海毅知實(shí)業(yè)有限公司對(duì)紅彤有機(jī)化工糠醛廠的改造為例，簡(jiǎn)單介紹糠醛清潔、環(huán)保、自動(dòng)化安全循環(huán)經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)方案。

1 ? ?糠醛生產(chǎn)原理及工藝流程

1.1 ? ?原理

玉米芯中含有多聚戊糖（C5H8O4）n，在酸性條件下發(fā)生水解生成戊糖（C5H10O5），在溫度約170 ℃、壓力約800 kPa的反應(yīng)條件下，戊糖脫水生成糠醛（C5H4O2）。

1.2 ? ?工藝流程

1.2.1 ? ?原料粉碎及混酸進(jìn)料。玉米芯原料經(jīng)過(guò)滾筒篩除去雜質(zhì)后進(jìn)入粉碎機(jī)，將玉米芯原料粉碎至顆粒直徑10～15 mm。粉碎后的玉米芯經(jīng)提升機(jī)輸送至原料倉(cāng)。從原料倉(cāng)出來(lái)的玉米芯和稀硫酸在混酸機(jī)中混合均勻，由皮帶送入水解釜內(nèi)反應(yīng)。

1.2.2 ? ?水解。玉米芯裝入水解釜后，關(guān)閉釜蓋，通飽和蒸汽升壓。在溫度約175 ℃、壓力550～850 kPa的反應(yīng)條件下水解215 min。玉米芯中的多聚戊糖在酸性催化劑（稀硫酸）的作用下，水解生成戊糖，戊糖進(jìn)一步脫水生成糠醛。水解后，糠醛渣從水解釜底排入渣房。

1.2.3 ? ?初餾。水解產(chǎn)生的含醛蒸汽送入初餾塔底，給初餾塔提供熱源，醛汽從初餾塔底部出來(lái)后進(jìn)入原液冷凝器，經(jīng)過(guò)冷凝后進(jìn)入原液罐緩沖后從上部流入初餾塔。含醛蒸汽從塔頂引出，進(jìn)入分醛冷凝器及分醛罐。醛液在分醛罐中分成2層，分醛罐上層為糠醛溶于水的飽和溶液，內(nèi)含糠醛7%～10%，分醛罐的上層液體回流至初餾塔;下層為油狀糠醛，濃度可達(dá)87%～90%，即為毛醛（含少量醋酸），去毛醛計(jì)量中和罐[2-3]。

初餾塔底廢水（含少量的糠醛、醋酸）從塔底部排出，進(jìn)廢水處理工序。糠醛生產(chǎn)中大部分廢水來(lái)源于此。

1.2.4 ? ?中和。計(jì)量中和罐里毛醛中的酸性物質(zhì)（主要是醋酸）與碳酸鈉水溶液中和。中和后的毛醛去精制系統(tǒng)。

1.2.5 ? ?精制工序。精制工序包含脫水塔和精制塔。精制系統(tǒng)為負(fù)壓操作，可降低沸點(diǎn)，避免糠醛樹脂化。毛醛進(jìn)入脫水塔的頂部，脫水塔底部采用蒸汽間接加熱，水蒸汽上升從塔頂部排出進(jìn)入脫水冷凝器，脫水后的糠醛從塔底部進(jìn)入精制塔精制得到成品糠醛?？啡┥a(chǎn)工藝流程見(jiàn)圖1。

2 ? ?改造前糠醛生產(chǎn)的狀態(tài)及弊端

糠醛生產(chǎn)廠的特點(diǎn)是勞動(dòng)強(qiáng)度高、工作環(huán)境差、產(chǎn)率低、能耗高、污染嚴(yán)重，主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面。一是粉塵污染。因?yàn)橛衩仔局泻写罅康幕覊m和沙土，需要篩分，在篩分和鏟車送料過(guò)程中大量粉塵揚(yáng)起，導(dǎo)致工作環(huán)境較差。二是在稀釋硫酸過(guò)程中大量酸霧產(chǎn)生，存在配酸精度低、環(huán)境差的弊端。三是玉米芯與稀硫酸混合時(shí)由人工控制，會(huì)造成加酸量的不同，對(duì)生產(chǎn)穩(wěn)定性造成影響，進(jìn)而影響產(chǎn)量，造成糠醛渣含硫量過(guò)多，影響糠醛渣的綜合利用。四是水解釜裝料時(shí)需要人工打開釜蓋，在開蓋過(guò)程中會(huì)有含醛蒸汽噴出，開釜人員存在安全隱患，也會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)車間醛汽味重。此外，夏季工作車間炎熱，操作人員頻繁地開、關(guān)釜蓋，勞動(dòng)強(qiáng)度高。五是水解釜操作平臺(tái)上的閥門數(shù)量較多，將近70個(gè)，而且都是手動(dòng)閥門，在串氣、平壓的過(guò)程中，頻繁地開啟、關(guān)閉這些閥門，這需要操作人員時(shí)刻掌握各釜的壓力和工作狀態(tài)，不僅加大了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且由于手動(dòng)操作，閥門開度變化不均勻，造成醛汽產(chǎn)量不穩(wěn)定，甚至?xí)霈F(xiàn)工作失誤，使原本反應(yīng)時(shí)間已經(jīng)達(dá)到的水解釜一直處于串氣過(guò)程，而忘記排渣，直接造成裝釜數(shù)量減少，降低了產(chǎn)量。六是排渣時(shí)是依靠釜內(nèi)蒸汽的壓力為推動(dòng)力直接將糠醛渣排入渣房，由于突然的壓力降低，蒸汽及殘留的酸性氣體彌漫在空氣中，形成大量白色酸霧，并帶有氣味，對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生影響并造成資源浪費(fèi)。七是初餾塔底廢水作為冷卻器的冷卻水使用，并且靠風(fēng)機(jī)將水冷卻，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生白色酸霧，對(duì)環(huán)境造成影響。此外，廢水溫度高，冷卻效果不好，造成糠醛和水在分層時(shí)分層效果不理想，不僅增加了初餾塔的負(fù)荷、增加了蒸汽的消耗，而且對(duì)后續(xù)的精制產(chǎn)品質(zhì)量造成影響，降低了工廠效益。八是毛醛的中和為人工加堿，隨意性比較大，精度較低。九是精制工序?yàn)槭謩?dòng)操作，現(xiàn)場(chǎng)需要根據(jù)溫度計(jì)、壓力計(jì)顯示的數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整閥門的開度。手動(dòng)操作存在隱患，對(duì)操作人員的要求比較高，溫度控制不當(dāng)會(huì)造成污泥增加，使產(chǎn)品色澤難以控制，既影響了產(chǎn)品質(zhì)量，又增加了蒸汽消耗。

3 ? ?糠醛的清潔、環(huán)保、自動(dòng)化安全循環(huán)經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)

“十三五”國(guó)家對(duì)節(jié)能環(huán)保提出了更高的要求?？啡┬袠I(yè)面臨著巨大的壓力，部分糠醛企業(yè)加大力度進(jìn)行綜合治理，改變了過(guò)去臟、亂、差的現(xiàn)象。筆者走訪了多家糠醛企業(yè)，對(duì)整改現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查，現(xiàn)以紅彤有機(jī)化工糠醛廠生產(chǎn)整改情況進(jìn)行說(shuō)明。該企業(yè)實(shí)現(xiàn)了全過(guò)程DCS控制，對(duì)廢水、廢渣進(jìn)行了綜合治理，效果非常理想。

3.1 ? ?自動(dòng)化安全生產(chǎn)

該企業(yè)建立了現(xiàn)代化、智能化生產(chǎn)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了全過(guò)程DCS控制，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的溫度、壓力實(shí)行數(shù)據(jù)化監(jiān)控，保證其安全、生產(chǎn)的穩(wěn)定性，消除了生產(chǎn)安全隱患。自動(dòng)化的改造主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：一是粉碎車間的動(dòng)力設(shè)備并入DCS，在DCS界面上控制啟停，時(shí)時(shí)掌握設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài);二是配酸的自動(dòng)化，根據(jù)稀酸的濃度自動(dòng)設(shè)置水量及濃硫酸量，通過(guò)自動(dòng)閥門控制自動(dòng)進(jìn)水、進(jìn)酸，以達(dá)到設(shè)定的濃度;三是稀硫酸下料、玉米芯下料、皮帶機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)都進(jìn)入DCS控制，使硫酸和玉米芯配比得以控制，并通過(guò)DCS自動(dòng)控制，一旦玉米芯堵住下料口，稀硫酸自動(dòng)停止下酸，以免造成玉米芯中含酸量高;四是水解釜操作盤上的閥門改為自控閥門，在DCS上對(duì)各閥門的開關(guān)進(jìn)行時(shí)序控制，實(shí)現(xiàn)閥門自動(dòng)開啟和關(guān)閉，極大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，為提高產(chǎn)量贏得了時(shí)間;五是排渣的自動(dòng)化，水解時(shí)間達(dá)到后自動(dòng)提示排渣，實(shí)現(xiàn)了安全排渣;六是初餾塔運(yùn)行的自動(dòng)化控制，通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)蒸汽閥門的開度控制初餾塔底部溫度;七是計(jì)量中和的自動(dòng)化，自動(dòng)進(jìn)堿并根據(jù)需求合理加堿;八是精制系統(tǒng)的自動(dòng)化生產(chǎn)，脫水塔、精制塔的溫度、壓力和液位的自動(dòng)化控制得以實(shí)現(xiàn);九是設(shè)備故障自診斷報(bào)警，如液位高、低報(bào)警，溫度高、低報(bào)警，電流超負(fù)荷報(bào)警等，在中控室可及時(shí)掌握每臺(tái)設(shè)備的運(yùn)行情況，使設(shè)備能及時(shí)得到保護(hù)。

通過(guò)以上操作，自動(dòng)化安全生產(chǎn)運(yùn)行以后得到了非常可觀的效果，不僅減少了勞動(dòng)強(qiáng)度、改善了工作環(huán)境，而且增加了產(chǎn)量，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。過(guò)去1 d裝釜40～42釜，自動(dòng)化安全生產(chǎn)改造后可以達(dá)到46釜，毛醛產(chǎn)量提高了15%。初餾塔運(yùn)行穩(wěn)定，溫度控制平穩(wěn)，廢水中糠醛含量降到0.05%以下。蒸汽的用量減少，過(guò)去每噸糠醛蒸汽耗量達(dá)到16 t，自動(dòng)化生產(chǎn)以后，蒸汽用量為13～14 t。

3.2 ? ?糠醛清潔、環(huán)保循環(huán)經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)

糠醛行業(yè)的污染主要體現(xiàn)在大氣污染、水污染、固體污染。大氣污染來(lái)源于2個(gè)主要工段。一是粉碎工段，用鏟車將玉米芯倒入皮帶上時(shí)，由于玉米芯含粉塵較多，工地上會(huì)揚(yáng)起粉塵;另外，在進(jìn)入滾筒篩篩分灰塵時(shí)，車間里粉塵也較多。二是水解工段，水解釜排渣時(shí)含醛廢汽排放到空氣中，因廢汽中含有少量糠醛及其他低沸點(diǎn)有機(jī)氣體造成空氣污染?？啡┥a(chǎn)中的廢水主要來(lái)源于初餾工段。生產(chǎn)1 t糠醛初餾塔底會(huì)產(chǎn)生12～14 t的廢水，廢水中主要含有有機(jī)酸如乙酸、甲酸及糠醛等其他有機(jī)物[4-5]。生產(chǎn)1 t糠醛用10～11 t玉米芯，會(huì)排出12～15 t糠醛渣[6-7]，糠醛渣主要成分為纖維素的木質(zhì)素，其次含有硫酸、糠醛、甲醇、丙酮等。針對(duì)污染的主要來(lái)源，具體采取的措施如下。

3.2.1 ? ?集中處理粉塵。玉米芯的送料采用地下皮帶輸送，并有抽風(fēng)口將粉塵集中收集處理。

3.2.2 ? ?廢氣治理實(shí)施方案?？啡┰鼜乃飧撞客ㄟ^(guò)管道輸送到排渣器，排渣器的原理為在排渣器內(nèi)濕糠醛渣靠重力從排渣器的底部排出，含醛酸性蒸汽及夾雜的糠醛渣從頂部排出進(jìn)入氣體緩沖罐，緩沖罐內(nèi)設(shè)有噴頭，噴淋冷凝并收集廢氣中的糠醛，未冷凝的氣體進(jìn)入廢氣冷凝塔。在冷凝塔中蒸汽被大量的循環(huán)噴淋水冷卻。殘?jiān)皣娏芩畯牡撞颗湃腚A梯沉降池，污泥沉降在污泥池，至造粒車間回用，水進(jìn)入廢水處理工段。廢氣冷凝塔頂出來(lái)的廢氣通入階梯沉降池繼續(xù)冷凝，不凝尾氣經(jīng)活性炭和低溫等離子處理后排放。經(jīng)過(guò)上述工藝處理后，排渣時(shí)空氣中再無(wú)廢氣彌漫，不僅改善了環(huán)境，還回收了廢氣。

3.2.3 ? ?廢水、廢渣循環(huán)經(jīng)濟(jì)實(shí)施方案?？啡U水經(jīng)高速離心機(jī)物理分離黏稠物后，糠醛廢水經(jīng)階梯沉降池、過(guò)濾池、納米氣泡池后進(jìn)入電容去離子CDI反應(yīng)池，靜電吸附電性物質(zhì);處理后的廢水進(jìn)入廢水蒸發(fā)器變成二次水蒸汽后用于糠醛生產(chǎn)。蒸發(fā)用的生蒸汽冷凝液回鍋爐循環(huán)使用，如此廢水循環(huán)利用實(shí)現(xiàn)了廢水零排放的目的?？啡U渣利用余熱鍋爐排放煙氣，換熱烘焙并混合適量石灰粉氣、輸送至造粒車間，使糠醛廢渣變?yōu)槌尚皖w粒，用于氣化裝置生產(chǎn)蒸汽和電廠鍋爐燃燒，生成的蒸汽再供糠醛生產(chǎn)車間使用，使能源得到循環(huán)利用。

經(jīng)過(guò)上述治理以后，糠醛廠的工作環(huán)境得到顯著改善，排渣時(shí)空氣中再無(wú)廢氣彌漫，不僅改善了環(huán)境，還使廢氣、廢水、糠醛渣得以循環(huán)利用，實(shí)現(xiàn)了“自然資源—產(chǎn)品和用品—再生資源”的閉環(huán)式循環(huán)經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)。

4 ? ?發(fā)展趨勢(shì)

糠醛清潔、環(huán)保、自動(dòng)化安全生產(chǎn)是糠醛行業(yè)發(fā)展的必經(jīng)之路。在未來(lái)糠醛行業(yè)仍需要繼續(xù)優(yōu)化工藝，選擇新的催化劑。嶄新的全自動(dòng)化、高度文明化工廠，能夠極大地調(diào)動(dòng)糠醛工廠技術(shù)改造創(chuàng)新的積極性，使整個(gè)糠醛行業(yè)從高污染、低附加值向綠色環(huán)保、高收益和可持續(xù)發(fā)展方向轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)循環(huán)、節(jié)約、可持續(xù)的低碳發(fā)展之路。

5 ? ?參考文獻(xiàn)

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