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、自動化安全循環(huán)經(jīng)濟生產(chǎn)模式。該生產(chǎn)模式不僅解決了環(huán)境污染問題，還使廢氣、廢水、糠醛渣得以循環(huán)利用，實現(xiàn)了閉環(huán)式循環(huán)經(jīng)濟生產(chǎn)。

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

中圖分類號 ? ?TQ215 ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼 ? ?A

文章編號 ? 1007-5739（2019）13-0156-02 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（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)類有機化合物。糠醛廣泛應(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)工藝存在勞動強度高、能耗高、污染重等問題。隨著國家對環(huán)保的重視，糠醛行業(yè)面臨著環(huán)保的危機，迫切需要推進清潔循環(huán)生產(chǎn)技術(shù)。筆者以上海毅知實業(yè)有限公司對紅彤有機化工糠醛廠的改造為例，簡單介紹糠醛清潔、環(huán)保、自動化安全循環(huán)經(jīng)濟生產(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 ? ?原料粉碎及混酸進料。玉米芯原料經(jīng)過滾筒篩除去雜質(zhì)后進入粉碎機，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)提升機輸送至原料倉。從原料倉出來的玉米芯和稀硫酸在混酸機中混合均勻，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后進入原液冷凝器，經(jīng)過冷凝后進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87%～90%，即為毛醛（含少量醋酸），去毛醛計量中和罐[2-3]。

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

1.2.4 ? ?中和。計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)為負壓操作，可降低沸點，避免糠醛樹脂化。毛醛進入脫水塔的頂部，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入脫水冷凝器，脫水后的糠醛從塔底部進入精制塔精制得到成品糠醛。糠醛生產(chǎn)工藝流程見圖1。

2 ? ?改造前糠醛生產(chǎn)的狀態(tài)及弊端

糠醛生產(chǎn)廠的特點是勞動強度高、工作環(huán)境差、產(chǎn)率低、能耗高、污染嚴重，主要體現(xiàn)在如下幾個方面。一是粉塵污染。因為玉米芯中含有大量的灰塵和沙土，需要篩分，在篩分和鏟車送料過程中大量粉塵揚起，導(dǎo)致工作環(huán)境較差。二是在稀釋硫酸過程中大量酸霧產(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由人工控制，會造成加酸量的不同，對生產(chǎn)穩(wěn)定性造成影響，進而影響產(chǎn)量，造成糠醛渣含硫量過多，影響糠醛渣的綜合利用。四是水解釜裝料時需要人工打開釜蓋，在開蓋過程中會有含醛蒸汽噴出，開釜人員存在安全隱患，也會導(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，勞動強度高。五是水解釜操作平臺上的閥門數(shù)量較多，將近70個，而且都是手動閥門，在串氣、平壓的過程中，頻繁地開啟、關(guān)閉這些閥門，這需要操作人員時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強度，而且由于手動操作，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)時間已經(jīng)達到的水解釜一直處于串氣過程，而忘記排渣，直接造成裝釜數(shù)量減少，降低了產(chǎn)量。六是排渣時是依靠釜內(nèi)蒸汽的壓力為推動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，對周圍環(huán)境產(chǎn)生影響并造成資源浪費。七是初餾塔底廢水作為冷卻器的冷卻水使用，并且靠風(fēng)機將水冷卻，風(fēng)機轉(zhuǎn)動時，會產(chǎn)生白色酸霧，對環(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分層效果不理想，不僅增加了初餾塔的負荷、增加了蒸汽的消耗，而且對后續(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。九是精制工序為手動操作，現(xiàn)場需要根據(jù)溫度計、壓力計顯示的數(shù)據(jù)及時調(diào)整閥門的開度。手動操作存在隱患，對操作人員的要求比較高，溫度控制不當(dāng)會造成污泥增加，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、自動化安全循環(huán)經(jīng)濟生產(chǎn)

“十三五”國家對節(jié)能環(huán)保提出了更高的要求。糠醛行業(yè)面臨著巨大的壓力，部分糠醛企業(yè)加大力度進行綜合治理，改變了過去臟、亂、差的現(xiàn)象。筆者走訪了多家糠醛企業(yè)，對整改現(xiàn)狀進行調(diào)查，現(xiàn)以紅彤有機化工糠醛廠生產(chǎn)整改情況進行說明。該企業(yè)實現(xiàn)了全過程DCS控制，對廢水、廢渣進行了綜合治理，效果非常理想。

3.1 ? ?自動化安全生產(chǎn)

該企業(yè)建立了現(xiàn)代化、智能化生產(chǎn)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了全過程DCS控制，對生產(chǎn)過程中的溫度、壓力實行數(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。自動化的改造主要體現(xiàn)在如下幾個方面：一是粉碎車間的動力設(shè)備并入DCS，在DCS界面上控制啟停，時時掌握設(shè)備的運行狀態(tài);二是配酸的自動化，根據(jù)稀酸的濃度自動設(shè)置水量及濃硫酸量，通過自動閥門控制自動進水、進酸，以達到設(shè)定的濃度;三是稀硫酸下料、玉米芯下料、皮帶機的運轉(zhuǎn)都進入DCS控制，使硫酸和玉米芯配比得以控制，并通過DCS自動控制，一旦玉米芯堵住下料口，稀硫酸自動停止下酸，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上對各閥門的開關(guān)進行時序控制，實現(xiàn)閥門自動開啟和關(guān)閉，極大降低了勞動強度，為提高產(chǎn)量贏得了時間;五是排渣的自動化，水解時間達到后自動提示排渣，實現(xiàn)了安全排渣;六是初餾塔運行的自動化控制，通過自動調(diào)節(jié)蒸汽閥門的開度控制初餾塔底部溫度;七是計量中和的自動化，自動進堿并根據(jù)需求合理加堿;八是精制系統(tǒng)的自動化生產(chǎn)，脫水塔、精制塔的溫度、壓力和液位的自動化控制得以實現(xiàn);九是設(shè)備故障自診斷報警，如液位高、低報警，溫度高、低報警，電流超負荷報警等，在中控室可及時掌握每臺設(shè)備的運行情況，使設(shè)備能及時得到保護。

通過以上操作，自動化安全生產(chǎn)運行以后得到了非常可觀的效果，不僅減少了勞動強度、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。過去1 d裝釜40～42釜，自動化安全生產(chǎn)改造后可以達到46釜，毛醛產(chǎn)量提高了15%。初餾塔運行穩(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，過去每噸糠醛蒸汽耗量達到16 t，自動化生產(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。大氣污染來源于2個主要工段。一是粉碎工段，用鏟車將玉米芯倒入皮帶上時，由于玉米芯含粉塵較多，工地上會揚起粉塵;另外，在進入滾筒篩篩分灰塵時，車間里粉塵也較多。二是水解工段，水解釜排渣時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有機氣體造成空氣污染。糠醛生產(chǎn)中的廢水主要來源于初餾工段。生產(chǎn)1 t糠醛初餾塔底會產(chǎn)生12～14 t的廢水，廢水中主要含有有機酸如乙酸、甲酸及糠醛等其他有機物[4-5]。生產(chǎn)1 t糠醛用10～11 t玉米芯，會排出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。針對污染的主要來源，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 ? ?廢氣治理實施方案。糠醛渣從水解釜底部通過管道輸送到排渣器，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。殘渣及噴淋水從底部排入階梯沉降池，污泥沉降在污泥池，至造粒車間回用，水進入廢水處理工段。廢氣冷凝塔頂出來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)過上述工藝處理后，排渣時空氣中再無廢氣彌漫，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)濟實施方案。糠醛廢水經(jīng)高速離心機物理分離黏稠物后，糠醛廢水經(jīng)階梯沉降池、過濾池、納米氣泡池后進入電容去離子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)利用實現(xiàn)了廢水零排放的目的。糠醛廢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)過上述治理以后，糠醛廠的工作環(huán)境得到顯著改善，排渣時空氣中再無廢氣彌漫，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)濟生產(chǎn)。

4 ? ?發(fā)展趨勢

糠醛清潔、環(huán)保、自動化安全生產(chǎn)是糠醛行業(yè)發(fā)展的必經(jīng)之路。在未來糠醛行業(yè)仍需要繼續(xù)優(yōu)化工藝，選擇新的催化劑。嶄新的全自動化、高度文明化工廠，能夠極大地調(diào)動糠醛工廠技術(shù)改造創(chuàng)新的積極性，使整個糠醛行業(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

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