生物化工產業中“三廢”的管控途徑

程克(廣西金源生物化工實業有限公司，廣西 桂平 537200)

1 加強生物化工產業的“三廢”管控的必要性

生物化工產業是生物技術與化學化工技術相互融合形成的一個較為“年輕”的產業[1]。隨著生物技術的快速發展，為生物化工產業注入了新的動力。生物化工產業無論是經濟價值還是社會價值都有很大的上升空間，目前受到各國青睞，紛紛加大投資研發力度，客觀上促進了生物化工產業的發展。

我國大致是從20世紀70年代開始發展生物化工產業，最初采取的是政府主導、企業參與的模式，隨著市場經濟的發展逐漸轉變為企業主導、政府扶持模式，積極推動我國生物化工產業發展。但是在整個發展過程中也存在許多問題，例如生產發酵周期長、分離提純技術相對落后等問題。更重要的是，生物化工產業中的“三廢”現象十分嚴重。所謂“三廢”是指廢氣、廢液、廢渣。“三廢”是生物化工產品生產過程中不可避免產生的廢料，不僅會影響到產品的純度，還會對環境形成破壞[2]。根據生產經驗，合理的加強管控以及采取科學的管控措施對于降低“三廢”產生量，提高生產效率有積極的作用。

2 “三廢”管控重點——以頻吶酮生產項目為例

2.1 頻吶酮生產原理概述

頻吶酮化學名字為甲基叔丁基甲酮，分子式為C6H12O，頻吶酮主要用于生產三唑類農藥以及植物生長調節劑，也用于除草劑及醫藥產品。當今化工產業正進入一個發展時期，它為其他醫藥、橡膠、印染、化工技術發展的技術和先導，研究水平和產業化規模已成為衡量一個國家和地區經濟發展、科技進步和國防實力的重要標志，是當今世界各國重點發展的高新技術產業之一[3]。頻吶酮可延伸下游多個產品。隨著我國經濟的快速發展，在農藥、醫藥行業中均需使用該產品，市場潛力巨大。

頻吶酮生成反應分為兩種：

第一種是異戊烯與鹽酸加成反應，化學反應式為：

根據異戊烯與鹽酸加成反應的反應機理，該反應為親電加成反應，根據馬氏規則氫原子總是加在含較多的雙鍵上，以此為加成后的氯代特戊烷為下一步縮合反應的原料[4]。影響該反應的主要因數為鹽酸與異戊烯的配比，反應溫度、反應時間等。

第二種是氯代特戊烷與甲醛綜合反應，如圖1所示。

化學反應分為環合、開環、重排等步驟，反應復雜，副反應多，反應影響條件多，難控制，廢料的形成均在此步驟產生。

2.2 頻吶酮生產項目中的“三廢”情況分析

頻吶酮生成中容易出現“三廢”：廢氣、廢水、廢渣。

廢氣的形成是由于物料裝卸過程中及物料存貯過程中自然產生的化學物料，如鹽酸、異戊烯、甲醛及甲醇等。另外，裝卸過程中及物料存貯過程中也會產生主要污染物，如貯罐呼吸閥排放的氣體等。異戊烯貯罐頂部自由氣體排出管接有二級冷凍水冷卻的冷凝器，異戊烯的自由氣體經冷凍水冷卻后回到貯罐內。廢氣會影響到儲罐呼吸閥等設備正常運轉，必須加以重視。

廢液是在頻吶酮的生產過程中由于甲醛溶液的濃度為37%，會有水帶入，造成鹽酸濃度降低成稀鹽酸，這些鹽酸在縮合反應后經分相器分離，但有機物也會占稀鹽酸的約5%，因此會產生廢液。廢液影響鹽酸濃度，必須加以解決。

頻吶酮生產過程中無廢渣產生。但是在稀鹽酸中和氯化鈣循環液中有0.1%左右的HCl，廢渣會影響到機器的正常運轉，損壞機器配件使用壽命。

2.3 頻吶酮生產項目中“三廢”情況管控的重點

第一，加強對反應精餾加成反應裝置的管控，避免副反應發生。

按照頻吶酮生成原理，鹽酸與異戊烯在塔進行反應時，生產裝置必須要將鹽酸冷卻到10 ℃以下，并且反應溫度要控制在25 ℃以下，整個反應過程必須密切監控。通過優化裝置設備，提高反應控制速度，這樣才能省去冷卻鹽酸的冷凍水，在通過再沸器將未反應的異戊烯蒸出，降低廢氣含量。

第二，加強對微分環流縮合反應過程的管控，提升傳質和傳熱的效能。

傳統的頻吶酮生產是用反應釜間歇操作，每批物料的反應定時定量的控制物料加入量、溫度、壓力、反應時間、等諸多重要參數，由于人為因素較多，控制不好會影響產品質量或造成各批反應物料的質量有差異。因此，必須要加強對微分環流縮合反應過程的管控，提升傳質和傳熱的效能，使反應快速進行，減少副反應發生。

第三，加強對低沸塔及精餾塔填料環節的管控，提高分離效能。

產能大的化工裝置中，當采用精餾塔為填料塔時，塔內填料即使采用高效規整波紋填料時也不可避免地存在“壁流效應”和“溝流效應”，導致塔效率降低，分離效能下降，生產質量無法保證。因此要加強管控，提高分離效能，保證生產質量。

3 生物化工產業“三廢”管控的途徑

3.1 提高“三廢”管控意識加大政策扶持力度

第一，加大配套資金投入力度。當前生物化工企業雖然十分重視廢渣等物料生態循環利用工程，也采取了一定的措施，但是力度仍然不夠，應該繼續追加配套資金投入水平，同時建立和完善廢渣等物料污染物處理的專項資金分配機制。生物化工企業必須要整合配套項目資金，用在廢渣等物料處理設施建設上面。另外，監管部門還可以對不符合要求的工廠限期令其整改，同時進行相應的處罰，例如取消其產業有關扶持政策，取消其項目申報資格。

第二，探討廢渣等物料循環新模式。

文章認為必須加強物料循環新模式的研究。以頻吶酮生產為例，為了保證蒸發脫出的水不含氯化氫，可以在進入蒸發器前加入氫氧化鈣以中和鹽酸，轉化成氯化鈣并富集起來，定期打出制成六水氯化鈣副產品，用桶包裝外售，化廢為寶。

3.2 提高監管和監測水平

第一，完善監管機制建設。針對當前生物化工產品生產過程中存在的“三廢”排放安全問題，要從源頭上做起，積極完善“三廢”監管機制，彌補監管管理漏洞，加強監管管理工作質量，提高監管工作的效率。夯實監管隊伍，形成多級級防控體系，定期對“三廢”廠房進行監管檢查。對廢氣、廢渣、廢液的排放產生狀況展開抽查，同時加強監管管理控制。另外，企業應加大監管補貼，將其納入企業一般預算當中。通過以上舉措，一方面可以提高監管人員的工作熱情，另一方面彌補監管機制漏洞，完善監管機制，提升監管管理工作效率。

第二，加強“三廢”精細化管理。應該健全對生物化工生產中“三廢”管控的精細化制度，完善精細化機制，成立精細化工作小組，只有這樣才能使生物化工產品生產中“三廢”的管控質量安全得到有效執行。另外，還要提升產品生產中“三廢”循環利用認識，主動增強節約意識觀念。

3.3 加快“三廢”安全管控體系建設

第一，完善生物化工產品生產、深加工安全技術應用標準體系。標準體系有利于指導生產、深加工，保障生物化工產品的質量安全。應該讓企業嚴格按照產品質量法律法規，自行制定和完善產品的系統檢測和質量制度，同時要加強全過程監控，對生物化工產品生產過程和產地環境進行實時監督，保障采購，儲存，運輸，加工，銷售等任何一個環節都在監管之下完成。

第二，增強監督力度。生物化工產品生產商及行業部門要建立全監管體系，既要加大產業內部監督，也要加大外部監督，充分發揮社會第三方機構的監督作用，促進整個生物化工產業的健康發展。

3.4 優化生產技術提升“三廢”物料生產效能

在生物化工產品生產過程中可能有污染物產生的設備主要是連續相分離器、貯槽、粗品槽、溶劑貯槽、成品槽、聚合油貯槽等。它們在設計過程中都安裝了正逆水封，保證自由氣體無泄漏。為防止萬一，在其水封出口處用管道引入活性碳纖維吸附器。

一方面，加成反應精餾塔頂部有內置酸性物質冷卻器，由冷凍水冷卻，排出口有氣體抽吸管道引入廢氣集中處理裝置(活性碳纖維吸附)；縮合回流冷凝器排出口與加成反應精餾塔底部相連；萃取精餾塔頂有冷凍水冷卻內置冷卻器，在其冷卻器頂部放空管引入活性碳纖維吸附器。生物化工產品生產過程中由于是連續生產，物料在密閉的設備及管道內無泄漏的可能，只有計量槽和回收槽等有泄漏的可能，可以設置正逆水封防止自由氣體逸出。生產廠房可以設置為開放式結構，一層、二層廠房由氣體抽吸管道引入廢氣集中處理裝置，這樣就能夠實現清潔生產。廢氣主要是在生產過程中可能是動密封和靜密封引起的泄漏，在廠房內設置廢氣集中處理裝置，即活性碳纖維吸附，氣體中假如夾帶有機物可由活性碳纖維吸附，然后再解析出來，活性碳纖維可再生，循環利用。通過采用新型簡約精餾塔，其特點是分離效率提高，填料塔高度降低，可節約蒸汽用量。

另一方面，為了更好的解決廢氣，可以在冷凝器氣體口由管道引入活性碳纖維吸附器進行吸收處理。以頻吶酮生產項目為例，鹽酸貯罐和甲醛貯罐頂部排出口接一正逆水封，并在水封出口由管道引入活性碳纖維吸附器進行吸收處理。甲醇貯罐頂部自由氣體排出管接有二級冷凍水冷卻的冷凝器，甲醇的自由氣體經冷凍水冷卻后回到貯罐內。為了保險起見，需要在冷凝器氣體口由管道引入活性碳纖維吸附器進行吸收處理。對于廢液，可以用原料異戊烯進行萃取，回收溶解在鹽酸中有機物，經萃取精餾后的稀鹽酸中的有機物用雙氧水使其分解，然后再用活性碳處理；處理后的稀鹽酸用鹽酸解析專利技術，將稀鹽酸分離出氯化氫和水，氯化氫用稀鹽酸溶液吸收制備出31%以上的高純鹽酸，達到循環利用的目的。

4 結語

工業產品原料的供應穩定、可靠對工業生產至關重要。一直以來對較低的物料、能耗值關注是工業產品生產的重點內容，但是隨著環保安全意識的不斷提高，生產全過程的“三廢”控制和回收利用是熱門的話題。生物化工產品在生產過程中會產生“三廢”，通過加強“三廢”管控，即可以節約資源，也可以控制物料流失，提高生產項目效能。因此，本文對生物化工產業中“三廢”現象管控途徑進行研究，一方面強調從工藝技術入手優化生產技術環節效能，另一方面從宏觀監管體系入手，提高管理意識。