赵桂花

摘要    本文介绍了以玉米芯为原料的糠醛清洁、环保、自动化安全循环经济生产模式。该生产模式不仅解决了环境污染问题，还使废气、废水、糠醛渣得以循环利用，实现了闭环式循环经济生产。

关键词    玉米芯;糠醛;自动化;清洁;循环经济

中图分类号    TQ215        文献标识码    A

文章编号   1007-5739（2019）13-0156-02                                                                                     开放科学（资源服务）标识码（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

糠醛學名α-呋喃甲醛，是一种重要的杂环类有机化合物。糠醛广泛应用于日用化工、石油精制、化工制药、医药生产以及合成树脂等行业[1]。

在我国糠醛的生产主要是以玉米芯为原料，主产区主要集中在玉米种植省市，生产企业以乡镇企业居多，企业呈现小、散的状态。其生产工艺存在劳动强度高、能耗高、污染重等问题。随着国家对环保的重视，糠醛行业面临着环保的危机，迫切需要推进清洁循环生产技术。笔者以上海毅知实业有限公司对红彤有机化工糠醛厂的改造为例，简单介绍糠醛清洁、环保、自动化安全循环经济生产方案。

1    糠醛生产原理及工艺流程

1.1    原理

玉米芯中含有多聚戊糖（C5H8O4）n，在酸性条件下发生水解生成戊糖（C5H10O5），在温度约170 ℃、压力约800 kPa的反应条件下，戊糖脱水生成糠醛（C5H4O2）。

1.2    工艺流程

1.2.1    原料粉碎及混酸进料。玉米芯原料经过滚筒筛除去杂质后进入粉碎机，将玉米芯原料粉碎至颗粒直径10～15 mm。粉碎后的玉米芯经提升机输送至原料仓。从原料仓出来的玉米芯和稀硫酸在混酸机中混合均匀，由皮带送入水解釜内反应。

1.2.2    水解。玉米芯装入水解釜后，关闭釜盖，通饱和蒸汽升压。在温度约175 ℃、压力550～850 kPa的反应条件下水解215 min。玉米芯中的多聚戊糖在酸性催化剂（稀硫酸）的作用下，水解生成戊糖，戊糖进一步脱水生成糠醛。水解后，糠醛渣从水解釜底排入渣房。

1.2.3    初馏。水解产生的含醛蒸汽送入初馏塔底，给初馏塔提供热源，醛汽从初馏塔底部出来后进入原液冷凝器，经过冷凝后进入原液罐缓冲后从上部流入初馏塔。含醛蒸汽从塔顶引出，进入分醛冷凝器及分醛罐。醛液在分醛罐中分成2层，分醛罐上层为糠醛溶于水的饱和溶液，内含糠醛7%～10%，分醛罐的上层液体回流至初馏塔;下层为油状糠醛，浓度可达87%～90%，即为毛醛（含少量醋酸），去毛醛计量中和罐[2-3]。

初馏塔底废水（含少量的糠醛、醋酸）从塔底部排出，进废水处理工序。糠醛生产中大部分废水来源于此。

1.2.4    中和。计量中和罐里毛醛中的酸性物质（主要是醋酸）与碳酸钠水溶液中和。中和后的毛醛去精制系统。

1.2.5    精制工序。精制工序包含脱水塔和精制塔。精制系统为负压操作，可降低沸点，避免糠醛树脂化。毛醛进入脱水塔的顶部，脱水塔底部采用蒸汽间接加热，水蒸汽上升从塔顶部排出进入脱水冷凝器，脱水后的糠醛从塔底部进入精制塔精制得到成品糠醛。糠醛生产工艺流程见图1。

2    改造前糠醛生产的状态及弊端

糠醛生产厂的特点是劳动强度高、工作环境差、产率低、能耗高、污染严重，主要体现在如下几个方面。一是粉尘污染。因为玉米芯中含有大量的灰尘和沙土，需要筛分，在筛分和铲车送料过程中大量粉尘扬起，导致工作环境较差。二是在稀释硫酸过程中大量酸雾产生，存在配酸精度低、环境差的弊端。三是玉米芯与稀硫酸混合时由人工控制，会造成加酸量的不同，对生产稳定性造成影响，进而影响产量，造成糠醛渣含硫量过多，影响糠醛渣的综合利用。四是水解釜装料时需要人工打开釜盖，在开盖过程中会有含醛蒸汽喷出，开釜人员存在安全隐患，也会导致生产车间醛汽味重。此外，夏季工作车间炎热，操作人员频繁地开、关釜盖，劳动强度高。五是水解釜操作平台上的阀门数量较多，将近70个，而且都是手动阀门，在串气、平压的过程中，频繁地开启、关闭这些阀门，这需要操作人員时刻掌握各釜的压力和工作状态，不仅加大了操作人员的劳动强度，而且由于手动操作，阀门开度变化不均匀，造成醛汽产量不稳定，甚至会出现工作失误，使原本反应时间已经达到的水解釜一直处于串气过程，而忘记排渣，直接造成装釜数量减少，降低了产量。六是排渣时是依靠釜内蒸汽的压力为推动力直接将糠醛渣排入渣房，由于突然的压力降低，蒸汽及残留的酸性气体弥漫在空气中，形成大量白色酸雾，并带有气味，对周围环境产生影响并造成资源浪费。七是初馏塔底废水作为冷却器的冷却水使用，并且靠风机将水冷却，风机转动时，会产生白色酸雾，对环境造成影响。此外，废水温度高，冷却效果不好，造成糠醛和水在分层时分层效果不理想，不仅增加了初馏塔的负荷、增加了蒸汽的消耗，而且对后续的精制产品质量造成影响，降低了工厂效益。八是毛醛的中和为人工加碱，随意性比较大，精度较低。九是精制工序为手动操作，现场需要根据温度计、压力计显示的数据及时调整阀门的开度。手动操作存在隐患，对操作人员的要求比较高，温度控制不当会造成污泥增加，使产品色泽难以控制，既影响了产品质量，又增加了蒸汽消耗。

3    糠醛的清洁、环保、自动化安全循环经济生产

“十三五”国家对节能环保提出了更高的要求。糠醛行业面临着巨大的压力，部分糠醛企业加大力度进行综合治理，改变了过去脏、乱、差的现象。笔者走访了多家糠醛企业，对整改现状进行调查，现以红彤有机化工糠醛厂生产整改情况进行说明。该企业实现了全过程DCS控制，对废水、废渣进行了综合治理，效果非常理想。

3.1    自动化安全生产

该企业建立了现代化、智能化生产控制系统，实现了全过程DCS控制，对生产过程中的温度、压力实行数据化监控，保证其安全、生产的稳定性，消除了生产安全隐患。自动化的改造主要体现在如下几个方面：一是粉碎车间的动力设备并入DCS，在DCS界面上控制启停，时时掌握设备的运行状态;二是配酸的自动化，根据稀酸的浓度自动设置水量及浓硫酸量，通过自动阀门控制自动进水、进酸，以达到设定的浓度;三是稀硫酸下料、玉米芯下料、皮带机的运转都进入DCS控制，使硫酸和玉米芯配比得以控制，并通过DCS自动控制，一旦玉米芯堵住下料口，稀硫酸自动停止下酸，以免造成玉米芯中含酸量高;四是水解釜操作盘上的阀门改为自控阀门，在DCS上对各阀门的开关进行时序控制，实现阀门自动开启和关闭，极大降低了劳动强度，为提高产量赢得了时间;五是排渣的自动化，水解时间达到后自动提示排渣，实现了安全排渣;六是初馏塔运行的自动化控制，通过自动调节蒸汽阀门的开度控制初馏塔底部温度;七是计量中和的自动化，自动进碱并根据需求合理加碱;八是精制系统的自动化生产，脱水塔、精制塔的温度、压力和液位的自动化控制得以实现;九是设备故障自诊断报警，如液位高、低报警，温度高、低报警，电流超负荷报警等，在中控室可及时掌握每台设备的运行情况，使设备能及时得到保护。

通过以上操作，自动化安全生产运行以后得到了非常可观的效果，不仅减少了劳动强度、改善了工作环境，而且增加了产量，提高了产品的质量。过去1 d装釜40～42釜，自动化安全生产改造后可以达到46釜，毛醛产量提高了15%。初馏塔运行稳定，温度控制平稳，废水中糠醛含量降到0.05%以下。蒸汽的用量减少，过去每吨糠醛蒸汽耗量达到16 t，自动化生产以后，蒸汽用量为13～14 t。

3.2    糠醛清洁、环保循环经济生产

糠醛行业的污染主要体现在大气污染、水污染、固体污染。大气污染来源于2个主要工段。一是粉碎工段，用铲车将玉米芯倒入皮带上时，由于玉米芯含粉尘较多，工地上会扬起粉尘;另外，在进入滚筒筛筛分灰尘时，车间里粉尘也较多。二是水解工段，水解釜排渣时含醛废汽排放到空气中，因废汽中含有少量糠醛及其他低沸点有机气体造成空气污染。糠醛生产中的废水主要来源于初馏工段。生产1 t糠醛初馏塔底会产生12～14 t的废水，废水中主要含有有机酸如乙酸、甲酸及糠醛等其他有机物[4-5]。生产1 t糠醛用10～11 t玉米芯，会排出12～15 t糠醛渣[6-7]，糠醛渣主要成分为纤维素的木质素，其次含有硫酸、糠醛、甲醇、丙酮等。针对污染的主要来源，具体采取的措施如下。

3.2.1    集中处理粉尘。玉米芯的送料采用地下皮带输送，并有抽风口将粉尘集中收集处理。

3.2.2    废气治理实施方案。糠醛渣从水解釜底部通过管道输送到排渣器，排渣器的原理为在排渣器内湿糠醛渣靠重力从排渣器的底部排出，含醛酸性蒸汽及夹杂的糠醛渣从顶部排出进入气体缓冲罐，缓冲罐内设有喷头，喷淋冷凝并收集废气中的糠醛，未冷凝的气体进入废气冷凝塔。在冷凝塔中蒸汽被大量的循环喷淋水冷却。残渣及喷淋水从底部排入阶梯沉降池，污泥沉降在污泥池，至造粒车间回用，水进入废水处理工段。废气冷凝塔顶出来的废气通入阶梯沉降池继续冷凝，不凝尾气经活性炭和低温等离子处理后排放。经过上述工艺处理后，排渣时空气中再无废气弥漫，不仅改善了环境，还回收了废气。

3.2.3    废水、废渣循环经济实施方案。糠醛废水经高速离心机物理分离黏稠物后，糠醛废水经阶梯沉降池、过滤池、纳米气泡池后进入电容去离子CDI反应池，静电吸附电性物质;处理后的废水进入废水蒸发器变成二次水蒸汽后用于糠醛生产。蒸发用的生蒸汽冷凝液回锅炉循环使用，如此废水循环利用实现了废水零排放的目的。糠醛废渣利用余热锅炉排放烟气，换热烘焙并混合适量石灰粉气、输送至造粒车间，使糠醛废渣变为成型颗粒，用于气化装置生产蒸汽和电厂锅炉燃烧，生成的蒸汽再供糠醛生产车间使用，使能源得到循环利用。

经过上述治理以后，糠醛厂的工作环境得到显著改善，排渣时空气中再无废气弥漫，不仅改善了环境，还使废气、废水、糠醛渣得以循环利用，实现了“自然资源—产品和用品—再生资源”的闭环式循环经济生产。

4    发展趋势

糠醛清洁、环保、自动化安全生产是糠醛行业发展的必经之路。在未来糠醛行业仍需要继续优化工艺，选择新的催化剂。崭新的全自动化、高度文明化工厂，能够极大地调动糠醛工厂技术改造创新的积极性，使整个糠醛行业从高污染、低附加值向绿色环保、高收益和可持续发展方向转型，实现循环、节约、可持续的低碳发展之路。

5    参考文献

[1] 陈雄彪.糠醛清洁生产工艺研究[J].资源节约与环保，2014（7）：26-27.

[2] 李学文.糠醛及其基础呋喃衍生物[M].济南：山东大学出版社，2015：5.

[3] 李淑君.植物纤维水解技术[M].北京：化学工业出版社，2009：123.

[4] 史伟明，张楠.糠醛生产“三废”情况的调查[J].黑龙江环境通报，2002，26（1）：57-59.

[5] 薄德臣，李凭力.糠醛生产技术发展及展望[J].林产化学与工业，2013，33（6）：128-129.

[6] 施英乔，丁来保，盘爱享，等.糠醛生产废水废渣的资源化利用研究进展[J].林产化学与工业，2016，36（3）：133-136.

[7] 尹玉磊，李爱民，毛燎原，等.糠醛渣综合利用技术研究进展[J].现代化工，2011，31（11）：22-24.