生物化工產(chǎn)業(yè)中“三廢”的管控途徑

程克(廣西金源生物化工實(shí)業(yè)有限公司，廣西 桂平 537200)

1 加強(qiáng)生物化工產(chǎn)業(yè)的“三廢”管控的必要性

生物化工產(chǎn)業(yè)是生物技術(shù)與化學(xué)化工技術(shù)相互融合形成的一個(gè)較為“年輕”的產(chǎn)業(yè)[1]。隨著生物技術(shù)的快速發(fā)展，為生物化工產(chǎn)業(yè)注入了新的動(dòng)力。生物化工產(chǎn)業(yè)無(wú)論是經(jīng)濟(jì)價(jià)值還是社會(huì)價(jià)值都有很大的上升空間，目前受到各國(guó)青睞，紛紛加大投資研發(fā)力度，客觀(guān)上促進(jìn)了生物化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

我國(guó)大致是從20世紀(jì)70年代開(kāi)始發(fā)展生物化工產(chǎn)業(yè)，最初采取的是政府主導(dǎo)、企業(yè)參與的模式，隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槠髽I(yè)主導(dǎo)、政府扶持模式，積極推動(dòng)我國(guó)生物化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展。但是在整個(gè)發(fā)展過(guò)程中也存在許多問(wèn)題，例如生產(chǎn)發(fā)酵周期長(zhǎng)、分離提純技術(shù)相對(duì)落后等問(wèn)題。更重要的是，生物化工產(chǎn)業(yè)中的“三廢”現(xiàn)象十分嚴(yán)重。所謂“三廢”是指廢氣、廢液、廢渣?！叭龔U”是生物化工產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中不可避免產(chǎn)生的廢料，不僅會(huì)影響到產(chǎn)品的純度，還會(huì)對(duì)環(huán)境形成破壞[2]。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，合理的加強(qiáng)管控以及采取科學(xué)的管控措施對(duì)于降低“三廢”產(chǎn)生量，提高生產(chǎn)效率有積極的作用。

2 “三廢”管控重點(diǎn)——以頻吶酮生產(chǎn)項(xiàng)目為例

2.1 頻吶酮生產(chǎn)原理概述

頻吶酮化學(xué)名字為甲基叔丁基甲酮，分子式為C6H12O，頻吶酮主要用于生產(chǎn)三唑類(lèi)農(nóng)藥以及植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，也用于除草劑及醫(yī)藥產(chǎn)品。當(dāng)今化工產(chǎn)業(yè)正進(jìn)入一個(gè)發(fā)展時(shí)期，它為其他醫(yī)藥、橡膠、印染、化工技術(shù)發(fā)展的技術(shù)和先導(dǎo)，研究水平和產(chǎn)業(yè)化規(guī)模已成為衡量一個(gè)國(guó)家和地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、科技進(jìn)步和國(guó)防實(shí)力的重要標(biāo)志，是當(dāng)今世界各國(guó)重點(diǎn)發(fā)展的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一[3]。頻吶酮可延伸下游多個(gè)產(chǎn)品。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，在農(nóng)藥、醫(yī)藥行業(yè)中均需使用該產(chǎn)品，市場(chǎng)潛力巨大。

頻吶酮生成反應(yīng)分為兩種：

第一種是異戊烯與鹽酸加成反應(yīng)，化學(xué)反應(yīng)式為：

根據(jù)異戊烯與鹽酸加成反應(yīng)的反應(yīng)機(jī)理，該反應(yīng)為親電加成反應(yīng)，根據(jù)馬氏規(guī)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(yīng)的原料[4]。影響該反應(yīng)的主要因數(shù)為鹽酸與異戊烯的配比，反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間等。

第二種是氯代特戊烷與甲醛綜合反應(yīng)，如圖1所示。

化學(xué)反應(yīng)分為環(huán)合、開(kāi)環(huán)、重排等步驟，反應(yīng)復(fù)雜，副反應(yīng)多，反應(yīng)影響條件多，難控制，廢料的形成均在此步驟產(chǎn)生。

2.2 頻吶酮生產(chǎn)項(xiàng)目中的“三廢”情況分析

頻吶酮生成中容易出現(xiàn)“三廢”：廢氣、廢水、廢渣。

廢氣的形成是由于物料裝卸過(guò)程中及物料存貯過(guò)程中自然產(chǎn)生的化學(xué)物料，如鹽酸、異戊烯、甲醛及甲醇等。另外，裝卸過(guò)程中及物料存貯過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)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(jí)冷凍水冷卻的冷凝器，異戊烯的自由氣體經(jīng)冷凍水冷卻后回到貯罐內(nèi)。廢氣會(huì)影響到儲(chǔ)罐呼吸閥等設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，必須加以重視。

廢液是在頻吶酮的生產(chǎn)過(guò)程中由于甲醛溶液的濃度為37%，會(huì)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(yīng)后經(jīng)分相器分離，但有機(jī)物也會(huì)占稀鹽酸的約5%，因此會(huì)產(chǎn)生廢液。廢液影響鹽酸濃度，必須加以解決。

頻吶酮生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)廢渣產(chǎn)生。但是在稀鹽酸中和氯化鈣循環(huán)液中有0.1%左右的HCl，廢渣會(huì)影響到機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，損壞機(jī)器配件使用壽命。

2.3 頻吶酮生產(chǎn)項(xiàng)目中“三廢”情況管控的重點(diǎn)

第一，加強(qiáng)對(duì)反應(yīng)精餾加成反應(yīng)裝置的管控，避免副反應(yīng)發(fā)生。

按照頻吶酮生成原理，鹽酸與異戊烯在塔進(jìn)行反應(yīng)時(shí)，生產(chǎn)裝置必須要將鹽酸冷卻到10 ℃以下，并且反應(yīng)溫度要控制在25 ℃以下，整個(gè)反應(yīng)過(guò)程必須密切監(jiān)控。通過(guò)優(yōu)化裝置設(shè)備，提高反應(yīng)控制速度，這樣才能省去冷卻鹽酸的冷凍水，在通過(guò)再沸器將未反應(yīng)的異戊烯蒸出，降低廢氣含量。

第二，加強(qiáng)對(duì)微分環(huán)流縮合反應(yīng)過(guò)程的管控，提升傳質(zhì)和傳熱的效能。

傳統(tǒng)的頻吶酮生產(chǎn)是用反應(yīng)釜間歇操作，每批物料的反應(yīng)定時(shí)定量的控制物料加入量、溫度、壓力、反應(yīng)時(shí)間、等諸多重要參數(shù)，由于人為因素較多，控制不好會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量或造成各批反應(yīng)物料的質(zhì)量有差異。因此，必須要加強(qiáng)對(duì)微分環(huán)流縮合反應(yīng)過(guò)程的管控，提升傳質(zhì)和傳熱的效能，使反應(yīng)快速進(jìn)行，減少副反應(yīng)發(fā)生。

第三，加強(qiáng)對(duì)低沸塔及精餾塔填料環(huán)節(jié)的管控，提高分離效能。

產(chǎn)能大的化工裝置中，當(dāng)采用精餾塔為填料塔時(shí)，塔內(nèi)填料即使采用高效規(guī)整波紋填料時(shí)也不可避免地存在“壁流效應(yīng)”和“溝流效應(yīng)”，導(dǎo)致塔效率降低，分離效能下降，生產(chǎn)質(zhì)量無(wú)法保證。因此要加強(qiáng)管控，提高分離效能，保證生產(chǎn)質(zhì)量。

3 生物化工產(chǎn)業(yè)“三廢”管控的途徑

3.1 提高“三廢”管控意識(shí)加大政策扶持力度

第一，加大配套資金投入力度。當(dāng)前生物化工企業(yè)雖然十分重視廢渣等物料生態(tài)循環(huán)利用工程，也采取了一定的措施，但是力度仍然不夠，應(yīng)該繼續(xù)追加配套資金投入水平，同時(shí)建立和完善廢渣等物料污染物處理的專(zhuān)項(xiàng)資金分配機(jī)制。生物化工企業(yè)必須要整合配套項(xiàng)目資金，用在廢渣等物料處理設(shè)施建設(shè)上面。另外，監(jiān)管部門(mén)還可以對(duì)不符合要求的工廠(chǎng)限期令其整改，同時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的處罰，例如取消其產(chǎn)業(yè)有關(guān)扶持政策，取消其項(xiàng)目申報(bào)資格。

第二，探討廢渣等物料循環(huán)新模式。

文章認(rèn)為必須加強(qiáng)物料循環(huán)新模式的研究。以頻吶酮生產(chǎn)為例，為了保證蒸發(fā)脫出的水不含氯化氫，可以在進(jìn)入蒸發(fā)器前加入氫氧化鈣以中和鹽酸，轉(zhuǎn)化成氯化鈣并富集起來(lái)，定期打出制成六水氯化鈣副產(chǎn)品，用桶包裝外售，化廢為寶。

3.2 提高監(jiān)管和監(jiān)測(cè)水平

第一，完善監(jiān)管機(jī)制建設(shè)。針對(duì)當(dāng)前生物化工產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中存在的“三廢”排放安全問(wèn)題，要從源頭上做起，積極完善“三廢”監(jiān)管機(jī)制，彌補(bǔ)監(jiān)管管理漏洞，加強(qiáng)監(jiān)管管理工作質(zhì)量，提高監(jiān)管工作的效率。夯實(shí)監(jiān)管隊(duì)伍，形成多級(jí)級(jí)防控體系，定期對(duì)“三廢”廠(chǎng)房進(jìn)行監(jiān)管檢查。對(duì)廢氣、廢渣、廢液的排放產(chǎn)生狀況展開(kāi)抽查，同時(shí)加強(qiáng)監(jiān)管管理控制。另外，企業(yè)應(yīng)加大監(jiān)管補(bǔ)貼，將其納入企業(yè)一般預(yù)算當(dāng)中。通過(guò)以上舉措，一方面可以提高監(jiān)管人員的工作熱情，另一方面彌補(bǔ)監(jiān)管機(jī)制漏洞，完善監(jiān)管機(jī)制，提升監(jiān)管管理工作效率。

第二，加強(qiáng)“三廢”精細(xì)化管理。應(yīng)該健全對(duì)生物化工生產(chǎn)中“三廢”管控的精細(xì)化制度，完善精細(xì)化機(jī)制，成立精細(xì)化工作小組，只有這樣才能使生物化工產(chǎn)品生產(chǎn)中“三廢”的管控質(zhì)量安全得到有效執(zhí)行。另外，還要提升產(chǎn)品生產(chǎn)中“三廢”循環(huán)利用認(rèn)識(shí)，主動(dòng)增強(qiáng)節(jié)約意識(shí)觀(guān)念。

3.3 加快“三廢”安全管控體系建設(shè)

第一，完善生物化工產(chǎn)品生產(chǎn)、深加工安全技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)體系。標(biāo)準(zhǔn)體系有利于指導(dǎo)生產(chǎn)、深加工，保障生物化工產(chǎn)品的質(zhì)量安全。應(yīng)該讓企業(yè)嚴(yán)格按照產(chǎn)品質(zhì)量法律法規(guī)，自行制定和完善產(chǎn)品的系統(tǒng)檢測(cè)和質(zhì)量制度，同時(shí)要加強(qiáng)全過(guò)程監(jiān)控，對(duì)生物化工產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程和產(chǎn)地環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)督，保障采購(gòu)，儲(chǔ)存，運(yùn)輸，加工，銷(xiāo)售等任何一個(gè)環(huán)節(jié)都在監(jiān)管之下完成。

第二，增強(qiáng)監(jiān)督力度。生物化工產(chǎn)品生產(chǎn)商及行業(yè)部門(mén)要建立全監(jiān)管體系，既要加大產(chǎn)業(yè)內(nèi)部監(jiān)督，也要加大外部監(jiān)督，充分發(fā)揮社會(huì)第三方機(jī)構(gòu)的監(jiān)督作用，促進(jìn)整個(gè)生物化工產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

3.4 優(yōu)化生產(chǎn)技術(shù)提升“三廢”物料生產(chǎn)效能

在生物化工產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中可能有污染物產(chǎn)生的設(shè)備主要是連續(xù)相分離器、貯槽、粗品槽、溶劑貯槽、成品槽、聚合油貯槽等。它們?cè)谠O(shè)計(jì)過(guò)程中都安裝了正逆水封，保證自由氣體無(wú)泄漏。為防止萬(wàn)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(yīng)精餾塔頂部有內(nèi)置酸性物質(zhì)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(yīng)精餾塔底部相連；萃取精餾塔頂有冷凍水冷卻內(nèi)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(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中由于是連續(xù)生產(chǎn)，物料在密閉的設(shè)備及管道內(nèi)無(wú)泄漏的可能，只有計(jì)量槽和回收槽等有泄漏的可能，可以設(shè)置正逆水封防止自由氣體逸出。生產(chǎn)廠(chǎng)房可以設(shè)置為開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，一層、二層廠(chǎng)房由氣體抽吸管道引入廢氣集中處理裝置，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)清潔生產(chǎn)。廢氣主要是在生產(chǎn)過(guò)程中可能是動(dòng)密封和靜密封引起的泄漏，在廠(chǎng)房?jī)?nèi)設(shè)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(jī)物可由活性碳纖維吸附，然后再解析出來(lái)，活性碳纖維可再生，循環(huán)利用。通過(guò)采用新型簡(jiǎn)約精餾塔，其特點(diǎn)是分離效率提高，填料塔高度降低，可節(jié)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(jìn)行吸收處理。以頻吶酮生產(chǎn)項(xiàng)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(jìn)行吸收處理。甲醇貯罐頂部自由氣體排出管接有二級(jí)冷凍水冷卻的冷凝器，甲醇的自由氣體經(jīng)冷凍水冷卻后回到貯罐內(nèi)。為了保險(xiǎn)起見(jiàn)，需要在冷凝器氣體口由管道引入活性碳纖維吸附器進(jìn)行吸收處理。對(duì)于廢液，可以用原料異戊烯進(jìn)行萃取，回收溶解在鹽酸中有機(jī)物，經(jīng)萃取精餾后的稀鹽酸中的有機(jī)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(zhuān)利技術(shù)，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(dá)到循環(huán)利用的目的。

4 結(jié)語(yǔ)

工業(yè)產(chǎn)品原料的供應(yīng)穩(wěn)定、可靠對(duì)工業(yè)生產(chǎn)至關(guān)重要。一直以來(lái)對(duì)較低的物料、能耗值關(guān)注是工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)的重點(diǎn)內(nèi)容，但是隨著環(huán)保安全意識(shí)的不斷提高，生產(chǎn)全過(guò)程的“三廢”控制和回收利用是熱門(mén)的話(huà)題。生物化工產(chǎn)品在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生“三廢”，通過(guò)加強(qiáng)“三廢”管控，即可以節(jié)約資源，也可以控制物料流失，提高生產(chǎn)項(xiàng)目效能。因此，本文對(duì)生物化工產(chǎn)業(yè)中“三廢”現(xiàn)象管控途徑進(jìn)行研究，一方面強(qiáng)調(diào)從工藝技術(shù)入手優(yōu)化生產(chǎn)技術(shù)環(huán)節(jié)效能，另一方面從宏觀(guān)監(jiān)管體系入手，提高管理意識(shí)。