糠醛生產(chǎn)過程中廢氣收集治理的難點及技術(shù)探索分析

賀乾龍，王明志

(河南禾力能源有限公司，河南 新鄉(xiāng) 453701)

糠醛生產(chǎn)過程中環(huán)保治理的難題主要體現(xiàn)在廢氣收集、廢氣治理方面。因糠醛生產(chǎn)工藝和糠醛廢氣組分的特殊性，為適應(yīng)環(huán)保管控形勢的要求，糠醛行業(yè)針對生產(chǎn)過程中廢氣治理進行了積極的探索和嘗試，也對環(huán)保治理技術(shù)和措施進行了幾次升級換代，以尋找最佳、最適宜的糠醛廢氣治理技術(shù)。

1 糠醛工藝概述

將富含多聚糖的玉米芯，在酸性催化劑的作用下，經(jīng)升溫、加壓進行水解，在水解過程中使聚戊糖裂化為戊糖，戊糖脫水形成糠醛產(chǎn)品。具體流程如下：原料玉米芯通過傳送帶輸送到粉碎機入口，粉碎后的玉米芯用提升機提升到頂層攪拌機中，原料濃硫酸(夏季98%、冬季92.5%～93%)經(jīng)泵打到生產(chǎn)車間頂部配酸槽，稀釋至5%～6%稀硫酸后注入攪拌機。玉米芯、稀硫酸的配比為1∶0.3，攪拌均勻后人工加入到水解鍋中。裝好密封后，充入蒸汽加壓到0.3～0.4 MPa，排空30～60 s；繼續(xù)加壓至0.8～0.9 MPa后進行水解，水解后廢渣排出輸送到鍋爐燃燒。醛汽(醛和水蒸氣)冷凝后溶液從塔中部進料管進入常壓初餾塔初餾，生成毛醛，毛醛通過水洗塔水洗進入毛醛暫存罐；然后在真空條件下進入脫水塔脫水、精餾塔精餾，冷卻后得到糠醛；產(chǎn)品裝桶或輸送到糠醛儲罐(其中，水洗液入脫輕塔回收輕組分，精餾塔塔底廢液入回收塔回收)。

2 糠醛生產(chǎn)過程廢氣來源及組分

2.1 糠醛生產(chǎn)過程中的廢氣來源

依據(jù)糠醛生產(chǎn)工藝流程，結(jié)合糠醛實際生產(chǎn)過程中產(chǎn)生廢氣的環(huán)節(jié)。經(jīng)綜合分析，其廢氣的主要來源有：裝鍋過程中的無組織廢氣，排渣后糠醛渣逸散的廢氣，塔底廢水逸散的廢氣，原液冷凝揮發(fā)的廢氣，精制真空放空攜帶的廢氣等，糠醛廢氣排放分配圖見圖1。

圖1 糠醛生產(chǎn)廢氣排放分配圖

2.2 糠醛廢氣的組分

依據(jù)目前國內(nèi)糠醛企業(yè)實際運行情況，玉米芯半纖維素轉(zhuǎn)化為糠醛的轉(zhuǎn)化率僅利用50%左右，還有部分半纖維素轉(zhuǎn)化為醋酸、甲醇、丙酮以及部分高沸物等，對各產(chǎn)污環(huán)節(jié)運行數(shù)據(jù)檢測，其各環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的廢氣組分、組分含量及產(chǎn)生時對應(yīng)的溫度、壓力、產(chǎn)生的頻次如表1所示。

表1 糠醛生產(chǎn)廢氣來源、組分、物化參數(shù)一覽表

3 糠醛廢氣收集、治理的難點

因國內(nèi)糠醛生產(chǎn)企業(yè)現(xiàn)運行的是間歇裝鍋、一步水解、間歇排渣、且糠醛渣暫存至儲渣棚的模式，因排渣過程的特殊性，即30 m3水解釜內(nèi)裝有約10 t的糠醛渣(含水分50%～60%、含酸分1.5%～3%、含糠醛1.2%～2.0%)，在0.4～0.5 MPa的壓力作用下，通過直徑300 mm的排渣管，45～60 s排干凈。在此過程中排渣時間短，排渣壓力高且糠醛渣溫度120 ℃以上。經(jīng)計算排渣瞬間產(chǎn)生的廢氣量約40 000 m3，持續(xù)時間約60 s，因間歇排渣，排渣完畢后19 min內(nèi)不再出現(xiàn)大量廢氣。排渣產(chǎn)生的廢氣溫度約100 ℃，由于渣中含酸、含醛，這對瞬間收集和處理較為困難，對收集和輸送廢氣的材質(zhì)選型也是個難題?？啡┰?jīng)排渣管道輸送木素分離器、再轉(zhuǎn)移至渣棚，其糠醛渣溫度為120 ℃，含水分50%～60%，含酸分1.5%～3.0%，含糠醛1.2%～2.0%，且每20 min產(chǎn)生約8 t，這對渣棚的大小選擇很關(guān)鍵。因糠醛渣溫度高，含水分大，必然出現(xiàn)糠醛渣無組織廢氣的逸散。針對逸散廢氣的收集、防逃逸也是一個難題，且渣棚大小與渣棚廢氣的收集息息相關(guān)，雙重的選擇、取舍對于企業(yè)也是一個難點。

4 廢氣治理技術(shù)的探索分析

4.1 糠醛有機廢氣“收集+堿噴淋+冷凝+UV光氧”治理技術(shù)

依據(jù)糠醛排渣廢氣難收集、渣棚較大易逸散的特點，最終決定采用UV光氧技術(shù)對有機廢氣進行治理。其治理的工藝：利用一次風(fēng)機將排渣瞬間產(chǎn)生的有機廢氣通過Φ2 000 mm的玻璃鋼管道輸送至集氣室內(nèi)，使氣體在集氣室內(nèi)緩存；集氣室的廢氣進入4個換熱面積為600 m2的換熱器內(nèi)，使廢氣冷凝至40～50 ℃；將冷凝的廢氣通過風(fēng)機抽入3個高度為9 m的堿噴淋塔，經(jīng)噴淋塔堿處理及氣液分離，使分離后的氣體進入至UV光氧器中充分氧化，將氧化后的廢氣通過15 m高的煙囪排放，經(jīng)對排放的廢氣監(jiān)測，其VOCs濃度穩(wěn)定在70～80 mg/Nm3，滿足當(dāng)時無組織廢氣大氣污染物低空排放的要求。冷凝產(chǎn)生的廢水因含一定量的酸分，可直接用于拌酸工藝，避免了廢水的產(chǎn)生，實現(xiàn)了廢水的循環(huán)利用。其具體排渣廢氣處理工藝流程圖見圖2。

圖2 糠醛有機廢氣收集+冷凝+堿噴淋+UV光氧治理技術(shù)工藝流程示意圖

4.2 糠醛有機廢氣“負(fù)壓收集+多項增溶噴淋吸收+生物過濾凈化+高級氧化”處理技術(shù)

糠醛生產(chǎn)過程中有機廢氣主要來自水解過程中半纖維素或纖維素的酸化裂解、揮發(fā)、逸散等，其有機廢氣的主要成分為生物質(zhì)類的碳氫化合物。結(jié)合生物工程技術(shù)的不斷進步，菌種發(fā)酵技術(shù)的日益成熟，糠醛有機廢氣選用生物凈化技術(shù)，其技術(shù)的基本原理是利用微生物以廢氣中的污染物為生命活動所需的部分能源和碳源，把污染物轉(zhuǎn)化為簡單的無機物(CO2、水和礦物質(zhì)等)及細胞組成物質(zhì)的過程，以實現(xiàn)廢氣的凈化處理。主要工藝過程：對產(chǎn)生的有機氣體進行吸附，即由氣相轉(zhuǎn)移到填料表面被吸附或溶解于液相水溶液中；被吸附或溶解于液相中的有機成分在濃度差的推動下進一步擴散到生物膜，進而被其中的微生物捕獲并吸收；進入微生物細胞內(nèi)的有機成分作為營養(yǎng)物質(zhì)被微生物利用，將其氧化分解為CO2和H2O等無害化產(chǎn)物，使有機氣體得以去除，去除效率可達90%以上。經(jīng)處理后的煙氣中VOCs含量可控制在25～40 mg/Nm3，滿足有機廢氣無組織排放的管控要求。工藝示意圖見圖3。

圖3 糠醛有機廢氣“負(fù)壓收集+多效增溶噴淋吸收+生物過濾凈化+高級氧化”處理技術(shù)工藝流程示意圖

4.3 糠醛有機廢氣“收集+水噴淋+空冷+堿洗吸收+氣液分離+入爐燃燒”治理技術(shù)

光氧處理后通過15 m高空排放，此時VOCs濃度有點高，特別是低氣壓天氣排放的有機氣味難以擴散，存在廠界間斷性無組織廢氣在線數(shù)據(jù)監(jiān)測超標(biāo)現(xiàn)象，且廠區(qū)內(nèi)還有部分異味存在。考慮到醛電熱一體化運行模式的特性，綜合分析后決定采用糠醛有機廢氣“收集+水噴淋+空冷+堿洗吸收+氣液分離+入爐燃燒”治理技術(shù)。該技術(shù)具體工藝：使用一次風(fēng)機將排渣瞬間產(chǎn)生的有機廢氣通過Φ2 000 mm的304不銹鋼管道抽至集氣室內(nèi)，使氣體在集氣室內(nèi)緩存；集氣室頂層增加60個Φ18 mm的水噴淋噴頭，用于冷凝集氣室頂層的氣體，同時集氣室采用上進下出的方式使氣體在集氣室內(nèi)充分降溫、冷凝進行第一級降溫；將冷凝的氣體進入噴淋吸收冷卻塔吸收冷卻進行第二級冷卻降溫；氣體再次進入表冷器，對廢氣進行第三次冷卻降溫，使廢氣溫度低于30 ℃；然后通過風(fēng)機進入二級堿吸收塔進行中和，再經(jīng)過氣液分離器。經(jīng)分離后的氣體直接送入鍋爐燃燒，燃燒后煙氣中VOCs含量<2 mg/Nm3，滿足煙氣VOCs有組織在線監(jiān)測的達標(biāo)排放。其具體廢氣入爐燃燒工藝流程圖見圖4。

圖4 糠醛有機廢氣“收集+水噴淋+空冷+堿洗吸收+氣液分離+入爐燃燒”治理技術(shù)工藝流程示意圖

5 結(jié)論

針對糠醛生產(chǎn)工藝的特點及廢氣處理的難點，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢氣間歇排放、瞬間氣量大、濃度低、成分復(fù)雜、含水量大、腐蝕性強等特點。采用多點密封負(fù)壓收集，匯集氣室暫存，有序緩慢排放；廢氣由無組織為有組織，由間歇為連續(xù)；通過直接式冷凝吸收、深度冷卻、堿中和吸收、多級脫水最終入鍋爐燃燒的技術(shù)工藝。

經(jīng)過近三年的廢氣治理技術(shù)的探索、試驗及改造應(yīng)用，該工藝(糠醛有機廢氣收集+水噴淋+空冷+堿洗吸收+氣液分離+入爐燃燒)不僅具有較好的環(huán)保效益，同時也產(chǎn)生一定的經(jīng)濟效益，為糠醛行業(yè)廢氣綜合治理提供一個較為可行的處理技術(shù)，為同行提供經(jīng)驗交流和借鑒。