糠醛清潔生產(chǎn)技術(shù)研究

糠醛清潔生產(chǎn)技術(shù)研究第1頁/共22頁糠醛清潔生產(chǎn)技術(shù)研究第2頁/共22頁問題提出：目前制約糠醛生產(chǎn)的“三廢”及生產(chǎn)效率問題問題分析：“三廢”及糠醛生產(chǎn)產(chǎn)率瓶頸所在問題解決：“三廢”治理及糠醛產(chǎn)率提高途徑經(jīng)濟及社會效益分析第3頁/共22頁問題提出——

制約糠醛生產(chǎn)的“三廢”及生產(chǎn)效率問題

廢水——“閉循環(huán)” 工藝諸多障礙

問題所在環(huán)境 效益廢氣——污染嚴重，放 炮“惡臭”廢氣 污染嚴重廢渣——除焚燒，未 有效利用糠醛產(chǎn)率低廢水處理成本高企業(yè)生存可持續(xù)發(fā)展企業(yè)競爭力第4頁/共22頁

生產(chǎn)每噸糠醛產(chǎn)生廢水約19噸廢水問題蒸發(fā)器結(jié)垢和蒸汽量不足是制約廢水蒸發(fā)處理能力的兩蒸發(fā)器結(jié)垢 問題廢水產(chǎn)量高蒸汽量不足 問題大瓶頸污垢的抑制污垢的清 洗水解工藝鍋爐效率糠醛渣品質(zhì)廢水——“閉循環(huán)”工藝諸多障礙第5頁/共22頁問題分解一、結(jié)垢問題1、來源：廢水中高分子聚合物。2、成因：與高溫水蒸氣換熱，在換熱管內(nèi)壁脫水形成致密積碳層。測算表明，廢水蒸發(fā)過程初期結(jié)垢量約0.2mm/d（按蒸發(fā)處理80噸廢水計）。3、影響：研究表明，1mm積碳污垢使能耗上升15%，蒸發(fā)器連續(xù)運行一周，能耗將上升15%，蒸汽消耗量將隨之上升15%，以此推算，一月后蒸發(fā)蒸汽消耗量將增加40%以上。4、當前對策：（1）堿洗。三小時連續(xù)堿洗能去除污垢30%，效果較差，同時消耗純堿0.6t，費用約1500元。（2）高壓水沖洗。費用高（8000-12000元/次，工時長（2-3天）影響正常生產(chǎn)。第6頁/共22頁蒸汽量不足問題醛渣含水率高燃燒不充分，強力鼓風導致鍋爐效率低

（>55%)鍋爐結(jié)構(gòu)題爐墻損毀，排煙熱損失大 進料問題鍋爐效率一般 不高于55%糠醛渣含水率高的原因？（1）蒸汽壓力低、溫度低，導致水解不完全，醛渣含水率高;（2）對于各種不同原料均采取統(tǒng)一的水解條件，導致水解結(jié)果差異較大，含水率差異較大；（3）放炮工藝控制問題，造成水解鍋內(nèi)水蒸氣冷凝；第7頁/共22頁廢水產(chǎn)量高問題水解速度慢副反應多“叁雙串聯(lián)”雖能一定程度上降低蒸溫度控制壓力控制產(chǎn)品不能快速移 出糠醛只能依靠蒸汽攜帶，不能實汽消耗量，提高醛氣平均含醛率，但醛氣含醛率平均仍為5%-6%。 由此，產(chǎn)醛一噸，蒸汽消耗19-20噸，隨之產(chǎn)生廢水19-20噸。

現(xiàn)蒸發(fā)析出。

因此，導致廢水產(chǎn)量高的原因主要是:

（1）水解速度低導致水解時間長，需大量水蒸氣輸入； （2）副反應多，糠醛產(chǎn)品不能快速移出水解反應體系，糠醛只能由蒸汽攜帶 出反應體系，從而使水蒸氣消耗量增大。由此，控制廢水產(chǎn)量的瓶頸問題在于： （1）如何實現(xiàn)有效控制水解反應釜溫度及壓力的有效控制，使反應體系維持 最適宜反應水平； （2）如何實現(xiàn)糠醛產(chǎn)品快速自動移出反應體系。第8頁/共22頁小結(jié)：糠醛生產(chǎn)過程廢水處理問題節(jié)點蒸汽量不足結(jié)垢量大鍋爐效率低原料水解不完全，聚合物產(chǎn)生量大蒸汽壓力低，溫度低醛氣攜帶聚合物量大醛渣含水率高1、以上兩步“死循環(huán)”是制約目前糠醛生產(chǎn)過程廢水不能實現(xiàn)“零排放”，糠醛產(chǎn)率低的常見原因。2、“死循環(huán)”一旦發(fā)生，糠醛產(chǎn)率、品質(zhì)將大大降低，嚴重影響經(jīng)濟效益，同時，廢水量將大大增加。死循環(huán)第9頁/共22頁廢氣——尚無有效治理措施放炮醛氣日產(chǎn)糠醛10噸，排出剩余醛氣5000m3，放炮醛氣已被列入“惡臭”氣體范疇，并要求整改。

廢氣鍋爐煙氣二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳等污染性氣體嚴重超標實測表明：二氧化硫排放濃度超標50倍以上，氮氧化物濃度超標4倍以上，一氧化碳超標2倍以上，給糠醛企業(yè)形成重大環(huán)保隱患。一氧化碳氮氧化物二氧化硫第10頁/共22頁廢渣：焚燒——不足還是剩余？不足：渣不足，直接導致生產(chǎn)事故，醛渣焚燒爐使用燃煤效果較差，醛渣晾曬以提高燃燒效率。剩余：用以制取活性炭，生物有機肥甚至發(fā)電。全過程物質(zhì)及能量分析第11頁/共22頁HC1h2C2h3h5E1h7C4D1h6E2h8C5D2C3H1H5C6h4E3h1h9略去無熱交換、無熱消耗單元（不考慮廢水蒸發(fā)），可得糠醛廠糠醛生產(chǎn)與廢水閉循環(huán)處理系統(tǒng)能流圖如圖2所示：其中，H為鍋爐，提供熱源蒸汽；H1-H5為水解鍋；E1為醛氣冷凝器；E2為粗醛冷凝器；E3為廢水蒸發(fā)器；D1為初餾塔，D2為精餾塔；根據(jù)生產(chǎn)中的實測數(shù)據(jù)，各物流溫度如表所示。第12頁/共22頁本部分計算方法詳見：任鴻均,糠醛生產(chǎn)中節(jié)約能源的途徑[J],化工科技市場,2006(7):41-4

c120h3180c220h4180c390h5140c460h699c540h760c680h840h1180h9140h2180其H1-H5為水解工段，能量消耗分為四個階段：分別為裝鍋、升壓、水解、排渣。其中裝鍋過程能耗為玉米芯升溫耗能，催化劑（稀硫酸溶液）升溫能耗，鍋體升溫能耗以及鍋體散熱損失。本工段采用叁雙串聯(lián)生產(chǎn)工藝。 表2典型糠醛生產(chǎn)過程各節(jié)點能耗*H1-H5水解工段(kJ)63.05×106D1工段(kJ)5.93×106D2工段(kJ)0.11×106E3工段(kJ)124.52×106總能耗QTC(kJ)93.61×106

*以生產(chǎn)每噸糠醛計，總能耗為理論總能耗減去廢水蒸發(fā)后被利用的熱能結(jié)果，廢水蒸發(fā)器熱效率以85%計。D1工段能耗為初餾熱能耗；D2工段能耗為精餾熱能耗；E3為廢水蒸發(fā)熱能耗。各部分能耗如表2所示（計算過程略）。可見，采用該工藝，全過程能耗為93.61×106KJ。未被有效利用的物流為h7，h8，即醛氣冷凝器和粗醛冷凝器中冷凝水攜帶的總能量，為55×106kJ。表1典型糠醛生產(chǎn)過程各物流溫度實測數(shù)據(jù)(單位：℃)第13頁/共22頁結(jié)果分析：生產(chǎn)每噸糠醛產(chǎn)生糠醛渣20噸（含水55%計），糠醛渣低位熱值以13.6×103KJ/kg計，則糠醛渣的總熱值為163.2×106KJ。某糠醛廠采用的焚燒爐為K12一臺，K3三臺，熱效率較低，根據(jù)測算約55%，那么糠醛渣燃燒能被有效利用的熱能為：QTS=163.2×106KJ×50%=89.8×106KJ。顯然，當廢水蒸發(fā)器熱效率能達到85%時，QTS略小于QTC（93.61×106KJ），勉強可提供糠醛生產(chǎn)所需熱能?；灸芫S持生產(chǎn)正常運行。而實際上，廢水蒸發(fā)器運行一個月以后，熱效率低于60%。第14頁/共22頁η1.151.050.951.110.850.750.650.90.80.7全過程共產(chǎn)生廢水19.5t，拌酸消耗6t，需蒸發(fā)13t；共產(chǎn)生糠醛渣23.1t（含水55%），折合9atm飽和水蒸氣51t。建立鍋爐效率ξ、蒸發(fā)器效率及η蒸汽量、廢水量物料平衡，如圖：

0.30.40.450.50.550.60.650.70.750.80.850.90.951ξ鍋爐效率為55%，則蒸發(fā)器效率應>87.8%

才能保證生產(chǎn)及廢水處理同步完成。第15頁/共22頁問題的解決

污染問題廢氣氣渣分離

高效干燥廢渣 制取活性炭廢水蒸發(fā)器污垢抑制廢水減排第16頁/共22頁未添加任何物質(zhì)蒸發(fā)器換熱管內(nèi)壁積垢嚴重。無垢情況下，蒸發(fā)器熱效率可達90%。添加物質(zhì)R后蒸發(fā)器換熱管內(nèi)壁基本無污垢1、污垢抑制針對廢水蒸發(fā)過程積垢特征，以及污垢物質(zhì)的全面分析，通過添加少量物質(zhì)R，可完全實現(xiàn)污垢的全面抑制。第17頁/共22頁2、廢水減排目標：縮短水解時間，降低蒸汽使用量。途徑：1、重新調(diào)整水蒸氣通入及醛氣引出方式。2、針對不同原料選擇不同的拌酸比、固液比。3、調(diào)整水蒸氣物理形態(tài)，維持水解鍋內(nèi)體系溫度較高，而壓力低于產(chǎn)物體系飽和蒸汽壓。結(jié)果：

實驗結(jié)果表明，通過以上途徑的實施，可縮短水解反應時間為目前常規(guī)時間的?，由此，蒸汽使用量、廢水產(chǎn)量均降低為原來的1/2。而糠醛產(chǎn)量略有提升。第18頁/共22頁3、氣渣分離

采用一種最新開發(fā)的活塞式閥門，實現(xiàn)糠醛渣與蒸汽的初步分離，可分離出70%以上剩余醛氣，之后，進入隧道式干燥通路與煙氣逆流換熱干燥。分離出的剩余醛氣含醛3%左右，全部通入拌酸池，與原料玉米芯混合，用以回收糠醛。日產(chǎn)10噸糠醛企業(yè)，可回收糠醛100kg。第19頁/共22頁4、制取活性炭通過實施廢水減排工藝，日產(chǎn)十噸糠醛，可剩余糠醛渣30-40噸（干基），用來制取活性炭，可獲得優(yōu)質(zhì)活性炭4-5噸。本工藝以活化反應的研究為基礎(chǔ)，結(jié)合實際生產(chǎn)，設(shè)計了一種生物質(zhì)廢渣炭化、活化連續(xù)式制取活性炭的裝置。此裝置通過對生物質(zhì)廢渣進行熱解，產(chǎn)生熱解焦炭，即炭化料，并進一步對其進行活化，達到連續(xù)生產(chǎn)的目的，第20頁/共22頁連續(xù)式制取活性炭裝置該裝置的工作原理主要是在經(jīng)過螺旋形煙道壁面加熱后，生物質(zhì)廢渣經(jīng)過進料口進入，在葉片的攪動作用下發(fā)生熱解反應，產(chǎn)生H2、CO、CO2、CH4、C2-C3、多碳的大分子氣態(tài)物質(zhì)以及焦炭等，氣態(tài)物質(zhì)通過排氣孔排出反應器，經(jīng)過冷凝、分離后形成焦油和可燃氣體。熱解反