糠醛生产过程中废气收集治理的难点及技术探索分析

2022-11-21贺乾龙王明志

河南化工 2022年10期

贺乾龙，王明志

(河南禾力能源有限公司，河南新乡 453701)

糠醛生产过程中环保治理的难题主要体现在废气收集、废气治理方面。因糠醛生产工艺和糠醛废气组分的特殊性，为适应环保管控形势的要求，糠醛行业针对生产过程中废气治理进行了积极的探索和尝试，也对环保治理技术和措施进行了几次升级换代，以寻找最佳、最适宜的糠醛废气治理技术。

1 糠醛工艺概述

将富含多聚糖的玉米芯，在酸性催化剂的作用下，经升温、加压进行水解，在水解过程中使聚戊糖裂化为戊糖，戊糖脱水形成糠醛产品。具体流程如下：原料玉米芯通过传送带输送到粉碎机入口，粉碎后的玉米芯用提升机提升到顶层搅拌机中，原料浓硫酸(夏季98%、冬季92.5%～93%)经泵打到生产车间顶部配酸槽，稀释至5%～6%稀硫酸后注入搅拌机。玉米芯、稀硫酸的配比为1∶0.3，搅拌均匀后人工加入到水解锅中。装好密封后，充入蒸汽加压到0.3～0.4 MPa，排空30～60 s；继续加压至0.8～0.9 MPa后进行水解，水解后废渣排出输送到锅炉燃烧。醛汽(醛和水蒸气)冷凝后溶液从塔中部进料管进入常压初馏塔初馏，生成毛醛，毛醛通过水洗塔水洗进入毛醛暂存罐；然后在真空条件下进入脱水塔脱水、精馏塔精馏，冷却后得到糠醛；产品装桶或输送到糠醛储罐(其中，水洗液入脱轻塔回收轻组分，精馏塔塔底废液入回收塔回收)。

2 糠醛生产过程废气来源及组分

2.1 糠醛生产过程中的废气来源

依据糠醛生产工艺流程，结合糠醛实际生产过程中产生废气的环节。经综合分析，其废气的主要来源有：装锅过程中的无组织废气，排渣后糠醛渣逸散的废气，塔底废水逸散的废气，原液冷凝挥发的废气，精制真空放空携带的废气等，糠醛废气排放分配图见图1。

图1 糠醛生产废气排放分配图

2.2 糠醛废气的组分

依据目前国内糠醛企业实际运行情况，玉米芯半纤维素转化为糠醛的转化率仅利用50%左右，还有部分半纤维素转化为醋酸、甲醇、丙酮以及部分高沸物等，对各产污环节运行数据检测，其各环节所产生的废气组分、组分含量及产生时对应的温度、压力、产生的频次如表1所示。

表1 糠醛生产废气来源、组分、物化参数一览表

3 糠醛废气收集、治理的难点

因国内糠醛生产企业现运行的是间歇装锅、一步水解、间歇排渣、且糠醛渣暂存至储渣棚的模式，因排渣过程的特殊性，即30 m3水解釜内装有约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的压力作用下，通过直径300 mm的排渣管，45～60 s排干净。在此过程中排渣时间短，排渣压力高且糠醛渣温度120 ℃以上。经计算排渣瞬间产生的废气量约40 000 m3，持续时间约60 s，因间歇排渣，排渣完毕后19 min内不再出现大量废气。排渣产生的废气温度约100 ℃，由于渣中含酸、含醛，这对瞬间收集和处理较为困难，对收集和输送废气的材质选型也是个难题。糠醛渣经排渣管道输送木素分离器、再转移至渣棚，其糠醛渣温度为120 ℃，含水分50%～60%，含酸分1.5%～3.0%，含糠醛1.2%～2.0%，且每20 min产生约8 t，这对渣棚的大小选择很关键。因糠醛渣温度高，含水分大，必然出现糠醛渣无组织废气的逸散。针对逸散废气的收集、防逃逸也是一个难题，且渣棚大小与渣棚废气的收集息息相关，双重的选择、取舍对于企业也是一个难点。

4 废气治理技术的探索分析

4.1 糠醛有机废气“收集+碱喷淋+冷凝+UV光氧”治理技术

依据糠醛排渣废气难收集、渣棚较大易逸散的特点，最终决定采用UV光氧技术对有机废气进行治理。其治理的工艺：利用一次风机将排渣瞬间产生的有机废气通过Φ2 000 mm的玻璃钢管道输送至集气室内，使气体在集气室内缓存；集气室的废气进入4个换热面积为600 m2的换热器内，使废气冷凝至40～50 ℃；将冷凝的废气通过风机抽入3个高度为9 m的碱喷淋塔，经喷淋塔碱处理及气液分离，使分离后的气体进入至UV光氧器中充分氧化，将氧化后的废气通过15 m高的烟囱排放，经对排放的废气监测，其VOCs浓度稳定在70～80 mg/Nm3，满足当时无组织废气大气污染物低空排放的要求。冷凝产生的废水因含一定量的酸分，可直接用于拌酸工艺，避免了废水的产生，实现了废水的循环利用。其具体排渣废气处理工艺流程图见图2。

图2 糠醛有机废气收集+冷凝+碱喷淋+UV光氧治理技术工艺流程示意图

4.2 糠醛有机废气“负压收集+多项增溶喷淋吸收+生物过滤净化+高级氧化”处理技术

糠醛生产过程中有机废气主要来自水解过程中半纤维素或纤维素的酸化裂解、挥发、逸散等，其有机废气的主要成分为生物质类的碳氢化合物。结合生物工程技术的不断进步，菌种发酵技术的日益成熟，糠醛有机废气选用生物净化技术，其技术的基本原理是利用微生物以废气中的污染物为生命活动所需的部分能源和碳源，把污染物转化为简单的无机物(CO2、水和矿物质等)及细胞组成物质的过程，以实现废气的净化处理。主要工艺过程：对产生的有机气体进行吸附，即由气相转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机成分在浓度差的推动下进一步扩散到生物膜，进而被其中的微生物捕获并吸收；进入微生物细胞内的有机成分作为营养物质被微生物利用，将其氧化分解为CO2和H2O等无害化产物，使有机气体得以去除，去除效率可达90%以上。经处理后的烟气中VOCs含量可控制在25～40 mg/Nm3，满足有机废气无组织排放的管控要求。工艺示意图见图3。

图3 糠醛有机废气“负压收集+多效增溶喷淋吸收+生物过滤净化+高级氧化”处理技术工艺流程示意图

4.3 糠醛有机废气“收集+水喷淋+空冷+碱洗吸收+气液分离+入炉燃烧”治理技术

光氧处理后通过15 m高空排放，此时VOCs浓度有点高，特别是低气压天气排放的有机气味难以扩散，存在厂界间断性无组织废气在线数据监测超标现象，且厂区内还有部分异味存在。考虑到醛电热一体化运行模式的特性，综合分析后决定采用糠醛有机废气“收集+水喷淋+空冷+碱洗吸收+气液分离+入炉燃烧”治理技术。该技术具体工艺：使用一次风机将排渣瞬间产生的有机废气通过Φ2 000 mm的304不锈钢管道抽至集气室内，使气体在集气室内缓存；集气室顶层增加60个Φ18 mm的水喷淋喷头，用于冷凝集气室顶层的气体，同时集气室采用上进下出的方式使气体在集气室内充分降温、冷凝进行第一级降温；将冷凝的气体进入喷淋吸收冷却塔吸收冷却进行第二级冷却降温；气体再次进入表冷器，对废气进行第三次冷却降温，使废气温度低于30 ℃；然后通过风机进入二级碱吸收塔进行中和，再经过气液分离器。经分离后的气体直接送入锅炉燃烧，燃烧后烟气中VOCs含量<2 mg/Nm3，满足烟气VOCs有组织在线监测的达标排放。其具体废气入炉燃烧工艺流程图见图4。