生物化工产业中“三废”的管控途径

程克(广西金源生物化工实业有限公司，广西 桂平 537200)

1 加强生物化工产业的“三废”管控的必要性

生物化工产业是生物技术与化学化工技术相互融合形成的一个较为“年轻”的产业[1]。随着生物技术的快速发展，为生物化工产业注入了新的动力。生物化工产业无论是经济价值还是社会价值都有很大的上升空间，目前受到各国青睐，纷纷加大投资研发力度，客观上促进了生物化工产业的发展。

我国大致是从20世纪70年代开始发展生物化工产业，最初采取的是政府主导、企业参与的模式，随着市场经济的发展逐渐转变为企业主导、政府扶持模式，积极推动我国生物化工产业发展。但是在整个发展过程中也存在许多问题，例如生产发酵周期长、分离提纯技术相对落后等问题。更重要的是，生物化工产业中的“三废”现象十分严重。所谓“三废”是指废气、废液、废渣。“三废”是生物化工产品生产过程中不可避免产生的废料，不仅会影响到产品的纯度，还会对环境形成破坏[2]。根据生产经验，合理的加强管控以及采取科学的管控措施对于降低“三废”产生量，提高生产效率有积极的作用。

2 “三废”管控重点——以频呐酮生产项目为例

2.1 频呐酮生产原理概述

频呐酮化学名字为甲基叔丁基甲酮，分子式为C6H12O，频呐酮主要用于生产三唑类农药以及植物生长调节剂，也用于除草剂及医药产品。当今化工产业正进入一个发展时期，它为其他医药、橡胶、印染、化工技术发展的技术和先导，研究水平和产业化规模已成为衡量一个国家和地区经济发展、科技进步和国防实力的重要标志，是当今世界各国重点发展的高新技术产业之一[3]。频呐酮可延伸下游多个产品。随着我国经济的快速发展，在农药、医药行业中均需使用该产品，市场潜力巨大。

频呐酮生成反应分为两种：

第一种是异戊烯与盐酸加成反应，化学反应式为：

根据异戊烯与盐酸加成反应的反应机理，该反应为亲电加成反应，根据马氏规则氢原子总是加在含较多的双键上，以此为加成后的氯代特戊烷为下一步缩合反应的原料[4]。影响该反应的主要因数为盐酸与异戊烯的配比，反应温度、反应时间等。

第二种是氯代特戊烷与甲醛综合反应，如图1所示。

化学反应分为环合、开环、重排等步骤，反应复杂，副反应多，反应影响条件多，难控制，废料的形成均在此步骤产生。

2.2 频呐酮生产项目中的“三废”情况分析

频呐酮生成中容易出现“三废”：废气、废水、废渣。

废气的形成是由于物料装卸过程中及物料存贮过程中自然产生的化学物料，如盐酸、异戊烯、甲醛及甲醇等。另外，装卸过程中及物料存贮过程中也会产生主要污染物，如贮罐呼吸阀排放的气体等。异戊烯贮罐顶部自由气体排出管接有二级冷冻水冷却的冷凝器，异戊烯的自由气体经冷冻水冷却后回到贮罐内。废气会影响到储罐呼吸阀等设备正常运转，必须加以重视。

废液是在频呐酮的生产过程中由于甲醛溶液的浓度为37%，会有水带入，造成盐酸浓度降低成稀盐酸，这些盐酸在缩合反应后经分相器分离，但有机物也会占稀盐酸的约5%，因此会产生废液。废液影响盐酸浓度，必须加以解决。

频呐酮生产过程中无废渣产生。但是在稀盐酸中和氯化钙循环液中有0.1%左右的HCl，废渣会影响到机器的正常运转，损坏机器配件使用寿命。

2.3 频呐酮生产项目中“三废”情况管控的重点

第一，加强对反应精馏加成反应装置的管控，避免副反应发生。

按照频呐酮生成原理，盐酸与异戊烯在塔进行反应时，生产装置必须要将盐酸冷却到10 ℃以下，并且反应温度要控制在25 ℃以下，整个反应过程必须密切监控。通过优化装置设备，提高反应控制速度，这样才能省去冷却盐酸的冷冻水，在通过再沸器将未反应的异戊烯蒸出，降低废气含量。

第二，加强对微分环流缩合反应过程的管控，提升传质和传热的效能。

传统的频呐酮生产是用反应釜间歇操作，每批物料的反应定时定量的控制物料加入量、温度、压力、反应时间、等诸多重要参数，由于人为因素较多，控制不好会影响产品质量或造成各批反应物料的质量有差异。因此，必须要加强对微分环流缩合反应过程的管控，提升传质和传热的效能，使反应快速进行，减少副反应发生。

第三，加强对低沸塔及精馏塔填料环节的管控，提高分离效能。

产能大的化工装置中，当采用精馏塔为填料塔时，塔内填料即使采用高效规整波纹填料时也不可避免地存在“壁流效应”和“沟流效应”，导致塔效率降低，分离效能下降，生产质量无法保证。因此要加强管控，提高分离效能，保证生产质量。

3 生物化工产业“三废”管控的途径

3.1 提高“三废”管控意识加大政策扶持力度

第一，加大配套资金投入力度。当前生物化工企业虽然十分重视废渣等物料生态循环利用工程，也采取了一定的措施，但是力度仍然不够，应该继续追加配套资金投入水平，同时建立和完善废渣等物料污染物处理的专项资金分配机制。生物化工企业必须要整合配套项目资金，用在废渣等物料处理设施建设上面。另外，监管部门还可以对不符合要求的工厂限期令其整改，同时进行相应的处罚，例如取消其产业有关扶持政策，取消其项目申报资格。

第二，探讨废渣等物料循环新模式。

文章认为必须加强物料循环新模式的研究。以频呐酮生产为例，为了保证蒸发脱出的水不含氯化氢，可以在进入蒸发器前加入氢氧化钙以中和盐酸，转化成氯化钙并富集起来，定期打出制成六水氯化钙副产品，用桶包装外售，化废为宝。

3.2 提高监管和监测水平

第一，完善监管机制建设。针对当前生物化工产品生产过程中存在的“三废”排放安全问题，要从源头上做起，积极完善“三废”监管机制，弥补监管管理漏洞，加强监管管理工作质量，提高监管工作的效率。夯实监管队伍，形成多级级防控体系，定期对“三废”厂房进行监管检查。对废气、废渣、废液的排放产生状况展开抽查，同时加强监管管理控制。另外，企业应加大监管补贴，将其纳入企业一般预算当中。通过以上举措，一方面可以提高监管人员的工作热情，另一方面弥补监管机制漏洞，完善监管机制，提升监管管理工作效率。

第二，加强“三废”精细化管理。应该健全对生物化工生产中“三废”管控的精细化制度，完善精细化机制，成立精细化工作小组，只有这样才能使生物化工产品生产中“三废”的管控质量安全得到有效执行。另外，还要提升产品生产中“三废”循环利用认识，主动增强节约意识观念。

3.3 加快“三废”安全管控体系建设

第一，完善生物化工产品生产、深加工安全技术应用标准体系。标准体系有利于指导生产、深加工，保障生物化工产品的质量安全。应该让企业严格按照产品质量法律法规，自行制定和完善产品的系统检测和质量制度，同时要加强全过程监控，对生物化工产品生产过程和产地环境进行实时监督，保障采购，储存，运输，加工，销售等任何一个环节都在监管之下完成。

第二，增强监督力度。生物化工产品生产商及行业部门要建立全监管体系，既要加大产业内部监督，也要加大外部监督，充分发挥社会第三方机构的监督作用，促进整个生物化工产业的健康发展。

3.4 优化生产技术提升“三废”物料生产效能

在生物化工产品生产过程中可能有污染物产生的设备主要是连续相分离器、贮槽、粗品槽、溶剂贮槽、成品槽、聚合油贮槽等。它们在设计过程中都安装了正逆水封，保证自由气体无泄漏。为防止万一，在其水封出口处用管道引入活性碳纤维吸附器。

一方面，加成反应精馏塔顶部有内置酸性物质冷却器，由冷冻水冷却，排出口有气体抽吸管道引入废气集中处理装置(活性碳纤维吸附)；缩合回流冷凝器排出口与加成反应精馏塔底部相连；萃取精馏塔顶有冷冻水冷却内置冷却器，在其冷却器顶部放空管引入活性碳纤维吸附器。生物化工产品生产过程中由于是连续生产，物料在密闭的设备及管道内无泄漏的可能，只有计量槽和回收槽等有泄漏的可能，可以设置正逆水封防止自由气体逸出。生产厂房可以设置为开放式结构，一层、二层厂房由气体抽吸管道引入废气集中处理装置，这样就能够实现清洁生产。废气主要是在生产过程中可能是动密封和静密封引起的泄漏，在厂房内设置废气集中处理装置，即活性碳纤维吸附，气体中假如夹带有机物可由活性碳纤维吸附，然后再解析出来，活性碳纤维可再生，循环利用。通过采用新型简约精馏塔，其特点是分离效率提高，填料塔高度降低，可节约蒸汽用量。

另一方面，为了更好的解决废气，可以在冷凝器气体口由管道引入活性碳纤维吸附器进行吸收处理。以频呐酮生产项目为例，盐酸贮罐和甲醛贮罐顶部排出口接一正逆水封，并在水封出口由管道引入活性碳纤维吸附器进行吸收处理。甲醇贮罐顶部自由气体排出管接有二级冷冻水冷却的冷凝器，甲醇的自由气体经冷冻水冷却后回到贮罐内。为了保险起见，需要在冷凝器气体口由管道引入活性碳纤维吸附器进行吸收处理。对于废液，可以用原料异戊烯进行萃取，回收溶解在盐酸中有机物，经萃取精馏后的稀盐酸中的有机物用双氧水使其分解，然后再用活性碳处理；处理后的稀盐酸用盐酸解析专利技术，将稀盐酸分离出氯化氢和水，氯化氢用稀盐酸溶液吸收制备出31%以上的高纯盐酸，达到循环利用的目的。

4 结语

工业产品原料的供应稳定、可靠对工业生产至关重要。一直以来对较低的物料、能耗值关注是工业产品生产的重点内容，但是随着环保安全意识的不断提高，生产全过程的“三废”控制和回收利用是热门的话题。生物化工产品在生产过程中会产生“三废”，通过加强“三废”管控，即可以节约资源，也可以控制物料流失，提高生产项目效能。因此，本文对生物化工产业中“三废”现象管控途径进行研究，一方面强调从工艺技术入手优化生产技术环节效能，另一方面从宏观监管体系入手，提高管理意识。