حل معالجة غاز ذيل السيانيد من دودجين: دعم التطوير منخفض الكربون في صناعة ألياف الكربون

غاز الذيل المحتوي على السيانيد المنتج كمنتج ثانوي في عملية إنتاج ألياف الكربون هو غاز شديد الخطورة وسام يسبب ضررًا بيئيًا شديدًا ويشكل تهديدًا كبيرًا لصحة الإنسان. الطرق الشائعة لمعالجة غاز ذيل السيانيد في إنتاج ألياف الكربون هي الحرق والامتزاز. في كلتا الحالتين ، يتم تدمير المكونات الضارة في غاز العادم في نهاية المطاف من خلال الحرق. على الرغم من أن الحرق يمكن أن يكسر هذه المواد الضارة ، فإنه يولد أيضًا ملوثات مثل أكاسيد النيتروجين ، ولا يزال العادم المعالج يتطلب مزيدًا من إزالة النيتروجين وغيرها من التدابير لتلبية معايير الانبعاثات. تؤدي هذه الطريقة إلى تلوث بيئي ثانوي ، وإلى حد ما ، تسبب نفايات الموارد. لمعالجة هذه المشكلة ، يقترح دودجن عملية معالجة تركز على استخدام الموارد من غاز الذيل المحتوي على السيانيد في إنتاج ألياف الكربون. تتضمن هذه العملية الاستخدام الشامل للمكونات القيمة ، مثل hn و NH3 ، في غاز العادم. بعد المعالجة ، يفي غاز الذيل بمعايير الانبعاثات ، وتستخدم المنتجات الثانوية لإنتاج مواد كيميائية دقيقة قائمة على السيانيد ، مما يؤدي إلى فوائد اقتصادية كبيرة.

أنا. خلفية تقنية

يتميز ألياف الكربون بخصائص ممتازة مثل القوة العالية ، ومقاومة درجات الحرارة العالية ، ومقاومة التآكل ، ومقاومة التعب ، ومقاومة الزحف ، والتوصيل الكهربائي والحراري. يستخدم على نطاق واسع في مجالات الطيران والرياضة والترفيه والطبية والهندسة المدنية ، مما يجعله مادة ألياف عالية الأداء لكل من التطبيقات العسكرية والمدنية. حاليًا ، يستخدم إنتاج ألياف الكربون بشكل أساسي بولي أكريلونيتريل (مقلاة) كمادة خام ، ويمر بخطوتين أساسيتين-الأكسدة والكربنة-لإنتاج ألياف كربون ذات محتوى عالي من الكربون. ومع ذلك ، خلال مراحل الأكسدة والكربنة ، يتم توليد كمية كبيرة من غاز الذيل. يحتوي غاز الذيل على مستويات منخفضة من المكونات القابلة للاحتراق ، مما يتطلب إضافة وقود للحرق غير المؤذي. نتيجة لذلك ، استهلاك الوقود مرتفع ، مما يؤدي إلى زيادة التكاليف التشغيلية. الملوث الرئيسي في غاز ذيل ألياف الكربون ، سيانيد الهيدروجين ، هو مادة خطيرة للغاية وسامة ، مع سمية 35 مرة من أول أكسيد الكربون. والانبعاث المباشر لهذا الملوث يلوث الهواء بشدة ، مما يشكل تهديدا كبيرا لصحة الإنسان.

حاليا ، يتم التعامل مع معظم غاز الذيل المتولد أثناء عملية إنتاج ألياف الكربون بطرق الاحتراق أو الامتزاز. النهج النموذجي هو استخدام المؤكسد الحراري المتجدد (RTO) [5]. ومع ذلك ، تعمل هذه الطريقة في درجات حرارة عالية ، وتستهلك كمية كبيرة من الوقود ، وتنتج تكاليف تشغيل عالية ، وتولد غاز عادم كبير. لا يفي HCN المعالج بمعايير انبعاث الملوثات الصناعية (> mg/m³) ، وبعض HCN و NH₃ يتأكسد إلى أكاسيد النيتروجين ، مما يؤدي إلى تلوث الهواء الثانوي. علاوة على ذلك ، لا تستخدم هذه الطريقة غاز الذيل بطريقة شاملة أو تنتج منتجات ثانوية قيمة للاستخدام في المصب.

بالنسبة لغاز ذيل ألياف الكربون ذي التركيزات العالية من hcon والقطران ، من جهة ، تفشل طريقة الاحتراق في تلبية معايير الانبعاثات ، مما يؤدي إلى التلوث البيئي ، مما يضر بإنتاج ألياف الكربون. من ناحية أخرى ، فإنه لا يستخدم غاز الذيل بشكل شامل أو ينتج منتجات ثانوية قيّمة لتطبيقات المصب ، مما يؤدي إلى نفايات الطاقة. لذلك ، فإن كيفية التعامل مع غاز ذيل ألياف الكربون واستخدامه بطريقة شاملة أمر بالغ الأهمية لتقليل استهلاك الطاقة ، وتخفيف الضغط البيئي ، وتوفير تكاليف الإنتاج. لمعالجة هذا ، طور دودجن مجموعة من المعدات لمعالجة غاز الذيل المحتوي على السيانيد المتولد خلال مراحل الأكسدة والكربنة ، وتحقيق نتائج جيدة في معالجة غاز ذيل السيانيد من ألياف الكربون.

ثانيا. تدفق عملية ألياف الكربون

يظهر الرسم البياني المبسط لتدفق عملية ألياف الكربون أدناه:

الشكل 1: مخطط مبسط لتدفق عملية ألياف الكربون

كما هو موضح في الرسم التخطيطي ، فإن درجة حرارة غاز الذيل أثناء مرحلة الكربنة أعلى (من من من من من من خلال إنتاج الوقود) ، وحجم غاز العادم أقل مقارنة بمرحلة الأكسدة. وبالتالي ، فإن تركيز المركبات العضوية في غاز الذيل أعلى ، ويطلق غازات سامة وضارة مثل hcon و NH₃ ، ويحتوي على بعض القطران. في مرحلة الأكسدة ، الحجم الإجمالي لغاز الذيل ، مع درجات حرارة تتراوح من ، إلى 50 درجة مئوية. تركيز السموم والضررغازات فول مثل hCnو NH₃ منخفضة (أقل من من). يقدر أنه في مقابل كل طن من ألياف الكربون ، يتم توليد طن واحد من المركبات العضوية ، بما في ذلك من من من من نصف طن وأنتج من القطران و من من من من HCN.

III. تدفق العملية ونتائج العلاج

1. المواد الخام

تتكون المادة الخام من غاز النفايات المتولد أثناء عمليات الأكسدة والكربنة في مصنع ألياف الكربون بقدرة إنتاج سنوية تبلغ بالأطنان من ألياف الكربون. يظهر تكوين وتركيز كتلة الغاز العادم في الجدول 1 والجدول 2.

الجدول 1: تركيز الكتلة لكل مكون في غاز ذيل فرن الأكسدة

كما يتضح من الجدول 1 أعلاه ، بسبب الحجم الإجمالي الكبير للغاز ، فإن التركيز الإجمالي للمركبات العضوية أقل من.

الجدول 2: تركيز الكتلة لكل مكون في غاز ذيل المكربن

يجب معالجة غاز العادم من فرن الأكسدة وفرن الكربنة وتفريغه بشكل منفصل بسبب التقلبات الكبيرة في التركيز عند الخلط ، وكذلك مشاكل التخفيف أثناء التفريغ.

2. طرق تحليلية

الجدول 3: الطرق التحليلية للملوثات الرئيسية

3. معالجة غاز العادم بفرن الأكسدة

الشكل 2: تدفق عملية معالجة غاز العادم بفرن الأكسدة

تتراوح درجة حرارة الهواء الساخن من فرن الأكسدة من صانف-، مما يتطلب التسخين المسبق. بناءً على خصائص التلوث لغاز العادم ، يتم اختيار برج امتصاص ثلاثي المراحل لمعالجة الامتصاص. تم تجهيز كل برج بمضخة دائرية ، ويتم ضخ السائل الدوار من أعلى البرج لضمان التلامس الكامل بين السائل وغاز العادم ، السماح بإزالة الملوثات من العادم. يمكن تركيز سيانيد الصوديوم بتركيز من من من من من من إلى من ومن ثم بيعه كمنتج. ومع ذلك ، قد يكون بيع سيانيد الصوديوم بشكل منفصل أمرًا صعبًا بسبب المشكلات التنظيمية المحيطة ببيع المواد الكيميائية شديدة السمية. وبالتالي ، أعملية سيانيد الصوديوميستخدم حمض الكبريتيك لتحمض سيانيد الصوديوم لتحويله إلى سيانيد الهيدروجين (HCN) ، والذي يستخدم بعد ذلك لإنتاج هيدروكسي أسيتونيتريل.

صيغة رد فعل لعلاج سيانيد الصوديوم:

NaCN + H2SO4 ، hcn + NaSO4

4. معالجة غاز العادم بفرن الكربنة

الشكل 3: تدفق عملية معالجة غاز العادم بفرن الكربنة

تركيبة غاز النفايات من فرن الكربنة منخفض الحرارة وفرن الكربنة عالي الحرارة متشابهة ، وكلاهما له درجات حرارة عالية نسبيًا. لذلك ، يعتبر معالجة كلا تياري غاز العادم معًا بعد الخلط. غاز العادم من فرن الكربنة بدرجة حرارة عالية (حوالي ، ، درجة مئوية) وفرن الكربنة بدرجة حرارة منخفضة (حوالي!!!) يتم خلطه في خط الأنابيب ويدخل المبادل الحراري عند درجة حرارة حواليمن أجل التبادل الحراري. بما أن القطران ذو لزوجة عالية عند درجات الحرارة المنخفضة ، يتم استخدام المذيب لخلط وامتصاص القطران. يتم إرسال غاز العادم ، بعد إزالة القطران ، إلى نظام إزالة الأمونيا من ثلاث مراحل لإزالة الأمونيا من العادم. المنتج النهائي هو محلول كبريتات الأمونيوم ، الذي يتم إرساله لاسترداد كبريتات الأمونيوم. تستخدم عملية إزالة الأمونيا تفاعل التحييد بين الأمونيا وحمض الكبريتيك في المحلول المائي لإزالة الأمونيا من العادم. معادلة التفاعل هي كما يلي:

H2SO4 2NH3 →(NH4)2SO4 H2O

يدخل غاز العادم المحتوي على الفورمالديهايد و HCN إلى مفاعل هيدروكسي أسيتونيتريل ، حيث يتفاعل مع السائل المتداول لإنتاج هيدروكسي أسيتونيتريل. ثم يتم إرسال غاز العادم ، الذي يحتوي على مواد قابلة للاحتراق مثل CO و H₂ ، إلى محرقة غاز الذيل للاحتراق. يمكن استخدام هيدروكسي أسيتونيتريل المنتج في هذه العملية كوسيط لتصنيع منتجات أخرى أو بيعها كمنتج. تتضمن عملية هيدروكسي أسيتونيتريل تفاعل محلول الفورمالديهايد مع HCN لتوليد هيدروكسي أسيتونيتريل. معادلة التفاعل الكيميائي هي كما يلي:

HCN hhhco → hch2cn

يتم تغذية القطران من قسم الكربنة وقسم الأكسدة في وقت واحد في برج إزالة المذيب وبرج تجريد hn لاستعادة القطران.

5. نتائج العلاج والفوائد الاقتصادية

معدلات تدفق وتركيزات غازات العادم HCN و NH₃ و CO من فرن الأكسدة وعادم فرن الكربنة المختلط ، وكذلك معدلات تدفق وتركيزات HCN و nhurement ، وتم اكتشاف غاز العادم الذي تم تفريغه في الغلاف الجوي باستخدام الطرق التحليلية المذكورة أعلاه. وترد النتائج في الجدول 4.

الجدول 4: كفاءة معالجة غازات التلوث الرئيسية في فرن الأكسدة

الجدول 5: كفاءة معالجة غازات الملوثات الرئيسية في المكربن

كما هو موضح في الجدولين 4 و 5 ، يمكن لهذه العملية أن تتكيف بفعالية مع الاختلافات في تركيز المكونات المختلفة في الغاز الخلفي المحتوي على السيانيد من إنتاج ألياف الكربون ، ولا يزال بإمكانه تحقيق الامتثال لمعايير الانبعاثات بعد المعالجة. بناءً على قدرة إنتاجية تبلغ طن في السنة ، يمكن لمعالجة غاز ذيل السيانيد إنتاج طن في السنة من هيدروكسي أسيتونتريل (على أساس سنوي) ، طن في السنة من كبريتات الأمونيوم ، والطن في السنة من القطران. وبما أن هذا المشروع يتضمن خط إنتاج من ألياف الكربون أحادي الطن ، فإن المنتج الثانوي ، هيدروكسي أسيتونيتريل ، يباع كمنتج. ومن المتوقع أن يولد الاستخدام الشامل لغاز العادم المستمد من ، طن من ألياف الكربون ، فوائد اقتصادية تتجاوز 25 مليون رنمينبي. بالنسبة لإنتاج ألياف الكربون على نطاق أوسع ، يمكن توسيع سلسلة صناعة هيدروكسي أسيتونيتريل لتشمل منتجات ذات قيمة مضافة أعلى مثل إيميدازوليدين ثنائي إيثانولامين ، وحمض إيمينوديتيك ، والجليسين ، وحمض هيدروكسي أسيتيك ، وثاني فوسفات ، بين الآخرين.

4. خاتمة

(1) يمكن لهذه العملية أن تستوعب بشكل فعال التقلبات الكبيرة في كل من نطاق درجة الحرارة وتركيز الغاز الخلفي المحتوي على السيانيد من إنتاج ألياف الكربون. لديها إمكانية قوية للتكبل ، وتتطلب الحد الأدنى من استهلاك الوقود ، ويمكن لنظام الإنتاج أن يعمل بشكل مستمر وثابت. العملية سهلة التشغيل.

(2) بعد معالجة غاز الذيل المحتوي على السيانيد من إنتاج ألياف الكربون ، يمكن أن يفي تركيز HCN بمعايير الانبعاثات التي حددتها "معايير الانبعاثات الشاملة لملوثات الهواء" NH₃ يمكن أن تلبي "معايير جودة الهواء المحيط" (، ويمكن أن تلبي الشركة" معايير جودة الهواء المحيط "(، ، ، من من فضلك).

(3) نجحت هذه العملية في تحويل HCN في غاز الذيل المحتوي على السيانيد من إنتاج ألياف الكربون إلى هيدروكسي أسيتونتريل ، وهو منتج ذو قيمة اقتصادية أعلى ، ويحول nhurebo إلى كبريتات أمونيوم من الدرجة المخصبة. كما يعيد تدوير القطران. تشير التقديرات إلى أن الالتفافييمكن أن تولد oducts ، بما في ذلك هيدروكسي أسيتونيتريل ، من غاز العادم من ألياف الكربون ، إيرادات مبيعات تزيد عن 25 مليون rbb ، مما يدل على فوائد اقتصادية كبيرة.