CN1070129A - 粘胶纤维生产中废气治理方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于粘胶纤维生产中废气治 理的工艺方法及其成套装置。它由酸浴脱气系统、 H₂S转化为硫磺系统及CS₂吸附回收系统所构成。 在酸浴脱气系统中采用设有导气筒的板式脱气塔进 行真空脱气，在H₂S转化为硫磺系统用碱性催化脱 硫液循环催化，在CS₂吸附回收系统以柱形吸附剂 吸附回收。本发明具有脱硫效率较高，工艺设备简 单，投资少、易操作以及社会和经济效益显著等特点， 适合新厂设计和老厂改造时采用。

Description

本发明涉及从工业生产的废气中回收有害气体并加以利用的方法及装置，尤其是粘胶纤维生产中含硫化物气体回收利用的工艺方法及其成套装置。

粘胶纤维是化学纤维的一个重要品种，在它的生产过程中需加入CS₂进行磺化，但在后续工序中它又大部份以CS₂和H₂S气体形式释放出来，其中一部分溶解于纺丝酸浴或称凝固浴之中，而大部分则逸入生产设备周围的大气中，产生严重的环境污染问题，同时又消耗了大量的有用生产原料。《工业水处理》87年第7卷第5期登载了名为“粘胶纤维生产溶液和废液中二硫化碳和硫化氢的脱吸”综述文章，其中提出了目前该生产工艺中所用的脱气设备主要为曝气池和脱气塔，前者的脱气周期较长，效率也较低;后者又可分为填料塔、鼓泡式塔和喷雾式塔，它们基本上仍按传统理论以吸收塔的性能参数来设计制造的，其脱气率一般在80%左右，但其设备本身结构复杂，操作条件要求较高，特别是在板式塔内上下部压差较大，底部操作条件恶化，影响整塔的脱气性能，不能完全适应粘胶纤维生产中酸浴脱气的实际需要。苏联专利US916413中公开了一种“从污水中脱除硫化氢的方法”，它采用真空喷雾槽进行解吸脱气，以喷淋塔来吸收脱除的硫化氢气体，其脱除率为84%，但脱气时间长达90分钟。美国专利US4311683提供了“从气态流体中脱除硫化氢的工艺方法”，它以附载于非碱性多孔难熔氧化物上的钒氧化物和/或钒硫化物为催化剂，经氧化反应器、冷凝器等设备将混合气体中所含H₂S直接转化为硫磺。其脱除H₂S的效率高达90%以上，但工艺设备复杂，投资较大且操作条件控制难度较大，不适合目前国内在该行业生产中应用。因此，研究、开发出一种从酸浴和生产废气中回收利用含硫化物气体的高效且易行的工艺及装置是该行业急待解决而又尚未解决的一个实际问题。

本发明的任务是克服上述现有技术的不足之处，提供一种效率较高，工艺设备简单，投资较少且能耗较低而又易于操作的粘胶纤维生产中废气治理方法。

本发明的另一个任务就是提供一条适合用于上述粘胶纤维生产中废气治理方法的成大工艺装置。

本发明的任务可以通过采用下列工艺步骤得以完成：

（1）酸浴脱气：将温度为48±2℃来自粘胶纤维纺丝工艺过程中含H₂S和CS₂气体的酸浴在真空条件下脱除上述含硫化物气体，使酸浴中所含H₂S和CS₂气体分别从原来的20～250毫克/升和20～200毫克/升降至5～30毫克/升。经脱除含硫化物气体的酸浴再返回粘胶纤维生产过程中循环使用，便于在纺丝过程中再溶解所释放出的含硫化物气体。所脱除的含硫化物气体被送入后续工艺步骤进行处理。

（2）转化H₂S：用温度为35～45℃的碱性催化脱硫液吸收步骤（1）脱除出的含硫化物气体中所含H₂S气体，并在35～45℃温度和催化剂作用下将H₂S转化为硫磺，然后喷射含硫磺的脱硫液以便催化剂的再生和硫磺的分离。经再生的催化脱硫液再返回去吸收H₂S气体循环使用，而分离出来的泡沫状硫磺经逐步加热直至熔融后便成为硫碘成品。

（3）回收CS₂：将步骤（2）中已吸收脱除H₂S的气体在20～30℃温度下通过直径为1.5～5毫米、长6毫米及比表面积为900～1100米²/克的园柱形吸附剂，用以吸附脱除CS₂。剩余尾气可直接排放至大气中，然后将吸附剂在90～100℃温度下解吸CS₂，使吸附剂再生后反复使用。所解吸的CS₂经逐步冷却至46.3℃以下冷凝成液体，再经分离出水份后便成为液态CS₂产品，返回粘胶纤维生产工艺过程中使用。

本发明还可采用下列技术措施获得更好的效果：

（1）在步骤（1）中采用中央带导气筒的板式脱气塔进行真空脱气，其真空度控制在88～95千帕之间。

（2）在步骤（1）中将所脱除的含硫化物气体与从其他生产设备中收集来的含硫化物废气相混合，一道送入后续步骤处理。

（3）在步骤（2）中使用由1～5克/升V₂O₅，5～30克/升Na₂CO₃，2～5克/升栲胶及水所组成的碱性催化脱硫液。

（4）在步骤（2）中含H₂S脱硫液的催化反应停留时间为4～6分钟，喷射再生停留时间为6～12分钟。

（5）在步骤（3）中采用直径为3毫米，长6毫米及比表面积为1000米²/克的活性炭吸附剂。

适合用于上述废气治理方法的成套装置主要由酸浴脱气系统、转化H₂S系统和回收CS₂系统所组成，其主要工艺设备按以下顺序连接：来自粘胶纤维纺丝过程中含硫化物气体的酸浴在板式脱气塔中脱除H₂S和CS₂气体后返回生产过程循环使用。所脱除的气体经真空泵进入吸收塔内，吸收了H₂S气体的脱硫液在反应槽中将H₂S转化为硫磺，随即进入喷射槽内进行催化剂再生和硫磺的分离。所再生的催化脱硫液返回吸收塔中再吸收H₂S，而分离出的硫磺经加热器加热后在熔融釜内熔融成硫磺成品。从吸收塔上部流出的气体经吸附器吸附脱除CS₂后直接排入大气，从吸附器解吸出来的CS₂气体经冷却器冷却后在冷凝器中冷凝成液体，再经过分离器分出水份后便成为CS₂成品。

上述成套装置中的板式脱气塔最好是在中央设有纵贯各塔板的导气筒，其侧壁上还开有与各塔板间层相连通的气体流道，而且液料分布机构最好是由上下两块小间距的分布板和直径大于导气筒的隔液筒所构成，与其相对应地在塔体上部以切向连接1～4个均布的进液口。该板式脱气塔最好是采用由各种不同直径的环形圈板按一定间隔连接而成的塔板，而且各相邻塔板的环形圈板和由间隔形成的环形流道在垂直方向相互错开排列;其导气筒最好是以多节上大下小的空心园台按一定间隔垂直排列而成，而在部分由间隔形成的气体流道外侧上部设有园台形防溅板。

附图1为本发明实施例的工艺流程框图。

附图2为本发明装置中板式脱气塔的纵剖面结构示意图。

附图3是本发明中附图2的A-A剖视图。

附图4是本发明中附图2的B-B剖视图。

本发明将结合实施例及附图作进一步的详细描述。将来自粘胶纤维生产过程中温度为48±2℃的含硫化物气体酸浴送入带导气筒的板式脱气塔1中，在真空度为90千帕条件下脱除H₂S和CS₂气体，使其所含H₂S和CS₂分别从110毫克/升和90毫克/升降至20毫克/升。经脱气的酸浴再返回生产过程循环使用，而所脱除的含硫化物气体经真空泵2与来自其他生产设备3的含硫化物气体混合，进入填料吸收塔4中。在该吸收塔4的上部喷淋一种含有2克/升V₂O₅，25克/升Na₂CO₃，3克/升栲胶的水溶性脱硫液，在40℃温度下吸收H₂S气体，并在进入反应槽5后，将H₂S氧化成硫磺，其反应停留时间约为5分钟。反应混合物在喷射槽6内与空气混合喷射成雾状，同时将催化剂再生和分离出泡沫状硫磺，其再生停留时间约为8分钟。再生后的催化脱硫液返回吸收塔4再吸收H₂S气体反复循环，而分离出的泡沫硫磺经加热器7升温至75℃，在真空过滤机8中以真空度93千帕进行过滤，所得硫膏在熔融釜9中加热至140℃，放出熔融物即为硫磺成品。从吸收塔4上部流出的含CS₂气体经两台并联交替操作的吸附器10中所装填的直径为3毫米，长6毫米及比表面积为1000米²/克的活性炭吸附剂在约25℃温度下吸附脱除CS₂气体，剩余的尾气可直接排放至大气中，已吸附CS₂的吸附器10被加热至95℃左右并维持约60分钟解吸CS₂气体，随后活性炭吸附剂被再生重复使用。所解吸的CS₂经冷却器11冷却至约46.3℃左右，再经冷凝器12进一步降温至约10℃左右使CS₂冷凝成液体，最后在分离器13中将水份分离而得到液态的CS₂成品，它可返回粘胶纤维生产过程中重新使用。在本实施例中所使用的板式脱气塔1中是在塔体15的中央设有上大下小纵贯各塔板16的导气筒17，它由若干节上大下小的空心园台按一定间隔垂直排列而成，该间隔即形成与各塔板间层18相连通的环形气体流道19。导气筒17和塔板16均通过支架20连接成为一体，并整体支承悬挂在塔体15内。在塔体15内的上部设有由上下两块间距为塔板间层18高度1/4并交错开有间断环形流道21的分布板22和直径稍大于导气筒17的隔液筒23所构成的液料分布机构。对应于隔液筒23处以切向连接有2个相对的进液口24。塔板16分别由3～5块不同直径的环形圈板25按一定间隔连接而成，该间隔构成数圈环形流道26，其外缘还设有拦液板27。各相邻的上下两块塔板16上环形圈板25和环形流道26在垂直方向相互错开排列。为防止液料溅入导气筒17内，在部分距离环形流道26较近的气体流道19外侧上部设置园台形防溅板28。含气体的液料从进液口24以切向进入塔内后，在隔液筒23与塔体15之间通过上下两块分布板22均匀分布至塔板16上。由上层塔板16的环形流道26落下的液体垂直掉在与其错开排列的下层塔板16中环形圈板25上，不断进行分散和脱气。所脱除的气体在各塔板间层18中汇集，通过气体流道19进入导气筒17内，随即不断上升和增加经除沫器29从气体出口30排出。脱气后的液体落至塔体15的底部，经液料出口31排出。

本发明与现有技术相比较，具有下列特点：

（1）脱硫效率较高。由于采用酸浴脱气、H₂S转化为硫磺和CS₂吸附回收三步工艺有机结合，其脱除率分别为80%、99%和90%，使所回收的CS₂占生产过程中总投入量的百分比值从现有技术的45%左右提高到70%左右。

（2）工艺设备简单。三步工艺流程短而紧凑，各步骤均使用一台或二台主设备及少量辅助设备就可完成治理任务，设备本身的结构也较为简单，选型或制造、安装均较方便。

（3）设备投资少，易操作。由于工艺流程较短、设备结构简单，故其制造和安装的成本较低，操作也较为便利，并配有较先进的自动控制系统进行生产控制。与通常的环保装置相比较，因其回收的硫磺和液态CS₂具有一定经济价值，可补偿操作运行的开支，故总费用也较低。

（4）经济、社会效益具佳。由于整个治理方法主要处理从酸浴中脱除的含硫化物气体，而其工艺操作条件均围绕着保持粘胶纤维生产工艺所需酸浴温度上，且其脱气又不需使用隋性气体，因而能耗相对较低。含硫化物气体的脱除又改善了生产环境，减少了大气污染。特别是回收了硫磺和生产用重要原料CS₂，降低了粘胶纤维的生产成本。

Claims (10)

1、一种粘胶纤维生产中废气治理的方法，其特征在于按下列工艺步骤进行：

(1)酸浴脱气：将温度为48±2℃来自粘胶纤维生产工艺过程中的含硫化物酸浴在真空条件下脱除含硫化物气体，使其中所含H₂S、CS₂分别从原来的20～250毫克/升和20～200毫克/升降至5～30毫克/升，经脱气的酸浴再返回生产过程中循环使用，所脱除的含硫化物气体被送入后续工艺步骤处理；

(2)转化H₂S：用温度为35～45℃的碱性催化脱硫液吸收步骤(1)脱出的含硫化物气体中所含H₂S气体，并在35～45℃温度下将H₂S转化为泡沫状硫磺，然后喷射再生催化剂和分离硫磺，经再生的催化脱硫液返回吸收H₂S反复循环使用，分离出的泡沫硫磺经逐步加热至熔融后成为硫磺产品；

(3)回收CS₂：将步骤(2)中已脱除H₂S的气体在20～30℃温度下通过直径为1.5～5毫米、长6毫米及比表面积为900～1100米²/克的柱形吸附剂，经吸附CS₂后将尾气排放，再将所吸附的CS₂在90～100℃温度下解吸出来，同时使吸附剂再生后重复使用，所解吸CS₂经逐步冷却至46.3℃以下冷凝成液体后，分离出水份而成为液态CS₂产品，返回生产过程中使用。

2、根据权利要求1所述的废气治理方法，其特征在于步骤（1）中的真空脱气操作是在设有导气筒的板式脱气塔1中进行，其真空度为88～95千帕。

3、根据权利要求1或2所述的废气治理方法，其特征在于步骤（1）中所脱除的含硫化物气体与其他生产设备3中收集的含硫化物废气相混合。

4、根据权利要求1所述的废气治理方法，其特征在于步骤（2）中的碱性催化脱硫液是由1～5克/升V₂O₅，5～30克/升Na₂CO₃，2～5克/升栲胶及水组成。

5、根据权利要求1或4所述的废气治理方法，其特征在于步骤（2）中含H₂S脱硫液的催化反应停留时间为4～5分钟，喷射再生停留时间为6～12分钟。

6、根据权利要求1所述的废气治理方法，其特征在于步骤（3）中柱形吸附剂是直径为3毫米，长6毫米及比表面积为1000米²/克的活性炭吸附剂。

7、一种适用于权利要求1所述废气治理方法的成套装置，其特征在于酸浴脱气系统，转化H₂S系统和回收CS₂系统所组成，含硫化物气体的酸浴在板式脱气塔1中脱除H₂S和CS₂气体后返回生产过程，所脱除的气体经真空泵2进入吸收塔4内，吸收H₂S的脱硫液在反应槽5中转化并在喷射槽6中再生和分离，再生的催化脱硫液返回吸收塔内吸收H₂S，而所分离出的泡沫状硫磺经加热器7升温后在熔融釜9中熔融成硫磺成品，从吸收塔4中流出的气体经吸附器10吸附CS₂后排放，由吸附器10解吸出的CS₂气体经冷却器11冷却后在冷凝器12中冷凝成液体，再经分离器13分出水份后成为CS₂成品。

8、根据权利要求7所述的废气治理成套装置，其特征在于板式脱气塔1的塔体15中央设有纵贯各塔板16的导气筒17，其侧壁上开有与各塔板间层18相连通的气体流道19，由上下两块小间距的分布板22和直径大于导气筒17的隔液筒23构成液料分布机构，与其对应地在塔体15上以切向连接有1～4个均布的进液口24。

9、根据权利要求8所述的废气治理成套装置，其特征在于板式脱气塔1的塔板16是由各种不同直径的环形圈板25按一定间隔连接而形成环形流道26，各相邻塔板16的环形圈板25和环形流道26在垂直方向相互错开排列。

10、根据权利要求8或9所述的废气治理成套装置，其特征在于板式脱气塔1中的导气筒17是由多节上大下小的空心园台按一定间隔垂直排列而成，其间隔即为气体流道19，在部分气体流道19的外侧上部设有园台形防溅板28。

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