CN1264318A - 从人造纤维生产过程的气流中除去污染物 - Google Patents

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Abstract

处理包含硫化氢和二硫化碳的含硫气流,例如作为人造纤维生产过程副产物生成的含硫气流,以有用的形式回收这些成分。首先使该气流与氢氧化钠水溶液接触,溶解掉硫化氢和一部分二硫化碳。从溶液中赶出被溶解的二硫化碳并冷凝成液态的浓集物。例如通过冷凝回收气流中包含的二硫化碳。提高剩下的硫化钠水溶液的浓度,在需要时,将pH调节到硫化钠主要以硫氢化钠形式存在的pH值。浓硫氢化钠溶液以及液态的二硫化碳浓集物可在人造纤维生产过程中重新使用。

Description

从人造纤维生产过程的气流中除去污染物
                         发明领域
本发明涉及气流的处理，以便能以有用的形式从其中，特别是从人造纤维生产过程产生的气流中，除去、浓集和回收污染物。
                         发明背景
人造纤维是采用众所周知的所谓粘胶法制备的。在这种方法中，首先由纤维素制备纤维素黄原酸酯溶液，然后纺丝制成纤维。纤维素黄原酸酯溶液的制备，需要首先将纤维素转化成碱化纤维素，其方法是先将纤维素浸泡在氢氧化钠水溶液中，然后在高压下压榨，制成凝胶状的碱化纤维素，其中包括约34％(重量)的纤维素、约15.3％(重量)的氢氧化钠，其余是水。然后将碱化纤维素破碎成碎屑状的材料。破碎步骤也用来将氢氧化钠更均匀地分布在碱化纤维素的碎屑中。然后使破碎的碎屑熟化。
其次是使用所谓的干式摇转搅拌器，或在常压下或在负压下向装有碱化纤维素碎屑的抽气摇转搅拌器中加入二硫化碳的其它操作方法，采用二硫化碳使熟化的碱化纤维素进行黄原酸化反应(xanthanationreaction)。在黄原酸化步骤中，碱化纤维素与二硫化碳的放热反应通常是在约32℃至33℃进行的，且通常在约75至90min内完成。通常三硫代碳酸酯形式副产物的生成使黄原酸化的产物变成黄颜色，并成为以后人造纤维纺丝过程中释放硫化氢的来源。因而优选以这种副产物生成最少的方法进行生产。
然后将从黄原酸化反应得到的纤维素黄原酸酯碎屑放入一些装有氢氧化钠稀溶液的大搅拌槽里，将纤维素黄原酸酯溶解到溶液中，制成被称作粘胶的透明的蜂蜜状的粘稠的胶状物。粘胶溶液是在低温下制备的，以防止不希望有的三硫化碳酸酯的生成。然后在纺丝之前进行粘胶溶液的熟化，使黄原酸根进行重新分布。这一步骤还产生所要求的黄原酸酯浓度。
然后将粘胶挤入包含盐和酸的水浴，将成熟的纤维素黄原酸酯溶液纺成丝。盐通常是硫酸钠，通常采用硫酸作为酸。纺丝浴中的硫酸与在黄原酸化反应中生成的副产物三硫代碳酸酯反应，生成含硫的气体，主要是硫化氢和二硫化碳。这些气体目前被排放到大气中，造成昂贵的化学试剂损失和有害物质的排放。另一种方案是，采用涤气操作将它们除去，排出所得到的低浓度污水。
针对本发明，对美国专利资料进行了检索，查出与本发明关系最大的现有技术文献如下：
美国专利4,477,951  美国专利4,368,078
美国专利4,037,039  英国专利789,691
美国专利4,158,698
                         发明概述
本发明涉及处理人造纤维纺丝过程中产生的包含硫化氢和二硫化碳的含硫废气流的方法，并以在人造纤维生产过程中可重新使用的形式或可作为商品销售的形式回收这些化学试剂。虽然是参照人造纤维生产过程中产生的含硫副产物气流具体地说明本发明，但本发明也适用于产生含硫化氢气流的其它工业所产生的具有类似组成的其它含硫气流。本文就人造纤维纺丝槽产生的废气流的处理具体地说明了本发明，但其中所包括的原理同样适用于其它废气流。
按照本发明的一个方面，提供一种处理包含硫化氢和二硫化碳的含硫气流的方法，该方法包括使所述的气流与氢氧化钠水溶液接触，从其中溶解所述的硫化氢和一部分所述的二硫化碳，生成硫化钠水溶液和残余气流，前者含有被溶解的二硫化碳，后者包含二硫化碳，将所述的硫化钠水溶液加热到二硫化碳与所述的溶液分离的温度以上，生成气态的二硫化碳和贫二硫化碳的硫化钠水溶液，回收气态的二硫化碳，提高所得硫化钠水溶液的浓度，调节浓硫化钠溶液的pH，使硫化钠基本上以硫氢化钠的形式存在，回收所得的浓硫氢化钠水溶液。
                         附图简述
图1是根据本发明方法的一个实施方案流程示意图。
                         发明综述
本发明方法的第一步是使人造纤维纺丝槽的废气流与氢氧化钠水溶液接触，从该气流中溶解含硫的气体，主要是硫化氢和一部分二硫化碳。
与氢氧化钠水溶液接触的含硫废气流一般包含硫化氢和二硫化碳，然而也有少量的其它含硫气体存在，例如氧硫化碳。这种含硫气流的总硫含量一般为约100至约10,000ppm，优选约2,500至约5,000ppm。在人造纤维过程的废气流中，硫化氢与二硫化碳的摩尔比例为约1∶1。该摩尔比例是变化的，以气流的来源而定。
采用氢氧化钠水溶液与废气流接触并溶解其中的含硫气体成分，氢氧化钠水溶液的浓度一般最高约50％(重量)的NaOH，优选约1％至约10％(重量)。接触和溶解步骤可在很宽的温度范围内进行，一般为约20℃至约100℃，优选约80℃。优选采用较高的温度，以使二硫化碳在氢氧化钠中的溶解量最少。
废气流与氢氧化钠水溶液之间的接触，可以采用任何方便有效的气-液接触涤气装置进行，该装置能使含硫的气体溶解在氢氧化钠水溶液中。优选采用转让给本受让人的美国专利5,192,517中所述的洗气装置和方法，有时也将其称作“Waterloo涤气器”，在此引入其公开内容作为参考。在这种装置和方法中，采用双流体雾化喷咀，在通过管道流动的废气流中形成逆流或并流流动的氢氧化钠水溶液的微小液滴雾。这种涤气方法可进行一段或多段接触，然后使液滴发生聚结，现在有害气体已被溶解在液滴中，形成其水溶液。得到的气流此时已不含硫化氢，但含有残留的二硫化碳，可将其从涤气器中排出。进一步处理排出的气流，例如通过冷凝或通过活性炭吸收回收二硫化碳，然后将净化的空气流排入大气。
采用Waterloo涤气器进行的涤气操作，可在能使白气溶解在氢氧化钠水溶液液滴中的适宜气液比例下进行。该涤气器一般是在气/液比例约0.5至约20美gal/1000cfm下运行，优选约1至约3。
收集氢氧化钠水溶液并使其循环再与气流接触，这起着提高硫化钠水溶液浓度的作用，直至达到所需的硫化钠浓度为止，硫化钠以硫氢化钠的形式存在，计划将产品重新使用或销售，产品可具有任一所需的硫化钠浓度，就重新用于人造纤维生产过程而言，任选其浓度为约40％至约45％(重量)。
硫化氢在氢氧化钠中的溶解有降低氢氧化钠溶液pH的作用。鉴于硫氢化钠(NaHS)在氢氧化钠中的溶解度显著高于硫化钠(Na2S)，需提供的硫化钠水溶液的pH，应是作为被溶解物质NaHS占优势的pH。pH优选约10至约11。
随着所溶解的硫化钠浓度的增加，一般需通过加酸将溶液的pH调节到所需的范围。
采用这种方法生产的硫氢化钠溶液，其浓度和质量能满足将这种溶液重新用于与生产人造纤维过程有关的上述化学过程的要求，和/或将硫氢化钠水溶液作为人造纤维生产过程或应用本发明的其它过程的工业副产品销售。
按照本发明，采用氢氧化钠水溶液洗涤人造纤维生产过程纺丝步骤废气流的另一个作用，是在洗涤步骤的操作条件下，气流中的一部分二硫化碳被意外地共吸收到氢氧化钠水溶液中。
可从接触步骤得到的氢氧化钠水溶液中回收被吸收的二硫化碳，其方法是将溶液加热到温度一般约70℃至约90℃，优选约80℃，以气体状态从溶液中赶出二硫化碳，再将二硫化碳(其沸点约46℃)冷凝，制成液态的浓二硫化碳。将气化的二硫化碳加入从涤气器排出的气流中，将更加促进这种方法的使用。
然后可在纤维素黄原酸酯制备步骤中，使用从贫硫化氢的气流和从氢氧化钠水溶液中回收的二硫化碳，或在其它方面以适宜的方式使用。
采用氢氧化钠水溶液洗涤气流，然后按本文所述的方法处理所得的水溶液介质，能以硫氢化钠的形式回收人造纤维纺丝过程中作为副产物气体生成的硫化氢，和能以在人造纤维生产过程中可用的形式回收人造纤维生产过程中作为副产物气体生成的二硫化碳，对人造纤维生产过程的综合经济指标有显著的提高。
                   对优选实施方案的说明
参看附图，该图是本发明一个实施方案的流程示意图，将包含硫化氢和二硫化碳的气流10加入涤气器12，涤气器12在二个隔室16、18中具有多个双流体喷咀14。涤气器在隔室16、18每一个的下游端都有一个除雾器20，用来收集液滴并使其聚结。可采用水喷咀21促进聚结过程。通过线22向每一个双流体喷咀14加入空气，同时通过线24、26加入氢氧化钠水溶液。涤气器12双流体喷咀和隔室的数目可根据需要改变。
每一个双流体喷咀14都形成喷雾28，喷雾与流过涤气器12的气流接触，溶解气流中的硫化氢和一部分二硫化碳。通过线28将包含大量二硫化碳的贫硫化氢气流从涤气器的下游端排出。可以以任何适宜的方法进一步处理含二硫化碳的气流，例如通过冷凝成液态的形式从其中回收二硫化碳。
从涤气器中排出每一个除雾器20收集的硫化钠水溶液，并通过线30、32加入相应的循环槽34、36。从每一个相应的循环槽34、36将进料水溶液24和26加入双流体喷咀28，再与进入的气流10接触。硫化钠水溶液向喷咀的循环、硫化钠水溶液的聚结和收集，一直进行到被溶解的硫化钠达到所需的浓度为止。可间断地或连续地调节溶液的pH，以保持所需的pH，在此pH下硫化钠基本上以硫氢化钠的形式存在。
当达到所需的浓度和pH值时，通过线38将液流放入脱气器容器。通过线42将相应体积的硫化钠水溶液从返回线26输送到循环槽34。可通过线46将配制的氢氧化钠溶液从贮槽44加入循环槽36。
在脱气器容器40中，将硫化钠水溶液加热到二硫化碳的气化温度，在此温度以上二硫化碳发生气化。通过线48将气化的二硫化碳加入气体出口线28中进行处理以回收二硫化碳。通过线50将所需的产品硫化钠溶液从脱气器容器40排入贮存容器52。
                       公开内容概述
在本公开内容的概述中，本发明提供一种新颖的方法，用于处理和加工人造纤维生产过程和产生类似气流的其它过程中产生的含硫废气流，回收有用的化学试剂，用于销售或在人造纤维生产或其它过程中重新使用。可在本发明的范围内进行改进。

Claims (18)

1.一种处理包含硫化氢和二硫化碳的含硫气流的方法，该方法包括：
使所述的气流与氢氧化钠水溶液接触，溶解其中所述的硫化氢和一部分二硫化碳，生成硫化钠水溶液和残余气流，前者含有其中溶解的二硫化碳，后者包含二硫化碳，
将所述的硫化钠水溶液加热到二硫化碳与所述溶液分离的温度以上，生成气态的二硫化碳和贫二硫化碳的硫化钠水溶液，
回收气态的二硫化碳，
提高所得硫化钠水溶液的浓度，调节浓硫化钠溶液的pH，使硫化钠基本上以硫氢化钠的形式存在，和
回收所得的浓硫氢化钠水溶液。
2.权利要求1的方法，其中所述的含硫气流是作为人造纤维纺丝过程的副产物气流提供的。
3.权利要求2的方法，其中将所述冷凝的二硫化碳和所述的硫氢化钠水溶液用于人造纤维的生产过程。
4.权利要求2的方法，其中所述含硫气流的总硫含量为约100至约10,000ppm。
5.权利要求4的方法，其中所述气流的总硫含量为约2,500至约5,000ppm。
6.权利要求2的方法，其中硫化氢和二硫化碳以摩尔比例约1∶1存在。
7.权利要求4的方法，其中所述与氢氧化钠水溶液的接触，是采用浓度最高达约50％(重量)NaOH的氢氧化钠水溶液在温度约20℃至约100℃下进行的。
8.权利要求5的方法，其中所述与氢氧化钠水溶液的接触，是采用浓度约1％至约10％(重量)NaOH的氢氧化钠水溶液在温度约70℃至约80℃下进行的。
9.权利要求7的方法，其中所述与氢氧化钠水溶液的接触，是通过气流与至少一重氢氧化钠水溶液细液滴雾接触进行的，气液接触的比例为约0.5至约20美gal/100cfm。
10.权利要求9的方法，其中所述的气-液接触比例为约1至约3美gal/1000cfm。
11.权利要求2的方法，其中所述水溶液的加热，从该溶液中蒸发二硫化碳，是在温度约70℃至约90℃下进行的。
12.权利要求11的方法，其中所述的温度为约80℃。
13.权利要求2的方法，其中收集从所述接触步骤得到的所述硫化钠水溶液，再使其与气流反复接触，直到水溶液的硫化钠浓度达到要求为止，以制成所述的浓硫化钠溶液。
14.权利要求13的方法，其中从所述反复接触步骤得到的所述硫化钠水溶液的浓度，为约40％至约45％(重量)以硫氢化钠形式存在的硫化钠。
15.权利要求13的方法，其中浓硫化钠水溶液的所述pH值，被控制到约10至约11。
16.权利要求1的方法，其中处理所述的残余气流，从其中回收所述的二硫化碳。
17.权利要求1的方法，其中将所述的气态二硫化碳加到所述的残余气流中，以回收二硫化碳。
18.权利要求17的方法，其中通过冷凝回收所述的二硫化碳。
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