粘胶纤维生产过程中废气的净化技术

粘胶纤维生产过程中废气的净化技术粘胶纤维生产过程中废气的净化技术粘胶纤维生产过程中废气的净化技术粘胶纤维生产过程中废气的净化技术编制仅供参考审核批准生效日期地址：电话：传真:邮编:粘胶纤维生产过程中废气的净化技术课程设计姓名：班级：学号：指导老师：日期：前言粘胶纤维具有优良的物理机械性能和服用性能，其基本原料来源于植物的纤维素，具有巨大的再生性和贮备量，同时粘胶纤维与天然纤维一样可以进行生物降解。因此倍受人们的青睐，但由于生产的“三废”排放严重污染环境，成为20年来生产处于停滞不前的主要原因，许多发达国家日益严格的环保要求，使相当的企业转产，停产或转移到发展中国家，我国粘胶生产六十年代迅速发展，至今已有40多个厂家，但生产规模小，生产工艺落后，目前均使用CS2作为浆泊纤维的溶剂，在碱性介质中与纤维素生成纤维素磺酸脂原液，而后在以硫酸和硫酸盐为主体的凝固液中凝固生成人造纤维每吨产品耗二硫化碳150～200kg，由于原料和产品都是纤维素，仅是结构形态不同，因此加入的CS2都以三废的形式排放，严重污染了环境，废气的排放量大、浓度小、治理难变大，目前生产废气大都采用稀释高空排放的方法，达不到治理回收的目的。但几十年来，我国粘胶行业对废气治理进行了不断试验和探索，也取得了一定成绩，为保护环境，实现粘胶行业可持续发展，有必要对我国粘胶生产废气治理的进程进行回顾和总结。本文针对粘胶纤维生产废气的综合治理问题，对全吸收法进行了深入研究。在改良旧溶剂和操作条件，开发新方法和新工艺的基础上，设计了一套能在一个设备中同时处理H2S、CS2两种废气成分，且可望经济、高效、稳定运行的处理流程。本文研究的全吸收法是根据H2S、CS2不同的物化特性，进行了分析，并通过用两种不同的吸收剂分别加以处理，以达到回收有用物质，减少生产成本的目的。对于CS2，选择了一种高效的物理吸收剂—TCZ试剂。该试剂无毒无害，不易挥发，粘度小，价廉易得，且富液易于再生，实现了CS2的回用。该试剂对低浓度CS2废气可达95%以上的吸收率，在不气提和简单加热条件下可实现80%以上的解吸再生率。目录TOC\o"1-3"\h\u12363前言 I21426目录 II218641课题研究背景 114832国内外粘胶纤维生产废气的处理现状 11803分别处理法 118583综合处理法 4324002粘胶纤维生产工艺 519771粘胶的制备简述 511810粘胶纤维生产的基本过程 52214制胶工序 65540粘胶的制备的工艺流程 67291粘胶的制备过程 613360纺丝工序 71873粘胶纤维的成形（纺丝）及其影响因素 88800丝条的拉伸 910827纤维的后处理 1010113粘胶纤维生产中的废气净化 1427824气体的净化概述 1413201筛板塔流程吸收 1429974吸收流程及方法 1425018影响废气吸收的因素 1527936综合条件 1726663筛板塔流程吸收 17112264粘胶纤维产生废气的净化方法 1823837气体的净化方法 1817457冷凝法 183724吸附法 188235完全氧化法 192796光分解法 1922207全吸收法工艺流程设计 19200205结语

216522参考文献 227013致谢 231课题研究背景粘胶纤维是一种以天然纤维素为基本原料、性能优越、用途广泛的化学纤维。随着人们对以天然纤维素为原料的织物的需求与日俱增，粘胶纤维工业发展迅速。但在粘胶纤维生产过程中产生了大量含H2S、CS2的废气。此废气对人体有强烈的刺激性和毒性，而且易燃、易爆。随着粘胶纤维工业的迅猛发展和环保要求的日益严格，近年来，国内外对粘胶纤维生产废气治理的研究日趋活跃，在以往研究的基础上又取得了一些新的进展。国内外粘胶纤维生产废气的处理现状粘胶纤维是以天然纤维素（浆粕）为基本原料，经纤维素磺酸酯溶液纺制而成的再生纤维素纤维。粘胶纤维是一类历史悠久、技术成熟、产量较大，品种繁多，用途广泛的化学纤维。根据纤维的结构和性能不同，粘胶纤维分成普通纤维、高湿模量类纤维、强力纤维、特殊纤维等不同品种。粘胶纤维仅迟于纤维素硝酸酯纤维，是最古老的化学纤维品种之一。在1891年，克罗斯、贝文和比德尔等首先制成纤维素磺酸酯钠溶液，由于这种溶液的粘度很大，因而命名“粘胶”。粘胶遇到酸后，纤维素又重新析出。根据这个原理，在1893年发展成为一种制备化学纤维的方法，这种纤维叫做“粘胶纤维”到1905年，米勒尔等发明了一种稀硫酸盐组成的凝固浴，实现了粘胶纤维的工业化生产。根据废气特点常将净化方法分为分别处理法和综合处理法。分别处理法目前，分别处理法(即根据H2S、CS2不同的物化特性及各自己有的成熟处理工艺分别加以脱除)在化纤行业应用较普遍。脱除H2S(l)湿法湿法处理能力大，工艺简单成熟，操作弹性大，可连续运行，适于处理气量大、净化要求不高的各种浓度气体，为化纤行业所广泛采用。表1-1介绍并比较了几种应用较广泛的湿式脱硫法。表1-1几种湿式脱硫法的比较方法反应机理优缺点应用情况ADA法H2S+2NaVO3H2O+S+Na2V2O5吸收效率高,设备简单;但硫转化率不高(约70%),碱耗高。70年代国外己有50多套装置运转;国内九江化纤厂,宜阳化肥厂等单位试用情况良好。铁苏打法3H2S+2Fe(OH)3Fe2S3+6H2O脱硫率较高,硫转化率不高(约70%）威尔十的霍兹惠尔粘胶厂采用该法吸收HZS,脱除率85~93%鳌合铁法H2S(aq)+2Fe→S+2H+2Fe4Fe+O2+4H→4Fe+2H2O吸收、再生两过程可同时完成,工艺简单,脱硫率高,硫容大,但吸收剂成本偏高二菱人造丝_卜业公司和富十纺织_「业公司(日)分别建成5-10万Nm3小的装置;国内南平化纤厂和新乡化纤厂运行该法。(2)干法干法脱硫精度高，设备投资大，反应条件较苛刻，吸收剂须间歇再生或更换，适于处理低、中浓度且净化要求高的气体。此类技术己普遍应用于石油、化工等行业的精脱硫，但目前，粘胶化纤行业对H2S的脱硫精度要求不高，因此干法实际应用的并不多。随着环境意识的逐步增强、排放标准的日益严格，干法在化纤行业的应用也将越来越引起重视。表1-2介绍并比较了几种常用的干法脱硫技术，以供借鉴。表1-2几种干法脱硫的比较方法反应机理优缺点应用情况氧化铁法2Fe(OH)3+3H2S→Fe2S3+6H2O2Fe2S3+6H2O+3O2→4Fe(OH)3+6S强度低,遇水易粉化;出口浓度可达;反应速度慢,设备庞大;价廉,广泛用于粗脱。兰州化肥厂、山东鲁南化肥厂等用TG一F脱硫剂,脱硫率可达96%。氧化锌法ZnO+H2S→ZnS+H2O脱除精度高,主要用于高温脱硫;脱硫产物再生困难,成本高。齐鲁石化公司第二化肥厂选用KT一310型脱硫剂,使得HZS出口浓度<m3。分子筛吸附或进一步与分散于内外表面的氧化物、盐类等反应出口浓度毛小于遇水不粉化,价格昂贵,需高温再生设备。Andrew等用斜发沸石分子筛吸附低浓度H2S气体。钛酸锌法高温(750℃)下吸收,低温下用空气再生且生成SO2。适于净化高温气体,在流化或移动床中进行。美国联合催化剂公司研制的钦酸锌脱硫剂可使出口HZS浓度降至20Ppm以下。其它方法有生物法、臭氧氧化法、分解法等。但此类技术尚不成熟，多处于小试阶段。如:分解法处理H2S可同时得硫和H2；传统加热分解存在的转化率低、能耗高等状况己随太阳能、电能、微波能等特殊能量的引入而有所改变；研制开发的新型催化剂可加快分解速度，降低分解温度，提高催化选择性。脱除CS2CS2对人体的神经和血液系统有急性和慢性毒害作用，其工业废气高毒、易燃、易爆，且净化难度大，是H2S、CS2混合废气净化的关键所在。(l)直接以CS2的形式处理CS2在常温常压下难以转化为其它易回收的物质，但其本身即为化纤行业的重要原料，因此，工业上常用物理方法将其回收。CS2沸点℃，用冷凝法回收较经济简便。物理吸收法(溶剂吸收一水蒸气或NZ解吸):福州大学研制的认脱硫剂在气液比200一300时，可使CS2去除率达80一90%；河南环科所等开发的YL试剂在气速为s，气液比为400的条件下去除率达90%以上，解吸回收率大于85%。吸附法常用于处理含少量CS2的废气，但再生麻烦，运转费用高。吸附剂中以活性炭较好，但CO2、H2O的存在会导致脱硫率下降。将活性炭改性后可提高脱除能力，常用改性剂为金属氧化物及其盐类。(2)将CS2转化为H2S或其它形式处理在较高温度、压力或催化剂存在的条件下，可将CS2转化为H2S等易处理回收的物质，将含CS2的气体在换热器中压缩至氢分压(343℃)，通过铝酸钻/A1203催化剂进行氢化或水解反应，最后用ADA溶液洗涤；日本将天然钒土(含铁、铝、硅的氧化物)热处理活化再部分硫化处理后作水解CS2的催化剂兼产物H2S的吸着剂；将H2S、CS2混合气通过氧化铝水解反应器，温度182一199℃时CS2水解生成H2S、CO2和少量硫。综合处理法综合处理法能同时脱除H2S和CS2，并可回收副产品，不仅缩短了工艺流程，还大大降低了污染防治的费用。湿式氧化法鳌合铁法是湿式氧化工艺中一重要发展方向，目前已广泛用于H2S的脱除。如对脱硫液进行改进可同时脱除H2S和CS2:将醇类加入鳌合铁溶液中，可促进CS2溶于液相以参加反应，但反应须在较高压力下操作。日本西泽均将三乙醇胺和鳌合铁的碱性溶液配成脱硫液净化粘胶丝厂废气，实现脱硫率%以上，硫磺纯度99%以上。用溴水洗涤吸收H2S、CS2混合气得HBr和H2SO4，然后电解HBr得Br，实现吸收液的再生循环，同时吸收液经浓缩后可得浓H2SO4。2粘胶纤维生产工艺由纤维素原料提取出纯净的α－纤维素（称为浆粕），用烧碱、二硫化碳处理，得到橙黄色的纤维素黄原酸钠，再溶解在稀氢氧化钠溶液中，成为粘稠的纺丝原液，称为粘胶。粘胶经过滤、熟成（在一定温度下放置约18～30h，以降低纤维素黄原酸酯的酯化度）、脱泡后，进行湿法纺丝，凝固浴由硫酸、硫酸钠和硫酸锌组成。粘胶中的纤维素黄原酸钠与凝固浴中的硫酸作用而分解，纤维素再生而析出，所得纤维素纤维经水洗、脱硫、漂白、干燥后成为粘胶纤维。粘胶的制备简述粘胶制备的过程包括浸渍、压榨、粉碎、老化、黄化、溶解、熟成、过滤、脱泡等工序。浆粕经浓度为18%左右的氢氧化钠水溶液浸渍，使纤维素转化成碱纤维素，半纤维素溶出，聚合度部分下降；再经压榨除去多余的碱液。块状的碱纤维素在粉碎机上粉碎后变为疏松的絮状体，由于表面积增大使以后的化学反应均匀性提高。碱纤维素在氧的作用下发生氧化裂解使平均聚合度下降，这个过程称为老化。聚合度下降的程度与温度、时间有关。老化后将碱纤维素与二硫化碳反应生成纤维素黄酸酯称黄化，使大分子间的氢键进一步削弱，由于黄酸基团的亲水性，使纤维素黄酸酯在稀碱液中的溶解性能大为提高。把固体纤维素黄酸酯溶解在稀碱液中，即是粘胶。刚制成的粘胶因粘度和盐值较高不易成形，必须在一定温度下放置一定时间称为熟成，使粘胶中纤维素黄酸钠逐渐水解和皂化，酯化度降低，粘度和对电解质作用的稳定性也随着改变。在熟成的同时应进行脱泡和过滤，以除去气泡和杂质。粘胶纤维生产的基本过程粘胶纤维的原料和成品，其化学组成都是纤维素纤维，仅是形态、结构以及物理机械性质发生了变化。粘胶纤维生产的任务，就是通过化学和机械的方法，将浆粕中很短的纤维制成各种形态，并具有所要求的品质，适合各种用途的纤维成品。各种粘胶纤维，不论采用何种浆粕原料和生产设备，其生产的基本过程都是相同的，都必须经过下列四个过程：⑴粘胶的制备⑵粘胶在纺丝前的准备⑶纤维的成形⑷纤维的后处理生产粘胶短纤维的主要过程也和这个相同，其中前两个工序在本厂叫制胶工序，后两个叫纺丝工序。制胶工序粘胶的制备的工艺流程把浆粕制成粘胶，要经过两个化学过程。首先将浆粕与碱液作用，生成碱纤维素，然后再使碱纤维素与二硫化碳作用，生成纤维内酸酯。通过这两个反应，在不能直接溶于希碱液中的纤维素分子上，引入极性很强的磺酸基团，从而使它溶解而制得粘胶。这时粘胶为粗制粘胶，还要经过精制过程才能进行纺丝。粘胶制备的工艺流程图：粘胶的制备过程⑴浆粕的准备粘胶纤维厂必须贮存一定数量的浆粕，各批浆粕在使用前还需要进行混合，以使各批粘胶的原料性能基本上一致。⑵碱纤维素的制备浆粕浸渍于一定浓度的碱中，生成碱纤维素。反应方程式如下：C6H9O4-OH+NaOH→C6H9O4-Na+H2O碱纤维素经过压榨，除去多余的碱液，然后进行粉碎。粉碎后的碱纤维素成为松散的絮状。⑶纤维素的老成把粉碎后的碱纤维素，在空气中暴露适当的时间，由于空气中氧的作用，纤维素分子链发生断裂，平均聚合度下降，使制成的粘胶的粘度得到适当调整，避免因粘胶粘度过高而使工艺过程发生困难。碱纤维素的老城程度，根据纤维品种的特性而不同，有些品种没有专门的老城过程。⑷纤维素磺酸酯的制备碱纤维与二硫化碳作用，生成纤维素磺酸酯。其反应如下：S造纤维，2012

[5]逢奉建．大型粘胶纤维废气治理的比较与分析[J]．青岛大学学报，2011

[6]董妍，张俊丰．活性炭吸附—微波技术