液体吸收法处理粘胶纤维生产废气中二硫化碳的研究

液体吸收法处理粘胶纤维生产废气中二硫化碳的研究

叶祥秀

新疆中泰纺织科技有限公司 新疆 阿拉尔市 843300

摘要：随着经济和各行各业的快速发展，粘胶纤维的优异使用性能和主要原材料纤维素的易得性和可再生性，决定了它将长时间存在高需求，但粘胶纤维在生产过程中会产生大量含硫化氢和二硫化碳的有毒废气。废气的高效、经济处理一直是粘胶纤维行业的技术难题。目前国内的粘胶废气处理,主要采用德国鲁奇（Lurgi）公司的碱洗加活性炭吸附法和丹麦托普索(Topso)公司的燃烧后制硫酸（WSA）法，这两种技术投资大，运行成本高，对低浓度废气处理成本更高。粘胶纤维生产产生的难闻气味常引起厂区周边居民的不满。然而，有的粘胶长丝生产企业对废气不实施处理就直接排放，对环境造成了很大污染。采用一些有机溶剂，通过液体吸收法，可对粘胶纤维生产废气中的二硫化碳进行处理、回收，但相关的实验研究报道不足。本文根据二硫化碳的溶解特性，初选了6种有机物作二硫化碳吸收剂，通过实验室模拟实验对这6种吸收剂进行了筛选，并以筛选出的吸收剂在中试装置上对粘胶废气中的二硫化碳进行处理试验，考察其对二硫化碳的处理效果。

关键词：络合铁脱硫；氢氧化钠碱洗脱硫；粘胶纤维；硫化氢

引言

粘胶纤维是以纤维素为原料，经过一系列复杂的物理、化学反应而生成的再生纤维素纤维。目前，粘胶纤维的生产普遍采用碱性磺化制胶和酸浴凝固成型工艺。其生产过程产生的废气中含有大量的二硫化碳和硫化氢等有害气体，对人体伤害极大。废气中的硫化氢主要来源于粘胶纤维的凝固成形和塑化拉伸工艺，由碱纤维素磺化反应的副产物产生，废气排放源主要集中在二浴槽排气、酸浴排气、纺丝机内排风、酸浴地槽、切断机排放，但因存在氢氧化钠价格高，成碳酸钠物质导致副产品纯度不高。

1脱硫原理

络合铁脱硫技术的基本原理是弱碱性脱硫液吸收原料气中的硫化氢气体，使气相中的硫化氢转换成液相中的HS-。在液相中，络合铁（Fe3+R，R表示络合剂，下同）利用自身的氧化性，将HS-直接氧化成单质硫磺，同时自身被还原成络合亚铁（Fe2+R），络合亚铁（Fe2+R）在再生过程中被空气中的氧气氧化成络合铁（Fe3+R），从而恢复其脱硫氧化性能。其主要化学反应如下：气体吸收反应包括了硫化氢气体的溶解、溶液中溶解的硫化氢的电离等反应，通过增压风机加压进入脱硫反应器与经循环泵送来的络合铁溶液（贫液）进行吸收反应，在脱硫反应器内络合铁脱硫液将气相中的硫化氢直接氧化成单质硫磺，脱除硫化氢浓度降至10mg/m3的废气经过净化气分离罐捕获夹带的少量脱硫液后去活性炭吸附二硫化碳工序。吸收了硫化氢的络合铁溶液（富液）进入再生沉降槽，风机送来的再生空气通过鼓泡与络合铁富液发生再生反应，重新具有氧化能力。溶液中的硫磺颗粒在再生沉降槽的沉降区底部富集，沉降区上部络合铁溶液（贫液）通过循环泵送至脱硫反应器内，实现溶液的循环。沉降区采用锥形结构，以便于硫磺颗粒的自然沉降与分离，富集的硫磺浆通过硫磺浆泵抽出，送至过滤机实行固液分离，得到含水率35%的硫膏并送至制浆槽；滤液进入滤液槽，在整个反应过程中，络合铁的作用是将吸收反应中产生的电子转移到再生反应中，在总反应过程中并不消耗铁离子，铁离子是作为硫化氢和氧气反应的催化剂。

2综合治理法

2.1综合治理法有催化氧化法和生化法。

通过专门研制的催化剂将废气中的硫化氢、二硫化碳转化为SO2，再用另一种催化剂将SO2转化为SO3，之后用稀硫酸或其它介质吸收而最终转化为工业级硫化氢O4。该方法处理气体的浓度范围广，质量浓度大于2g/m3都能进行有效处理，但是质量浓度低，燃料消耗高，不经济，最适宜处理质量浓度为7~15g/m3的废气；对二硫化碳、硫化氢去除效率均在98%以上，副产的硫酸可再用于生产，配制纺丝酸浴；SO2氧化不完全易产生二次污染。生化法是应用噬硫杆菌群的生化作用，将废气中的二硫化碳和硫化氢转化为无害的CO2气体、单质硫或硫酸盐。对于粘胶短纤厂，由于其废气浓度大大高于生化处理的经济合理浓度影响了生化处理装置的经济性，因此应用有限。

2.2吸收剂的筛选

实验流程：原料气经计量、缓冲依次经过3个串联的吸收管中的吸收剂，气体中的二硫化碳被吸收，脱二硫化碳后的气体（净化气）从第3个吸收管出来进入采样器，经过一定时间后关闭气源和采样器；取吸收管中吸收二硫化碳后的吸收剂（富液）于烧瓶中，磁力搅拌下加热进行解吸再生，得到再生后的吸收剂（贫液）。实验条件：吸收温度25℃，采样器流量0.1L/min，采样时间5min；再生温度100℃，再生时间20min。

2.3工艺流程的设计

尾气自增压风机增压进入脱硫反应器，经气液充分接触后，气液混合进入再生槽分离室内进行气液分离，处理了硫化氢后的净化气分离器气液分离后送回至废气管网。吸收了硫化氢的络合铁脱硫液进入再生槽后依次经过两个再生隔室，经空气鼓泡反应后进行再生，再生后的溶液经由贫液泵送往脱硫反应器进行脱硫反应;经脱硫后的脱硫富液再次进入再生隔室，由此循环使用。另外，再生后的溶液中的硫磺于再生沉降槽锥体中沉降提浓，当硫磺达到一定浓度后，通过硫磺浆泵送往过滤机过滤得到硫磺副产品。

2.4粘胶废气中二硫化碳的处理

采用上述筛选出的3#吸收剂在中试装置上进行粘胶废气中二硫化碳处理试验，考察对废气中二硫化碳的处理效果。在吸收剂循环运行的7天内，废气中二硫化碳的脱除率始终在90%以上，高达96.3%，并且随着试验时间延长不呈降低趋势，说明吸收剂性能稳定，可循环使用，对粘胶废气中二硫化碳处理效果好；吸收剂的筛选将初选的6种吸收剂分别编号为1#～6#，在实验室小型模拟装置上进行模拟实验，测定不同吸收剂的吸收能力（q1）和再生性能（η），从而对6种吸收剂进行筛选。6种吸收剂吸收能力q1=66.4%～84.1%，差别较大，但其再生性能η均在90%以上，相差较小；随着q1提高，η呈降低趋势，这可能归因于吸收剂与二硫化碳的分子间的相互作用，其分子间相互作用越强，二硫化碳越易被吸收，自然地，其解吸能力就会减弱。3#和5#吸收剂具有相对较高的吸收能力，且其吸收能力及再生性能均接近。但3#吸收剂比5#吸收剂具有高的平均分子质量和更高的沸点，因此在长时间使用过程中3#吸收剂热稳定性会更好，不会造成明显的性能劣化和吸收剂损耗。所以，选择3#吸收剂进行粘胶废气二硫化碳处理中试试验，考察对二硫化碳的处理效果。

结语

在氢氧化钠碱洗工艺中，二硫化碳与碱存在副反应发生。在目前应用较广泛的处理工艺中选出催化氧化法和“碱洗-活性炭吸附”两种工艺，从工艺成熟性、废气处理效果、二次污染、投资运行费用探讨。碱洗工艺副产品为液体硫氢化钠，价格波动大，无法作为副产品销售时还将增加处置成本；副产品要求有固定的存储容器，一旦处置困难，则面临较大的存储压力和安全、环保风险。反之则建议采用硫氢化钠工艺；经计算和实际络合铁脱硫项目案例分析，在粘胶纤维生产废气治理。

参考文献:

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