СПОСОБ ФОРМОВАНИЯ И ПРОМЫВКИ АРАМИДНОГО ВОЛОКНА И РЕГЕНЕРАЦИИ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ Российский патент 2013 года по МПК D01F13/04 D01F6/60 

Изобретение относится к способу формования и промывки арамидного волокна и регенерации серной кислоты с использованием установки для формования и установки для регенерации серной кислоты.

Арамидное волокно обычно изготавливают путем растворения полипарафенилентерефталамида (ППТА) в 100%-ной серной кислоте, после чего полученный в результате прядильный раствор продавливают через фильеру. Серную кислоту затем удаляют из волокна на этапе промывки, используя воду, в результате чего получают разбавленный раствор, содержащий приблизительно 10-15% H₂SO₄.

Разбавленный раствор серной кислоты можно нейтрализовывать и сливать в отходы, но в результате получать значительный выброс сульфатов и использовать значительные количества серной кислоты и воды из внешнего источника. Таким образом, более пригодным способом является повторное использование серной кислоты. Например, ее (H₂SO₄) можно концентрировать до 96% в ходе последовательности различных процессов дистилляции. Однако такой процесс является энергозатратным и может привести к образованию значительного потока фильтратов. В этом процессе воду выпаривают из раствора серной кислоты, на что требуется затрачивать значительные количества энергии. Кроме того, дистиллированная вода содержит микроскопические количества серной кислоты, делающие ее непригодной для использования в качестве обычной воды. Таким образом, существует потребность в создании способа восстановления и повторного использования серной кислоты, получаемой во время процесса формования арамидного волокна, который не требовал бы использования большого количества энергии и который можно было бы осуществлять в замкнутой системе.

С учетом этого изобретение относится к способу формования и промывки арамидного волокна и регенерации серной кислоты с использованием установки для формования и установки для регенерации серной кислоты, включающему этапы:

формование нити из арамидного полимера из прядильного раствора, содержащего серную кислоту, и коагулирование нити в коагуляционной ванне, содержащей впуск для воды или разбавленной серной кислоты и выпуск для воды, обогащенной серной кислотой;

промывание нити водой для получения промытой нити и для получения промывной воды, содержащей 0,5-20,0 мас.% серной кислоты;

повторное использование воды, обогащенной серной кислотой, и, необязательно, повторное использование промывочной воды в установке для регенерации серной кислоты;

увеличение содержания серной кислоты в повторно используемой воде, обогащенной серной кислотой, и, необязательно, в промывочной воде путем выпаривания до получения содержания серной кислоты, составляющего 20-98%, и воды;

смешивание серной кислоты при ее содержании 20-98% с олеумом для получения серной кислоты с концентрацией 98-105%;

повторное использование серной кислоты с концентрацией 98-105% на установке для формования в качестве прядильного раствора.

Согласно данному изобретению выпаренную воду можно повторно использовать как воду на этапе промывки в процессе формования, таким образом дополнительно исключая выброс сульфатов. В предпочтительном варианте осуществления нить промывают водой противотока. Вода может содержать малые количества кислоты, щелочи или соли, особенно малые количества серной кислоты, например: 0,05-0,50 мас.%.

Олеум из внешнего источника используют для концентрации серной кислоты, например, с 96% до 100% H₂SO₄. В результате в процессе концентрации образуется избыток серной кислоты, составляющий 20-98% (предпочтительно около 96%). Избыток может быть удален из процесса и может быть использован как средство для очистки как серной кислоты, так и повторно используемой воды для предотвращения образования микроэлементов.

Во время концентрации серной кислоты до 20-98%, предпочтительно до около 96%, органические компоненты в кислоте разлагаются посредством окисления перекисью водорода. Получаемую в результате серную кислоту (H₂SO₄) повторно используют путем смешивания с олеумом для получения серной кислоты с концентрацией 98-105%, предпочтительно около 100%. Этот процесс происходит практически без каких-либо потерь воды и серной кислоты, и полученную серную кислоту повторно используют в установке для формования в качестве прядильного раствора. Так как олеум вводят в повторно используемую кислоту, то образуется избыток серной кислоты, который можно продавать или использовать в других процессах.

Конденсат, получаемый в различных процессах выпаривания, собирают и повторно используют как промывочную воду в процессе формования.

Для минимизации потребления энергии во всех процессах выпаривания осуществляют аккумулирование тепла, т.е. подаваемые вещества нагревают, а фильтраты охлаждают посредством теплообмена.

Установка для осуществления данного способа представлена на следующих чертежах:

на фиг.1 представлена блок-схема повторного использования кислоты и конденсата;

на фиг.2 - блок-схема двухступенчатого механического процесса рекомпрессии пара;

на фиг.3 - блок-схема трехступенчатого испарителя, после которого следует одноступенчатый этап выпаривания;

на фиг.4 - блок-схема двухступенчатого процесса выпаривания.

На фиг.1 представлена блок-схема всего процесса, включающего формовочное (прядильное) производство, где получают разбавленную серную кислоту, которую концентрируют в трех отдельных этапах выпаривания 1, 2, и 3, достигая концентрации серной кислоты, составляющей, например, 96%; где большую часть серной кислоты дополнительно концентрируют на этапе 4 путем добавления олеума и затем повторно используют в формовочном производстве, где избыток серной кислоты удаляют из процесса.

На блок-схеме показаны следующие элементы:

1 - предварительный этап концентрации серной кислоты до 20-25% с использованием технологии МПРП;

2 - высокоэффективный этап выпаривания серной кислоты до 78%;

3 - двухступенчатый этап выпаривания серной кислоты до 96%;

4 - получение серной кислоты с концентрацией 100% с использованием олеума.

На фиг. 2 показано, что на первом этапе выпаривания раствор серной кислоты с концентрацией 10-15% доводят до концентрации 20-25%, используя двухступенчатый механический процесс рекомпрессии пара (МПРП). Этот этап является необязательным, но процесс концентрации кислоты оказывается более эффективным с точки зрения затраты энергии при использовании этого этапа. На этом этапе подаваемый состав выпаривают, используя сепаратор 6 с падающей пленкой жидкости и испаритель 7 и получая полуфабрикат, который через скруббер 8 дополнительно транспортируют в процессе, используя нагнетательные вентиляторы 5, и полуфабрикат, который снова пропускают через теплообменник 6 с падающей пленкой жидкости и испаритель 7.

На блок-схеме показаны следующие элементы:

5 - нагнетательный вентилятор для сжатия паров испарительной стадии;

6 - теплообменник;

7 - испаритель;

8 - скруббер.

Согласно фиг.3 раствор серной кислоты концентрируют в испарительной установке на втором этапе выпаривания до концентрации серной кислоты, составляющей 78%, с использованием трехступенчатого процесса выпаривания, где концентрацию серной кислоты доводят до 55-65%, после чего следует одноступенчатая стадия выпаривания для получения концентрации серной кислоты, составляющей 78%.

На блок-схеме показаны следующие элементы:

9 - графитовый испаритель с падающей пленкой жидкости первой ступени;

10 - облицованный испаритель первой ступени;

11 - графитовый испаритель с падающей пленкой жидкости второй ступени;

12 - облицованный испаритель второй ступени;

13 - графитовый испаритель с падающей пленкой жидкости третьей ступени;

14 - испаритель третьей ступени;

15 - испаритель с падающей пленкой жидкости четвертой ступени;

16 - испаритель четвертой ступени;

17 - смешивающий конденсатор.

Согласно фиг.4 серную кислоту концентрируют до 96% с использованием двухступенчатого процесса выпаривания. На этом финальном этапе в поток циркулирующей горячей серной кислоты добавляют перекись водорода для разложения путем окисления органических компонентов, присутствующих в кислоте. Перед добавлением перекись водорода (H₂O₂) смешивают с частью серной кислоты с концентрацией 78% для обеспечения возможности добавления большего количества перекиси водорода, для усиления процесса преобразования органических компонентов. Подаваемую серную кислоту с концентрацией 78% предварительно нагревают и пропускают через первый испаритель 18, содержащий встроенный нагреватель, где концентрацию серной кислоты доводят приблизительно до 85%. Серную кислоту с концентрацией 85% пропускают через промывную колонну 19, где ее используют для промывки пара, поступающего из второй ступени выпаривания, для удаления как можно большего количества серной кислоты из фазы пара. В этой колонне также добавляют перекись водорода для окисления диоксида серы (SO₂), образующегося во второй ступени выпаривания, до триоксида серы (SO₃), который преобразуют в серную кислоту с помощью воды, присутствующей в растворе кислоты.

Жидкую кислоту с концентрацией 85%, поступающую из промывной колонны, подают во вторую ступень выпаривания, где концентрацию серной кислоты доводят до 96%.

На блок-схеме показаны следующие элементы:

18 - испаритель первой ступени, предпочтительно содержащий теплообменник;

19 - промывная колонна;

20 - испаритель второй ступени;

21 - нагреватели второй ступени;

22 - циркуляционный насос;

23 - spray-off колонна.

Изобретение относится к химической технологии волокнистых материалов и касается способа формования и промывки арамидного волокна и регенерации серной кислоты. В способе используют установки для формования и установки для регенерации серной кислоты. Способ включает этапы: а) формование (прядение) нити из арамидного полимера из прядильного раствора, содержащего серную кислоту, и коагулирование нити в коагуляционной ванне, содержащей впуск для воды или разбавленной серной кислоты и выпуск для воды, обогащенной серной кислотой; b) промывание нити водой для получения промытой нити и промывочной воды, содержащей 0,5-20,0 мас.% серной кислоты; с) повторное использование воды, обогащенной серной кислотой, и, необязательно, промывочной воды, подаваемой в установку для регенерации серной кислоты; d) увеличение содержания серной кислоты в повторно используемой воде, обогащенной серной кислотой, и, необязательно, в промывочной воде посредством выпаривания для получения серной кислоты с концентрацией 98% и воды; е) смешивание серной кислоты с концентрацией 98% с олеумом для получения серной кислоты с концентрацией 98-105%; f) повторное использование серной кислоты с концентрацией 98-105% на установке для формования в качестве прядильного раствора, содержащего серную кислоту. Изобретение обеспечивает восстановление и повторное использование серной кислоты, которую можно применять в замкнутом цикле. 13 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ прядения и промывки арамидного волокна и регенерации серной кислоты с использованием установки для формования и установки для регенерации серной кислоты, включающий этапы:
a) прядение нити из арамидного полимера из прядильного раствора, содержащего серную кислоту, и коагулирование нити в коагуляционной ванне, содержащей впуск для воды или разбавленной серной кислоты и выпуск для воды, обогащенной серной кислотой;
b) промывание нити водой для получения промытой нити и промывочной воды, содержащей 0,5-20,0 мас.% серной кислоты;
c) повторное использование воды, обогащенной серной кислотой, и необязательно промывочной воды, подаваемой в установку для регенерации серной кислоты;
d) увеличение содержания серной кислоты в повторно используемой воде, обогащенной серной кислотой, и необязательно в промывочной воде посредством выпаривания для получения серной кислоты с концентрацией 20-98% и воды;
e) смешивание серной кислоты с концентрацией 20-98% с олеумом для получения серной кислоты с концентрацией 98-105%;
f) повторное использование серной кислоты с концентрацией 98-105% на установке для формования в качестве прядильного раствора, содержащего серную кислоту.

2. Способ по п.1, согласно которому на этапе b) нить промывают водой противотоком.

3. Способ по п.1, согласно которому, по меньшей мере, часть промывочной воды, содержащей разбавленную серную кислоту, повторно используют, подавая во впуск коагуляционной ванны в виде разбавленной серной кислоты, а остальную часть промывочной воды, содержащей разбавленную серную кислоту, необязательно, повторно используют, подавая в установку для регенерации серной кислоты.

4. Способ по п.3, согласно которому промывочную воду, содержащую разбавленную серную кислоту, полностью повторно используют, подавая во впуск коагуляционной ванны.

5. Способ по п.1, согласно которому конденсированную воду, полученную на этапе d), повторно используют, подавая в установку для формования, для использования в качестве воды для промывки нити.

6. Способ по п.1, согласно которому содержание серной кислоты в воде, обогащенной серной кислотой, увеличивают на этапе d), используя, по меньшей мере, две отдельные ступени выпаривания.

7. Способ по п.6, согласно которому повторно используемая вода, обогащенная серной кислотой, содержит 5-20% серной кислоты, которую в первой фазе выпаривают до достижения концентрации серной кислоты 16-24%, которую во второй фазе выпаривают до достижения концентрации серной кислоты 72-82%, которую в третьей фазе выпаривают до достижения концентрации серной кислоты 94-98%.

8. Способ по п.1, согласно которому во время или после этапа d) и перед этапом е) выпаренную серную кислоту обрабатывают перекисью водорода для разложения органических загрязнений и/или для окисления диоксида серы до триоксида серы.

9. Способ по п.8, согласно которому содержание серной кислоты увеличивают, используя три отдельных этапа выпаривания, и серную кислоту обрабатывают, используя часть перекиси водорода, во время третьего этапа выпаривания, и согласно которому пар, получаемый в упомянутом третьем этапе выпаривания, обрабатывают другой частью перекиси водорода до процесса конденсации и до повторного использования на установке для формования.

10. Способ по п.1, в котором содержание серной кислоты на этапе d) увеличивают, используя, по меньшей мере, три отдельные ступени выпаривания.

11. Способ по п.1, в котором обогащенную серной кислотой воду и промывочную воду, содержащую серную кислоту, объединяют перед этапом d).

12. Способ по п.1, в котором нить промывают водой, содержащей повторно используемый водный конденсат из установки для регенерации серной кислоты.

13. Способ по п.1, в котором коагуляционная ванна содержит повторно используемый водный конденсат из установки для регенерации серной кислоты.

14. Способ по п.1, в котором вода после этапа b) содержит от 0,5 до 20 мас.% серной кислоты.