Jaunākie nātrija cianīda ražošanas procesi

1. Ievads

Nātrija cianīds (NaCN) ir svarīgs ķīmisks savienojums, ko plaši izmanto dažādās nozarēs, piemēram, zelta ieguvē, galvanizācijā un ķīmiskajā sintēzē. Nātrija cianīda ražošanas procesi ir nepārtraukti attīstījušies, lai uzlabotu efektivitāti, samazinātu izmaksas un veicinātu videi draudzīgumu. Šajā rakstā tiks iepazīstināts ar vairākiem jaunākajiem nātrija cianīda ražošanas procesiem.

2. Amonjaka-nātrija metode

2.1. Procesa princips

Amonjaka-nātrija metodē reaktorā vispirms noteiktā proporcijā pievieno metālisko nātriju un naftas koksu. Pēc tam temperatūru paaugstina līdz 650 °C un ievada amonjaka gāzi. Temperatūrai turpinot paaugstināties līdz 800 °C, 7 stundu laikā notiek reakcija, kuras laikā metāliskais nātrijs tiek pilnībā pārveidots par nātrija cianīdu . Pēc tam reaģenti tiek filtrēti 650 °C temperatūrā, lai atdalītu lieko naftas koksu. Izkausētais produkts tiek izvadīts un veidots vēlamajā formā, lai iegūtu nātrija cianīda produktus.

2.2 Priekšrocības un trūkumi

• Priekšrocības : Šim procesam ir relatīvi vienkāršs reakcijas princips, un izejvielas nātrijs un amonjaks ir relatīvi izplatītas ķīmiskajā rūpniecībā.

• Trūkumi : Augstas temperatūras reakcijas apstākļi prasa lielu enerģijas patēriņu. Turklāt metāliskā nātrija izmantošana rada zināmus drošības riskus tā augstās reaģētspējas dēļ.

3. Cianīda kausēšanas metode

3.1. Procesa princips

Ekstrakcijas tvertnē pievieno cianīda kausējumu un svina oksīdu. Cianīda kausējuma un svina oksīda tipiskā attiecība ir (500–700):1. Svina oksīda pievienošana veicina desulfurizāciju, veidojot svina sulfīda nogulsnes. Pēc tam ekstrakcijas šķidrumam ļauj nosēsties, un iegūtais dzidrais šķidrums satur 80–90 g/l NaCN. Ģeneratorā šis šķidrums reaģē ar koncentrētu sērskābi, veidojot ciānūdeņraža gāzi. Pēc kondensācijas, lai atdalītu ūdeni, ciānūdeņraža gāze nonāk absorbcijas reaktorā un reaģē ar šķidru sārmu (nātrija hidroksīda šķīdumu), veidojot nātrija cianīdu.

3.2 Priekšrocības un trūkumi

• Priekšrocības : Šis process var efektīvi noņemt sēra piemaisījumus, pievienojot svina oksīdu, kas ir labvēlīgi galaprodukta kvalitātes uzlabošanai.

• Trūkumi : Svina oksīda izmantošana var radīt ar svinu saistītas vides piesārņojuma problēmas. Turklāt process ietver vairākus posmus, piemēram, ekstrakciju, reakciju un absorbciju, kas palielina darbības sarežģītību.

4. Andrusova process (Anšiga metode)

4.1. Procesa princips

Andrusova procesā kā izejvielas tiek izmantota dabasgāze, amonjaks un gaiss. Vispirms dabasgāzi mazgā ūdens mazgāšanas tornī, lai atdalītu neorganisko sēru un daļu organiskā sēra. Pēc filtrēšanas rafinētās dabasgāzes sēra saturam jābūt ≤1 mg/m³, un ogļūdeņražu saturam virs C₂ jābūt mazākam par 2%. Šķidru amonjaku iztvaicē iztvaicētājā, un gaisu filtrē caur filtru. Pēc tam trīs izejvielas sajauc maisītājā ar amonjaka:metāna:gaisa attiecību 1:(1.15 - 1.17):(6.70 - 6.80). Jauktā gāze nonāk oksidācijas reaktorā, kura katalizators ir platīna-rodija sakausējums. 1070–1120 °C temperatūrā notiek reakcija, kuras rezultātā rodas jaukta gāze, kas satur 8.5% ciānūdeņraža.

Gāzi atdzesē un pēc tam ieplūst amonjaka absorbcijas tornī, kur atlikušo amonjaku absorbē sērskābe. Pēc tam to atdzesē ar ūdeni, un ciānūdeņražskābi absorbē zemas temperatūras ūdens. Atlikušo gāzi pēc mazgāšanas sārmu mazgāšanas tornī izvada. Ar ūdeni absorbētais ciānūdeņraža šķīdums tiek pakļauts siltuma apmaiņai un pēc tam nonāk desorbcijas tornī. Desorbcijas torņa augšpusē iegūst ciānūdeņražu ar 98% tīrību. Šis ciānūdeņražskābs pēc tam reaģē ar sārmu šķīdumu, veidojot nātrija ciānīda šķīdumu, ko tālāk apstrādā, iztvaicējot, kristalizējot, žāvējot un veidojot, lai iegūtu galīgo nātrija ciānīda produktu.

4.2 Priekšrocības un trūkumi

• Priekšrocības : Reģionos ar bagātīgiem dabasgāzes resursiem izejvielu izmaksas ir salīdzinoši zemas. Process ir samērā nobriedis rūpnieciskos pielietojumos, un ražošanas apjoms var būt salīdzinoši liels.

• Trūkumi : Apgabalos, kuros trūkst dabasgāzes resursu un kurus ietekmē tādi faktori kā dabasgāzes trūkums, politika un cenas, ražošanas izmaksas var ievērojami svārstīties. Augstas temperatūras reakcijas apstākļi prasa augstas temperatūras izturīgas iekārtas un patērē lielu enerģijas daudzumu.

5. Liesmas process

5.1. Procesa princips

Kā izejvielas tiek izmantotas dabasgāzes, skābekļa un amonjaka. Šīs trīs gāzes tiek filtrētas atsevišķi, lai atdalītu piemaisījumus, un pēc stabilizēšanas un dozēšanas nonāk maisītājā. Daļa skābekļa tiek izmantota kā galvenais skābeklis, kas nonāk maisītājā, bet otra daļa tiek tieši padota sprauslā aizdedzināšanai. Trīs izejvielas tiek apvienotas noteiktā proporcijā un 1500 °C temperatūrā notiek degšanas reakcija, lai sintezētu ciānūdeņradi.

Reakcijas gāzi dzēš, izsmidzinot ūdeni, un pēc tam atdzesē dzesētājā. Pēc tam tā nonāk amonjaka absorbcijas tornī, kur reakcijas gāzē atlikušo amonjaku absorbē 15–20 % sērskābe, un var atgūt amonija sulfātu. Reakcijas gāzi, kas satur ūdeņraža cianīdu, atdzesē ar ūdeni un pēc tam absorbē zemas temperatūras ūdenī, veidojot 1.5 % ūdeņraža cianīda šķīdumu. Šo šķīdumu destilē destilācijas tornī, iegūstot ūdeņraža cianīdu ar 98–99 % saturu. Visbeidzot, to absorbē sārmu šķīdumā, un pēc iztvaicēšanas, kristalizācijas, žāvēšanas un formēšanas iegūst nātrija cianīda produktu.

5.2 Priekšrocības un trūkumi

• Priekšrocības : Šis process var panākt relatīvi augstas tīrības pakāpes ūdeņraža cianīda ražošanu. Amonija sulfāta atgūšana kā blakusprodukts var sniegt zināmas ekonomiskas priekšrocības.

• Trūkumi : Augstas temperatūras sadegšanas reakcijai nepieciešams liels enerģijas daudzums. Process ietver arī sarežģītas darbības, piemēram, gāzu sajaukšanu, sadegšanu, dzēšanu un absorbciju, kurām nepieciešama augsta līmeņa procesa kontrole.

6. Vieglās eļļas pirolīzes metode

6.1. Procesa princips

Vieglo eļļu un amonjaku noteiktā proporcijā sajauc atomizatorā un iepriekš uzkarsē līdz 280 °C. Pēc tam maisījums nonāk elektriskajā loka krāsnī pirolīzes reakcijai. Naftas koksu izmanto kā nesēju, un slāpekli izmanto kā aizsarggāzi, lai novērstu oksidēšanos slēgtā vidē. 1450 °C temperatūrā notiek reakcija, kuras laikā rodas ciānūdeņraža gāze. Pēc tam gāzi atdala putekļos, atdzesē un tālāk apstrādā, veicot tādas darbības kā amonjaka atdalīšana, mazgāšana ar ūdeni, absorbcija un destilācija, lai iegūtu tīru ciānūdeņraža šķīdumu. Visbeidzot, ciānūdeņražs reaģē ar sārmu šķīdumu (nātrija hidroksīdu), veidojot nātrija ciānūdeņraža šķīdumu.

6.2 Priekšrocības un trūkumi

• Priekšrocības : Procesa tehnoloģija ir samērā nobriedusi. Tajā var izmantot vieglo eļļu, kas ir samērā izplatīta izejviela naftas ķīmijas rūpniecībā.

• Trūkumi : Ir grūtības desulfurizēt un atdalīt ūdeņraža cianīdu no piemaisījumiem. Produktam ir augsts enerģijas patēriņš, un ir grūti apstrādāt "trīs atkritumus" (atkritumu gāzes, notekūdeņi un atkritumu atlikumi). Ražošanas izmaksas ir salīdzinoši augstas.

7. Akrilnitrila blakusprodukta metode

7.1. Procesa princips

Propilēna amoksidācijas procesā akrilnitrila ražošanā kā blakusprodukts rodas ūdeņraža cianīda gāze (daudzums atbilst 4–10 % no akrilnitrila ražošanas apjoma). Gāzi, kas satur ūdeņraža cianīdu, absorbē sārma šķīdums. Pēc iztvaicēšanas, koncentrēšanas, atdalīšanas un žāvēšanas iegūst nātrija cianīda produktu.

7.2 Priekšrocības un trūkumi

• Priekšrocības : Šis ir blakusprodukta izmantošanas process, kas ļauj pilnībā izmantot resursus un zināmā mērā samazināt ražošanas izmaksas.

• Trūkumi : nātrija cianīda ražošanu ierobežo akrilnitrila ražošanas apjoms. Blakusprodukta ūdeņraža cianīda kvalitāti var ietekmēt akrilnitrila galvenais ražošanas process, kam nepieciešama stingra kontrole un attīrīšana.

8. Metanola amoksidācijas metode

8.1. Procesa princips

Gaiss iziet cauri filtram un priekšsildītājam un pēc tam nonāk reakcijas krāsnī. Šķidrais amonjaks tiek iztvaicēts, un metanols tiek iztvaicēts. Tie nonāk sajaukšanas priekšsildītājā un pēc tam reaģē ar gaisu reakcijas krāsnī. Katalizatora, kas galvenokārt sastāv no Fe-Mo oksīda, iedarbībā reakcijas laikā rodas ciānūdeņražskābe. Ciānūdeņraža gāze nonāk deamonjaka tornī, lai atdalītu amonjaku un pēc tam iegūtu ciānūdeņražu. Visbeidzot, to absorbē sārmu šķīdums, lai iegūtu nātrija cianīdu.

8.2 Priekšrocības un trūkumi

• Priekšrocības : Metanola un amonjaka izmantošana kā izejvielas ir samērā izplatīta, un katalizatoru var zināmā mērā pārstrādāt un izmantot atkārtoti. Procesu var pielāgot atbilstoši ražošanas vajadzībām.

• Trūkumi : Katalizators ir jutīgs pret reakcijas apstākļiem, un nelielas temperatūras, spiediena un izejvielu attiecības izmaiņas var ietekmēt katalizatora aktivitāti un selektivitāti, tādējādi ietekmējot produkta ražu un kvalitāti.

9. secinājums

Katram nātrija cianīda ražošanas procesam ir savas īpašības. Ražošanas procesa izvēle ir atkarīga no dažādiem faktoriem, piemēram, izejvielu pieejamības, izmaksām, vides prasībām un ražošanas apjoma. Tehnoloģijām nepārtraukti attīstoties, nākotnē var parādīties jauni ražošanas procesi, kuru mērķis ir vēl vairāk uzlabot nātrija cianīda ražošanas efektivitāti un vides rādītājus. Tā kā pieprasījums pēc nātrija cianīda dažādās nozarēs turpina pieaugt, ražošanas procesu optimizācijai un inovācijai būs izšķiroša nozīme tirgus vajadzību apmierināšanā, vienlaikus nodrošinot ilgtspējīgu attīstību.