СПОСОБ ФОРМОВАНИЯ И ПРОМЫВКИ АРАМИДНОГО ВОЛОКНА И РЕГЕНЕРАЦИИ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ

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.