CN110155957B - 一种利用粘胶纤维工厂含锌废水和NaHS废液制备硫酸的方法 - Google Patents

一种利用粘胶纤维工厂含锌废水和NaHS废液制备硫酸的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种利用粘胶纤维工厂含锌废水和NaHS废液制备硫酸的方法，包括以下依序进行的步骤：(1)含锌废水和NaHS废液的混合；(2)H2S气体的提取；(3)硫酸的制备。该发明克服了现有生产粘胶纤维时产生的含锌废水和NaHS废液没有被高效利用，存在资源浪费和废水处理成本高的缺点，不仅能同时处理含锌废水和NaHS废液，满足环保要求，而且可同时制备出粘胶纤维生产所需的硫酸，具有环保、实用等优点。

Description

一种利用粘胶纤维工厂含锌废水和NaHS废液制备硫酸的方法
技术领域
本发明涉及一种利用粘胶纤维工厂含锌废水和NaHS废液制备硫酸的方法，应用在粘胶纤维行业生产的后处理领域。
背景技术
粘胶纤维具有吸湿性高、穿着舒适、可自然降解等多种优良特性，已广泛应用于服装、装饰、医疗卫材等各个领域。其是以天然纤维素(浆粕)为基本原料，经碱化、黄化反应制成粘胶原液，再经湿法纺丝而制成。在粘胶纤维生产过程中,碱溶液中的纤维素黄酸酯(粘胶)在酸浴中分解成再生纤维素纤维，酸浴组分中通常添加硫酸锌,其作用是延缓再生,以利于提高纤维的强度和韧性。
粘胶纤维的生产过程中，还产生大量的废水和废气，这些废水和废气需经过处理后才能排放。例如，粘胶纺丝过程产生的含锌废水，其酸性较强且含有硫酸钠 、硫酸锌、硫酸、有机物等物质，产生的废气主要含有二硫化碳(CS2) 和硫化氢(H2S)等，如果这些物质直接排放将造成环境污染及资源的浪费。为了回收和处理这些含硫废气，通常采用在碱洗槽中加入氢氧化钠溶液以吸收硫化氢，再用活性炭吸附二硫化碳的回收处理工艺。由于含锌废水中的锌离子对海洋生物具有强烈的毒害作用，故有必要研究锌离子的去除方法，以达到国家规定的废水排放标准。另外，用氢氧化钠溶液吸收废气生成的硫化氢纳(NaHS) 或硫化纳(Na2S)等产物，成分复杂处理困难，其市场需求也趋于饱和，故有必要研究其处理技术。
发明内容
为了克服现有生产粘胶纤维时产生的含锌废水和NaHS废液没有被高效利用，存在资源浪费和废水处理成本高的缺点，本发明提供一种利用粘胶纤维工厂含锌废水和NaHS废液制备硫酸的方法，不仅能同时处理含锌废水和NaHS废液，满足环保要求，而且可同时制备出粘胶纤维生产所需的硫酸，具有环保、实用等优点。
本发明的技术方案如下：
一种利用粘胶纤维工厂含锌废水和NaHS废液制备硫酸的方法，包括以下依序进行的步骤：
(1)含锌废水和NaHS废液的混合
将含锌废水与NaHS废液按每小时体积流量配比60:1-80:1进行均匀混合反应，并将该混合反应体系的pH值控制在3-4；其中所述含锌废水为粘胶纤维生产中产生的含锌废水，所述NaHS废液为粘胶纤维生产中处理H2S气体产生的NaHS 废液；
(2)H2S气体的提取
步骤(1)混合反应后的流体进入真空脱气装置，分离出其中的气体产物，再将该气体产物经气液分离器去除其中的固液杂质后，依次通过加压、降温冷却到常温、再次气液分离去除水分，从而获得H2S气体；所述两次气液分离的脱气真空度均控制在90-98kPa，加压的压力控制在10-30kPa；
(3)硫酸的制备
将步骤(2)获得的H2S气体燃烧后生成SO2气体，该SO2气体依次经过催化剂A和催化剂B催化反应生成SO3，之后将该SO3用水吸附冷凝直至转化为质量百分比为96-98％的浓硫酸；所述催化剂A为Pt催化剂，所述催化剂B为五氧化二钒。
步骤(3)硫酸的制备方法为湿法制酸，具体流程为：含硫物质(如H2S、 CS2或硫磺)经空气助燃在混合密闭的焚烧炉焚烧转化为SO2，SO2通过管路输送至装有催化剂A的反应器，经过催化剂A的高效转化，80％以上的SO2被转化为 SO3后通过密闭管路输送至吸收器，进入一级冷凝器通过水喷洒吸收，SO3与水反应生成H2SO4，未被转化的SO2气体经过密闭管路进入到装有催化剂B的转化器后可被转化为SO3，SO3进入二级冷凝器与水反应，转化为H2SO4，控制含硫物质与水的比例即可得到合格浓度的硫酸。
本申请的利用粘胶纤维工厂含锌废水和NaHS废液制备硫酸的方法，直接利用粘胶纤维生产中产生的含锌废水与粘胶纤维生产中处理H2S气体产生的NaHS 废液混合反应以制备硫酸，不仅可以高效地处理粘胶纤维生产中产生的部分废水和废气，而且所制备的硫酸可回收用于粘胶纤维的生产，实现了废液和废气的综合利用，故具有重要的环保意义和实用价值。另外，本申请通过调节含锌废水和NaHS废液的每小时体积流量配比并配合混合反应体系pH值的控制，以产生尽可能多的H2S气体。本申请采用Pt催化剂，先将大部分的SO2进行催化氧化，剩余少量的SO2再采用五氧化二钒进行进一步的催化氧化，以提高硫的转化率，最终获得高质量浓度的硫酸。优选的H2S气体的提取步骤，依次通过气液分离-增压-冷却-气液分离，可以分离出尽可能纯的H2S气体。优选的真空脱气装置有利于安全、高效地获得大量的H2S气体。所述真空脱气装置和气液分离器可从市场购买或定制。所述的真空脱气装置是通过采用水环式真空泵实现吸气和排气。
本申请的含锌废水包括NaSO4、H2SO4以及ZnSO4；本申请的NaHS废液包括NaHS 和Na2S。
其中，NaSO4的质量百分比为1.5-3.5％，H2SO4的质量百分比为0.5-2％，ZnSO4的质量百分比为0.05-0.15％；所述NaHS的质量百分比为18-23％，Na2S的质量百分比为1-2％。
所述含锌废水的成分含量与粘胶纤维的品种、工艺流程、使用设备的类型及生产控制等条件有关，其成分含量处于一定比例的范围，通常，生产粘胶短纤维时，所述含锌废水中NaSO4、H2SO4、ZnSO4的质量百分比如上所述；而对于NaHS废液中NaHS和Na2S的含量，除了粘胶纤维的生产条件外，在处理废气中硫化氢时还可通过改变氢氧化钠溶液的用量，以改变NaHS废液中NaHS 和Na2S的占比。
步骤(2)和步骤(3)之间还包括稳压输送步骤，该稳压输送步骤为采用稳压装置将步骤(2)获得的H2S气体压力稳定在20-30KPa。
稳压输送步骤利于减少H2S气体的压力波动，增加后续制酸过程的安全性和连续性。所述稳压装置由自动调节阀组和自动压力表组构成，自动调节阀组的调节阀安装在H2S气体输送管路上，由两个自动调节阀构成，自动压力表组的压力表分别安装在调节阀组两侧的H2S气体输送管路上，压力表反馈值与调节阀连锁，压力表负责监测阀组两侧的压力，阀门组根据压力反馈值调节开度的大小，从而使H2S气体进制酸***时压力保持稳定。
所述含锌废水的温度为45-50℃。
优选温度的含锌废水与NaHS废液反应，有利于生成H2S，以用于后续制备硫酸。
所述步骤(1)中含锌废水和NaHS废液在静态混合器中进行混合反应。
选用静态混合器作为反应装置，有利于实现流体的均匀混合以及混合反应中固体副产物的分散；反应体系在密闭状态下运行，有利于减少因混合液与空气的接触而发生的氧化现象，以及防止气体向外逸出。
步骤(2)中的加压是通过采用水环式真空泵实现的。
采用优选的气液分离和加压设备，以利于H2S气体的提纯和富集，利于后续顺利制酸。
与现有技术相比，本发明申请具有以下优点：
1)本申请的利用粘胶纤维工厂的含锌废水和NaHS废液制备硫酸，不仅可解决NaHS废液处理费用较高、产物市场需求趋于饱和的问题，而且所获得的高质量浓度硫酸可稀释后用于粘胶纤维的生产中，从而获得更高的经济效益；
2)通过处理含锌废水，可减少后道废水处理时中和其中硫酸的碱耗用量，有利于降低后道废水处理的费用；
3)利用NaHS废液和含锌废水的化学反应，可除去部分锌离子，有利于减少废水排放中锌离子的质量浓度；
4)以废治废的方法，有利于提高粘胶纤维行业的资源循环利用率，因而具有重要的环保意义。
附图说明
图1是本发明所述的工艺流程图。
具体实施方式
本发明实施例中采用的水环式真空泵由佶缔纳士机械有限公司提供，五氧化二钒催化剂和Pt催化剂由P&P公司提供。
下面结合说明书附图1对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
如图1所示，本发明所述的一种利用粘胶纤维工厂含锌废水和NaHS废液制备硫酸的方法，包括以下依序进行的步骤：
(1)含锌废水和NaHS废液的混合
将含锌废水与NaHS废液按每小时体积流量配比70:1进行均匀混合反应，并将该混合反应体系的pH值控制在3.5；其中所述含锌废水为粘胶纤维生产中产生的含锌废水，所述NaHS废液为粘胶纤维生产中处理H2S气体产生的NaHS废液；该含锌废水包括质量百分比3％的NaSO4、质量百分比1.5％的H2SO4以及质量百分比0.1％的ZnSO4；NaHS废液包括质量百分比21％的NaHS和质量百分比1.8％的Na2S；
(2)H2S气体的提取
步骤(1)混合反应后的流体进入真空脱气装置，分离出其中的气体产物，再将该气体产物经气液分离器去除其中的固液杂质后，依次通过加压、降温冷却到常温、再次气液分离去除水分，从而获得H2S气体；所述两次气液分离的脱气真空度均控制在96kPa，加压的压力控制在28kPa；
(3)硫酸的制备
将步骤(2)获得的H2S气体燃烧后生成SO2气体，该SO2气体依次经过催化剂A和催化剂B催化反应生成SO3，之后将该SO3用水吸附冷凝直至转化为质量百分比为96-98％的浓硫酸；所述催化剂A为Pt催化剂，所述催化剂B为五氧化二钒。
优选地，步骤(2)和步骤(3)之间还包括稳压输送步骤，该稳压输送步骤为采用稳压装置将步骤(2)获得的H2S气体压力稳定在28KPa。
优选地，所述含锌废水的温度为48℃。
优选地，所述步骤(1)中含锌废水和NaHS废液在静态混合器中进行混合反应。
优选地，步骤(2)中的加压是通过采用水环式真空泵实现的。
实施例2
如图1所示，本发明所述的一种利用粘胶纤维工厂含锌废水和NaHS废液制备硫酸的方法，包括以下依序进行的步骤：
(1)含锌废水和NaHS废液的混合
将含锌废水与NaHS废液按每小时体积流量配比60:1进行均匀混合反应，并将该混合反应体系的pH值控制在3；其中所述含锌废水为粘胶纤维生产中产生的含锌废水，所述NaHS废液为粘胶纤维生产中处理H2S气体产生的NaHS废液；该含锌废水包括质量百分比1.5％的NaSO4、质量百分比2％的H2SO4以及质量百分比0.05％的ZnSO4；NaHS废液包括质量百分比23％的NaHS和质量百分比1％的Na2S；
(2)H2S气体的提取
步骤(1)混合反应后的流体进入真空脱气装置，分离出其中的气体产物，再将该气体产物经气液分离器去除其中的固液杂质后，依次通过加压、降温冷却到常温、再次气液分离去除水分，从而获得H2S气体；所述两次气液分离的脱气真空度均控制在90kPa，加压的压力控制在30kPa；
(3)硫酸的制备
将步骤(2)获得的H2S气体燃烧后生成SO2气体，该SO2气体依次经过催化剂A和催化剂B催化反应生成SO3，之后将该SO3用水吸附冷凝直至转化为质量百分比为96-98％的浓硫酸；所述催化剂A为Pt催化剂，所述催化剂B为五氧化二钒。
优选地，步骤(2)和步骤(3)之间还包括稳压输送步骤，该稳压输送步骤为采用稳压装置将步骤(2)获得的H2S气体压力稳定在20KPa。
优选地，所述含锌废水的温度为50℃。
优选地，所述步骤(1)中含锌废水和NaHS废液在静态混合器中进行混合反应。
优选地，步骤(2)中的加压是通过采用水环式真空泵实现的。
实施例3
如图1所示，本发明所述的一种利用粘胶纤维工厂含锌废水和NaHS废液制备硫酸的方法，包括以下依序进行的步骤：
(1)含锌废水和NaHS废液的混合
将含锌废水与NaHS废液按每小时体积流量配比80:1进行均匀混合反应，并将该混合反应体系的pH值控制在4；其中所述含锌废水为粘胶纤维生产中产生的含锌废水，所述NaHS废液为粘胶纤维生产中处理H2S气体产生的NaHS废液；该含锌废水包括质量百分比3.5％的NaSO4、质量百分比0.5％的H2SO4以及质量百分比0.15％的ZnSO4；本实施例的NaHS废液包括质量百分比18％的NaHS和质量百分比2％的Na2S；
(2)H2S气体的提取
步骤(1)混合反应后的流体进入真空脱气装置，分离出其中的气体产物，再将该气体产物经气液分离器去除其中的固液杂质后，依次通过加压、降温冷却到常温、再次气液分离去除水分，从而获得H2S气体；所述两次气液分离的脱气真空度均控制在98kPa，加压的压力控制在10kPa；
(3)硫酸的制备
将步骤(2)获得的H2S气体燃烧后生成SO2气体，该SO2气体依次经过催化剂A和催化剂B催化反应生成SO3，之后将该SO3用水吸附冷凝直至转化为质量百分比为96-98％的浓硫酸；所述催化剂A为Pt催化剂，所述催化剂B为五氧化二钒。
优选地，步骤(2)和步骤(3)之间还包括稳压输送步骤，该稳压输送步骤为采用稳压装置将步骤(2)获得的H2S气体压力稳定在30KPa。
优选地，所述含锌废水的温度为45℃。
优选地，所述步骤(1)中含锌废水和NaHS废液在静态混合器中进行混合反应。
优选地，步骤(2)中的加压是通过采用水环式真空泵实现的。
本发明所述的利用粘胶纤维工厂含锌废水和NaHS废液制备硫酸的方法并不只仅仅局限于上述实施例，凡是依据本发明原理的任何改进或替换，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种利用粘胶纤维工厂含锌废水和NaHS废液制备硫酸的方法，其特征在于：包括以下依序进行的步骤：
（1）含锌废水和NaHS废液的混合
将含锌废水与NaHS废液按每小时体积流量配比60:1-80:1进行均匀混合反应，并将该混合反应体系的pH值控制在3-4；其中所述含锌废水为粘胶纤维生产中产生的含锌废水，所述NaHS废液为粘胶纤维生产中处理H2S气体产生的NaHS废液；
（2）H2S气体的提取
步骤（1）混合反应后的流体进入真空脱气装置，分离出其中的气体产物，再将该气体产物经气液分离器去除其中的固液杂质后，依次通过加压、降温冷却到常温、再次气液分离去除水分，从而获得H2S气体；两次气液分离的脱气真空度均控制在90-98kPa，加压的压力控制在10-30kPa；
（3）硫酸的制备
将步骤（2）获得的H2S 气体燃烧后生成SO2气体，该SO2气体依次经过催化剂A和催化剂B催化反应生成SO3，之后将该SO3用水吸附冷凝直至转化为质量百分比为96-98%的浓硫酸；所述催化剂A为Pt催化剂，所述催化剂B为五氧化二钒；
所述含锌废水包括Na2 SO4、H2SO4以及ZnSO4；所述NaHS废液包括NaHS和Na2S；
所述Na2 SO4的质量百分比为1.5-3.5%，H2SO4的质量百分比为0.5-2%，ZnSO4的质量百分比为0.05-0.15%；所述NaHS的质量百分比为18-23%，Na2S的质量百分比为1-2%；
所述含锌废水的温度为45-50℃;
所述步骤（1）中含锌废水和NaHS废液在静态混合器中进行混合反应。
2.根据权利要求1所述的利用粘胶纤维工厂含锌废水和NaHS废液制备硫酸的方法，其特征在于：步骤（2）和步骤（3）之间还包括稳压输送步骤，该稳压输送步骤为采用稳压装置将步骤（2）获得的H2S气体压力稳定在20-30KPa。
3.根据权利要求1所述的利用粘胶纤维工厂含锌废水和NaHS废液制备硫酸的方法，其特征在于：步骤（2）中的加压是通过采用水环式真空泵实现的。
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