시안화나트륨의 최신 생산 공정

1. 소개

시안화 나트륨 (NaCN)은 금 채굴, 전기 도금, 화학 합성 등 다양한 산업 분야에서 널리 사용되는 중요한 화학 화합물입니다. 시안화나트륨 생산 공정은 효율성 향상, 비용 절감, 환경 친화성 제고를 위해 지속적으로 발전해 왔습니다. 본 글에서는 시안화나트륨 의 최신 생산 공정 몇 가지를 소개합니다.

2. 암모니아-나트륨 방법

2.1 프로세스 원리

암모니아-나트륨법에서는 먼저 금속 나트륨과 석유 코크스를 일정 비율로 반응기에 넣습니다. 그런 다음 온도를 650°C까지 올리고 암모니아 가스를 주입합니다. 온도를 800°C까지 더 높이면 7시간에 걸쳐 반응이 진행되어 금속 나트륨이 시안화 나트륨 으로 완전히 전환됩니다 . 이후, 반응물을 650°C에서 여과하여 과량의 석유 코크스를 제거합니다. 용융된 생성물을 배출하여 원하는 형태로 주조하면 시안화나트륨 제품이 얻어집니다.

2.2 장점과 단점

• 장점 : 이 공정은 반응 원리가 비교적 간단하며, 원료인 나트륨과 암모니아는 화학 산업에서 비교적 흔하게 구할 수 있습니다.

• 단점 : 고온 반응 조건으로 인해 많은 에너지가 소모됩니다. 또한, 금속 나트륨은 반응성이 높아 안전상의 위험이 따릅니다.

3. 시안화물 용융법

3.1 프로세스 원리

시안화물 용융물과 산화납을 추출 탱크에 넣습니다. 시안화물 용융물과 산화납의 일반적인 비율은 (500~700):1입니다. 산화납을 첨가하면 황화납 침전물이 형성되어 탈황에 도움이 됩니다. 추출액을 침전시키면 맑은 액체에 80~90g/L의 NaCN이 포함됩니다. 생성기에서 이 액체는 진한 황산과 반응하여 시안화수소 가스를 생성합니다. 응축하여 물을 제거한 후, 시안화수소 가스는 흡수 반응기로 들어가 액체 알칼리(수산화나트륨 용액)와 반응하여 시안화나트륨을 생성합니다.

3.2 장점과 단점

• 장점 : 이 공정은 산화납을 첨가하여 황 불순물을 효과적으로 제거할 수 있으며, 이는 최종 제품의 품질 향상에 도움이 됩니다.

• 단점 : 산화납을 사용하면 납과 관련된 환경 오염 문제가 발생할 수 있습니다. 또한 추출, 반응, 흡수 등 여러 단계를 거쳐야 하므로 공정이 복잡해집니다.

4. 안드루소 공정(안시그 방법)

4.1 프로세스 원리

안드루소프 공정은 천연가스, 암모니아, 공기를 원료로 사용합니다. 먼저, 천연가스는 무기황과 일부 유기황을 제거하기 위해 수세탑에서 세척됩니다. 여과 후, 정제된 천연가스는 황 함량이 1mg/m³ 이하이고, C₂ 이상의 탄화수소 함량이 2% 미만이어야 합니다. 액체 암모니아는 기화기에서 기화되고, 공기는 ​​필터를 통해 여과됩니다. 세 가지 원료는 암모니아:메탄:공기 = 1:(1.15 - 1.17):(6.70 - 6.80)의 비율로 혼합기에서 혼합됩니다. 혼합 가스는 백금-로듐 합금을 촉매로 사용하는 산화 반응기로 들어갑니다. 1070~1120°C의 온도에서 반응이 일어나 8.5%의 시안화수소를 함유하는 혼합 가스가 생성됩니다.

가스는 냉각된 후 암모니아 흡수탑으로 들어가 잔류 암모니아를 황산에 흡수합니다. 그 후 물로 냉각하고 시안화수소를 저온수에 흡수합니다. 테일 가스는 알칼리 세척탑에서 세척 후 배출됩니다. 물에 흡수된 시안화수소 용액은 열교환을 거쳐 탈착탑으로 들어갑니다. 탈착탑 상단에서 순도 98%의 시안화수소가 생성됩니다. 이 시안화수소는 알칼리 용액과 반응하여 시안화나트륨 용액을 생성하고, 이 용액은 증발, 결정화, 건조, 성형 과정을 거쳐 최종 시안화나트륨 생성물을 얻습니다.

4.2 장점과 단점

• 장점 : 천연가스 자원이 풍부한 지역에서는 원자재 비용이 비교적 저렴합니다. 또한, 산업 현장에서 이미 공정이 성숙 단계에 있으며 생산 규모를 비교적 크게 확장할 수 있습니다.

• 단점 : 천연가스 자원이 부족한 지역에서는 천연가스 부족, 정책, 가격 등의 요인으로 인해 생산 비용이 크게 변동될 수 있습니다. 고온 반응 조건으로 인해 고온 내성 장비가 필요하며, 에너지 소비량이 많습니다.

5. 화염 공정

5.1 프로세스 원리

천연가스, 산소, 암모니아가 원료로 사용됩니다. 이 세 가지 가스는 각각 여과 과정을 거쳐 불순물을 제거한 후 안정화 및 계량 과정을 거쳐 혼합기로 들어갑니다. 산소의 일부는 혼합기로 들어가는 주산소로 사용되고, 나머지는 점화를 위해 노즐로 직접 공급됩니다. 세 가지 원료는 일정 비율로 혼합되어 1500°C의 온도에서 연소 반응을 거쳐 시안화수소를 합성합니다.

반응 가스는 물을 분사하여 급냉시킨 후 냉각기에서 냉각합니다. 이후 암모니아 흡수탑으로 들어가 반응 가스 내 잔류 암모니아를 15~20% 황산에 흡수시켜 황산암모늄을 회수합니다. 시안화수소를 함유한 반응 가스는 물로 냉각시킨 후 저온수에 흡수시켜 1.5% 시안화수소 용액을 형성합니다. 이 용액을 증류탑에서 증류하여 98~99%의 시안화수소를 얻습니다. 마지막으로 알칼리 용액에 흡수시키고 증발, 결정화, 건조, 성형 과정을 거쳐 시안화나트륨 생성물을 얻습니다.

5.2 장점과 단점

• 장점 : 이 공정을 통해 비교적 고순도의 시안화수소를 생산할 수 있습니다. 부산물로 생성되는 황산암모늄을 회수함으로써 경제적인 이점을 얻을 수 있습니다.

• 단점 : 고온 연소 반응에는 막대한 에너지 투입이 필요합니다. 또한, 가스 혼합, 연소, 냉각 및 흡수와 같은 복잡한 공정이 포함되어 있어 고도의 공정 제어가 요구됩니다.

6. 경유 열분해법

6.1 프로세스 원리

경유와 암모니아를 분무기에서 일정 비율로 혼합하고 280°C로 예열합니다. 이 혼합물은 열분해 반응을 위해 전기 아크로에 들어갑니다. 석유 코크스를 운반체로 사용하고, 질소를 밀폐된 환경에서 산화 방지를 위한 보호 가스로 사용합니다. 1450°C에서 반응이 일어나 시안화수소 가스가 생성됩니다. 이 가스는 분진을 제거하고 냉각한 후, 암모니아 제거, 수세, 흡수, 증류 등의 단계를 거쳐 순수한 시안화수소를 얻습니다. 마지막으로 시안화수소는 알칼리 용액(수산화나트륨)과 반응하여 시안화나트륨을 생성합니다.

6.2 장점과 단점

• 장점 : 공정 기술이 비교적 성숙되어 있습니다. 석유화학 산업에서 비교적 흔한 원료인 경질유를 사용할 수 있습니다.

• 단점 : 탈황 및 시안화수소 불순물 제거에 어려움이 있다. 에너지 소비량이 높고, "3대 폐기물"(폐가스, 폐수, 폐기물 잔류물) 처리가 어렵다. 생산 비용이 비교적 높다.

7. 아크릴로니트릴 부산물 방법

7.1 프로세스 원리

프로필렌의 암모니아 산화 반응을 통해 아크릴로니트릴을 생산하는 공정에서는 부산물로 시안화수소 가스가 생성됩니다(이 양은 아크릴로니트릴 생산량의 4~10%에 해당합니다). 시안화수소를 함유한 가스는 알칼리 용액에 흡수됩니다. 증발, 농축, 분리, 건조 과정을 거쳐 시안화나트륨 생성물을 얻습니다.

7.2 장점과 단점

• 장점 : 이는 부산물 활용 공정으로, 자원을 최대한 활용하고 생산 비용을 일정 수준까지 절감할 수 있습니다.

• 단점 : 시안화나트륨 생산은 아크릴로니트릴 생산 규모에 따라 제한됩니다. 부산물인 시안화수소의 품질은 엄격한 관리 및 정제가 필요한 아크릴로니트릴의 주 생산 공정에 영향을 받을 수 있습니다.

8. 메탄올 암모산화법

8.1 프로세스 원리

공기는 필터와 예열기를 통과한 후 반응로로 들어갑니다. 액체 암모니아는 기화되고 메탄올은 증발합니다. 이 암모니아는 혼합 예열기로 들어간 후 반응로에서 공기와 반응합니다. Fe-Mo 산화물을 주성분으로 하는 촉매의 작용으로 시안화수소가 생성됩니다. 시안화수소 가스는 탈암모니아탑으로 들어가 암모니아를 제거한 후 시안화수소를 얻습니다. 마지막으로 알칼리 용액에 흡수시켜 시안화나트륨을 제조합니다.

8.2 장점과 단점

• 장점 : 메탄올과 암모니아를 원료로 사용하는 경우가 비교적 흔하며, 촉매를 일정 범위 내에서 재활용 및 재사용할 수 있습니다. 또한 생산 요구에 따라 공정을 조정할 수 있습니다.

• 단점 : 촉매는 반응 조건에 민감하며, 온도, 압력, 원료 비율의 작은 변화에도 촉매의 활성과 선택성이 영향을 받아 제품의 수율과 품질에 영향을 미칠 수 있습니다.

9. 결론

시안화나트륨 생산 공정은 각각 고유한 특성을 가지고 있습니다. 생산 공정 선택은 원료 수급, 비용, 환경 요건, 생산 규모 등 다양한 요인에 따라 달라집니다. 지속적인 기술 발전에 따라 향후 시안화나트륨 생산의 효율성과 환경적 성과를 더욱 향상시키기 위한 새로운 생산 공정이 등장할 수 있습니다. 다양한 산업 분야에서 시안화나트륨 수요가 지속적으로 증가함에 따라, 생산 공정의 최적화와 혁신은 시장 수요를 충족하는 동시에 지속 가능한 발전을 보장하는 데 중요한 역할을 할 것입니다.