Naujausi natrio cianido gamybos procesai

1. Įvadas

Natrio cianidas (NaCN) yra labai svarbus cheminis junginys, plačiai naudojamas įvairiose pramonės šakose, tokiose kaip aukso kasyba, galvanizavimas ir cheminė sintezė. Natrio cianido gamybos procesai nuolat tobulinami, siekiant pagerinti efektyvumą, sumažinti sąnaudas ir padidinti ekologiškumą. Šiame straipsnyje bus pristatyti keli naujausi natrio cianido gamybos procesai.

2. Amoniako ir natrio metodas

2.1 Proceso principas

Taikant amoniako-natrio metodą, į reaktorių pirmiausia tam tikru santykiu įpilama metalinio natrio ir naftos kokso. Tada temperatūra pakeliama iki 650 °C ir įleidžiamos amoniako dujos. Toliau didinant temperatūrą iki 800 °C, per 7 valandas vyksta reakcija, kurios metu metalinis natris visiškai paverčiamas natrio cianidu . Po to reagentai filtruojami 650 °C temperatūroje, kad būtų pašalintas naftos kokso perteklius. Išlydytas produktas išpilamas ir formuojamas į norimą formą, kad būtų gauti natrio cianido produktai.

2.2 Privalumai ir trūkumai

• Privalumai : Šis procesas turi gana paprastą reakcijos principą, o žaliavos natris ir amoniakas yra gana įprastos chemijos pramonėje.

• Trūkumai : Aukštos temperatūros reakcijos sąlygos reikalauja daug energijos suvartojimo. Be to, metalinio natrio naudojimas kelia tam tikrą pavojų saugai dėl didelio reaktyvumo.

3. Cianido lydymo metodas

3.1 Proceso principas

Cianido lydalas ir švino oksidas įpilami į ekstrakcijos baką. Tipinis cianido lydalo ir švino oksido santykis yra (500–700):1. Švino oksido įdėjimas padeda desulfuruoti, susidarant švino sulfido nuosėdoms. Tada ekstrahavimo skysčiui leidžiama nusistovėti, ir gautame skaidriame skystyje yra 80–90 g/l NaCN. Generatoriuje šis skystis reaguoja su koncentruota sieros rūgštimi ir susidaro vandenilio cianido dujos. Po kondensacijos vandeniui pašalinti vandenilio cianido dujos patenka į absorbcijos reaktorių ir reaguoja su skystu šarmu (natrio hidroksido tirpalu) ir susidaro natrio cianidas.

3.2 Privalumai ir trūkumai

• Privalumai : Šis procesas gali efektyviai pašalinti sieros priemaišas, pridedant švino oksido, o tai naudinga galutinio produkto kokybei gerinti.

• Trūkumai : Švino oksido naudojimas gali sukelti su švinu susijusias aplinkos taršos problemas. Be to, procesas apima kelis etapus, tokius kaip ekstrahavimas, reakcija ir absorbcija, o tai padidina operacijos sudėtingumą.

4. Andrussow procesas (Anshigo metodas)

4.1 Proceso principas

Andrussow procese kaip žaliavos naudojamos gamtinės dujos, amoniakas ir oras. Pirmiausia gamtinės dujos plaunamos vandens plovimo bokšte, kad būtų pašalinta neorganinė siera ir dalis organinės sieros. Po filtravimo išvalytų gamtinių dujų sieros kiekis turėtų būti ≤1 mg/m³, o angliavandenilių, didesnių nei C₂, kiekis turėtų būti mažesnis nei 2 %. Skystas amoniakas išgarinamas garintuve, o oras filtruojamas per filtrą. Tada trys žaliavos sumaišomos maišytuve santykiu amoniako:metano:oro = 1:(1.15 - 1.17):(6.70 - 6.80). Mišrios dujos patenka į oksidacijos reaktorių, kurio katalizatorius yra platinos ir rodžio lydinys. 1070–1120 °C temperatūroje vyksta reakcija, kurios metu susidaro mišrios dujos, kuriose yra 8.5 % vandenilio cianido.

Dujos atvėsinamos ir patenka į amoniako absorbcijos bokštą, kuriame likęs amoniakas absorbuojamas sieros rūgštimi. Po to jos atvėsinamos vandeniu, o vandenilio cianidas absorbuojamas žemos temperatūros vandeniu. Liekamosios dujos, nuplaunamos šarminiu plovimo bokštu, išleidžiamos. Vandenyje absorbuotas vandenilio cianido tirpalas yra šildomas ir patenka į desorbcijos bokštą. Desorbcijos bokšto viršuje gaunamas 98 % grynumo vandenilio cianidas. Šis vandenilio cianidas reaguoja su šarminiu tirpalu ir sudaro natrio cianido tirpalą, kuris toliau apdorojamas išgarinant, kristalizuojant, džiovinant ir formuojant, kad būtų gautas galutinis natrio cianido produktas.

4.2 Privalumai ir trūkumai

• Privalumai : Regionuose, kuriuose gausu gamtinių dujų išteklių, žaliavų kaina yra gana maža. Procesas yra gana brandus pramoniniuose taikymuose, o gamybos mastas gali būti gana didelis.

• Trūkumai : Vietovėse, kuriose trūksta gamtinių dujų išteklių, kurioms įtakos turi tokie veiksniai kaip gamtinių dujų trūkumas, politika ir kainos, gamybos sąnaudos gali labai svyruoti. Aukštos temperatūros reakcijos sąlygos reikalauja aukštai temperatūrai atsparios įrangos ir sunaudoja daug energijos.

5. Liepsnos procesas

5.1 Proceso principas

Kaip žaliavos naudojamos gamtinės dujos, deguonis ir amoniakas. Šios trys dujos filtruojamos atskirai, kad būtų pašalintos priemaišos, o po stabilizavimo ir dozavimo patenka į maišytuvą. Dalis deguonies naudojama kaip pagrindinis deguonis, patenkantis į maišytuvą, o kita dalis tiesiogiai tiekiama į uždegimo antgalį. Trys žaliavos sujungiamos tam tikru santykiu ir 1500 °C temperatūroje vyksta degimo reakcija, kurios metu sintetinamas vandenilio cianidas.

Reakcijos dujos užgesinamos purškiant vandenį ir aušinamos aušintuve. Tada jos patenka į amoniako absorbcijos bokštą, kuriame likęs amoniakas reakcijos dujose absorbuojamas 15–20 % sieros rūgštimi ir gali būti atgautas amonio sulfatas. Reakcijos dujos, kuriose yra vandenilio cianido, aušinamos vandeniu ir absorbuojamos žemos temperatūros vandeniu, kad susidarytų 1.5 % vandenilio cianido tirpalas. Šis tirpalas distiliuojamas distiliavimo bokšte, kad būtų gautas 98–99 % vandenilio cianido kiekis. Galiausiai jis absorbuojamas šarmo tirpalu, o po išgarinimo, kristalizacijos, džiovinimo ir formavimo gaunamas natrio cianido produktas.

5.2 Privalumai ir trūkumai

• Privalumai : Šiuo procesu galima gauti gana gryną vandenilio cianido kiekį. Amonio sulfato, kaip šalutinio produkto, išgavimas gali duoti tam tikros ekonominės naudos.

• Trūkumai : Aukštos temperatūros degimo reakcijai reikia daug energijos. Procesas taip pat apima sudėtingas operacijas, tokias kaip dujų maišymas, degimas, gesinimas ir absorbcija, kurioms reikalingas aukšto lygio proceso valdymas.

6. Lengvosios alyvos pirolizės metodas

6.1 Proceso principas

Lengvoji alyva ir amoniakas sumaišomi purkštuve tam tikru santykiu ir pašildomi iki 280 °C. Tada mišinys patenka į elektrinę lanko krosnį pirolizės reakcijai. Naftos koksas naudojamas kaip nešiklis, o azotas – kaip apsauginės dujos, siekiant išvengti oksidacijos uždaroje aplinkoje. 1450 °C temperatūroje vyksta reakcija, kurios metu susidaro vandenilio cianido dujos. Tada dujos pašalinamos dulkėmis, ataušinamos ir toliau apdorojamos tokiais etapais kaip amoniako pašalinimas, plovimas vandeniu, absorbcija ir distiliavimas, siekiant gauti gryną vandenilio cianidą. Galiausiai vandenilio cianidas reaguoja su šarmo tirpalu (natrio hidroksidu) ir susidaro natrio cianidas.

6.2 Privalumai ir trūkumai

• Privalumai : Proceso technologija yra gana brandi. Galima naudoti lengvąją naftą – gana įprastą žaliavą naftos chemijos pramonėje.

• Trūkumai : sunku pašalinti vandenilio cianido desulfuraciją ir priemaišas. Produktas sunaudoja daug energijos, o „trijų atliekų“ (išmetamųjų dujų, nuotekų ir atliekų likučių) apdorojimas yra sudėtingas. Gamybos sąnaudos yra gana didelės.

7. Akrilnitrilo šalutinio produkto metodas

7.1 Proceso principas

Gaminant akrilnitrilą propileno amoksidacijos būdu, kaip šalutinis produktas susidaro vandenilio cianido dujos (kiekis atitinka 4–10 % akrilnitrilo gamybos). Vandenilio cianido turinčios dujos absorbuojamos šarmo tirpale. Išgarinus, sukoncentravus, atskyrus ir išdžiovinus, gaunamas natrio cianido produktas.

7.2 Privalumai ir trūkumai

• Privalumai : Tai šalutinių produktų utilizavimo procesas, kuris gali visiškai išnaudoti išteklius ir tam tikru mastu sumažinti gamybos sąnaudas.

• Trūkumai : natrio cianido gamybą riboja akrilnitrilo gamybos mastas. Šalutinio vandenilio cianido produkto kokybę gali paveikti pagrindinis akrilnitrilo gamybos procesas, kuriam reikalinga griežta kontrolė ir gryninimas.

8. Metanolio amoksidacijos metodas

8.1 Proceso principas

Oras praeina pro filtrą ir išankstinį šildytuvą, o tada patenka į reakcijos krosnį. Skystas amoniakas išgarinamas, o metanolis – išgarinamas. Jie patenka į maišymo išankstinį šildytuvą ir tada reaguoja su oru reakcijos krosnyje. Veikiant katalizatoriui, daugiausia sudarytam iš Fe-Mo oksido, reakcijos metu susidaro vandenilio cianidas. Vandenilio cianido dujos patenka į deamoniako bokštą, kur pašalinamas amoniakas ir gaunamas vandenilio cianidas. Galiausiai jos absorbuojamos šarmo tirpalu, kad susidarytų natrio cianidas.

8.2 Privalumai ir trūkumai

• Privalumai : metanolis ir amoniakas naudojami kaip žaliavos yra gana įprastas, o katalizatorių galima tam tikru mastu perdirbti ir pakartotinai naudoti. Procesą galima koreguoti pagal gamybos poreikius.

• Trūkumai : Katalizatorius yra jautrus reakcijos sąlygoms, o nedideli temperatūros, slėgio ir žaliavų santykio pokyčiai gali turėti įtakos katalizatoriaus aktyvumui ir selektyvumui, o tai turi įtakos produkto išeigai ir kokybei.

9. Išvada

Kiekvienas natrio cianido gamybos procesas turi savo ypatybes. Gamybos proceso pasirinkimas priklauso nuo įvairių veiksnių, tokių kaip žaliavų prieinamumas, kaina, aplinkosaugos reikalavimai ir gamybos mastas. Nuolat tobulėjant technologijoms, ateityje gali atsirasti naujų gamybos procesų, kuriais siekiama dar labiau pagerinti natrio cianido gamybos efektyvumą ir aplinkosauginį veiksmingumą. Kadangi natrio cianido paklausa įvairiose pramonės šakose nuolat auga, gamybos procesų optimizavimas ir inovacijos atliks lemiamą vaidmenį tenkinant rinkos poreikius ir užtikrinant tvarų vystymąsi.