Недавние исследования, опубликованные в журнале ACS Central Science, под эгидой Американского химического общества, показывают*, что цианиды, такие как цианид водорода, могут быть связаны с происхождением жизни. Кумар Ванка из Индии и его коллеги представили новые доказательства, показывающие, что происхождение жизни возможно связано с водой и цианидом водорода (HCN). Ранее знаменитый эксперимент Ури - Миллера указал на наличие HCN на Земле до возникновения биологической жизни. Другие эксперименты также подтверждают, что HCN может служить основным сырьем для синтеза РНК и прекурсоров белков. Работа Кумара Ванка и его коллег предпринимает попытку ответить на эти вопросы с разных точек зрения. Они использовали метод аб-иницио нанореакторов (AINR) для молекулярно-динамического моделирования, объясняющего процесс образования глицина, цианамида, гликолальдегида и других основных органических соединений из HCN и воды в качестве сырья.

График 1. Процесс синтеза органических веществ из HCN

то исследование обновляет наше понимание HCN как ключевого сырья для химической промышленности. Глобальный рынок гидроцианидной кислоты (HCN) составляет примерно 17 миллиардов юаней (китайских юаней), общая мощность производства составляет около 2,7 миллиона тонн в год. С развитием китайского рынка производство HCN продолжает расширяться. Из-за его опасных свойств HCN не торгуется на рынке напрямую и обычно преобразуется на месте производства в необходимые конечные продукты, а не транспортируется. HCN также подвергается регулированию различными законами, такими как "Закон о контроле вооружений".

В настоящее время HCN, как ключевое сырье, используется в производстве множества важных продуктов:

Диаминовые соединения / амины

Гексаметилендиамин / амин является важным мономером для новых материалов, используемых для производства продуктов нейлона 66, которые являются ключевыми материалами для легких автомобилей. Изофталевая кислота используется как связующее в материалах для ветряных электростанций и широко применяется в новых энергетических отраслях.

Хелатирующие агенты

Они широко используются в обработке целлюлозы и бумаги, промышленной обработке воды и чистящих средствах для дома, учреждений и промышленности. Хелатирующие агенты также используются для обработки металлических поверхностей, в сельском хозяйстве, фотографии, резиновой промышленности, пищевой промышленности, производстве лекарств и обработке текстиля.

Цианид хлорида

Он применяется в основном как инсектицид в сельском хозяйстве. Он также используется для производства хлорсульфонового изоцианата, ключевого сырья для добавок к литиевым аккумуляторам в виде LiFSI.

Глифосат

Неселективный гербицид глифосат используется для уничтожения сорняков, подготавливая почву к сельскому производству. Это помогает увеличить урожайность и создать экономическую ценность.

Аминокислоты

Аминокислоты позволяют людям эффективно получать важные белки, что делает существенный вклад в обеспечение растущего мирового населения высококачественными белками.

Цианид натрия

Главное применение - в металлургии. Он также используется для производства ключевых материалов для положительного электрода в батареях на основе натрия.

Глобальные маршруты производства HCN

С точки зрения сырьевого пути, они включают:

1.Метод окисления аммиака/метана: включает в себя метод Анса, метод BMA Дегусса и метод чистого кислорода-аммиака DuPont;

2.Метод крекинга легкой нефти: разработан внутри страны, основные сырьевые материалы - легкая нефть, жидкий аммиак, каустическая сода, а также твердый кокс и азот, используются в основном для производства цианида натрия;

3.Метод аммиака/метана: разработан в Хюнчжуане, используются метан, аммиак и воздух в присутствии железа и молибдена в качестве катализатора;

4.Процесс Шавинигана: используются аммиак и углеводородные соединения (обычно пропан или бутан) в качестве исходных материалов для получения гидроцианидной кислоты в реакции при электронагреве и в реакторе с подвижным слоем.

Сырьевой путь с использованием природного газа обладает стабильным и дешевым источником сырья, а также низким уровнем выбросов углерода, что соответствует тенденциям развития химической промышленности в условиях двойной карбонизации. На сегодняшний день практически все новые заводы по производству гидроцианидной кислоты в мире основаны на технологии метода Анса, который является основным методом производства HCN в мире и обеспечивает более 50% общей мощности производства HCN в мире.

График 2. Доля различных технологий производства гидроцианидной кислоты в мировом масштабе.

Введение в технологию производства гидроцианидной кислоты методом Анса

Метод Анса использует метан/природный газ, аммиак и воздух, предварительно давят и смешивают на нескольких слоях сетчатых катализаторов из платино-родиевого сплава, при температуре 1100°C происходит реакция, и выходные материалы реакции содержат около 5-8% гидроцианидной кислоты. Эти материалы охлаждаются водяным котлом с отходящими газами до температуры ниже 300°C, затем проходят дальнейшую обработку или возвращаются обратно в реактор, а затем гидроцианидная кислота подвергается очистке и улучшению до требуемой чистоты для использования в производстве конечных продуктов (обычно измеряется в содержании воды, в зависимости от конечного продукта содержание воды в гидроцианидной кислоте может варьироваться от 300 до 5000 ppm).

Традиционные установки для производства гидроцианидной кислоты и ее производных имеют низкую эффективность реакции, низкую конверсию, высокое содержание примесей, низкую выход продукта, сложные производственные операции и сложность контроля. Компания DODGEN, опираясь на собственные технологические преимущества, основанные на методе Анса, оптимизировала и улучшила процессы реакции, деаммонизации и получения, разработав собственную уникальную технологию синтеза гидроцианидной кислоты, став лидером в этой области.

Исходя из предварительных концепций, предоставленных заказчиком, и на основе многолетнего опыта и опыта эксплуатации нескольких установок, проводится оценка и оптимизация технологической системы. Проектирование технологической системы всего оборудования имеет следующие основные характеристики:

l  высокоэффективное реакционное оборудование с быстрым газовым потоком и высокой эффективностью массопереноса;

l  высокая эффективность теплообмена оборудования с небольшими градиентами температуры в реакционной системе;

l  малые градиенты концентрации реагентов, что обеспечивает высокую эффективность реакции;

l  высокая конверсия реагентов;

l  высокий выход продукта;

l  низкое содержание примесей;

l  широкий диапазон масштабируемости производственной мощности;

l  хороший цикл работы оборудования;

l  непрерывная операция по загрузке и выгрузке продукта, обеспечивающая непрерывность процесса.

Для трех видов сырьевого газа используется специальный статический смеситель газа, разработанный DODGEN, чтобы решить технические проблемы равномерного смешивания газа большого объема, чтобы обеспечить высокую конверсию аммиака. Длительные крупномасштабные эксплуатационные испытания показывают, что при использовании высокоэффективной технологии синтеза гидроцианидной кислоты DODGEN, совместно с разработанным самостоятельно оборудованием для быстрого и среднего реагирования с гидроцианидной кислотой и ее производными, значительно повышаются эффективность реакции, конверсия и выход продукта, а также успешно контролируется содержание примесей.

График 3. Промышленный завод по производству гидроцианидной кислоты с использованием технологии DODGEN

Учитывая, что гидроцианидная кислота является ядовитым, летучим и полимеризующимся соединением, не подлежащим хранению, дальнейшему транспортированию на дальние расстояния и перевозке, на рынке в основном происходит локальное использование гидроцианидной кислоты, синтез ее производных и других химических продуктов. Для производства промежуточного продукта гидроксиэтилцианамида из гидроцианидной кислоты, а также цианидного аммония, производства циангидрина (промежуточного продукта серина) или высококачественного цианида натрия и цианида калия первым шагом необходимо провести обработку в деамонизационном блоке, а затем произвести реакцию с различными материалами для получения конечных продуктов. Традиционным способом деамонизации является метод абсорбции кислоты, который используется для удаления остаточного аммиака из синтезного газа HCN, однако этот метод имеет проблемы с крупным оборудованием, серьезной коррозией и неидеальным эффектом. Высокоэффективная технология деамонизации DODGEN использует реактор с технологией статического смешивания, что имеет следующие преимущества по сравнению с абсорбцией кислоты:

l  Оборудование для статического смешивания реактора имеет маленький объем и занимает мало места, а также легко поддается обслуживанию и ремонту.

l  Процесс абсорбции аммиака с использованием серной кислоты и выделение сульфата аммония может осуществляться непрерывно и автоматически.

l  Осуществляется контроль содержания серной кислоты и температуры в трехуровневом растворе абсорбции. Это повышает эффективность деамонизации и снижает коррозию оборудования.

l  Применение эффективного газожидкостного сепаратора позволяет удалить аэрозольную фракцию из выхлопных газов, что существенно снижает содержание серной кислоты и сульфата аммония в последующих продуктах, повышая качество и выход конечного продукта.

На протяжении всего жизненного цикла промышленного завода по производству гидроцианидной кислоты с использованием технологии DODGEN опытная команда специалистов может обеспечить клиентам профессиональную техническую поддержку, обеспечивая их выгоду. Благодаря почти 20-летнему опыту в эксплуатации гидроцианидной кислоты и большому количеству исследовательских проектов DODGEN обладает обширными знаниями в области технологии гидроцианидной кислоты, что позволяет обеспечить безопасную, надежную и эффективную работу заводов, получивших лицензию на использование этой технологии.

График 4. Центр управления на заводе по производству гидроцианидной кислоты с использованием технологии DODGEN

Заключение

Гидроцианидная кислота не только является важным фактором в происхождении жизни, но также может быть использована для получения множества производных, большинство из которых являются промежуточными продуктами в производстве химической продукции и имеют важное применение в медицине, сельском хозяйстве, материалах для аккумуляторов, новых источниках энергии и т.д. В последние годы важные технологии производства гидроцианидной кислоты и ее производных из природного газа в Китае сделали значительный прогресс, что обещает потенциал роста производства и прибыльности в отрасли. Особенно прорывы в технологии производства серии химических продуктов, таких как гексанил, Прусский синий, витамины, аминокислоты и другие, способствуют продвижению отечественных технологий в соответствующих отраслях, что может привести к быстрому росту производства гидроцианидной кислоты как ключевого сырья.

*Insights Into the Origin of Life: Did It Begin from HCN and H2O?

Tamal Das, Siddharth Ghule, Kumar VankaACS Cent. Sci., 2019, DOI: 10.1021/acscentsci.9b00520