Справочник по наилучшим доступным технологиям производство прочих основных неорганических химических веществ
 Скачать 5.21 Mb.
|
|
Стадия содово-каустической очистки рассола и удаления сульфатов Предварительно в периодическом режиме осуществляется приготовление растворов хлорида бария BaCl и карбоната натрия Na CO с использованием обессоленной воды. Вода и вещества BaCl и Na CO загружаются в емкость раствора хлорида бария и в емкость раствора карбоната натрия, оборудованные мешалками. Насыщенный рассол с содержанием NaCl 300 - 315 г/дм поступает в реактор очистки рассола от сульфатов и ионов кальция, где рассол смешивается с растворами BaCl и Na CO для удаления соответственно сульфат-ионов и ионов кальция из рассола в виде нерастворимых солей BaSO и CaCO , которые осаждаются из рассола. Из реактора очистки рассола от сульфатов и ионов кальция рассол перетекает во второй реактор рассола, где к исходному рассолу добавляется раствор NaOH. При этом из рассола удаляются ионы магния, осаждающиеся в виде осадка гидроксида магния. Рассол, прошедший предварительную химическую обработку, поступает далее в осветлитель и/или отстойник Дорра. 2 2 3 2 2 3 3 2 2 3 4 3 e-ecolog.ru/docs Стадия осветления рассола, фильтрования сгущенного шлама и обработки шлама Сырой рассол поступает из второго реактора рассола в осветлитель рассола. При этом в рассол добавляется флокулянт, подаваемый насосом из емкости растворения флокулянта. Приготовление раствора флокулянта ведется в периодическом режиме попеременно в одной из двух емкостей. Флокулянт обеспечивает укрупнение частиц и осаждение твердых веществ и гелей в осветлителе. Осветленный рассол поступает в резервуар для подачи рассола на фильтрацию и затем перекачивается в систему фильтрации. Шлам, осаждающийся на дно осветлителя, перекачивается диафрагменным насосом шлама в емкость шлама, в которой собирается также шлам из реакторов рассола. В емкости твердые вещества поддерживаются во взвешенном состоянии мешалкой. Затем шлам подается на фильтр-пресс питательным насосом шлама. Это насос диафрагменно-поршневого типа способный развивать давление 15 бар. Во время фильтрации регенерированный рассол собирается в емкость фильтрата и затем насосом фильтрата с регулируемой производительностью возвращается в реакторы рассола. Когда давление фильтрации достигает максимума, цикл фильтрации завершается и шлам (кек) с содержанием воды от 40% до 60% выгружается ленточным конвейером в контейнер (бункер) под фильтр-прессом. На установке фильтрации также предусматривается система периодической кислотной мойки для промывки фильтровальной ткани во избежание ее забивки. Эта система включает емкость с соляной кислотой и систему дозирования с эжектором, в который подается деминерализованная вода. Стадия фильтрации рассола от взвешенных частиц (примесей) Осветленный рассол перекачивается насосом осветленного рассола в двухстадийную систему фильтрации. Первая стадия фильтрации осуществляется на двух или трех антрацитовых фильтрах, установленных параллельно. Каждый способен обрабатывать не менее 50% от необходимого производству полного потока рассола. Периодически один из фильтров исключается из работы, и промывается фильтрованным рассолом, подаваемым насосом обратной промывки. Загрязненный рассол после промывки антрацитовых фильтров собирается в емкости обратного рассола, оборудованной мешалкой, из которой возвращается насосом на стадию предварительной очистки рассола. Вторая стадия фильтрации осуществляется на 2 фильтрах рассола патронного типа. Фильтры обычно работают параллельно. Оба фильтра рассчитаны на работу со 100% от необходимого производству полного потока рассола. Во время операции очистки одного фильтра весь рассол направляется в другой фильтр. Перед пуском в работу в фильтре рассола должен быть намыт слой фильтрующего материала. Суспензия для нанесения слоя фильтрующего материала приготавливается в емкости намывного материала, где фильтрующий материал тщательно диспергируется мешалкой в фильтрованном рассоле, после чего подается в фильтры насосом фильтрующего материала. К рассолу, поступающему в фильтры, добавляется вспомогательный фильтрующий материал в виде суспензии, подготовленной в емкости вспомогательного фильтрующего материала. В этой емкости вспомогательный фильтрующий материал тщательно диспергируется в обессоленной воде мешалкой. Затем он насосом дозирования вспомогательного фильтрующего материала направляется в фильтры. В качестве фильтрующего материала намывного слоя фильтрации и вспомогательного фильтрующего материала используется -целлюлоза. Концентрации суспензий материала намывного слоя фильтрации и вспомогательного фильтрующего материала различны: 3% - 4% для намывного слоя и 1% - 2% для вспомогательного фильтрующего материала. Применение -целлюлозы имеет двойной эффект: она отлично подходит в качестве фильтрующей среды, более эффективной, чем материал патронных фильтроэлементов. Кроме того, она делает корку шлама более рыхлой, что облегчает сброс отфильтрованного шлама и обеспечивает проведение процесса фильтрации при более низком перепаде давления. Когда рабочее давление на фильтре достигает максимального значения, фильтр должен быть очищен. Очистка осуществляется в автоматическом режиме подачей сжатого воздуха из ресивера. После сброса шлама с фильтроэлементов он высушивается воздухом с достижением общего содержания сухих веществ 50% - 60%, и затем он выгружается из фильтра в качестве отхода в передвижной контейнер, установленный под фильтром. Стадия очистки и подготовки рассола (вторичная очистка рассола) Фильтрованный рассол из фильтров собирается в емкости фильтрованного рассола, затем он насосами подается на очистку в ионообменные колонны через подогреватель фильтрованного рассола, где подогревается до температуры около 60 °C - 65 °C. Чтобы гарантировать стабильную работу мембранных ячеек электролизеров и долгий срок службы мембран, в ячейки должен подаваться очень чистый рассол. Содержание ионов кальция и магния в рассоле не должно превышать определенный уровень, так как осаждение этих ионов на мембране влияет на ее работоспособность и ведет к увеличению энергопотребления. Две ионообменные колонны, использующиеся для вторичной очистки рассола, соединены последовательно друг за другом с расположением по принципу "ведущая/последующая". Каждая колонна рассчитана на очистку всего потока рассола. Вторая колонна фактически является резервной и работает на полную нагрузку, когда другая колонна регенерируется. После регенерации происходит переключение потока рассола, и регенерированная колонна становится "ведущей" (первой по ходу потока рассола), а работавшая колонна становится "последующей" (второй по ходу потока рассола). Ионообменные колонны заполнены катионообменной смолой, имеющей функциональные группы, способные извлекать ионы металлов (Me ) с образованием гелевых комплексов и одновременным высвобождением ионов Na . Регенерация смолы выполняется через регулярные промежутки времени, автоматической системой, контролируемой РСУ производства. Смола регенерируется разбавленной соляной кислотой (5% - 7% HCl) при этом происходит замещение ионов Me на ионы H . После этого смола обрабатывается разбавленным раствором щелочи (5% NaOH) для перевода смолы из водородной формы (R ···· H ) в натриевую (R ···· Na ). Используемые для регенерации исходная 35%-ная соляная кислота и исходный 32%-ный раствор NaOH предварительно разбавляются автоматически регулируемым потоком деминерализованной воды и проходят через смеситель кислоты и воды или смеситель щелочи и воды для обеспечения полного смешения жидкостей. Стоки от регенерации собираются в емкость стоков, откуда они насосом возвращаются в процесс в секцию насыщения рассола. Анализ содержания катионов Mg /Ca должен выполняться на регулярной основе, что позволяет обслуживающему персоналу своевременно выполнить необходимые действия по предотвращению повреждения мембран электролизера. Если концентрация Mg /Ca превышает определенную величину (20 ppb), то это указывает на то, что "ведущая" в данный момент ионообменная колонна должна быть подвергнута регенерации. После ионообменных колонн очищенный рассол поступает на электролиз. Очищенный рассол со стадии ионообменной (вторичной) очистки поступает в электролизер через теплообменник рассола. Теплообменник рассола обеспечивает необходимую для электролиза температуру рассола: это означает, что в нормальном режиме работы и при пуске электролизера, он работает как подогреватель, а во время операций по отключению 2+ + 2+ + + + 2+ 2+ 2+ 2+ e-ecolog.ru/docs электролизера, он работает как холодильник. Стадия электролиза Биполярный мембранный электролизер, как правило, состоит из 130 - 200 отдельных элементов - ячеек, последовательно соединенных электрически. В каждый элемент подается очищенный рассол и водный раствор едкого натра. Ячейка включает анодное и катодное пространства электродов, мембрану, фланцы и систему уплотнения. Анод, как правило, выполнен из титана, а катод - из никеля. Подача на электролизер электрического тока осуществляется через трансформатор и выпрямитель, которые обеспечивают преобразование переменного тока напряжением 35 кВ в постоянный ток напряжением (540 - 660) В. Для охлаждения трансформатора и выпрямителя используется оборотная вода, которая собирается в емкость оборотной воды, из которой вода возвращается насосом в систему оборотной воды. Очищенный рассол поступает в анодное пространство, где на аноде образуется хлор. Основная электрохимическая реакция, происходящая на аноде: NaCl -> Na + Cl 2Cl - 2e -> Cl Также внутри анодного пространства имеет место ряд побочных реакций, по которым в небольших количествах образуются следующие побочные продукты: 4OH + 4e -> O + 2H O (образование кислорода) 3Cl + 6OH -> 3H O + 5Cl + ClO (образование хлората) Cl + 4OH -> 2H O + 2ClO (образование гипохлорита) Рассол, выходящий из ячейки электролизера, - анолит содержит 160 - 220 г/дм NaCl. В соответствии с конструкцией электролизера анодное и катодное пространства разделяются мембраной, которая позволяет диффундировать в катодное пространство только ионам Na и определенному количеству воды. Двухфазная смесь хлора и анолита поступает через переливную трубу в коллектор анолита, где основная часть газообразного хлора отделяется от анолита. Анолит поступает в емкость анолита, а оттуда перекачивается на узел дехлорирования. Горячий, насыщенный водой газообразный хлор поступает на стадию обработки хлора. Водород и ионы OH образуются на катодах при разложении H O. Основная электрохимическая реакция, происходящая на катоде: 2H O + 2e -> H + 2OH Едкий натр образуется в катодном пространстве в результате миграции ионов натрия через мембрану из анодного пространства в катодное: Na + OH -> NaOH Для этой электрохимической реакции и разбавления циркулирующего потока католита необходимо добавление воды в контур циркуляции католита. Вода в контур поступает частично за счет вышеупомянутого явления переноса H O через мембрану из анодного пространства, а также за счет подачи в контур циркуляции католита обессоленной воды. Двухфазная смесь раствора едкого натра (католита) и водорода поступает из катодного пространства через переливную трубу в коллектор католита, где водород отделяется от католита. Поддержание постоянного перепада давлений между катодным и анодным пространством необходимо для правильного режима работы ячеек. Давление водорода всегда поддерживается приблизительно на 20 мбар выше, чем давление хлора. Этим обеспечивается то, что мембрана только соприкасается с анодом. При увеличении давления хлора в ячейках даже немного выше рабочего значения 200 мбар, хлор начинает автоматически сбрасываться в систему газовых выбросов (секция аварийного поглощения хлора), в которой хлор абсорбируется разбавленным раствором едкого натра с образованием гипохлорита. При дальнейшем повышении давления процесс электролиза останавливается посредством автоматического отключения электрического тока. Хлор сбрасывается в систему аварийной абсорбции хлора. Стадия выпаривания электрощелока (католита) Полученный в электролизере 31% - 33%-ный раствор NaOH, так называемый католит, поступает в емкость католита, из которой часть потока католита возвращается на электролиз, а часть потока перекачивается дальше на стадию выпарки. Католит возвращается на электролиз через теплообменник католита. При нормальном режиме работы и при остановке электролизера этот теплообменник регулирует температуру католита, работая как холодильник. При работе электролизера в неустановившемся режиме при пуске теплообменник работает как подогреватель. Отводимый как продукт электролиза 31% - 33%-ный раствор NaOH подается насосом католита или в емкость хранения 32% NaOH, проходя через холодильник, или на установку концентрирования и чешуирования каустической соды. Раствор 31% - 33%-ного NaOH, хранящийся в емкостях, может перекачиваться в систему концентрирования (выпаривания) каустической соды, а также в секцию аварийного поглощения хлора, обеспечивая ее свежим каустиком для абсорбции хлора. Система выпарки (концентрирования) электрощелока включает двух- или трехступенчатую выпарку с двумя или тремя концентраторами - выпарными аппаратами, обеспечивающую концентрирование раствора щелочи с 32% до 50% NaOH, и заключительную ступень выпарки с одним концентратором, обеспечивающую получение расплава едкого натра из 50% раствора щелочи. Все концентраторы этой системы являются выпарными аппаратами с падающей пленкой жидкости, в верхней части которых установлены теплообменники (рибойлеры). Выпарной аппарат с падающей пленкой жидкости - аппарат, в котором щелочной раствор концентрируется в трубках рибойлера с высокой скоростью, гарантирующей турбулентный поток у поверхности теплообмена, чем достигается высокая интенсивность теплопередачи. Распределение щелочного раствора в трубках рибойлера имеет важное значение и обеспечивается установкой на входе в каждую трубку наконечников-распределителей, рассчитанных на компенсацию эффекта "волн" в жидкости и изменений расхода питающего потока. Выбор сочетания двухступенчатой выпарки для получения 50%-ного раствора щелочи и заключительной одноступенчатой для получения расплава щелочи типичен, это наилучший компромисс между экономией пара, + - - - 2 - - 2 2 2 - 2 - 3 - 2 - 2 - 3 + - 2 2 - 2 - + - 2 e-ecolog.ru/docs капиталовложениями и проблемами, возникающими из-за большого роста температуры кипения концентрированного каустика. Для извлечения тепла от конденсата и концентрированного раствора каустика и охлаждения продукта до безопасной температуры предусмотрены подогреватели питающего раствора. Питающий установку концентрирования раствор щелочи может поступать как католит из электролизера или как каустик из емкостей хранения. Для снижения температуры кипения раствора щелочи процесс концентрирования проводится под вакуумом, создаваемым вакуум-насосом, входящим в состав оборудования установки концентрирования. Технологический конденсат установки концентрирования (вода, выпариваемая при концентрировании раствора щелочи) утилизируется внутри производства. Этот конденсат собирается и перекачивается в секцию обработки рассола, где используется для получения насыщенного рассола. Контур щелочного раствора. Католит с регулируемым расходом подается непосредственно в верхнюю трубную решетку рибойлера концентратора второй ступени. Испарение воды происходит за счет тепла пара, поступающего с верха концентратора первой ступени и заключительного концентратора. В верхней части концентратора второй ступени пары отделяются от раствора щелочи; раствор при этом концентрируется. Щелочной раствор откачивается из концентратора насосом и подается в подогреватель для рекуперации тепла концентрированного щелочного раствора, после чего поступает в верхнюю трубную решетку ребойлера концентратора первой ступени выпарки. Испарение избыточной воды происходит под воздействием теплоты пара и раствор щелочи достигает требуемой концентрации 50% мас. Горячий щелочной раствор перекачивается насосами через подогреватель, где теплота передается потоку питающего низко концентрированного раствора. Получаемый на установке концентрирования 50%-ный раствор каустика, поступает в емкости хранения 50%-ного NaOH через конечный холодильник, чтобы получить требуемую температуру 45 °C - 50 °C. Часть 50%-ного раствора NaOH посылается насосом непосредственно из концентратора первой ступени на стадию заключительной концентрации. Раствор 50%-ного NaOH, получаемый на установке концентрации каустической соды и хранящийся в емкостях хранения 50%-ного NaOH, затем перекачивается насосом на узел налива щелочи в ж/д цистерны и танк-контейнеры. Стадия получения твердого едкого натра (при производстве твердого чешуированного или гранулированного едкого натра) На стадии получения твердого едкого натра исходный 50%-ный щелочной раствор поступает в рибойлер заключительного концентратора, где он нагревается расплавленным солевым теплоносителем, поступающим из подогревателя теплоносителя. В концентраторе перегретый концентрированный щелочной мгновенно вскипает, выделяя избыточный пар, после чего полученный расплав каустика самотеком поступает на узел получения твердого чешуированного каустика. Пары, выходящие из заключительного концентратора, посылаются в рибойлер концентратора второй ступени. Для улучшения качества чешуированного каустика в 50%-ный раствор каустика, поступающий на стадию заключительного концентрирования, насосом подается небольшое количество раствора сахара. Узел чешуирования каустика. При получении чешуированного твердого каустика расплав каустика поступает в агрегат чешуирования на внешнюю поверхность вращающегося барабана, охлаждаемого изнутри водой, и стекает в поддон, расположенный под барабаном. Избыток расплава стекает по переливу в дренажную емкость, где разбавляется водой и насосом возвращается на концентрирование. Поверхность барабана агрегата чешуирования имеет спиральные желоба с шагом 20 мм, обеспечивающие фрагментацию застывающего на ней расплава каустика. Барабан вращается с регулируемой скоростью, при этом расплав, захватываемый барабаном из поддона, застывает и снимается с барабана скребками, установленными на раме устройства, в виде чешуек, которые сбрасываются в бункер под агрегатом. Узел расфасовки чешуированного каустика. Из бункера чешуированный твердый каустик конвейером подается на узел упаковки, где он автоматически расфасовывается в полиэтиленовые мешки весом 25 кг. Мешки формируются непосредственно при расфасовке из рулонированной полиэтиленовой пленки. Затем мешки с чешуированным каустиком подаются роликовым конвейером на узел ручного пакетирования для формирования транспортных пакетов. Контур пара и чистого конденсата. Для получения 50%-ного раствора каустика на установке концентрирования используется пар среднего давления, поступающий из паровых сетей предприятия. Пар подается в межтрубное пространство рибойлера концентратора первой, где он конденсируется с отдачей теплоты щелочному раствору, текущему в трубах. Конденсат этого пара проходит подогреватель и возвращается с установки в конденсатные сети предприятия для последующей утилизации. Контур технологического пара и технологического конденсата. Пары, образующиеся в заключительном концентраторе, охлаждаются технологическим конденсатом и поступают в межтрубное пространство рибойлера концентратора второй ступени. Пары, образующиеся в концентраторе первой ступени, охлаждаются технологическим конденсатом и поступают в межтрубное пространство рибойлера концентратора второй ступени. Там они конденсируются, и конденсат поступает в конденсатор. Пары поступают в поверхностный конденсатор, где вода в виде конденсата отделяется от неконденсирующихся газов (воздух из раствора, воздух, подсасываемый вакуумом, и т.д.). Конденсат собирается и затем перекачивается насосом на стадию насыщения рассола. Вакуумная система. Концентратор второй ступени выпарки работает под вакуумом для уменьшения температуры кипения раствора каустика. Неконденсирующиеся газы (воздух) отделяются от водяного пара в конденсаторе. Эти газы отсасываются из конденсатора жидкостно-кольцевым вакуум-насосом и выбрасываются в атмосферу. |