Справочник по наилучшим доступным технологиям производство прочих основных неорганических химических веществ
 Скачать 5.21 Mb.
|
|
Раздел 7. Производство хлорида железа (III) 7.1 Общая информация Хлорид железа (III) (железо хлорное, трихлорид железа, химическая формула FeCl ) производится в виде водного раствора (внешний вид - жидкость буровато-коричневого цвета). В соответствии с требованиями [31] продукт должен иметь следующие показатели (см. таблицу 7.1). Таблица 7.1 Технические характеристики хлорного железа [31] Наименование показателя Марка А Марка Б Массовая доля железа хлорного, %, не менее 40 30 Массовая доля железа хлористого, %, не более 1 1 Массовая доля нерастворимых в воде веществ, %, не более 2 2 Массовая доля кислоты соляной, %, не более 1,5 2,0 Плотность при 20 °C, г/см , не менее 1,41 1,29 Хлорное железо применяют в качестве коагулянта для водоочистки, в качестве катализатора в органическом синтезе, в радиотехнике для травления печатных плат. Хлорное железо получают абсорбцией абгазного хлора водным раствором хлористого железа в абсорбционных колоннах с насадкой из колец Рашига с получением на выходе водного раствора хлорного железа. 7.2 Описание технологических процессов, используемых в производстве хлорного железа Промышленный способ получения хлорного железа - абсорбция абгазного хлора водным раствором хлористого железа. Взаимодействие абгазного хлора с раствором хлористого железа осуществляется в абсорбционных колоннах насадочного типа по реакции: 1/2Cl + FeCl -> FeCl Хлористое железо в виде водного раствора получается в результате реакции восстановления хлорного железа стальной стружкой. Процесс восстановления хлорного железа протекает по реакции: 2/3FeCl + 1/3Fe -> FeCl Кроме основной реакции, в реакторе идет реакция взаимодействия стальной стружки с соляной кислотой, содержащейся в растворе хлористого железа: 2HCl + Fe -> FeCl + H Реакция восстановления протекает в реакторе, в нижнюю часть которого непрерывно подается водный раствор хлорного железа, а сверху периодически загружается металлическая стружка. Периодичность загрузки стружки определяется по температуре в реакторе. При снижении температуры до 80 °C в реактор догружается стружка железа малыми объемами до начала увеличения температуры. Концентрация хлористого железа в водном растворе поддерживается путем добавления воды в реакционную массу после реактора. Технологическая схема производства приведена на рисунке 7.1. 3 3 2 2 3 3 2 2 2 e-ecolog.ru/docs Рисунок 7.1 - Принципиальная схема получения хлорного железа Описание технологического процесса приведено в таблице 7.2, перечень основного оборудования производства приведен в таблице 7.3. Таблица 7.2 Описание технологического процесса производства хлорного железа Входной поток Подпроцесс Выходной поток Основное технологическое оборудование Эмиссии Хлор абгазный. Хлористое железо Абсорбция абгазного хлора Абгазы. Хлорное железо потребителю. Хлорное железо на стадию восстановления Абсорбционные колонны насадочного типа, емкостное оборудование Хлорное железо, хлор, гидроксид натрия Хлорное железо. Стружка металлическая. Вода Восстановление хлорного железа Хлористое железо. Шлам Восстановитель, холодильники, емкостное оборудование - Таблица 7.3 Перечень основного оборудования производства хлорного железа Наименование оборудования Назначение оборудования Существенные характеристики технологического оборудования Абсорбционные колонны Абсорбция абгазного хлора Вместимость 16,1 м , диаметр 1000 мм, высота 22 300 мм, насадка - нестандартные кольца Рашига, среда - водный раствор хлористого, хлорного железа Буфер абгазного хлора Прием абгазного хлора Вертикальный аппарат, вместимость 10 м , диаметр 2000 мм, высота 4430 мм, давление 1,6 МПа, среда - хлор Холодильники Охлаждение раствора хлористого железа Вертикальный кожухотрубный теплообменник, площадь поверхности теплообмена 42 м Восстановитель Восстановление хлорного железа Вертикальный аппарат, вместимость 12 м , диаметр 2200 мм, высота 6000 мм, давление - атмосферное, среда - водный раствор хлорного, хлористого железа 7.3 Нормы расхода сырья и энергоресурсов Нормы расходов материальных и энергетических ресурсов приведены в таблице 7.4. Таблица 7.4 Нормы расходов материальных и энергетических ресурсов при производстве хлорного железа 3 3 2 3 e-ecolog.ru/docs Наименование ресурсов Единица измерения Расход на 1 т продукции Минимальный Максимальный Хлор абгазный диафрагменный или хлор-газ осушенный в пересчете на 100%-ный хлор т 0,49 0,7635 Металлы черные вторичные, стружка стальная 14А т 0,44 0,484 Вода оборотная м 62 100 Теплоэнергия Гкал 0,24 2,58 Электроэнергия кВт·ч 50 200 7.4 Текущие уровни эмиссии при производстве хлорного железа 7.4.1 Выбросы в атмосферу при производстве хлорного железа Выбросы в атмосферу при производстве хлорного железа приведены в таблице 7.5. Таблица 7.5 Выбросы в атмосферу при производстве хлорного железа Источники выброса Наименование Метод очистки, повторного использования Объем и (или) масса выбросов загрязняющих веществ после очистки в расчете на тонну 1 т продукции, кг/т Минимальное Максимальное Среднее Насадочная абсорбционная колонна, щелочная ловушка Железа трихлорид (в пересчете на железо) - - - 0,0833 Хлор - - - 0,227 7.4.2 Обращение со сточными водами Производственные сточные воды не образуются. Хозбытовые сточные воды направляются на собственные биологические очистные сооружения с последующим направлением очищенных вод на гидротехнические сооружения - пруды-испарители. Сбросы в водный объект отсутствуют. 7.4.3 Отходы производства хлорного железа Основным отходом является отход восстановления хлорного железа стальной стружкой в количестве 250,4 кг на 1 тонну продукта (направляется на объект использования (утилизации), обезвреживания и размещения отходов). Раздел 8. Производство карбида кремния 8.1 Общая информация Карбид кремния (SiC) применяется в следующих областях: - твердотельная электроника и электротехника; - режущие и абразивные инструменты, шлифовальные материалы; - автомобильная промышленность (тормозные диски); - высокопрочные композитные материалы, огнеупорные изделия; - металлургическая промышленность; - ювелирные изделия. В зависимости от назначения производимый карбид кремния имеет различный гранулометрический и химический состав. Размер частиц во фракциях может колебаться от 1 мкм до 15 мм, а содержание SiC может находиться в пределах 88,0% - 98,5% мас. (остальное - Fe, C). Карбид кремния получают восстановлением диоксида кремния углеродом в электропечах. 8.2 Описание технологических процессов, используемых в производстве карбида кремния Промышленный процесс получения карбида кремния заключается во взаимодействии оксида кремния с углеродом. Тип химической реакции - восстановление, при этом происходит замещение атомов кислорода атомами кремния при высокой температуре. Реакция образования карбида кремния имеет вид: SiO + 3C -> SiC + 2CO Карбид кремния получают при температуре около 2200 °C. При проведении основной реакции получения карбида кремния при нагреве сырьевых продуктов идут сопутствующие окислительно-восстановительные реакции. При этом происходит окисление части кокса и содержащейся в нем серы, а также окисление азота воздуха: 2C + 2O -> 2CO + CO 2CO + C -> 2C + CO S + O -> SO 3 2 2 2 2 2 2 e-ecolog.ru/docs N + O -> 2NO 2NO + O -> 2NO При нагреве кокса (нефтекокса) происходит выделение водорода, который участвует в образовании сероводорода. При этом выделяются углеводороды (предельные C - C ) и ряд органических соединений. Основным сырьем для производства карбида кремния являются кварцевый песок и кокс. Основные этапы технологического процесса: - подготовка нефтяного кокса; - приготовление шихты; - подготовка и загрузка печей сопротивления; - электротермический процесс; - разборка печей с предварительным поливом водой в щитах; - сортировка и дробление карбида кремния. Получают карбид кремния в электропечи особой конструкции. Для превращения электрической энергии в тепловую в центральной части печи загружается токопроводящий слой углеродистого материала, выполняющий функции одного из электродов. Таким образом, загруженная сырьевая масса шихты и является нагрузкой (сопротивлением) электрической цепи. Превращение электрической энергии в тепловую производится в закрытом объеме ячейки плавления без доступа достаточного количества кислорода воздуха для горения углеродсодержащих материалов. Это позволяет получать в электрических печах высокие температуры без значительного окисления углерода (выгорания), который является одним из основных продуктов в процессе получения карбида кремния. Шихта для его получения состоит из измельченных и тщательно перемешанных компонентов: кварцевый песок, кокс (нефтекокс), возвратные материалы (рецикл): непрореагировавшая шихта, аморф (карбид кремния аморфной структуры). После электротермического процесса печи охлаждаются 30 ч на участке воздушного охлаждения цеха (отстой на открытой площадке). Далее печи поступают на водяное охлаждение (полив) в 7 закрытых душирующих камерах. Полив печи значительно уменьшает выделение и выброс пыли карбида кремния в атмосферу и воздух рабочей зоны при разборке, сортировке и очистке печи сопротивления от шихты на соответствующих участках цеха. Полученный и отсортированный карбид кремния транспортируется для дальнейшего дробления и классифицирования на различные фракции, затем упаковывается для реализации потребителю. Возвратная шихта, аморф и графит (восполняемый при реакции центральный токопроводящий слой - электрод) снова подаются на участок загрузки печей. Печь транспортируется на участок загрузки для зачистки подины и последующей загрузки шихтовыми материалами для дальнейшего производства карбида кремния. Технологическая схема производства приведена на рисунке 8.1. Принципиальная технологическая схема производства карбида кремния 2 2 2 2 1 10 e-ecolog.ru/docs Рисунок 8.1 - Принципиальная схема получения карбида кремния Описание технологического процесса приведено в таблице 8.1, перечень основного оборудования - в таблице 8.2. Таблица 8.1 Описание технологического процесса производства карбида кремния Входной поток Подпроцесс Выходной поток Основное технологическое оборудование Эмиссии Песок кварцевый Дозирование кварцевого песка Песок кварцевый Бункер, вибропитатель Пыль Нефтяной кокс Дробление нефтяного кокса Дробленый нефтяной кокс Дробилка Пыль Дробленый нефтяной кокс Дозирование нефтяного кокса Дробленый нефтяной кокс Бункер, вибропитатель Пыль Возвратные материалы со стадии сортировки Дозирование возвратных материалов Возвратные материалы Бункер, вибропитатель Пыль Песок кварцевый. Дробленый нефтяной кокс. Возвратные материалы Смешение Шихта - Пыль Шихта Электротермический процесс (плавка) Кусок карбида кремния Самоходная печь сопротивления Азота диоксид. Азота оксид. Сероводород. Серы диоксид. Бензапирен Кусок карбида кремния Сортировка Карбид кремния на дробление. Возвратные материалы на смешение - Пыль Сортированный карбид кремния Дробление Дробленый карбид кремния - Пыль Дробленый карбид кремния Сушка и классификация Фракции карбида кремния на упаковку - Пыль e-ecolog.ru/docs Таблица 8.2 Перечень основного оборудования производства карбида кремния Наименование оборудования Назначение оборудования Существенные характеристики технологического оборудования Бункеры Прием и подача сырья Объем 30 - 40 м Питетели Подача сырья Пластинчатые, тарельчатые, вибрационные Виброгрохоты Фракционирование материала - Дробилки Дробление материала Валковые, двухвалковые, щековые Конвейеры ленточные Транспортирование материалов - Дозаторы Дозирование сырья - Смеситель Смешение сырья Производительность 95 м /ч Печи сопротивления Плавление Передвижные 8.3 Нормы расхода сырья и энергоресурсов Нормы расходов материальных и энергетических ресурсов приведены в таблице 8.3. Таблица 8.3 Нормы расходов материальных и энергетических ресурсов при производстве карбида кремния Наименование ресурсов Единица измерения Расход на 1 т продукции Минимальный Максимальный Нефтяной кокс т 1,4 1,6 Кварцевый песок т 1,4 1,6 Вода м 5,6 6,5 Электроэнергия МВт·ч 7,5 8,5 8.4 Текущие уровни эмиссии при производстве карбида кремния 8.4.1 Выбросы в атмосферу при производстве карбида кремния Выбросы в атмосферу при производстве карбида кремния приведены в таблице 8.4. Таблица 8.4 Выбросы в атмосферу при производстве карбида кремния Источники выброса Наименование Метод очистки, повторного использования Объем и (или) масса выбросов загрязняющих веществ после очистки в расчете на тонну 1 т продукции, кг/т Минимальное Максимальное Среднее Печи сопротивления, ячейки водяного охлаждения Азота диоксид - 0,565 0,958 0,75 Азота оксид - 0,28 0,464 0,375 Печи сопротивления Бензапирен - 0,000 18 0,000 3 0,000 23 Дробилки, транспортеры, узлы перегрузки материала, узлы выгрузки и загрузки, выгрузка пыли из циклонов, аспирационных коллекторов, открытый склад материалов, печи сопротивления, ячейки водяного охлаждения Пыль неорганическая с содержанием кремния менее 20%, 20% - 70%, а также более 70% Батарейные циклоны, аспирационный коллектор 5,347 8,849 7,17 Печи сопротивления, ячейки водяного охлаждения Сероводород - 3,3 5,55 4,46 Серы диоксид - 6,52 10,8 8,66 Углерода оксид - 431,4 718,8 575,1 Углеводороды предельные C - C (исключая метан) - 9,9 16,5 13,2 Углеводороды предельные C - C - 9,9 16,5 13,2 Бензол - 0,27 0,45 0,36 Диметилбензол (ксилол) (смесь мета-, орто- и параизомеров) - 0,73 1,22 0,975 3 3 3 1 5 12 19 e-ecolog.ru/docs Метилбензол (толуол) - 2,1 3,51 2,81 Этилбензол (стирол). Ароматические полициклические углеводороды - 0,0125 0,47 0,0625 8.4.2 Обращение со сточными водами На предприятии существуют две системы оборотного водоснабжения: общезаводская и местная. Общезаводская: отводимая сточная вода от цехов и с территории предприятия поступает на очистные сооружения, где после очистки от взвешенных частиц забирается насосной станцией и подается в оборотную систему. Местная система оборотного водоснабжения применяется для охлаждения технологического оборудования (компрессоров, печных трансформаторов). Промышленные сточные воды, ливневые и талые воды с территории предприятия отводятся на очистные сооружения предприятия. Очистка поступивших сточных вод осуществляется по двум линиям горизонтальных отстойников, работающих поочередно. Для механической очистки (отстаивания) сточных вод применяется коагулянт, для более полного осаждения взвешенных веществ, далее вода поступает на песчано-гравийные фильтры (7 колонок), где проходит окончательную доочистку. Затем вода собирается в приемную камеру насосной станции и далее вновь включается в технологические процессы. Для очистки отстойников применяется козловой кран, грейфером осадок - шлам (тонкозернистый концентрат карбида кремния, содержание карбида кремния от 60% до 80%) грузится на автотранспорт и вывозится на участок сушки. Тонкозернистый концентрат карбида кремния вывозится на площадку для сушки, где предусмотрена дренажная система для удаления сточной воды из шламового осадка. Далее тонкозернистый концентрат карбида кремния отгружается потребителю навалом или упаковывается в мягкие контейнеры (биг-бег). 8.4.3 Отходы производства карбида кремния Угольная и графитная пыль, улавливаемая циклонами на стадии подготовки нефтяного кокса и стадии сортировки и дробления карбида кремния, используется вторично. Возвратная шихта со стадии производства карбида кремния на передвижных печах сопротивления также направляется на вторичное использование. Сведения об образующихся отходах производства представлены в таблице 8.5. Таблица 8.5 Отходы производства карбида кремния Наименование Класс опасности Источники образования Метод очистки, повторного использования Объем и (или) масса размещенных отходов в расчете на 1 т продукции, кг/т Пыль угольная газоочистки при измельчении 4 Циклоны Вторичное использование 0 Пыль графитная 4 0 Возвратная шихта 4 Печь сопротивления 0 Раздел 9. Хлорщелочное производство и производство соляной кислоты 9.1 Общая информация 9.1.1 Общая информация о производстве гидроксида натрия (каустической соды, едкого натра) Основными областями применения гидроксида натрия (каустической соды, едкого натра) являются химическая и нефтехимическая отрасль, нефтеперерабатывающая, горнодобывающая, целлюлозно-бумажная, текстильная и пищевая отрасли промышленности. Едкий натр используется также в энергетике, микроэлектронике, цветной металлургии (производство алюминия) и в области охраны окружающей среды для нейтрализации и очистки сточных вод и промышленных выбросов [34], [35]. Структура применения жидкого едкого натра в различных секторах российской промышленности достаточно диверсифицирована и стабильна. На внутреннем рынке каустическая сода в наибольших количествах используется в химической и нефтехимической, целлюлозно-бумажной промышленности, металлургии и энергетике. На долю химической и нефтехимической промышленности приходится 46% суммарного объема российского потребления жидкой каустической соды, на целлюлозно-бумажную промышленность - 29%, доля металлургии составляет 10%, энергетики - 10%. Натр едкий технический марки РД применяется в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, целлюлозно- бумажной, горнодобывающей, текстильной, пищевой (для обезжиривания и обработки технологического оборудования и тары) промышленности, в цветной металлургии, энергетике, микроэлектронике и в других отраслях. Натр едкий очищенный марки РР применяется в производстве химических нитей и волокон, ионообменных смол, реактивов, в медицинской промышленности, в производстве непищевой целлюлозной пленки, чистых металлов, в целлюлозно- бумажной промышленности, для производства минеральных удобрений. В целом объем потребления жидких сортов каустической соды на российском рынке по итогам 2016 г. составляет около 970 тыс. т/г (с учетом выпуска твердого каустика). e-ecolog.ru/docs В структуре потребления твердого едкого натра основными сегментами являются: пищевая отрасль, металлургия, химическая промышленность. На пищевую отрасль приходится порядка 25% общего объема потребления, на химическую промышленность - 21%, на металлургию - 14%, сегмент добычи металлов составляет 11%. На каждую из остальных сфер применения твердого каустика (машиностроение, нефте- и газодобычу, электроэнергетику и прочие отрасли) приходится менее 5%. Основные области применения гидроксида натрия представлены в таблице 9.1. Таблица 9.1 Основные области применения гидроксида натрия (едкого натра) [34] - [38] Область применения Детали (описание) применения Химическая и нефтехимическая промышленность Производство гипохлорита натрия; производство гидроксида и оксида магния; обработка и очистка нефти и нефтяных фракций; нейтрализация кислот и кислотных оксидов; для производства масел Целлюлозно-бумажная промышленность Для делигнификации целлюлозы (древесины), в производстве бумаги, картона, искусственных волокон, древесно-волоконных плит Горнодобывающая промышленность Выщелачивание (щелочное вскрытие) пород при добыче, обработке и обогащении руды Нефте- и газодобывающая отрасль промышленности Очистка нефти и газа от нежелательных примесей непосредственно на месторождениях Текстильная промышленность Мерсеризация хлопка, шерсти и других волокон Цветная металлургия, производство алюминия Для травления алюминия и в производстве чистых цветных металлов Пищевая промышленность Обезжиривание и обработка технологического оборудования и тары; для мытья и очистки фруктов и овощей от кожицы; в производстве шоколада и какао, напитков, мороженого; окрашивания карамели; для размягчения маслин и придания им черной окраски; при производстве хлебобулочных изделий. Применяется в качестве пищевой добавки E-524 Производство химических средств защиты растений (ХСЗР), моющих и чистящих средств, реактивов Использование для производства ХСЗР, чистых и высокочистых химических веществ, для омыления жиров в производстве моющих и чистящих средств Парфюмерия, медицинская и фармацевтическая промышленность Использование в качестве компонента лекарственных и косметических средств и реагента для синтеза Промышленная мойка оборудования и ликвидация засоров в канализационных трубах Для очистки изделий из нержавеющей стали от жира и масляных веществ, а также от остатков механической обработки; для мойки пресс-форм автомобильных шин Иные сферы применения: охрана окружающей среды, энергетика, микроэлектроника, косметология; производство биодизеля Нейтрализация и очистка природных и сточных вод, очистка промышленных выбросов; производство биодизеля из растительных масел; для удаления ороговевших участков кожи, папиллом |