Справочник по наилучшим доступным технологиям производство прочих основных неорганических химических веществ
 Скачать 5.21 Mb.
|
|
9.2.1.4 Сведения об используемом природоохранном оборудовании производства водорода, хлора и гидроксида натрия диафрагменным методом электролиза Природоохранное оборудование определяется индивидуально для каждого конкретного производства с учетом его мощности и принятых проектной организацией и разработчиком процесса технических решений. В таблице 9.8 представлено типичное природоохранное оборудование, предназначенное для очистки промышленных выбросов производства водорода, хлора и гидроксида натрия диафрагменным методом электролиза от загрязняющих веществ. Таблица 9.8 Природоохранное оборудование производства водорода, хлора и гидроксида натрия диафрагменным методом электролиза Наименование оборудования Назначение оборудования Технологические характеристики Санитарная колонна Очистка промышленных выбросов (газовоздушной смеси - ГВС) от хлора Вертикальный аппарат с крышкой; разрежение от минус 0,6 до минус 1,2 кПа; вместимость 82 м ; расход ГВС 0,0199 м /с; температура ГВС 30,0 °C; эффективность очистки - до 100%; высота трубы 22 м Санитарная колонна Очистка газовых выбросов на участке склада и станции испарения жидкого хлора Вертикальный цилиндрический аппарат; расход ГВС 0,074 м /с; температура ГВС 22,0 °C; эффективность очистки - до 100%; высота трубы 17 м Санитарная колонна Очистка газовых выбросов на участке склада и станции испарения жидкого сернистого ангидрида (аварийная вентиляция танковых отсеков SO ) в производстве жидкого хлора Высота трубы 17 м; диаметр устья 0,2 м; объем (расход) ГВС 0,064 м /с; температура ГВС 21,0 °C; эффективность ГОУ - до 100% Санитарная колонна Очистка абгазов (выбросов) от хлора Вертикальный цилиндрический аппарат, титан, D = 2800 мм, H = 7576 мм; насадка полочного типа; среда - 20% NaOH, гипохлорит натрия Санитарная колонна Очистка абгазов (выбросов) от хлора Вертикальный цилиндрический аппарат, состоящий из 3 царг; решетка из титана, оросительное устройство - титановая тарелка; D = 2800 мм, H = 14000 мм. Насадка - керамические кольца Рашига 50 x 50 мм, объем насадки - 33,8 м ; керамические кольца Рашига 100 x 100 мм, объем насадки - 47 м 3 2 3 3 3 3 2 3 3 3 2 3 3 3 e-ecolog.ru/docs Колонна нейтрализации Нейтрализация электролитического хлоргаза и хлорсодержащих абгазов Вертикальный цилиндрический аппарат; D = 1400 мм, H = 6700 мм Санитарная колонна Абсорбция диоксида серы Вертикальный цилиндрический аппарат; D = 812 мм; H = 4000 мм; насадка: керамические кольца Рашига 25 x 25 мм Насадочная абсорбционная колонна Очистка промышленных выбросов от хлора Вертикальный цилиндрический аппарат; D = 1000 мм; H = 22 300 мм; V = 16,1 м Щелочной промыватель Поглощение паров серной кислоты D = 800 мм; H = 1830 мм; V = 0,63 м Емкость- нейтрализатор Нейтрализация абгазов серной кислоты V = 38,1 м ; D = 2200 мм; L = 10456 мм Представленный в таблице 9.8 перечень природоохранного оборудования не может рассматриваться как исчерпывающий, поскольку возможно применение иного оборудования, позволяющего достичь установленные технологические показатели НДТ. 9.2.1.5 Основные факторы, характеризующие охрану окружающей среды и устойчивое развитие производства водорода, хлора и гидроксида натрия диафрагменным методом электролиза Основными факторами, характеризующими охрану окружающей среды при производстве водорода, хлора и гидроксида натрия диафрагменным методом электролиза, являются: - удельное потребление электроэнергии и тепловой энергии (пара); - удельное потребление хлорида натрия на производство продукции; - удельное потребление асбеста (хризотила); - удельное потребление и эмиссия серной кислоты для получения хлора; - наличие и эффективность утилизации (регенерации, использования) отходов производства, содержащих серную кислоту и шламы очистки рассола, в том числе в других отраслях экономики; - наличие и эффективность очистки и/или повторного использования сточных вод производства, содержащих сульфат натрия и хлорид натрия; - контроль загрязнения атмосферного воздуха хлором, хлоридом водорода, гидроксидом натрия. Основными факторами, характеризующими устойчивое развитие производства водорода, хлора и гидроксида натрия диафрагменным методом электролиза, являются: - наличие и близость расположения месторождений по добыче раствора хлорида натрия (рассола) или каменной (поваренной) соли с целью обеспечения производства сырьем и сохранения запасов в течение 20 - 40 лет; - обеспеченность производства электроэнергией; - обеспеченность стабильного и сбалансированного сбыта и/или использования (переработки) всех трех продуктов производства. 9.2.2 Описание технологических процессов, используемых в настоящее время в производстве водорода, хлора и гидроксида натрия мембранным методом электролиза В настоящее время совершенствование технологии мембранного электролиза позволило достичь технико-экономических показателей, которые позволяют широко внедрять этот процесс в промышленность. В основе метода мембранного электролиза лежит явление переноса ионов через ионообменные мембраны под действием электрического тока. Основные достоинства мембранного метода - экологическая безопасность, экономия энергоресурсов, высокое качество получаемых продуктов, высокая степень автоматизации производства и малые производственные площади. В производстве мембранным методом электролиза исключена эмиссия ртути в окружающую среду и не используется асбест, о канцерогенных свойствах которого идут оживленные дискуссии. По сравнению с ртутным методом мембранный метод обеспечивает экономию электрической энергии главным образом за счет снижения напряжения на электролизере. По сравнению с диафрагменным методом - существенно снижаются энергозатраты на выпарку, поскольку выпариванию подвергаются более концентрированные растворы едкого натра, практически не содержащие хлорид натрия. Суммарные энергозатраты при мембранном методе электролиза примерно на 25% - 40% ниже, чем при традиционных методах диафрагменного и ртутного электролиза. Хлор, получаемый по мембранному методу, в отличие от продукта, получаемого по диафрагменному методу, не содержит примеси водорода, что позволяет повысить степень его сжижения. Производство водорода, хлора и едкого натра мембранным методом характеризуется следующими преимуществами при эксплуатации: - более продолжительный срок службы без ремонта (замены) электролизеров; - возможность изменения в широких пределах нагрузки на электролизерах без ухудшения показателей процесса, что дает возможность гибкого и экономного использования электроэнергии с учетом пиковых нагрузок в течение суток; - отсутствие операций по сбору металлической ртути или амальгамного масла, характерных для ртутного метода электролиза; 3 3 3 e-ecolog.ru/docs - отсутствие операций, связанных с приготовлением асбестовой пульпы, насасыванием и смывом диафрагмы, что характерно для диафрагменного метода. В зависимости от конкретных условий мембранные производства могут оснащаться как моно-, так и биполярными электролизерами, поэтому легко вписываются в существующие производственные комплексы. Мембранные электролизеры занимают примерно на 50% меньше площади производственных помещений, чем диафрагменные или ртутные той же производительности. Поэтому перевод действующих ртутных или диафрагменных производств на мембранный метод производства может осуществляться с увеличением мощности примерно в 2 раза. Наряду с указанными достоинствами реализация и эксплуатация мембранного метода производства связана с рядом трудностей, основными из которых являются [46], [47]: - высокие капитальные затраты при создании производства; - высокая чувствительность мембран к отложению осадков (к примесям); - дороговизна ионообменных мембран; - необходимость и сложность дополнительной очистки исходного рассола; - необходимость квалифицированной эксплуатации мембран, предотвращающей их разрушение при монтаже и работе электролизера; - повышенные требования к коррозионной стойкости материалов, аппаратуры и коммуникаций, в частности мембранных электролизеров; - необходимость принятия специальных мер, обеспечивающих минимальные токи утечки, а также равномерное распределение электрического тока и материальных потоков в многоячейковых электролизерах. В основе метода мембранного электролиза лежит явление переноса ионов через ионообменные мембраны под действием электрического тока. Ионообменные мембраны отличаются от традиционно применяемых в электрохимии пористых перегородок тем, что с их помощью обеспечивается преимущественный перенос одноименно заряженных ионов. Через идеальную катионообменную мембрану осуществляется перенос только катионов, через анионообменную - только анионов. В реальных условиях мембраны переносят ионы обоих зарядов, поскольку не обладают идеальной селективностью. За относительно короткий срок совершенствование мембран, технологии электролиза и конструкции электролизеров позволили говорить о переходе мембранный технологии на качественно новый технический уровень. Так, за это время расход электроэнергии снизился с 3400 до 2500 кВт·ч/т NaOH, а концентрация получаемого раствора едкого натра (электрощелоков) повысилась с 8% до 35%. При производстве водорода, хлора и гидроксида натрия мембранным методом электролиза наиболее важными сырьевыми материалами являются: - рассол хлорида натрия или поваренная соль (галит); - синтетическая соляная кислота высокой чистоты для подкисления рассола; - концентрированная серная кислота или олеум, используемые для осушки хлора. Основным видом энергетических ресурсов, используемым в производстве водорода, хлора и гидроксида натрия мембранным методом электролиза, является электроэнергия, в том числе электроэнергия постоянного тока, а также тепловая энергия (пар) на стадии выпарки католита (электрощелока). В настоящем разделе рассматриваются технологические процессы, основное и природоохранное оборудование производства водорода, хлора и гидроксида натрия мембранным методом электролиза. 9.2.2.1 Общие сведения о производстве водорода, хлора и гидроксида натрия мембранным методом электролиза Мембранный метод производства водорода, хлора и гидроксида натрия является энергетически наиболее эффективным среди всех реализованных в промышленном масштабе электрохимических методов, однако на текущий период этот метод производства остается наиболее сложным в организации и эксплуатации, а также требует более высоких капитальных затрат на создание и эксплуатацию производства. С точки зрения электрохимических процессов мембранный метод производства подобен диафрагменному, но анодное и катодное пространства полностью разделены непроницаемой для анионов катионообменной мембраной, поэтому в мембранном электролизере, в отличие от диафрагменного, не один поток, а два: анолитный и католитный. В анодное пространство поступает, как и в диафрагменном методе, поток насыщенного раствора соли, а в катодное пространство - деионизированная вода. Из анодного пространства вытекает поток обедненного анолита, содержащего также примеси гипохлорит- и хлорат-ионов и выходит влажный электролитический хлор, а из катодного пространства - электролитический водород и электрощелока (католит), практически не содержащие примеси и более близкие к товарной концентрации щелочи (31% - 33% NaOH), что уменьшает расход тепловой энергии на их упаривание и очистку. Однако питающий раствор соли (как свежий, так и оборотный рассол) и вода предварительно максимально очищаются от любых примесей. Необходимость такой тщательной очистки исходного рассола определяется высокой стоимостью полимерных катионообменных мембран и их уязвимостью к примесям в исходном рассоле. Кроме того, ограниченная геометрическая форма, а также относительно низкая механическая прочность и термическая стойкость ионообменных мембран во многом определяют сравнительно сложные конструкции установок мембранного электролиза. По той же причине установки мембранного электролиза требуют наиболее сложных систем автоматического контроля и управления. e-ecolog.ru/docs Товарный раствор гидроксида натрия (едкий натр технический), получаемый мембранным методом электролиза и содержащий не менее 46% NaOH, используется в различных отраслях промышленности, в том числе при производстве твердого (гранулированного или чешуированного едкого натра), гипохлорита натрия технического, в целлюлозно-бумажной промышленности, в производстве моющих и чистящих средств, в фармацевтической отрасли. Основные области применения гидроксида натрия приведены ранее в таблице 9.1. Получаемый в данном технологическом процессе электролитический хлор после охлаждения, осушки и компримирования, как правило, используется на том же предприятии для получения хлорида водорода и соляной кислоты, для получения дихлорэтана и винилхлорида-мономера в производстве ПВХ, для производства гипохлорита натрия, производства хлорированных парафинов различных марок (хлорпарафинов), хлорметанов, а также для получения товарного жидкого хлора, реализуемого различным потребителям. Основные области применения хлора приведены в таблице 9.2. Получаемый в результате производства электролитический водород после очистки, сушки и компримирования, как правило, используется на том же предприятии для получения хлорида водорода и соляной кислоты, для производства винилхлорида-мономера в производстве поливинилхлорида (ПВХ), а также для получения тепловой энергии (пара) методом сжигания водорода в избытке воздуха. Основные области применения водорода приведены в таблице 9.3. 9.2.2.2 Описание технологических процессов, используемых в производстве водорода, хлора и гидроксида натрия мембранным методом электролиза Технология производства водорода, хлора и гидроксида натрия мембранным методом электролиза заключается в одновременной (параллельной) и/или последовательной реализации следующих технологических стадий, состав которых определяется направлением использования и видом (маркой) целевых продуктов - водорода, хлора и гидроксида натрия (каустика): - прием, хранение и растворение исходной поваренной соли или прием и подготовка сырого рассола (рассола от подземного выщелачивания соли); - очистка сырого рассола от ионов кальция и магния содово-каустическим методом очистки и очистка от сульфат-ионов химическим методом; - осветление обработанного рассола в осветлителях и отстойниках Дорра; - фильтрация шламовой суспензии на фильтр-прессе (при наличии); - фильтрация рассола от механических примесей; - дополнительная (финишная) ионообменная очистка рассола от примесей ионов кальция и магния; - ионообменная очистка рассола от сульфатов и хлоратов (при их наличии); - электролиз очищенного рассола в биполярных электролизерах, снабженных специальной биполярной ионообменной мембраной; - вакуумное обесхлоривание анолита; - вывод (удаление) сульфатов из анолита; - разрушение хлоратов в анолите (на установке разрушения хлоратов); - донасыщение обесхлоренного анолита (NaCl - 160 г/дм ) до массовой концентрации NaCl - (305 +/- 5) г/дм путем его смешения с солью, с очищенным или сырым рассолом или путем его использования для подземного выщелачивания каменной соли (галита); - концентрирование электролитического каустика (выпарка электрощелоков) с получением товарного едкого натра (50%- ного NaOH); - охлаждение, осушка и компримирование (сжижение) электролитического хлора; - регенерация (концентрирование) отработанной серной кислоты; - охлаждение и компримирование водорода с последующим направлением потребителю, в том числе на производство тепловой энергии (пара); - очистка промышленных выбросов (абгазов) от хлора; - фасовка, хранение (складирование) и отгрузка готового продукта. В рамках настоящего справочника НДТ процесс добычи поваренной соли или сырого рассола (раствора хлорида натрия) подробно не рассматривается. Общая принципиальная схема технологического процесса производства водорода, хлора и гидроксида натрия мембранным методом электролиза представлена ниже на рисунке 9.3. 3 3 e-ecolog.ru/docs Рисунок 9.3 - Принципиальная схема технологического процесса производства водорода, хлора и гидроксида натрия мембранным методом Представленную на рисунке 9.3 общую принципиальную схему технологического процесса производства не следует рассматривать в качестве единственной схемы, соответствующей критериям и технологическим показателям НДТ (см. приложение Б). Ниже в качестве типичного примера представлено наиболее общее описание технологического процесса производства водорода, хлора и гидроксида натрия мембранным методом электролиза для варианта, в котором в качестве сырья используются твердая соль (галит). Данное описание процесса никоим образом не может рассматриваться как единственное и исчерпывающее описание, соответствующее критериям и технологическим показателям НДТ. 9.2.2.3 Описание стадий мембранного метода электролиза Стадия растворения, промывки соли, насыщения и обработки рассола Сырая соль загружается с помощью погрузчика в бункер для соли. Из бункера сырая соль выгружается вибропитателем на ленточный конвейер и подается на решетку сортировочной машины для отделения крупных частиц. Просеянная соль конвейером подается для измельчения на мельницу. Внутри мельницы кристаллы соли преимущественно разрушаются вдоль плоскостей, ослабленных присутствующими в кристалле примесями, что в ходе дальнейшей промывки рассолом облегчает удаление этих примесей. Конструкция мельницы позволяет контролировать степень измельчения с высоким выходом кристаллов соли желаемого размера. Из мельницы соль подается в моечную машину, где мелкие включения труднорастворимых примесей, таких как гипс, отделяются от соли с помощью подаваемого противотоком снизу вверх рассола. Подача рассола контролируется в соответствии с качеством сырой соли. Кристаллы соли опускаются вниз, омываясь рассолом, циркулирующим в моечной машине. При этом растворимые примеси с поверхности кристаллов соли переходят в рассол. Из первой моечной машины суспензия соли передается во вторую моечную машину, где примеси отделяются от соли с помощью декантации. Примеси, содержащиеся в суспензии соли, удаляются из нее противотоком чистого рассола. Очищенная соль концентрируется в верхней части моечной машины. Рассол с примесями осветляется в классификаторе, в который подается флокулянт - гидролизованный полиакриламид. Очищенная соль и рассол разделяются в центрифуге. Очищенная соль подается ленточным конвейером на склад промытой соли. Рассол при промывке соли циркулирует в противотоке с движением соли. Из приямка-отстойника осветленный рассол перекачивается в моечную машину, где он извлекает примеси из соли. Из моечной машины рассол поступает в классификатор суспензии соли, где он вымывает из соли мелкие частицы примесей. Шламовая суспензия от промывки соли как отход отгружается насосом в автоцистерны или контейнеры. Соль со склада промытой соли подается погрузчиком в приямок-сатуратор рассола, куда для растворения соли подается дехлорированный обедненный рассол (анолит) и вода. Насыщенный сырой рассол из приямка-сатуратора переливается в буферный приямок сырого рассола и затем в приемную емкость сырого рассола, откуда он подается насосом сырого рассола на следующую стадию. |