Производство твердых и других неорганических химических веществ (ИТС 19-2020)

Содержание

Введение

Предисловие

Область применения

Раздел 1. Общая информация об отрасли химической промышленности

1.1 Основные экологические проблемы

Раздел 2. Хлорщелочное производство и производство соляной кислоты

2.1 Общая информация

2.2 Описание технологических процессов, используемых в настоящее

время в хлорщелочном производстве и производстве соляной кислоты

2.3 Текущие уровни потребления ресурсов и эмиссии в окружающую

среду

123

Раздел 3. Производство гипохлорита натрия

3.1 Общая информация

147

3.2 Описание технологических процессов, используемых в

производстве гипохлорита натрия и продуктов на основе водного

раствора гипохлорита натрия

148

3.3 Текущие уровни потребления ресурсов и эмисии в окружающую

среду при производстве гипохлорита натрия

152

Раздел 4. Производство гипохлорита кальция

4.1 Общая информация

155

4.2 Описание технологических процессов, используемых в

производстве гипохлорита кальция

155

4.3 Текущие уровни потребления ресурсов и эмиссии в окружающую

среду при производстве гипохлорита кальция

167

Раздел 5. Производство хлорида железа (III)

5.1 Общая информация

169

5.2 Описание технологических процессов, используемых в

производстве хлорного железа

169

5.3 Текущие уровни потребления ресурсов и эмиссии в окружающую

среду при производстве хлорного железа

171

Раздел 6. Производство соды

6.1 Описание технологических процессов, используемых в

производстве соды (аммиачный метод)

173

6.2 Описание технологии производства соды из щелочных стоков

производства капролактама

191

6.3 Текущие уровни потребления ресурсов и эмиссии в окружающую

среду

194

Раздел 7. Производство перкарбоната натрия

200

7.1 Общая информация

200

7.2 Описание технологических процессов, используемых

в производстве перкарбоната натрия

200

7.3 Текущие уровни потребления ресурсов и эмиссии в окружающую

среду при производстве перкарбоната натрия

205

Раздел 8. Производство технических солей на основе хлорида натрия

207

8.1 Описание технологических процессов, используемых в настоящее

время при производстве технических солей

208

8.2 Производство натрия хлористого технического карьерного

213

8.3 Текущие уровни потребления ресурсов и эмиссии в окружающую

среду при производстве технических солей на основе хлорида натрия

214

Раздел 9. Производство нитрита натрия и натриевой селитры

215

9.1 Краткая характеристика производства

215

9.2 Описание технологических процессов производства нитрита натрия

и натриевой селитры, используемых в настоящее время

217

9.3 Текущие уровни потребления ресурсов и эмиссии в окружающую

среду

231

Раздел 10. Производство карбоната кальция и нитрата кальция

234

10.1 Производство карбоната кальция

234

10.2 Производство гранулированного нитрата кальция

240

10.3 Получение раствора аммонизированного нитрата кальция

243

Раздел 11. Производство кальция хлористого солянокислотным

разложением известесодержащего сырья и хлорированием известкового

молока

245

11.1 Описание технологических процессов, используемых в

производстве кальция хлористого

246

III

11.2 Текущие уровни потребления ресурсов и эмиссии в окружающую

среду при производстве хлористого кальция

256

Раздел 12. Производство сульфата кальция

259

12.1 Описание технологических процессов, используемых в

производстве фосфогипса

260

12.2 Текущие уровни эмиссий в окружающую среду

262

Раздел 13. Производство сульфата алюминия

263

13.1 Производство алюминия сульфата технического жидкого

264

13.2 Производство сернокислого алюминия как побочного продукта

производства диоксида титана

268

Раздел 14. Производство фтористых соединений

273

14.1 Область применения

273

14.2 Описание технологических процессов, используемых в настоящее

время в рассматриваемой отрасли промышленности

275

14.3 Текущие уровни потребления ресурсов и эмиссии в окружающую

среду

297

Раздел 15. Производство алюминия фтористого технического

301

15.1 Описание технологических процессов, используемых в настоящее

время

302

15.2 Текущие уровни потребления ресурсов и эмиссии в окружающую

среду при производстве трифторида алюминия

306

Раздел 16. Производство натрия кремнефтористого технического

307

16.1 Описание технологических процессов, используемых в настоящее

время

308

16.2 Текущие уровни потребления ресурсов и эмиссии в окружающую

среду

310

Раздел 17. Производство технических, кормовых и пищевых фосфатов

311

17.1 Описание технологических процессов, используемых в настоящее

время

311

17.2 Текущие уровни потребления ресурсов и эмиссии в окружающую

среду при производстве технических, кормовых и пищевых фосфатов

337

Раздел 18. Производство карбида кремния

341

18.1 Описание технологических процессов, используемых в

производстве карбида кремния

341

18.2 Текущие уровни потребления ресурсов и эмиссии в окружающую

среду при производстве карбида кремния

346

Раздел 19. Производство соединений хрома

349

19.1 Общая информация

349

19.2 Описание технологических процессов, используемых в настоящее

время при производстве соединений хрома

350

19.3 Текущие уровни потребления ресурсов и эмиссии в окружающую

среду при производстве соединений хрома

366

Раздел 20. Производство карналлита обогащенного

374

20.1 Описание технологических процессов, используемых в настоящее

время при производстве карналлита

374

20.2 Текущие уровни потребления ресурсов и эмиссии в окружающую

среду

379

Раздел 21. Производство жидкого стекла как побочного продукта

производства диоксида титана

380

21.1 Описание технологических процессов, используемых

в производстве жидкого стекла как побочного продукта производства

диоксида титана

381

Раздел 22. Определение наилучших доступных технологий

384

Раздел 23. Наилучшие доступные технологии

385

Раздел 24. Перспективные технологии

402

Приложение А (обязательное) Перечень маркерных веществ и

технологических показателей

415

Приложение Б (обязательное) Перечень НДТ

426

Приложение В (обязательное) Ресурсная и энергетическая эффективность

432

Приложение Г (обязательное) Заключение по наилучшим доступным

технологиям

466

Библиография

479

VII

Введение

Настоящий информационно-технический справочник по наилучшим доступным

технологиям «Производство твердых и других неорганических химических веществ» (да-

лее - справочник НДТ) является документом по стандартизации, разработанным в ре-

зультате анализа технологических, технических и управленческих решений, применяе-

мых при производстве твердых и других неорганических химических веществ.

Краткое содержание справочника НДТ:

Введение. Представлено краткое содержание справочника НДТ.

Предисловие. Указаны цель разработки справочника НДТ, его статус, законода-

тельный контекст, краткое описание процедуры создания в соответствии с установлен-

ным порядком, а также взаимосвязь с аналогичными международными документами.

Область применения. Описаны основные виды деятельности, на которые рас-

пространяется действие справочника НДТ.

В разделе 1 представлена информация о состоянии и уровне развития твердых и

других неорганических химических веществ в Российской Федерации. Также в разделе 1

приведен краткий обзор экологических аспектов производства твердых и других неорга-

нических химических веществ.

В разделах 2-20 представлена информация по хлорщелочному производству и

производству соляной кислоты, производству гипохлорита натрия, гипохлорита кальция,

хлорида железа (III), соды, перкарбоната натрия, технических солей на основе хлорида

натрия, нитрита натрия и натриевой селитры, карбоната кальция и нитрата кальция, хло-

ристого кальция, сульфата кальция, сульфата алюминия, фтористых соединений, тех-

нических, кормовых, пищевых фосфатов, карбида кремния, соединений хрома, карнал-

лита.

В разделах 21-22 представлены НДТ и информация о перспективных техноло-

гиях.

Заключительные положения и рекомендации. Приведены сведения об исполь-

зованных материалах при подготовке справочника НДТ, а также сведения о разработчи-

ках справочника НДТ.

Библиография. Приведен перечень источников информации, использованных

при разработке справочника НДТ.

Предисловие

Цели, основные принципы и порядок разработки справочника НДТ установлены

постановлением Правительства Российской Федерации от 23 декабря 2014 г. № 1458

«О порядке определения технологии в качестве наилучшей доступной технологии, а

также разработки, актуализации и опубликования информационно-технических справоч-

ников по наилучшим доступным технологиям».

1 Статус документа

Настоящий справочник НДТ является документом по стандартизации.

2 Информация о разработчиках

Справочник НДТ разработан технической рабочей группой «Производство твер-

дых и других неорганических химических веществ» (ТРГ 19), состав которой утвержден

приказом Минпромторга России от 7 апреля 2020 года № 1158.

Справочник НДТ представлен на утверждение Бюро наилучших доступных техно-

логий (далее - Бюро НДТ) (www.burondt.ru ).

3 Краткая характеристика

Справочник НДТ содержит описание реализованных на территории Российской

Федерации технологических процессов, оборудования, технических способов, методов,

в том числе позволяющих снизить негативное воздействие на окружающую среду, водо-

потребление, повысить энергоэффективность, ресурсосбережение, применяемых при

хлорщелочном производстве и производстве соляной кислоты, производстве гипохло-

рита натрия, гипохлорита кальция, хлорида железа (III), соды, перкарбоната натрия, тех-

нических солей на основе хлорида натрия, нитрита натрия и натриевой селитры, карбо-

ната кальция и нитрата кальция, хлористого кальция, сульфата кальция, сульфата алю-

миния, фтористых соединений, технических, кормовых, пищевых фосфатов, карбида

кремния, соединений хрома, карналлита. Из описанных технологических процессов, обо-

рудования, технических способов, методов определены решения, являющиеся наилуч-

шими доступными технологиями (НДТ). Для НДТ в справочнике НДТ установлены соот-

ветствующие технологические показатели НДТ.

4 Взаимосвязь с международными, региональными аналогами

При разработке справочника НДТ был использован справочник Европейского со-

юза по НДТ «Крупнотоннажное производство твердых и других неорганических химика-

тов» (Large Volume Inorganic Chemicals - Solids and Others industry) с учетом особенно-

стей производства твердых и других неорганических химических веществ в Российской

Федерации.

5 Сбор данных

Информация о технологических процессах, оборудовании, технических способах,

методах, применяемых при производстве специальных неорганических химикатов в Рос-

сийской Федерации, была собрана в процессе актуализации справочника НДТ в соответ-

ствии с Порядком сбора и обработки данных, необходимых для разработки и актуализа-

ции информационно-технических справочников по наилучшим доступным технологиям,

утвержденным приказом Минпромторга России от 18 декабря 2019 г. № 4841.

VII

И Н Ф О Р М АЦ И О Н Н О - Т Е Х Н И Ч Е С К И Й С П Р АВ О Ч Н И К

П О Н АИ Л У Ч ШИ М Д О С Т У П Н Ы М Т Е Х Н О Л О Г И Я М

Производство твердых и других неорганических химических веществ

Manufacture of solid and other inorganic chemicals

Дата введения - 2021-07-01

Область применения

Настоящий справочник НДТ распространяется на следующие основные виды де-

ятельности:

 процессы хлорщелочного производства и производство соляной кислоты;

 процессы производства гипохлорита натрия;

 процессы производства гипохлорита кальция;

 процессы производства хлорида железа (III);

 процессы производства соды;

 процессы производства перкарбоната натрия;

 процессы производства технических солей на основе хлорида натрия;

 процессы производства нитрита натрия и натриевой селитры;

 процессы производства карбоната кальция и нитрата кальция;

 процессы производства хлористого кальция;

 процессы производтства сульфата кальция;

 процессы производтства сульфата алюминия;

 процессы производтства фтористых соединений;

 процессы производства фосфатов ― технических, кормовых, пищевых;

 процессы производства карбида кремния;

 процессы производства соединений хрома;

 процессы производства карналлита.

Справочник НДТ также распространяется на следующие процессы, связанные с

основными видами деятельности, которые могут оказать влияние на объемы эмиссий

или масштабы загрязнения окружающей среды:

 хранение и подготовка сырья;

 хранение и подготовка топлива;

 производственные процессы;

 методы предотвращения и сокращения эмиссий, образования и размещения

отходов;

 хранение и подготовка продукции.

Вопросы обеспечения промышленной безопасности и охраны труда частично рас-

сматриваются только в тех случаях, когда оказывают влияние на виды деятельности,

включенные в область применения настоящего справочника НДТ.

Дополнительные виды деятельности, осуществляемые при производстве специ-

альных неорганических химикатов, и соответствующие им справочники НДТ, определен-

ные распоряжением Правительства РФ от 31 октября 2014 г. № 2178-р, приведены в

таблице 1.

Т а б л и ц а 1 - Дополнительные виды деятельности при производстве твердых и

других неорганических химических веществ и соответствующие им справочники НДТ

Вид деятельности

Наименование соответствующего справочника НДТ

Очистка выбросов вредных (за-

ИТС 22-2016 «Очистка выбросов вредных (загрязняющих) ве-

грязняющих) веществ в атмосфер-

ществ в атмосферный воздух при производстве продукции (това-

ный воздух

ров), а также при проведении работ и оказании услуг на крупных

предприятиях»

Очистка и утилизация сточных вод

ИТС 8-2015 «Очистка сточных вод при производстве продукции

(товаров), выполнении работ и оказании услуг на крупных пред-

приятиях»

Утилизация и обезвреживание от-

ИТС 15-2016 «Утилизация и обезвреживание отходов (кроме

ходов

обезвреживания термическим способом (сжигание отходов))»

Размещение отходов

ИТС 17-2016 «Размещение отходов производства и потребле-

ния»

Хранение и складирование това-

ИТС 46-2019 «Сокращение выбросов загрязняющих веществ,

ров (материалов)

сбросов загрязняющих веществ при хранении и складировании то-

варов (грузов)»

Системы охлаждения

ИТС 20-2016 «Промышленные системы охлаждения»

Использование энергии и энерго-

ИТС 48-2017 «Повышение энергетической эффективности при

ресурсов

осуществлении хозяйственной и (или) иной деятельности»

Обращение со сточными водами и

ИТС 47-2017 «Системы обработки (обращения) со сточными во-

выбросами

дами и отходящими газами в химической промышленности»

Осуществление производственного

ИТС 22.1-2016 «Общие принципы производственного экологиче-

экологического контроля

ского контроля и его метрологического обеспечения»

Сфера распространения настоящего справочника НДТ приведена в таблице 2.

Т а б л и ц а 2 - Сфера распространения ИТС НДТ

Наименование продукции по ОК 034-

Наименование вида деятель-

ОКПД 2

ОКВЭД 2

2014 (ОКПД 2)

ности по ОКВЭД 2

Производство промышлен-

20.11

ных газов

20.11.11.110

Водород*

Производство твердых и дру-

20.13

гих неорганических химиче-

ских веществ

20.13.21.110

Хлор

20.13.21.111

Хлор жидкий

20.13.21.112

Хлор газообразный

20.13.21.130

Фтор

20.13.21.150

Углерод технический (сажи и прочие

формы дисперсного углерода, не вклю-

ченные в другие группировки)

20.13.24.110

Хлорид водорода, кислота соляная

20.13.24.111

Хлорид водорода, HCl

20.13.24.112

Кислота соляная, HCl

20.13.24.141

Фторид водорода (кислота плавиковая)

20.13.25.111

Гидроксид натрия (сода каустическая)

20.13.25.112

Гидроксид калия (калий едкий, кали ед-

кое)

20.13.25.113

Пероксиды натрия или калия

20.13.31.000

Галогениды металлов

20.13.32.110

Гипохлориты

20.13.41.130

Сульфаты

20.13.42.150

Нитраты (кроме калия)

20.13.52.110

Соединения неорганические, не вклю-

ченные в другие группировки

20.13.62.190

Соли неорганических кислот или перок-

сикислот прочие

20.13.64.120

Карбиды

Добыча минерального сырья

08.91

для химической промышлен-

ности и производства мине-

ральных удобрений

08.91.19.190

Сырье минеральное для химических

производств и продукты горнодобываю-

щих производств прочие, не включен-

ные в другие группировки

08.91.19.161

Карналлит

^*)Применительно к производству водорода, полученного методом электролиза.

Настоящий справочник НДТ распространяется на следующие процессы получе-

ния водорода:

 диафрагменный метод электролиза;

 мембранный метод электролиза;

 ртутный метод электролиза.

Раздел 1. Общая информация об отрасли химической

промышленности

Химическая промышленность ― отрасль, включающая в себя производство про-

дукции из различных видов сырья путем ее химической переработки.

Химическая промышленность России ― одна из базовых отраслей экономики

страны. Предприятиями химпрома РФ выпускается более 70 тыс. наименований различ-

ной продукции. Основные потребители этих товаров ― сельское хозяйство, металлур-

гия, машиностроение, легкая промышленность. Химический комплекс страны сам по-

требляет более 25% производимой им продукции.

Производство твердых и других неорганических химических веществ можно раз-

делить на три основные группы.

1. Первая группа - это продукция, производимая из руды или других природных

источников. К данной группе относят рассол хлористого натрия, известняк, кальциниро-

ванную соду, продукцию на основе титановых и фосфатных руд.

2. Вторая группа объединяет продукцию, производимую из вторичных ресурсов,

например, хлорид цинка, получаемый из цинкосодержащего металлолома, фторид алю-

миния и кремнефторид натрия, производимые из кремнефтористоводородной кислоты,

или сульфат натрия, получаемый как отход в некоторых производствах (например, про-

изводствах хромсодержащих соединений).

3. К третьей группе относят продукцию, получаемую из разработанных источни-

ков, например, кормовые фосфаты, получаемые из фосфорной кислоты, цеолиты, полу-

чаемые при производстве силиката натрия и растворов алюмосиликатов, сажа, сопут-

ствующая нефтехимическим производствам, конверсионный мел от производства удоб-

рений азотнокислотным разложением фосфатного сырья и другие.

Твердые неорганические вещества используются в различных отраслях промыш-

ленности, так, производство сульфата натрия из природного сырья дает продукт, содер-

жащий от 0,5 до 10% примесей, что зависит от технологии переработки сложного по со-

ставу природного сырья, а также от требований, предъявляемых потребителями продук-

ции, среди которых наиболее качественный продукт использует промышленность мою-

щих средств. На основе сульфата натрия получают сульфид натрия, бисульфат натрия,

товары бытовой химии. Сульфат и бисульфат натрия используются при изготовлении

чистящих и технических моющих средств. Основные его потребители - предприятия

химической, целлюлозно-бумажной и стекольной промышленности.

Отраслевой состав химической промышленности приведен на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 - Отраслевая структура химической промышленности

Одной из значительных и ключевых составляющих химического комплекса РФ яв-

ляется производство водорода, хлора и гидроксида натрия или так называемое хлорще-

лочное производство, которое позволяет одним из трех электрохимических методов од-

новременно получать сразу три химических вещества и продукта: водород, хлор и гид-

роксид натрия (натр едкий, каустическая сода, каустик, натриевая щелочь). На рисунках

1.2-1.5 приведены данные об объемах производства, импорта и экспорта хлора и кау-

стической соды.

Рисунок 1.2 ― Производство хлора в России в 2012-2018 годах Производство хлора в России в

2012-2018 годах (по данным Федеральной службы государственной статистики)

Рисунок 1.5 ― Экспорт и импорт каустической соды в 2012-2019 годах (по данным Таможенной

статистики внешней торговли Российской Федерации; International Trade Centre Trade map)

Производство каустической соды и хлора в России осуществляют более 10 ком-

паний, при этом основный объем производства полимера - поливинилхлорида (ПВХ) -

с использованием хлора собственного производства приходится только на 3 предприя-

тия. Едкий натр, водород и хлор вырабатываются тремя разными электрохимическими

методами. Два из них - электролиз с твердым катодом (диафрагменный и мембранный

методы), третий - электролиз с жидким ртутным катодом (ртутный метод). В мировой

производственной практике и в Российской Федерации реализованы все три метода по-

лучения хлора и каустика с явной и устойчивой тенденцией к увеличению доли мембран-

ного электролиза.

Российские производители хлора и каустика прорабатывают возможности пере-

хода на мембранный метод электролиза, но реализация данных проектов требует опре-

деленных технических решений и значительных материальных затрат, поэтому в насто-

ящий момент их усилия направлены на оптимизацию действующего на большинстве из

них диафрагменного электролиза, а также на модернизацию ртутного метода электро-

лиза.

Таким образом, в настоящее время на предприятиях РФ реализованы все три

электрохимических метода производства водорода, хлора и гидроксида натрия: диа-

фрагменный, мембранный и ртутный электролиз насыщенных растворов хлорида

натрия.

Кроме того, в настоящее время в промышленном масштабе в Российской Феде-

рации реализована технология производства соляной кислоты методом взаимодействия

хлора и водорода с последующей абсорбцией образующегося хлорида водорода водой

с получением соляной кислоты.

1.1 Основные экологические проблемы

Одним из существенных факторов, определяющих величину негативного воздей-

ствия на водные объекты, является неспособность обеспечить достаточный уровень

очистки всего объема образующихся сточных вод.

Отличительной чертой производства неорганических веществ является высокая

энергоемкость. При обработке сырья, например, перевода компонента в оксид, очень

часто применяют обжиг.

Основными воздействиями на окружающую среду, связанными с крупнотоннаж-

ным производством твердых и других неорганических химикатов, являются выбросы:

газы, пары и пыль химических соединений.

В зависимости от агрегатного состояния содержащихся в них примесей выбросы

химических предприятий подразделяются на:

- газообразные и парообразные (SO2, СО, NOX H2S, CS2, NH3, углеводороды, фе-

нолы и т. д.);

- жидкие (кислоты, щелочи, растворы солей, растворы жидких металлов и их со-

лей, органические соединения);

- твердые (органические и неорганические пыли, сажа, смолистые вещества, сви-

нец и его соединения и т. д.);

- смешанные; выбросы химических предприятий содержат чаще всего одновре-

менно несколько групп веществ.

Организованные выбросы поступают в атмосферу через специально сооружен-

ные газоходы, воздуховоды и другие трубопроводы; неорганизованные выбросы попа-

дают в атмосферу как ненаправленные потоки газа в результате нарушений герметич-

ности аппаратуры, отсутствия или неудовлетворительной работы оборудования по от-

сосу газа в местах загрузки сырья, выгрузки и хранения продукции.

Раздел 2. Хлорщелочное производство и производство соляной

кислоты

2.1 Общая информация

2.1.1 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 промыш-

ленности. Едкий натр используется также в энергетике, микроэлектронике, цветной ме-

таллургии (производство алюминия) и в области охраны окружающей среды для нейтра-

лизации и очистки сточных вод и промышленных выбросов.

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 нефтехими-

ческой, целлюлозно-бумажной промышленности, металлургии и энергетике. На долю хи-

мической и нефтехимической промышленности приходится 46% суммарного объема

российского потребления жидкой каустической соды, на целлюлозно-бумажную про-

мышленность - 29%, доля металлургии составляет 10%, энергетики - 10%.

Натр едкий технический марки РД применяется в химической, нефтехимической,

нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной, горнодобывающей, текстильной, пи-

щевой (для обезжиривания и обработки технологического оборудования и тары) про-

мышленности, в цветной металлургии, энергетике, микроэлектронике и в других отрас-

лях.

Натр едкий очищенный марки РР применяется в производстве химических нитей

и волокон, ионообменных смол, реактивов, в медицинской промышленности, в произ-

водстве 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 года составляет около 970 тыс. т/г (с учетом выпуска твердого ка-

устика).

В структуре потребления твердого едкого натра основными сегментами являются:

пищевая отрасль, металлургия, химическая промышленность. На пищевую отрасль при-

ходится 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 2.1.

Т а б л и ц а 2.1 - Основные области применения гидроксида натрия (едкого натра)

Область применения

Детали (описание) применения

Химическая и нефтехимическая про-

Производство гипохлорита натрия; производство гид-

мышленность

роксида и оксида магния; обработка и очистка нефти и

нефтяных фракций; нейтрализация кислот и кислотных

оксидов; для производства масел

Целлюлозно-бумажная промышлен-

Для делигнификации целлюлозы (древесины), в произ-

ность

водстве бумаги, картона, искусственных волокон, дре-

весно-волоконных плит

Горнодобывающая промышленность

Выщелачивание (щелочное вскрытие) пород при до-

быче, обработке и обогащении руды

Нефте- и газодобывающая отрасль

Очистка нефти и газа от нежелательных примесей

промышленности

непосредственно на месторождениях

Текстильная промышленность

Мерсеризация хлопка, шерсти и других волокон

Цветная металлургия, производство

Для травления алюминия и в производстве чистых

алюминия

цветных металлов

Пищевая промышленность

Обезжиривание и обработка технологического оборудо-

вания 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 производ-

стве хлебобулочных изделий. Применяется в качестве

пищевой добавки E-524

Производство химических средств

Использование для производства ХСЗР, чистых и высо-

защиты растений (ХСЗР), моющих и

кочистых химических веществ, для омыления жиров в

чистящих средств, реактивов

производстве моющих и чистящих средств

Окончание таблицы 2.1

Область применения

Детали (описание) применения

Парфюмерия, медицинская и фар-

Использование в качестве компонента лекарственных и

мацевтическая промышленность

косметических средств и реагента для синтеза

Промышленная мойка оборудования

Для очистки изделий из нержавеющей стали от жира и

и ликвидация засоров в канализаци-

масляных веществ, а также от остатков механической

онных трубах

обработки; для мойки пресс-форм автомобильных шин

Иные сферы применения: охрана

Нейтрализация и очистка природных и сточных вод,

окружающей среды, энергетика, мик-

очистка промышленных выбросов; производство биоди-

роэлектроника, косметология; произ-

зеля из растительных масел; для удаления ороговев-

водство биодизеля

ших участков кожи, папиллом

2.1.2 Общая информация о производстве хлора

Как уже отмечалось выше, хлор в промышленных масштабах получают вместе

с раствором гидроксида натрия и водородом посредством различных методов электро-

лиза раствора поваренной соли.

Применяется три варианта электрохимического метода получения хлора: два из

них - диафрагменный и мембранный методы (электролиз с твердым катодом), тре-

тий - ртутный метод электролиза (электролиз с жидким ртутным катодом). Выход и ка-

чество хлора, получаемого электрохимическими методами, отличаются незначительно.

Важнейшая особенность хлорщелочного производства заключается в том, что

большая часть произведенного электролитического хлора находит применение внутри

вырабатывающего его предприятия при выпуске широкого спектра товарной продукции:

винилхлорида (поливинилхлорида), синтетической и ингибированной соляной кислоты,

хлорированных парафинов, гипохлорита натрия, хлорного железа, в то время как по-

ставки хлора на другие промышленные предприятия, в том числе и зарубежные, осу-

ществляются, как правило, только после его сушки и сжижения.

Ключевым сегментом потребления хлора на российском рынке является произ-

водство поливинилхлорида (ПВХ), на долю которого приходится потребление более

83% производимого в России хлора.

Хлор используется также для получения хлорорганических растворителей, хлори-

рованных парафинов различных марок, синтетического каучука, пестицидов, лекар-

ственных средств и многих других продуктов хлорирования органических соединений,

на что затрачивается около половины произведенного в мире хлора. Остальное количе-

ство хлора потребляется для синтеза неорганических хлоридов, в целлюлозно-бумаж-

ной промышленности для отбеливания древесной пульпы, для очистки и обеззаражива-

ния воды. Хлор используют также в металлургической промышленности: так, с его помо-

щью получают очень чистые металлы - титан, олово, тантал, ниобий. Сжиганием водо-

рода в хлоре получают хлористый водород (гидрохлорид), а из него - синтетическую

соляную кислоту различной чистоты (в том числе химически чистую) и ингибированную

соляную кислоту.

Спрос на товарный жидкий хлор в настоящее время обеспечивают предприятия

водоочистки, целлюлозно-бумажной, металлургической, химической и нефтехимической

отраслей промышленности. За 2016 год доля предприятий целлюлозно-бумажной от-

расли промышленности в структуре потребления товарного хлора в РФ составила

50,1%, предприятий водоочистки - 21%, предприятий химической и нефтехимической

отрасли промышленности - 16,6%, металлургии - 12,3%.

Основные области применения хлора представлены в таблице 2.2.

Т а б л и ц а 2.2 - Основные области применения хлора

Область применения

Детали (описание) применения

Химическая отрасль промышленно-

Получение винилхлорида-мономера и дихлорэтана в

сти

производстве ПВХ; гипохлорита натрия и гипохлорита

кальция; производство соляной кислоты; производство

хлорированных парафинов; производство хлорного же-

леза; производство винилиденхлорида; производство

гексахлор-пара-ксилола; производство хлорбензола

Производство хлорной извести, бертолетовой соли

Производство хлоридов металлов

Производство хлорированного и хлорсульфированного

полиэтилена, хлорированных каучуков

Металлургия цветных и редкозе-

Производство титана, олова, тантала, ниобия, других

мельных металлов

металлов путем хлорирования исходной руды или кон-

центратов руды и восстановления хлоридов металлов

Производство питьевой воды и обез-

Хлорирование (обеззараживание) природной воды и

зараживание воды

сточных вод

Целлюлозно-бумажная промышлен-

Отбеливание бумаги, картона и других волокон

ность

Производство химических средств

Использование для производства ХСЗР, чистых и высо-

защиты растений (ХСЗР) и химиче-

кочистых химических веществ, реактивов

ских реактивов

Парфюмерия, фармацевтическая

Использование в качестве исходного сырья в производ-

промышленность

стве лекарственных и косметических средств, бактери-

цидных средств, консервантов

Иные сферы применения: охрана

Очистка и обеззараживание воды и сточных вод; пище-

окружающей среды; пищевая про-

вая добавка Е925; производство удобрений

мышленность; производство удобре-

ний

2.1.3 Общая информация о производстве водорода

Основными областями применения водорода являются: производство хлорида

водорода и соляной кислоты, получение винилхлорида-мономера для производства по-

ливинилхлорида, а также экологически чистое производство тепловой энергии в виде

пара.

Основные области применения водорода представлены в таблице 2.3.

Т а б л и ц а 2.3 - Основные области применения водорода

Область применения

Детали (описание) применения

Химическая отрасль промышленно-

Производство винилхлорида-мономера; производство

сти

хлорида водорода и соляной кислоты; производство ам-

миака, метанола, органических соединений, пластмасс

Энергетическая отрасль

Производство тепловой энергии (пара) путем сжигания

водорода в избытке воздуха; применение для охлажде-

ния мощных электрических генераторов; применение в

водородно-кислородных топливных элементах; приме-

нение в качестве ракетного топлива

Пищевая промышленность

Гидрирование растительных масел и жиров; пищевая

добавка Е949 (упаковочный газ) и вспомогательное

средство

Производство химических реактивов

Использование для производства гидридов металлов,

и тонкий органический синтез

чистых и высокочистых химических веществ, реактивов,

органических веществ

Иные сферы применения:

Использование в качестве газа-носителя в хроматогра-

газовая хроматография, метеороло-

фии; применение для заполнения шаропилотных оболо-

гия, атомно-водородная сварка

чек; использование атомарного водорода для атомно-

водородной сварки

Отличительной особенностью применения водорода по сравнению с другими про-

дуктами хлорщелочного производства (хлором и каустиком) является его практически

полное использование непосредственно на предприятии - производителе хлора и кау-

стика или на производственной площадке для производства тепловой энергии (пара) на

теплогенерирующих установках.

2.1.4 Общая информация о производстве гидроксида калия (едкого кали)

Основными областями применения гидроксида калия являются: химическая и

нефтехимическая отрасль промышленности, энергетика, металлургия цветных и редко-

земельных металлов, производство химических средств защиты растений, мыла, мою-

щих средств, производство каучуков и катализаторов.

Основные области применения гидроксида калия представлены в таблице 2.4.

Т а б л и ц а 2.4 - Основные области применения гидроксида калия

Область применения

Детали (описание) применения

Химическая и нефтехимическая от-

Производство солей и соединений калия, в том числе

расль промышленности

карбоната калия, перманганата и бихромата калия; про-

изводство ксантогенатов; производство антигололедных

реагентов; производство калийных удобрений и красите-

лей; перегонка нефти

Производство резинотехнических из-

Использование в качестве реагента для получения син-

делий и синтетических каучуков

тетических каучуков и компонента катализаторов

Металлургия цветных и редкозе-

Используется для получения обесфторенного гидрок-

мельных металлов

сида циркония в производстве циркония

Окончание таблицы 2.4

Область применения

Детали (описание) применения

Энергетика

Производство электролитов для щелочных аккумулято-

ров (алкалиновые батареи)

Нефте- и газодобывающая отрасль

Добавка в буровые растворы и композиции

Целлюлозно-бумажная промышлен-

Производство специальных сортов бумаги

ность

Пищевая промышленность

Пищевая добавка Е525; производство пищевых продук-

тов

Производство химических средств

Использование для производства ХСЗР, чистых и высо-

защиты растений (ХСЗР), реактивов,

кочистых химических веществ, реактивов, мыла и мою-

мыла и моющих средств

щих средств

Парфюмерия, медицинская и фар-

Использование в качестве реагента при получении ле-

мацевтическая промышленность,

карственных и косметических средств; для лечения бо-

косметология

родавок в медицине

Промышленная мойка, обработка

Применяется для очистки изделий из нержавеющей

воды и сточных вод

стали от жира и других масляных веществ, а также от

остатков механической обработки; для нейтрализации

воды и сточных вод, регулирования pH растворов

2.1.5 Общая информация о производстве соляной кислоты

Основными областями применения хлорида водорода и соляной кислоты явля-

ются: химическая отрасль промышленности, включая производства хлоридов кальция,

стронция, бария, алюминия, полиоксихлорида алюминия, хлористого метила; нефтедо-

бывающая отрасль, металлургия черных, цветных и редкоземельных металлов.

Доля предприятий химической и нефтехимической отраслей промышленности

в суммарном объеме потребления синтетической соляной кислоты по итогам 2016 года

составляет 59%, а на металлургическую промышленность приходится порядка 21% об-

щероссийского потребления товарной синтетической соляной кислоты.

Как правило, газообразный хлорид водорода не находит широкого применения

в качестве товарного продукта, а подавляющее большинство областей применения хло-

рида водорода основано на использовании более удобного и стабильного жидкого то-

варного продукта - соляной кислоты. В Российской Федерации в настоящее время то-

варную синтетическую соляную кислоту производят 6 промышленных предприятий.

Основные области применения хлорида водорода и соляной кислоты представ-

лены в таблице 2.5.

Т а б л и ц а 2.5 - Основные области применения хлорида водорода и соляной кислоты

Область применения

Детали (описание) применения

Химическая отрасль промышленно-

Производство гидроксида натрия электрохимическими

сти

методами (подкисление рассола); производство хлори-

дов металлов: хлоридов кальция, стронция, бария, алю-

миния и других; производство полиоксихлорида алюми-

ния; производство хлорметила и других органических со-

единений; получение ингибированной соляной кислоты

Окончание таблицы 2.5

Область применения

Детали (описание) применения

Нефте- и газодобывающая отрасль

Для кислотной обработки призабойной зоны нефтяных

скважин с целью повышения нефте- и газоотдачи и по-

давления сульфатвосстанавливающих бактерий (СВБ)

Металлургия черных и цветных ме-

Использование для обработки и обогащения руд цвет-

таллов

ных, черных и редкоземельных металлов и получения

хлоридов металлов

Теплоэнергетика

Использование для химической чистки котлов, теплооб-

менников и оборудования

Производство химических средств

Использование для производства ХСЗР, чистых и высо-

защиты растений (ХСЗР), чистых ве-

кочистых химических веществ, реактивов

ществ и химических реактивов

Фармацевтическая и пищевая от-

Производство лекарственных препаратов и использова-

расли промышленности

ние в качестве пищевой добавки

Иные сферы применения: обработка

Травление черных металлов и изделий из них; нейтра-

металлов; охрана

окружающей

лизация щелочных сточных вод и обезвреживание

среды

(нейтрализация) щелочных отходов

2.2 Описание технологических процессов, используемых в

настоящее время в хлорщелочном производстве и

производстве соляной кислоты

Настоящий справочник рассматривает три основных электрохимических метода

производства водорода, хлора и гидроксида натрия (едкого натра), реализованные

в промышленном масштабе в Российской Федерации:

- диафрагменный метод электролиза насыщенного раствора хлорида натрия;

- мембранный метод электролиза насыщенного раствора хлорида натрия;

- ртутный метод электролиза насыщенного раствора хлорида натрия, а также рас-

сматривает производство водорода, хлора и едкого кали (KOH) методом мембранного

электролиза раствора хлорида калия.

Настоящий справочник рассматривает также основной способ производства син-

тетической соляной кислоты технической, основанный на синтезе хлорида водорода

взаимодействием водорода и хлора с последующей абсорбцией хлорида водорода (HCl)

водой с получением соляной кислоты с массовой долей HCl от 31,5 до 38%.

2.2.1 Описание технологических процессов, используемых в настоящее

время в производстве водорода, хлора и гидроксида натрия

диафрагменным методом электролиза

При производстве водорода, хлора и гидроксида натрия диафрагменным методом

электролиза наиболее важными сырьевыми материалами являются:

- рассол хлорида натрия или поваренная соль (галит, каменная соль);

- концентрированная серная кислота или олеум, используемые для осушки хлора;

- асбест хризотиловый (хризотил природный).

Основным видом энергетических ресурсов, используемым в производстве водо-

рода, хлора и гидроксида натрия диафрагменным методом электролиза, является элек-

троэнергия постоянного тока.

2.2.1.1 Общие сведения о производстве водорода, хлора и гидроксида

натрия диафрагменным методом электролиза

Наиболее простым из промышленных электрохимических методов получения во-

дорода, хлора и гидроксида натрия в плане создания, организации и эксплуатации про-

изводства и доступности конструкционных материалов для электролизера является диа-

фрагменный метод.

Раствор соли в диафрагменном электролизере непрерывно подается в анодное

пространство и протекает через, как правило, насаженную на стальную катодную сетку

асбестовую или асбополимерную диафрагму.

Насасывание диафрагмы производится путем прокачивания через катодную сетку

со стороны анодного пространства пульпы из асбестовых или асбополимерных волокон,

которые, застревая в сетке катода, образуют пористый слой, играющий роль диафрагмы.

Асбополимерную диафрагму перед началом эксплуатации подвергают термообработке.

Во многих конструкциях электролизеров катод полностью погружен под слой ано-

лита (электролита из анодного пространства), а выделяющийся на катодной сетке водо-

род отводится из-под катода при помощи газоотводных труб, не проникая через диа-

фрагму в анодное пространство благодаря противотоку.

Противоток - весьма характерная особенность устройства диафрагменного

электролизера. Именно благодаря противоточному потоку, направленному из анодного

пространства в катодное через пористую диафрагму, становится возможным раздель-

ное получение щелоков и хлора. Противоточный поток рассчитывается так, чтобы про-

тиводействовать диффузии и миграции OH-ионов (гидроксид-ионов) в анодное про-

странство. Если величина противотока недостаточна, то в анодном пространстве в боль-

ших количествах начинает образовываться гипохлорит-ион (ClO^-), который затем может

окисляться на аноде до хлорат-иона ClO3 . Образование хлорат-иона серьезно снижает

выход хлора по току и является основным побочным процессом в этом методе. Так же

вредит и выделение кислорода, которое, к тому же, ведет к разрушению анодов и, если

они из углеродных материалов, попаданию в хлор примесей фосгена.

В качестве анода в диафрагменных электролизерах в настоящее время использу-

ются в основном титановые аноды с покрытием из смешанных оксидов рутения и титана

(аноды ОРТА) или другие малорасходуемые аноды.

Вытекающие из катодного пространства электрощелока подвергаются выпарива-

нию. При этом поваренная соль, сульфат натрия и другие примеси при повышении их

концентрации в растворе выше их предела растворимости выпадают в осадок. Раствор

едкой щелочи декантируют от осадка и передают в качестве готового продукта на склад

или продолжают стадию упаривания для получения твердого продукта с последующим

плавлением, чешуированием или грануляцией.

Обратную, т. е. кристаллизовавшуюся в осадок, поваренную соль возвращают

назад в процесс, приготавливая из нее так называемый обратный рассол. Из обратного

рассола во избежание накапливания удаляют различными способами примеси, в основ-

ном сульфаты и хлораты.

Убыль анолита восполняют добавкой свежего рассола, получаемого подземным

выщелачиванием соляных пластов галита, а также растворением соли в специальных

емкостях на месте производства. Свежий рассол смешивают с обратным рассолом и

проводят очистку от механических взвесей и ионов кальция и магния по содово-каусти-

ческому методу.

Полученный электролитический хлор отделяется от паров воды, охлаждается, су-

шится от влаги, компримируется и подается либо на производство соляной кислоты и

других хлорсодержащих продуктов, либо на сжижение и фасовку.

Благодаря относительной простоте и более низкому уровню капитальных затрат

на создание производства диафрагменный метод получения водорода, хлора и гидрок-

сида натрия до сих пор широко используется в промышленности.

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, а также для получения тепловой энергии (пара) методом сжигания водорода

в избытке воздуха. Основные области применения водорода приведены в таблице 2.3.

Получаемый в данном технологическом процессе электролитический хлор после

охлаждения, осушки и компримирования, как правило, используется на том же предпри-

ятии для получения хлорида водорода и соляной кислоты, для производства дихлор-

этана и винилхлорида-мономера, для производства гипохлорита натрия, производства

хлорированных парафинов (хлорпарафинов), хлорметанов, а также для получения то-

варного жидкого хлора. Основные области применения хлора приведены в таблице 2.2.

Раствор гидроксида натрия, получаемый данным методом электролиза, использу-

ется в различных отраслях промышленности, в том числе при производстве гипохлорита

натрия технического, в целлюлозно-бумажной промышленности. Основные области при-

менения гидроксида натрия приведены в таблице 2.1.

Диафрагменный метод электролиза характеризуется наиболее высоким удель-

ным расходом электроэнергии и тепловой энергии на производство 1 т 100% NaOH по

сравнению с двумя другими методами электролиза - мембранным и ртутным. Кроме

того, диафрагменный метод электролиза приводит к получению жидкого едкого натра

с большим содержанием примесей хлорида натрия и к получению электролитического

хлора с меньшим содержанием основного вещества по сравнению с другими методами

электролиза.

2.2.1.2 Описание технологических процессов, используемых в

производстве водорода, хлора и гидроксида натрия диафрагменным

методом электролиза

В настоящем разделе рассматриваются технологические процессы, основное и

природоохранное оборудование производства водорода, хлора и гидроксида натрия

диафрагменным методом электролиза.

Технология производства водорода, хлора и гидроксида натрия диафрагменным

методом электролиза заключается в одновременной или последовательной реализации

следующих технологических стадий, состав которых определяется видом (маркой) це-

левых продуктов - водорода, хлора и гидроксида натрия (каустика):

- прием, хранение и растворение исходной поваренной соли или прием и подго-

товка сырого рассола;

- приготовление раствора карбонизированных электрощелоков или раствора

соды кальцинированной;

- очистка сырого рассола от ионов кальция и магния содово-каустическим мето-

дом;

- отстаивание (осветление) рассола и фильтрация сгущенной шламовой суспен-

зии;

- подкисление осветленного (очищенного) рассола;

- изготовление асбестовой или асбополимерной диафрагмы для электролизеров;

- электролиз очищенного рассола в монополярных электролизерах или в бипо-

лярных электролизерах;

- выпаривание электрощелоков с получением товарного каустика (едкого натра);

- охлаждение и осушка электролитического хлора серной кислотой;

- компримирование, конденсация, фасовка и хранение жидкого хлора;

- охлаждение, осушка и компримирование электролитического водорода;

- фасовка, хранение (складирование) и отгрузка готового продукта;

- очистка промышленных выбросов (абгазов) от хлора;

- регенерация (концентрирование) или обезвреживание отработанной серной кис-

лоты.

В рамках настоящего справочника НДТ процессы добычи поваренной соли или

сырого рассола (раствора хлорида натрия) подробно не рассматриваются.

Общая принципиальная схема технологического процесса производства водо-

рода, хлора и гидроксида натрия диафрагменным методом электролиза представлена

ниже на рисунках 2.1 и 2.2 (в зависимости от вида используемого сырья).

Рисунок 2.2 - Схема технологического процесса производства водорода, хлора и

гидроксида натрия диафрагменным методом с использованием привозной

твердой соли

Ниже в качестве типичного примера представлено наиболее общее описание тех-

нологического процесса производства водорода, хлора и гидроксида натрия диафраг-

менным методом, которое никоим образом не может рассматриваться как единственное

описание процесса, соответствующее критериям и показателям НДТ.

2.2.1.3 Описание стадий диафрагменного метода электролиза

Приготовление раствора карбонизированных электрощелоков и раствора

кальцинированной соды

Сущность химического процесса метода карбонизации электрощелоков основана

на избирательном поглощении абсорбентом - электрощелоками углекислого газа из

дымовых газов по реакции:

2NaOH + CO2 → Na2CO3 + H2O.

Дымовые газы подаются в карбонизатор, представляющий собой вертикальный

цилиндрический аппарат с эллиптическим днищем, заполненный насадкой из металли-

ческих или фторопластовых колец Рашига размером 50 × 50 мм, высота насадки

4000 мм.

Электрощелока подаются сначала в емкость (сборник) и затем направляются

в теплообменник. Из теплообменника электрощелока поступают в карбонизатор, где

происходит реакция поглощения углекислого газа. В случае прекращения подачи дымо-

вых газов, содержащих CO2, раствор кальцинированной соды получают путем растворе-

ния сухой кальцинированной соды в оборотной воде или конденсате.

Очистка раствора натрия хлорида

Процесс очистки раствора натрия хлорида от примесей солей кальция, магния,

железа основан на содово-каустическом методе очистки, при котором в результате хи-

мической реакции образуются малорастворимые осадки СаСО3, Mg(OH)2, Fe(OH)3.

При содово-каустической очистке протекают следующие химические реакции:

- образование нерастворимого осадка карбоната кальция:

Са²⁺+ Na2CO3 → CaCO3 + 2Na⁺;

- образование нерастворимого осадка гидроксидов магния и железа:

Mg²⁺+ 2NaOH → Mg(OH)2 + 2Na⁺;

Fe³⁺+ 3NaOH → Fe(OH)3 + 3Na⁺.

При очистке раствора натрия хлорида, как правило, в качестве флокулянта ис-

пользуется гидролизованный полиакриламид (ПАА).

Раствор натрия хлорида с массовой концентрацией хлорида натрия не менее

300 г/дм³поступает по трубопроводу от рассолопромысла или от узла растворения при-

возной соли в отделение очистки рассола в баки хранения и далее на стадию очистки от

примесей солей кальция, магния, железа содово-каустическим методом. Растворы элек-

трощелоков, карбонизированных электрощелоков или кальцинированной соды переме-

шиваются с раствором натрия хлорида в реакторах и далее поступают в осветлитель-

сгуститель типа отстойника Дорра, КС или ОВР-ПШ, где происходят выделение приме-

сей в виде осадка, его отстой и уплотнение. Очистку и отстаивание рассола целесооб-

разно проводить при 40-50 °C. При данной температуре выпадающие в осадок нерас-

творимые соединения образуют более крупные кристаллы, благодаря чему отстаивание

рассола происходит быстрее. Для содействия образованию хлопьев в растворе натрия

хлорида в линию подачи к сгустителю добавляется флокулянт - ПАА. В результате

флокулирующего действия ПАА происходит укрупнение частиц осадка солей, что улуч-

шает условия осаждения осадка в отстойнике.

Очищенный и осветленный раствор натрия хлорида из сгустителя направляется в

емкость хранения очищенного раствора натрия хлорида. Шлам, представляющий собой

осадок солей кальция, магния, железа и нерастворимого осадка в растворе натрия хло-

рида, из нижней конусной части сгустителя (отстойника) периодически по трубопроводу

выводится в сборник шлама, установленный в заглубленном поддоне. Из сборника

шлама насосами шламовая суспензия по напорному трубопроводу подается для филь-

трации на фильтр-пресс. Фильтрация шламовой суспензии с целью получения очищен-

ного раствора натрия хлорида производится на мембранном фильтр-прессе.

Очищенный раствор натрия хлорида из емкостей хранения поступает при необхо-

димости на донасыщение раствора до концентрации хлорида натрия 310-318 г/дм³,

нейтрализацию и далее направляется в электролизеры. Теплообменник, установленный

на линии подачи очищенного раствора натрия хлорида, обеспечивает подогрев его до

74-90 °C.

Электролиз раствора натрия хлорида

Электролиз раствора натрия хлорида осуществляется в диафрагменных электро-

лизерах с твердым стальным катодом, металлоокисным анодом и вертикальной асбе-

стовой или асбополимерной диафрагмой: в монополярных электролизерах или в бипо-

лярных электролизерах.

Электролизеры конструктивно выполнены с вертикально расположенными элек-

тродами.

В анодную камеру подается насыщенный раствор хлорида натрия. На аноде (ти-

тан с покрытием из смешанных оксидов рутения и титана) ионы хлора разряжаются и

образуют хлоргаз. Обедненный рассол из анодной камеры через диафрагму перетекает

в катодную камеру, где образуются водород и щелочь.

В зале электролиза, как правило, установлены одна или две серии электролизе-

ров, расположенных в несколько рядов и питаемых последовательно по току и парал-

лельно по раствору хлорида натрия. Питание осуществляется от преобразовательной

подстанции.

В процессе электролиза водного раствора натрия хлорида в диафрагменных элек-

тролизерах конечными продуктами являются одновременно газообразный хлор, газооб-

разный водород и электрощелока, содержащие гидроксид натрия и хлорид натрия. Ос-

новным процессом, протекающим на металлоокисном аноде ячейки электролизера, яв-

ляется разряд ионов хлора:

NaCI → Na⁺+ CI-

2CI^-- 2e- → CI2↑.

На стальном катоде ячейки происходит разряд молекул воды из щелочного элек-

тролита:

Н2О + е- → OH^-+ Н (ад)

с последующим образованием молекулярного водорода:

2Н (ад) → Н2↑.

При этом ионы OH^-образуют с ионами щелочного металла раствор гидроксида

натрия:

Na⁺+ OH^-→ NaOH.

Суммарной реакцией электролиза является:

2NaCI + 2H2O → CI2↑ + H2↑ + 2NaOH.

Разряд ионов натрия из водных растворов натрия хлорида на твердом стальном

катоде невозможен вследствие более отрицательного потенциала разряда по сравне-

нию с ионами Н⁺.

Разряду на электродах целевых ионов в значительной мере способствует и состав

электролита. Присутствие в электролите посторонних ионов приводит к потере тока за

счет разряда этих ионов, к загрязнению электролита и продуктов электролиза. К таким

ионам относятся О^2-, CIO^-, (CIO3)^-, (SO4)^2-и др.

Одним из наиболее важных факторов процесса электролиза с фильтрующей диа-

фрагмой является переток электролита через диафрагму от анода к катоду, скорость

которого выбирают таким образом, чтобы препятствовать движению ионов OH^-к аноду.

Если скорость протекания электролита через диафрагму (противоток) будет больше ско-

рости миграции ионов OH^-, то в катодное пространство может проникать хлор, что при-

ведет к потерям целевых продуктов и снижению выхода по току. При скорости противо-

тока меньше скорости миграции ионов OH^-эти ионы протекают в анодное пространство,

что также приводит к потерям выхода едкого натра по току. Оптимальным является ра-

венство скоростей противотока и движения ионов OH^-.

Повышение массовой концентрации натрия хлорида положительно сказывается

на процессе электролиза, так как возрастает активность ионов хлора, увеличивается

доля тока на выделение хлора на аноде и уменьшается доля тока на выделение кисло-

рода. Кроме того, с ростом массовой концентрации натрия хлорида уменьшается рас-

творимость хлора в анолите и количество его, попадающее в католит и реагирующее с

образованием гипохлорита.

Также с ростом массовой концентрации натрия хлорида в растворе увеличивается

электропроводность, что снижает затраты электроэнергии на выпуск единицы продук-

ции. Зависимость выхода по току от массовой концентрации едкого натра в электроще-

локах выражается в виде кривой, из которой следует, что при увеличении массовой кон-

центрации едкого натра более 140 г/дм³выход по току начинает резко падать, поэтому

при электролизе с фильтрующей диафрагмой массовая концентрация едкого натра в

электрощелоках не должна превышать 140 г/дм³.

Температура процесса электролиза также может оказывать определенное влия-

ние на ход и направление электрохимических и химических реакций. Так, при повышении

температуры снижается перенапряжение выделения водорода на стальном катоде и

хлора на аноде, снижается растворимость хлора в электролите и уменьшается доля об-

разования хлоратов.

Существенное негативное влияние на процесс электролиза с фильтрующей диа-

фрагмой оказывают примеси ионов некоторых металлов, которые присутствуют в исход-

ном рассоле (Ca²⁺, Mg²⁺, Fe³⁺и т. д.).

В порах диафрагмы, где кислый анолит встречается с щелочным католитом, про-

исходит взаимодействие растворимых солей кальция и магния с едким натром и карбо-

натами с образованием нерастворимых осадков. Последние забивают поры фильтрую-

щей диафрагмы, что уменьшает скорость противотока и ускоряет преждевременный вы-

ход диафрагмы из строя.

Кроме основных реакций на аноде и катоде, в электролизере протекают побочные

электрохимические и химические процессы, снижающие выход по току по целевым про-

дуктам.

Побочные процессы в анодном пространстве

Выделяющийся на аноде хлор может претерпевать гидролиз по реакциям:

CI2 + H2O → HCIO + HCI,

CI2 + OH- → HCIO + CI-.

В анодном пространстве в среднем поддерживается слабокислая среда. Однако

в случае использования питающего рассола с pH >7 избыток едкого натра, содержаще-

гося в нем, реагирует с хлором. Кроме того, с хлором реагируют и мигрирующие из ка-

тодного пространства в анодное пространство ионы OH^-:

CI2 + 2OH^-→ CIO^-+ CI^-+ H2O,

HCIO + OH^-→ CIO^-+ H2O,

с образованием сильно диссоциированного гипохлорита натрия.

Образовавшиеся ионы хлорноватистой кислоты разряжаются на аноде по реак-

ции:

6CIO^-+ 3H2O - 6e- → 2CIO3- + 4CI^-+ 3/2 О2 + 6H⁺.

Ионы хлорноватистой кислоты при повышении температуры также могут подвер-

гаться автоокислению с образованием хлорат-ионов:

3CIO^-→ CIO3- + 2CI^-.

Ионы OH^-могут разряжаться на аноде:

4OH^-→ О2↑ + 2Н2О + 4е^-.

Причем металлические (титановые) аноды с активным покрытием из оксидов ру-

тения наиболее благоприятствуют прохождению этой реакции. Потери тока на побочный

процесс выделения кислорода будут зависеть от состояния массовой концентрации

ионов CI^-и OH^-в анолите и будут тем меньше, чем больше массовая концентрация

натрия хлорида в растворе и меньше массовая концентрация гидроксильных ионов. Пе-

ренапряжение выделения хлора в насыщенном нейтральном растворе натрия хлорида

значительно меньше перенапряжения выделения кислорода, поэтому ионы OH^-разря-

жаются на аноде в незначительной степени.

Кислород может образовываться также в результате каталитического разложения

ионов гипохлорита:

2CIO^-→ 2CI^-+ O2↑.

Значение pH прианодного слоя раствора натрия хлорида определяет соотноше-

ние между выходами по току хлора и кислорода. Установлено, что оптимальным явля-

ется значение pH 3,5-4,0. Поддержание pH анолита менее оптимального значения сни-

жает растворимость хлора в растворе, но в то же время увеличивает износ асбестовой

или асбополимерной диафрагмы.

Качество диафрагмы при работе ячейки определяет качество самой ячейки. Прак-

тически все очередные эксплуатационные операции при работе ячейки посвящаются

уходу за диафрагмой. Почти все текущие проверки и испытания ячейки проводятся с

целью определения ее состояния. По своей структуре диафрагма является самой хруп-

кой частью ячейки, и все же это единственный элемент, отделяющий анолитную зону от

католитной и, следовательно, разделяющей получаемые продукты.

Для диафрагмы используют асбестоволокнистый материал «Хризотил», который

представляет собой волокнистый силикат магния. При подаче токовой нагрузки на серию

электролизеров анолит в ячейках становится сразу кислым, со значением pH, равным 2

или менее. Поток анолита через диафрагму растворяет магний из анолитной стороны

диафрагмы, тем самым Mg²⁺передвигается к катоду. При образовании едкого натра в

католите обратная миграция ионов OH^-в асбест вызывает осаждение магния в виде

геля гидроокиси магния внутри диафрагмы. Непрерывное образование этого геля обес-

печивает поддержание слоя геля внутри диафрагмы, выступающего в качестве основ-

ного компонента в режиме работы диафрагмы.

При удалении магния из анолитной зоны диафрагмы остается слой, состоящий

в основном из волокон двуокиси кремния, которые обладают кислотоупорностью и рас-

творяются в щелочной среде. При увеличении обратной миграции ионов OH^-внутри

ячейки устанавливается градиент равновесия pH, тем самым в анолите pH будет при-

близительно равным 4. Изменение рабочего режима, влияющего на градиент равнове-

сия pH, оказывает прямое воздействие на диафрагму. Понижение pH в анолите вызы-

вает растворение части геля гидроокиси магния и повторное осаждение внутри диа-

фрагмы. Увеличение обратной миграции ионов OH^-вызывает растворение части воло-

кон двуокиси кремния в анолитной зоне. Оба случая будут оказывать отрицательное воз-

действие на диафрагму.

Градиент pH внутри ячейки взаимосвязан с нагрузкой ячейки, скоростью потока

раствора натрия хлорида и концентрацией едкого натра в католите. При установлении

состояния равновесия необходимо свести к минимуму изменение этих регулируемых пе-

ременных, с тем чтобы достичь максимального срока службы диафрагмы.

Побочные процессы в катодном пространстве

Протекающий через диафрагму электролит содержит растворенный хлор, ионы

CIO^-и CIO3-. Хлор, растворенный в электролите, реагирует с едким натром, образуя

гипохлориты и хлораты натрия.

На катоде могут протекать побочные процессы частичного восстановления анио-

нов гипохлорита и хлората натрия по реакциям:

CIO^-+ H2O + 2e^-→ CI^-+ 2OH^-,

CIO^3-+ 3H2O + 6e^-→ CI^-+ 6OH^-.

Все химические превращения, происходящие в электролизере, приводят к поте-

рям хлоргаза, едкого натра, водорода, а на электрохимические превращения с образо-

ванием побочных продуктов затрачивается дополнительная энергия и снижается каче-

ство конечного продукта.

Таким образом, для увеличения выхода по току конечных продуктов электролиза

необходимо вести процесс при оптимальных параметрах массовой концентрации исход-

ного хлорида натрия, pH питающего рассола и анолита, температуры раствора натрия

хлорида, скорости протекания электролита, массовой концентрации едкого натра и хло-

рида натрия в электрощелоках, выходящих из электролизера, а также с минимальной

массовой долей примесей в растворе натрия хлорида, подаваемом на электролиз.

Электрощелока выходят через нижний штуцер катодной камеры ячейки, к кото-

рому присоединена перколяционная труба либо сливное устройство с прерывателем

струи из неэлектропроводного материала. Из перколяционной трубы (сливного устрой-

ства) электрощелока сливаются в сборный короб, который собирает электрощелока, вы-

ходящие из ячеек электролизера. Положение передвижной части перколяционной трубы

определяет уровень электрощелоков в катодном пространстве.

Качество диафрагмы определяет качество работы самой ячейки. По своей струк-

туре диафрагма является самой хрупкой частью ячейки, она - единственный элемент,

отделяющий анолитную зону от католитной. При работе электролизера пористость диа-

фрагм ячеек со временем изменяется, в результате чего протекаемость их становится

неодинаковой. Различная протекаемость диафрагм отдельных ячеек при одинаковом

уровне анолита в них приводит к установлению различной массовой концентрации ед-

кого натра по ячейкам. Приведение к норме массовой концентрации 120-140 г/дм³элек-

тролитического едкого натра в ячейках электролизеров производят регулированием

уровня католита с помощью перколяционных труб ячеек, а также добавкой в ячейки ас-

бестовой пульпы.

В ваннах других конструкций регулирование питания рассола заключается не в

сохранении постоянного уровня анолита в ванне, а в подаче в каждую ванну постоянного

и равного количества рассола. При таком режиме питания в зависимости от состояния

диафрагм разные уровни анолита в ваннах, но концентрация гидроксида натрия NaOH

в электролитической щелочи приблизительно одинакова во всех ваннах. Контроль

уровня анолита осуществляется с помощью уровнемерных стекол.

Уровень анолита в баке ячейки с раствором натрия хлорида имеет решающее

влияние на качество работы электролизера. Разность между значениями уровней ано-

лита в баке с раствором натрия хлорида и католита в катодной камере является движу-

щей силой непрерывного процесса электролиза, обеспечивающей постоянный проток

электролита через диафрагму. Данный разностный напор обеспечивает также целост-

ность диафрагмы, для которой сетчатая поверхность катода служит опорой со стороны

католита, тогда как со стороны анолита роль такой опоры выполняет гидростатическое

давление электролита.

Оптимальный уровень анолита в электролизере определяется в соответствии

с результатами аналитического контроля и индивидуален для каждого электролизера.

Минимальный уровень анолита определяется в том числе и конструкционными особен-

ностями крышки конкретной модели электролизера. Максимально допустимый уровень

анолита в баке с раствором натрия хлорида должен обеспечивать нормальное отделе-

ние пузырьков хлора и предотвращение повышенного уноса анолита с хлоргазом.

Уровень анолита в баке ячейки с раствором натрия хлорида имеет определенное

влияние и на поддержание массовой концентрации едкого натра в ячейке в пределах

нормы. Каждый электролизер снабжен сигнализатором уровня анолита, который подает

звуковой и световой сигналы при достижении заданного уровня анолита в баках ячеек

электролизера. Для нормальной работы электролизера важное значение имеет поддер-

жание постоянной токовой нагрузки, постоянство технологических потоков и их парамет-

ров. Колебания силы тока приводят к неравномерности в работе диафрагмы и необра-

тимым нарушениям в ее структуре и, соответственно, снижению выхода по току основ-

ного продукта электролиза.

Снижение массовой концентрации хлорида натрия в электролите вызывает раз-

витие побочных реакций, так как доля ионов гидроксила в токопереносе возрастает за

счет снижения количества ионов хлора, что приводит к резкому снижению выхода по

току основных продуктов. Неравномерная газонаполненность электролита способствует

неравномерному распределению плотности тока и отклонениям технологического ре-

жима от нормы.

Питание электролизеров постоянным током осуществляется от преобразователь-

ной подстанции. Серия электролизеров питается постоянным электрическим током от

двух или трех параллельно установленных на преобразовательной подстанции кремни-

евых выпрямительных агрегатов, кроме этого, имеется еще один резервный выпрями-

тельный агрегат. Электролизеры в серии по питанию постоянным током соединены по-

следовательно, по питанию раствором натрия хлорида - параллельно.

В процессе электролиза образуются газообразный хлор, электрощелока и элек-

тролитический водород. Влажный хлоргаз из ячеек электролизеров поступает в коллек-

тор и отводится в первичный холодильник влажного хлора на стадию охлаждения, сушки

хлоргаза. Вакуум в общем коллекторе хлоргаза поддерживается автоматически в пре-

делах минус 250-100 Па регулятором давления, клапан которого установлен на линии

выхода хлоргаза из фильтра.

На общем хлорном коллекторе установлены два гидрозатвора: на давление и на

вакуум. Гидрозатвор срабатывает при достижении давления в хлорном коллекторе

0,50 кПа, при этом хлоргаз по трубопроводу отводится в колонну на стадию нейтрализа-

ции хлора. При этом постоянный вакуум минус 1,05-0,90 кПа поддерживается регулято-

ром вакуума, клапан которого установлен на линии сброса хлоргаза в колонну нейтра-

лизации. Гидрозатвор срабатывает при достижении вакуума в хлорном коллекторе ми-

нус 0,50 кПа, при этом воздух засасывается через штуцер гидрозатвора. При нормаль-

ном ведении технологического процесса в хлорные гидрозатворы и водородные гидро-

затворы предусмотрена постоянная подача воды оборотной (стационарная линия). Для

аварийного заполнения гидрозатворов водой предусмотрено дистанционное управле-

ние переключателем в помещении центрального щита управления. Хлорная вода от гид-

розатворов отводится в бак сбора хлорной воды.

Водород из электролизеров поступает в коллектор и отводится на стадию охла-

ждения и перекачки водорода в колонну. Давление водорода в общем коллекторе под-

держивается автоматически в пределах (минус 200-0 Па). При достижении давления

0,45 кПа на электролизерах водород от каждого электролизера сбрасывается в атмо-

сферу вне помещения через гидрозатворы и огнепреградители. На общем водородном

коллекторе установлен гидрозатвор, срабатывающий при достижении давления в водо-

родном коллекторе 0,50 кПа, и огнепреградитель. Для предотвращения возможности об-

разования взрывоопасных воздушно-водородных смесей при пуске электролизеров

предусмотрена продувка водородных коллекторов, огнепреградителей азотом. При

сбросе водорода на индивидуальную свечу в огнепреградители должен непрерывно

поддуваться пар или азот. Конденсат от огнепреградителей, гидрозатворов, коллекторов

сбрасывается через гидрозатворы в приемник электрощелоков.

Электрощелока из электролизеров через сливные трубы поступают в приемные

короба, из которых по коллекторам поступают в приемники электрощелоков, откуда

насосами подаются:

- в отделение выпаривания;

- в отделение очистки раствора натрия хлорида;

- на стадию охлаждения, сушки хлоргаза;

- в отделение насасывания диафрагмы.

В приемники электрощелоков предусмотрена подача самотеком гидросульфида

натрия или тиосульфата натрия из приемного бака для разрушения хлорноватокислого

натрия (активного хлора) в электрощелоках как мера для защиты трубопроводов и ем-

костного оборудования на стадии выпаривания электрощелоков. При этом протекает со-

тветствующая химическая реакция:

3NaCIO + NaHS → NaHSO3 + 3NaCI

или

2NaOH + 4NаОСl + Na2S2O3 + 5H2O → 2Na2SO4 + 4NaCl + 6H2O.

Охлаждение и сушка хлоргаза

Влажный хлоргаз с температурой 80-95 °C из электролизеров поступает по тру-

бопроводу на первую ступень охлаждения ― в теплообменник (титановый кожухотруб-

ный), затем поступает на вторую ступень охлаждения ― в теплообменник (титановый

кожухотрубный). На первой ступени хлоргаз охлаждается водой до 30-60 °C, а на второй

ступени ― водой до температуры 10-20 °C.

Хлорная вода, конденсирующаяся при охлаждении хлора, самотеком собирается

в сборник, из которого откачивается в дехлоратор и далее на нейтрализацию.

Нейтрализация остаточного хлора происходит по следующей реакции:

NaHS + 3CI2 + 7NaOH → 6NaCI + Na2SO3 + 4H2O

или

Na2S2O3 + 4Сl2 + 10NaOH → 8NaCl + 2Na2SO4 + 5H2O.

Охлажденный хлоргаз поступает на очистку от уносимых из электролизеров мель-

чайших капель раствора хлорида натрия в фильтр влажного хлора со стекловолокном.

После фильтра хлоргаз из фильтра поступает на сушку в три последовательно установ-

ленные насадочные колонны сушки хлоргаза, орошаемые серной кислотой, подаваемой

противотоком хлоргазу.

В первой по ходу хлора колонне концентрация серной кислоты поддерживается

в пределах 78-80%, в третью, последнюю по ходу хлора колонну подается серная кис-

лота с массовой концентрацией не менее 96%. Каждая сушильная колонна снабжена

циркуляционным насосом. Кубовая часть колонны служит промежуточной емкостью для

насосов. Циркуляция серной кислоты через колонны осуществляется через кожухотруб-

чатые теплообменники, в которых снимается тепло, выделяющееся при разбавлении

серной кислоты в процессе сушки хлора. Избыток серной кислоты последовательно пе-

реливается из третьей по ходу хлора сушильной колонны во вторую, далее в первую. Из

кубовой части первой колонны избыток 78%-ной кислоты отводится в отпарную колонну,

куда противотоком подается воздух. Из кислоты удаляется большая часть растворен-

ного хлора.

Осушенный в колоннах хлоргаз проходит через фильтр сухого хлоргаза для уда-

ления капель (тумана) серной кислоты и затем поступает на всас компрессора отделе-

ния перекачки хлоргаза.

Концентрирование отработанной серной кислоты

Процесс концентрирования серной кислоты осуществляется выпариванием влаги

под вакуумом при повышенной температуре. Отработанная серная кислота из емкости

насосом подается на участок производства жидкого хлора для осаждения осадка меха-

нических примесей в серной кислоте. Отстоенная серная кислота от участка производ-

ства жидкого хлора поступает в емкость, откуда подается на установку получения реге-

нерированной серной кислоты и далее на стадию сушки хлоргаза или используется в

качестве товарного продукта.

Другим способом концентрирования отработанной серной кислоты является ее

смешение с олеумом. Отработанная серная кислота после башен осушки хлора посту-

пает в емкость-сборник, откуда откачивается на склад серной кислоты. Отработанная

кислота с концентрацией 78-80% мас. смешивается в необходимых пропорциях с оле-

умом с получением серной кислоты концентрацией не менее 96%.

Перекачка хлоргаза

Осушенный хлоргаз с температурой 12-20 °C поступает на всас центробежного

четырехступенчатого турбокомпрессора, где компримируется до давления

0,3-

0,650 МПа. Компримированный хлоргаз с температурой 20-40 °C транспортируется по

трубопроводу на сжижение, на синтез хлористого водорода или потребителям.

Нейтрализация хлора

При нормальном ведении технологического процесса в колонну нейтрализации

хлора поступают хлорсодержащие абгазы от колонны отдувки хлора и абгазы из емкости

регенерированной (укрепленной) серной кислоты при продувке линии серной кислоты.

При ремонте турбокомпрессоров, фильтров сухого хлоргаза в колонну нейтрализации

хлора сбрасываются хлорсодержащие абгазы от их продувок. Кроме того, в колонну

нейтрализации хлора поступают аварийные выбросы хлора через гидрозатвор при по-

вышении давления в хлорных коллекторах, сбросы от предохранительных клапанов

хлорных компрессоров и разрывных мембран колонн сушки хлоргаза, а также абгазы

хлора от участка производства жидкого хлора.

Абгазы поступают в колонну нейтрализации хлора под действием вакуума минус

1,05-0 кПа, создаваемого вентилятором. Вакуум поддерживается автоматически регу-

лятором вакуума, клапан которого установлен на линии сброса абгазов на колонну

нейтрализации хлора.

Колонна нейтрализации хлора представляет собой титановый вертикальный ци-

линдрический аппарат диаметром порядка 2-3 м и высотой около 10 м со сферическими

крышкой и днищем. В верхнюю ее часть вмонтирован распределитель. Колонна запол-

нена фторопластовыми кольцами Рашига 50 × 50 мм, высота насадки около 3 м (напри-

мер, 3000 мм).

Абгазы поступают в колонну снизу, а противотоком через распределитель посту-

пает раствор едкого натра из емкости, представляющей собой горизонтальную цилин-

дрическую емкость, выполненную из титана.

В результате поглощения хлора едким натром образуется гипохлорит и хлорат

натрия по реакции:

2NaOH + CI2 → NaOCI + NaCI + H2O

NaOH + CI2 → NaCI + HOCl 2HOCl + NaOCI → NaCIO3 + 2HCI

NaOCI + HCI → NaCI + HOCl.

В процессе работы одна из емкостей находится в резерве и заполнена свежим

раствором едкого натра с массовой долей 10-20%. Не вступившие в реакцию абгазы,

выходящие из колонны, подаются с помощью вентилятора в колонну нейтрализации

хлора. Колонна нейтрализации хлора изготовлена из титана и представляет собой вер-

тикальный цилиндрический аппарат со сферическими крышками и днищем. В верхней

ее части вмонтирован распределитель для раствора едкого натра.

Колонна заполнена фторопластовыми кольцами Рашига 50 × 50 мм, высота

насадки 2300 мм. Абгазы поступают в колонну снизу, а противотоком через распредели-

тель поступает раствор едкого натра от насоса из емкости раствора едкого натра и ги-

похлорита натрия. При достижении массовой доли едкого натра 3% в поглощающем ре-

циркуляционном растворе в колонне он заменяется вновь приготовленным раствором

едкого натра с массовой долей 10-20%.

Из емкости гипохлорит натрия откачивается для внутризаводского потребления

или в железнодорожные или автомобильные цистерны для использования в качестве

товарного продукта. Отработанный раствор из исходной емкости перекачивается насо-

сом в емкость для раствора едкого натра и гипохлорита натрия. При достижении массо-

вой доли едкого натра 3% в поглощающем рециркуляционном растворе в колонне он

заменяется вновь приготовленным раствором едкого натра с массовой долей 10-20%.

Рабочий объем поглотительного раствора резервной емкости рассчитан на полное по-

глощение электролитического хлора в течение 10-15 мин.

По истечении работы стадии нейтрализации хлора в аварийных условиях в ем-

кость с отработанным раствором добавляется расчетный объем оборотной воды для

охлаждения раствора с целью предупреждения разложения гипохлорита натрия. Затем

отработанный раствор нейтрализуют раствором гидросульфида или тиосульфата

натрия. Перемешивание отработанного раствора с гидросульфидом или тиосульфатом

натрия происходит за счет циркуляции насосом. После полной нейтрализации гипохло-

рита натрия (ГПХ) нейтрализованный раствор подается в другой корпус.

Охлаждение и компримирование водорода

Влажный водород из электролизеров поступает по трубопроводу в нижнюю часть

насадочной колонны охлаждения водорода. Охлаждающий агент - оборотная вода.

Пройдя колонну снизу вверх, водород с температурой 25-45 °C поступает на комприми-

рование в компрессор и далее потребителю.

Насасывание асбестовой диафрагмы

Осуществляются демонтаж обвязки электролизера, его разборка и промывка.

Элемент электролизера с катодом, отмытый от старой диафрагмы, протравленный, вто-

рично промытый и нейтрализованный раствором ингибированной соляной кислотой, от-

правляется в ремонтный цех для проведения ремонта.

Выпаривание электрощелоков

Количество выпарных аппаратов, параметры подачи пара, регулирования концен-

трации по стадиям выпаривания, вывод средней и сульфатной соли, параметры охла-

ждения каустика определяются для каждого производства разработчиком процесса.

Ниже приведен типичный пример технологического процесса стадии выпаривания элек-

трощелоков, реализованного на предприятиях РФ.

Выпаривание электрощелоков производится с использованием трехкорпусной

противоточной выпарной системы по методу «Триплекс» с экспанзером - бескамерным

выпарным аппаратом. Подача греющего пара в систему осуществляется противотоком

выпариваемому раствору. Аппараты второго и третьего корпусов работают под вакуу-

мом, первого - под давлением. Вывод раствора натра едкого в экспанзер производится

из первого корпуса. Подача греющего пара производится в греющую камеру первого кор-

пуса.

Электрощелока из отделения электролиза непрерывно подаются в приемные

баки. Из баков электрощелока непрерывно подаются на установку выпаривания в сепа-

ратор. Выпарной аппарат состоит из сепаратора и циркуляционной трубы с вмонтиро-

ванной в нее выносной греющей камерой. Греющая камера представляет собой верти-

кальный кожухотрубчатый теплообменник, через трубное пространство которого цирку-

лирует упариваемый раствор. В нижней части циркуляционной трубы смонтирован цир-

куляционный насос для создания циркуляции раствора через греющую камеру и цирку-

ляционный контур.

В верхней части аппарата - сепараторе ― за счет снижения давления происхо-

дит кипение упариваемого раствора. Перегрев этого раствора производится в трубном

пространстве греющей камеры за счет теплоты конденсации сокового пара предыду-

щего выпарного аппарата. В процессе упаривания электрощелоков в выпарных аппара-

тах вследствие удаления воды происходит увеличение концентрации щелочи и хлори-

стого натрия в растворе. В сепараторе происходит осаждение кристаллов соли в клас-

сификатор. Классификатор представляет собой нижнюю, наименьшую цилиндрическую

часть сепаратора.

Ввод циркулирующего раствора в сепаратор производится по касательной линии

(тангенциально). В результате этого жидкость в сепараторе приобретает вращательное

движение, что способствует частичной классификации кристаллов соли в сепараторе.

Более укрупненные кристаллы соли, оказывающиеся на периферии сепаратора, оса-

ждаются в классификатор, а более мелкие кристаллы остаются в циркуляционном кон-

туре. В классификаторе за счет подачи определенного объема насыщенного упаривае-

мого раствора из предыдущего корпуса в нижнюю его часть поддерживается «кипящий

слой», в результате чего создаются условия для роста кристаллов и уноса мелких кри-

сталлов в сепаратор. Получение крупных кристаллов соли в классификаторах является

одним из условий эффективного разделения суспензии на центрифугах.

Вывод солевой суспензии из классификатора сепаратора производится по трубо-

проводу в сборник, затем на питание центрифуг. Маточный раствор после центрифуги-

рования возвращается на упаривание в третий корпус выпаривания, а соль поступает

по желобу в солерастворитель и далее в виде солевой пульпы на приготовление рас-

сола. Плотность суспензии соли в классификаторе сепаратора поддерживается в пре-

делах (1,42 ± 0,05) т/м³.

Электрощелока в выпарном аппарате третьего корпуса упариваются до массовой

доли едкого натра (15 ± 2)%. Упаренный раствор осветляется в гидроциклоне, кри-

сталлы соли возвращаются в циркуляционный контур, а осветленная часть поступает во

второй корпус выпаривания. Вывод солевой суспензии из классификатора сепаратора

производится по трубопроводу в сборник. Суспензия соли, выводимая из классифика-

тора сепаратора, содержит наибольшее количество сульфатов. Кристаллическая соль

после извлечения из нее сульфатов поступает на донасыщение очищенного рассола в

отделение очистки рассола, а сточные воды (маточник) с примесью сульфата натрия

направляются в гидротехническое сооружение или на утилизацию. Плотность суспензии

соли в классификаторе сепаратора поддерживается (1,46 ± 0,05) т/м³. Раствор щелочи

в выпарном аппарате второго корпуса упаривается до массовой доли едкого натра

(25 ± 2)%. Упаренный раствор осветляется в гидроциклоне, кристаллы соли возвраща-

ются в циркуляционный контур, а осветленная часть поступает в первый корпус.

Вследствие высокой концентрации щелочи в первом корпусе выпаривания обра-

зуется тройная соль (NaCI, Na2SO4, NaOH), которая выводится из классификатора сепа-

ратора в циркуляционный контур второго корпуса выпаривания. Во втором корпусе вы-

паривания происходит растворение тройной соли благодаря более низкой концентрации

щелочи. Плотность суспензии соли в классификаторе сепаратора поддерживается в

пределах (1,55 ± 0,05) т/м³.

Упаренный до массовой доли натра едкого не менее 44% раствор щелочи из пер-

вого корпуса выпаривания через гидроциклон подается на стадию охлаждения. Охла-

ждение раствора натра едкого ведется с целью уменьшения в нем массовой доли хло-

рида натрия за счет снижения его растворимости при уменьшении температуры.

Система охлаждения состоит из каскада последовательно установленных холо-

дильников, охлаждение раствора в которых производится грунтовой (или оборотной) во-

дой.

Раствор натра едкого после охлаждения поступает на осветление в шнековые

центрифуги. Осветленный раствор натра едкого подается на хранение в емкости и да-

лее на налив. Соль после осветления раствора натра едкого из центрифуг самотеком

поступает в емкость, где растворяется электрощелоками и подается на выпаривание

в третий корпус выпаривания.

Отгрузка готового продукта

Осуществляется налив натра едкого технического в железнодорожные цистерны,

танк-контейнеры и/или контейнер-цистерны или в автоцистерну потребителя.

Описание технологического процесса определяется индивидуально для каждого

конкретного производства с учетом имеющегося оборудования и принятых проектной

организацией и разработчиком процесса технических решений.

Описание типичного технологического процесса производства водорода, хлора и

гидроксида натрия диафрагменным методом электролиза с указанием видов эмиссий на

каждом этапе (подпроцессе) и каждой стадии технологического процесса приведено в

таблице 2.6.

Т а б л и ц а 2.6 - Описание технологического процесса производства водорода, хлора и гидроксида натрия диафрагменным

методом электролиза

Входной

Стадия технологиче-

Выходной поток

Основное

Природо-

ского процесса

охранное

поток

технологическое обору-

Продукты и полупро-

Эмиссии

оборудова-

дование

дукты

ние

3.1

3.2

1. Галит (соль)

Стадия растворения

1. Сырой рассол

1. Бак-растворитель

Хлорид-анион, нерастворимый оса-

2. Вода

поваренной соли и

2. Шлам

2. Бак-накопитель

док, твердый отход на объект разме-

3. Электроэнергия

приготовление сырого

щения

рассола

Сырой рассол от

Стадия приема и под-

Сырой рассол (вод-

Бак-накопитель (емко-

рассолопромысла

готовки сырого рас-

ный раствор хло-

сти хранения рассола)

сола

рида натрия)

1. Сырой рассол

Стадия очистки рас-

1. Очищенный рас-

1. Осветлитель или

Хлорид-анион (хлорид натрия), кар-

2. Обратный рассол

сола от примесей со-

сол

отстойник Дорра

бонат кальция, гидроксиды магния и

3. Промывные воды

дово-каустическим ме-

2. Шламовая суспен-

2. Бак осветленного

железа в шламовой суспензии на

шламовой суспен-

тодом

зия из осветлителя

рассола

осветление (отстаивание) и филь-

зии

3. Карбонизатор

трацию

4. Кальцинирован-

4. Аппарат (реактор)

ная сода

для растворения соды

5. Соляная кислота

5. Гидролизер

6. Гидролизованный

5. Смеситель-нейтра-

раствор полиакри-

лизатор

ламида

6. Бак нейтрализован-

7. Электроэнергия

ного рассола

8. Пар

7. Теплообменник ко-

жухотрубный

1. Шламовая сус-

Прием и промывка

1. Шламовая суспен-

Мерник-реактор

Хлорид-анион, карбо-нат кальция,

пензия из осветли-

шламовой суспензии

зия

гидроксид магния, суспензия (шлам)

теля

2. Промывные воды

на станцию нейтрализации кислых

2. Вода (конденсат

сточных вод

греющего пара)

3. Электроэнергия

Продолжание таблицы 2.6

Входной

Стадия технологиче-

Выходной поток

Основное

Природо-

ского процесса

охранное

поток

технологическое обору-

Продукты и полупро-

Эмиссии

оборудова-

дование

дукты

ние

1. Шламовая сус-

Стадия фильтрации

1. Очищенный рас-

Кек фильтрации, шлам очистки рас-

Фильтр-пресс,

пензия из осветли-

рассола от шламовой

сол

сола

песчаный фильтр

теля или отстойника

суспензии содово-кау-

2. Многофункцио-

Песок перлитовый отработанный

Дорра

стической очистки

нальный наполни-

2. Электроэнергия

тель МФН (в отдель-

ных процессах)

1. Обратный рассол

Вывод сульфатов,

1. Обратный рассол

Хлорид-анион, сульфат кальция

1. Реактор-смеситель

2. Раствор хлори-

очистка рассола от

2. Гипс

2. Барабанный ва-

Твердый отход (гипс) на объект раз-

стого кальция

сульфатов

куум- фильтр

мещения отходов

3. Раствор ПАА

(флокулянта)

4. Электроэнергия

1. Очищенный рас-

Диафрагменный элек-

1. Электрощелока

1. Электромагнитное воздействие

1. Напорный бак рас-

сол

тролиз очищенного

2. Электролитиче-

(загрязнение)

сола

2. Электроэнергия

раствора хлорида

ский хлор влажный

2. Электролизеры

натрия

3. Электролитиче-

ский водород влаж-

ный

Продолжание таблицы 2.6

Входной

Стадия технологиче-

Выходной поток

Основное

Природо-

ского процесса

охранное

поток

технологическое обору-

Продукты и полупро-

Эмиссии

оборудова-

дование

дукты

ние

1. Электролитиче-

Охлаждение, осушка и

1. Электролитиче-

1. Отработанная серная кислота на

1. Теплообменник к/т

ский хлор влажный

компримирование

ский хлор сухой

продажу, или на регенерацию, или

2. Фильтр влажного

2. Олеум 24% или

хлора

2. Отработанная

на обезвреживание

хлора

концентрированная

серная кислота

2. Хлорная вода (хлор растворен-

3. Башни (колонны)

серная кислота (92-

3. Хлорная вода

сушки хлора с насад-

ный) на дехлорирование

98%)

кой из колец Рашига

3. Электроэнергия

4. Башни (колонны)

сушки хлора с регу-

лярной насадкой

5. Башня отбойная с

насадкой из колец Ра-

шига

6. Фильтр сухого

хлора

7. Реактор для укреп-

ления серной кислоты

8. Турбокомпрессор

1. Хлорная вода

Дехлорирование хлор-

Обесхлоренная вода

1. Дехлоратор I сту-

Обесхлоренная вода (хлор раство-

2. Соляная кислота

ной воды

пени

ренный, хлорид-анион)

3. Пар

2. Дехлоратор II сту-

пени

3. Смеситель

1. Электролитиче-

Охлаждение, компри-

1. Электролитиче-

1. Компрессор

Водный конденсат в общезаводскую

ский водород влаж-

мирование водорода

ский водород сухой

2. Теплообменники ко-

систему оборотного водоснабжения

ный

2. Водный конденсат

жухо-трубные

2. Электроэнергия

(F = 754 м²; F = 224 м²;

F = 249 м²)

Продолжание таблицы 2.6

Входной

Стадия технологиче-

Выходной поток

Основное

Природо-

ского процесса

охранное

поток

технологическое обору-

Продукты и полупро-

Эмиссии

оборудова-

дование

дукты

ние

1. Электрощелока

Выпаривание электро-

1. Каустическая сода

1. Хлорид-анион в соленом конден-

1. Выпарные аппа-

2. Фугат средних

щелоков (концентри-

жидкая

сате

раты I, II и III корпусов

щелоков

рование раствора ед-

2. Суспензия сред-

на трех выпарных си-

3. Пар

кого натра)

них щелоков

стемах

4. Электроэнергия

3. Конденсат от гре-

2. Теплообменники к/т

ющего пара

для подогрева щело-

4. Выпаренная вода

ков

3. Бак-отстойник кау-

стика

4. Теплообменник спи-

ральный

5. Барометрический

конденсатор

1. Суспензия сред-

Приготовление обрат-

1. Обратный рассол

1. Хлорид-анион

1. Напорный бак ср.

них щелоков

ного рассола

2. Фугат средних ще-

щелоков

2. Выпаренная вода

локов

2. Центрифуга

3. Электроэнергия

3. Бак-солераствори-

тель

4. Бак-отстойник рас-

сола

1. Электролитиче-

Сжижение хлора

1. Жидкий хлор

Хлор в абгазах сжижения и вакуу-

1. Рекуператор кожу-

ский хлор

2. Абгазы сжижения

мирования используется в произ-

хотрубный

2. Электроэнергия

3. Абгазы вакууми-

водстве гипохлорита натрия для

2. Конденсатор кожу-

3. Холод -20 °C

рования

хлорной очистки стоков предприя-

хотрубный

тия

3. Конденсатор-испа-

ритель

Хлор в атмосферу - не более ПДК в

воздухе рабочей зоны

4. Холодильная ма-

шина

5. Танк хлора

Окончание таблицы 2.6

Входной

Стадия технологиче-

Выходной поток

Основное

Природо-

ского процесса

охранное

поток

технологическое обору-

Продукты и полупро-

Эмиссии

оборудова-

дование

дукты

ние

1. Абгазы сжижения

Получение гипохло-

1. Гипохлорит

Хлор в атмосферу не более ПДК в

Хлоратор

2. Абгазы вакууми-

рита натрия из абга-

натрия из абгазов

воздухе рабочей зоны

рования

зов хлора

хлора

3. Каустическая

сода

4. Вода

1. Отработанная ас-

Ремонт электролизе-

1. Отработанный ас-

1. Поддоны для смыва

Асбестовая пыль (пыль неорганиче-

бестовая диа-

ров (узел смыва отра-

бест

диафрагмы и травле-

ская с содержанием кремния менее

фрагма

ботанной диафрагмы)

2. Фильтрат и про-

ния катодов.

20%) на объект размещения отхо-

2. Ингибированная

мывные воды

2. Патронный фильтр

дов, сточные воды (хлорид-анион) в

соляная кислота

3. Консольная кран-

канализацию

3. Вода

балка

4. Электроэнергия

4. Вакуумная система

1. Асбест хризоти-

Ремонт электролизе-

Асбестовая диа-

1. Массный ролл со

Асбестовая пыль (пыль неорганиче-

ловый

ров (узел насасывания

фрагма

скиповым подъемни-

ская с содержанием кремния менее

2. Электрощелока

новой диафрагмы)

ком

20%) в атмосферу

3. Вода

2. Поддон и бак для

4. Электроэнергия

насасывания диа-

фрагмы

3. Сушилка двухкамер-

ная

Основное технологическое оборудование определяется индивидуально для каж-

дого конкретного производства с учетом его мощности и принятых проектной организа-

цией и разработчиком процесса технических решений. Типичное основное технологиче-

ское оборудование, используемое в производстве водорода, хлора и гидроксида натрия

диафрагменным методом электролиза, приведено в таблице 2.7.

Т а б л и ц а 2.7 - Основное технологическое оборудование производства водорода,

хлора и гидроксида натрия диафрагменным методом электролиза

Наименование

Существенные характеристики техноло-

Назначение оборудования

оборудования

гического оборудования

Карбонизатор

Поглощение электро-щело-

Вместимость 27 м³; D = 2200 мм;

ками углекислого газа из ды-

Н = 6550 мм; насадка - кольца Рашига

мовых газов - получение

50 × 50 мм; высота насадки 4000 мм; ра-

карбоната натрия

бочая температура 20-70 °C; среда -

дымовые газы, электрощелока

Реактор смешения

Смешение реагентов для со-

Вместимость 32 м³; D = 3200 мм;

дово-каустической очистки

Н = 4000 мм; температура 47-53 °C;

давление атмосферное

Отстойник Дорра

Осаждение осадка в растворе

Вместимость 4000 м³; D = 30 000 мм;

натрия хлорида

Н = 5000 мм; температура 44-53 °C;

давление атмосферное

Сатуратор

Донасыщение раствора

Вместимость 150 м³; D = 4500 мм;

натрия хлорида

Н = 9700 мм; температура 64-68 °C;

давление атмосферное; среда - рас-

твор натрия хлорида

Фильтр-пресс мембранный

Фильтрация шламовой сус-

Площадь поверхности фильтрации

пензии СКО

37,3 м²; вместимость 0,407 м³; среда -

шламовая суспензия

Биполярный диафрагменный

Электролиз раствора натрия

Длина 5635 мм; ширина 2178 мм;

электролизер или монополяр-

хлорида

Н = 3673 мм; номинальная токовая

ные диафрагменные электро-

нагрузка 72 кА; выход по току 96,5 %;

лизеры

анодная плотность тока 2045 А/м²; сред-

нее напряжение ячейки (при пуске) 3,2-

3,5 В;

расход электроэнергии на 1 тонну 100%-

ного едкого натра в электрощелоках

2450 кВт·ч; массовая производитель-

ность по 100% хлору 1012 кг/ч; массовая

производительность по 100%-ной элек-

тролитической щелочи 1140 кг/ч;

масса биполярного элемента 2333 кг.

В анодном пространстве: вакуум минус

(0,10-0,14) кПа; температура 90-98 °C;

масса анодного конечного элемента

2910 кг. В катодном пространстве: дав-

ление 0,06-0,12 кПа; температура 90-

98 °C; масса катодного конечного эле-

мента 3244 кг

Продолжение таблицы 2.7

Наименование

Существенные характеристики техноло-

Назначение оборудования

оборудования

гического оборудования

Холодильник вертикальный

Охлаждение хлоргаза

Площадь поверхности теплообмена

кожухотрубчатый

272,6 м². В межтрубном пространстве:

температура 28-45 °C; давление

0,4 МПа; среда - вода. В трубном про-

странстве: температура 30-94 °C; ва-

куум минус (0,15-0,25) кПа, среда -

хлоргаз

Теплообменник кожухотруб-

Охлаждение хлоргаза

Площадь поверхности теплообмена

чатый вертикальный

104,5 м². В межтрубном пространстве:

температура 7-13 °C; давление

0,4 МПа, среда - вода. В трубном про-

странстве: температура 12-45 °C, ва-

куум минус (3,25-3,35) кПа; среда -

хлоргаз

Колонны сушки хлоргаза

Сушка хлоргаза

D = 2600 мм; Н = 14775 мм;

вакуум (8,65-12,65) кПа; температура

12-32 °C. Насадка - керамические

кольца Рашига 50 × 50 мм; высота

насадки 3000 мм; количество слоев

насадки - 2; среда - серная кислота,

влажный и сухой хлор

Турбокомпрессор

Перекачка хлоргаза

Объемная производительность

6493,0 м³/ч; давление 0,7 МПа; электро-

двигатель: закрытый, обдуваемого ис-

полнения; мощность 630 кВт; частота

вращения 1488 мин^-1; температура

всаса 12-20 °C; температура нагнетания

20-40 °C;

среда - хлор осушенный

Колонна

Нейтрализация хлора

D = 1400 мм; H = 6700 мм; давление

2,0 кПа; температура 0-60 °C.

Насадка - фторопластовые кольца Ра-

шига 50 × 50 мм; высота насадки

2300 мм; среда - влажный хлор, рас-

твор натра едкого, раствор гипохлорита

натрия

Установка получения регене-

Выпаривание влаги под ваку-

Вместимость 2,1 м³; D = 1500 мм;

рированной серной кислоты

умом из серной кислоты

H = 2050 мм; температура 216-229 °C;

вакуум минус (93,8-94,5) кПа; среда -

серная кислота

Колонна

Охлаждение водорода

D = 2000 мм; H = 17700 мм. Насадка -

керамические кольца Рашига 50

×·50 мм; высота насадки каждого слоя

3500 мм; количество слоев - 2. Давле-

ние минус (2,05-0,50) кПа; температура

25-80 °C; среда - водород

Продолжение таблицы 2.7

Наименование

Существенные характеристики техноло-

Назначение оборудования

оборудования

гического оборудования

Компрессор винтовой

Перекачка водорода

Объемная производительность

6500 м³/ч.

На нагнетании: температура 150 °C;

давление 20-110 кПа.

На всасе: температура 45 °C; вакуум ми-

нус (2,05-0,50) кПа.

Электродвигатель взрывозащищенного

исполнения; мощность 300 кВт; частота

вращения 2970 мин-1; напряжение

6 кВ; среда - водород

Теплообменник

Охлаждение водородного

Площадь поверхности теплообмена

конденсата

224 м². В межтрубном пространстве:

температура 25-56 °C; давление

0,3 МПа; среда - водородный конден-

сат.

В трубном пространстве: температура

22-36 °C; давление 0,5 МПа; среда -

вода

Греющая камера первого кор-

Нагрев раствора натра едкого

Площадь поверхности теплообмена

пуса

445 м². В межтрубном пространстве:

температура 177 °C; давление 0,9 MПа;

среда - пар. В трубном пространстве:

температура 155 °C; давление

0,03 MПа; среда - раствор натра едкого

Греющая камера второго кор-

Нагрев раствора натра едкого

Поверхность теплообмена площадью

пуса

785 м². В межтрубном пространстве:

температура 107 °C; давление

0,0336 MПа; среда - водяной пар.

В трубном пространстве: температура

94 °C, давление 0,03 MПа; среда - рас-

твор натра едкого

Греющая камера третьего

Нагрев раствора натра едкого

Площадь поверхности теплообмена

корпуса

785 м². В межтрубном пространстве:

температура 94 °C; вакуум минус

(0,063-0,634) MПа; среда - водяной

пар. В трубном пространстве: темпера-

тура 60 °C; давление 0,03 MПа; среда -

раствор натра едкого

Сепаратор первого корпуса

Осаждение кристаллов соли

Вместимость 196 м³; D = 5400 мм;

выпаривания

H = 18115 мм; температура 152-158 °C;

давление 0,0334 MПа;

среда - суспензия соли/соковый

пар/раствор натра едкого

Сепаратор второго корпуса

Осаждение кристаллов соли

Вместимость 258 м³; D = 6000 мм;

выпаривания

H = 18600 мм; температура 92 °C; ва-

куум минус 0,0637 MПа;

среда - суспензия соли/соковый

пар/раствор натра едкого

Сепаратор третьего корпуса

Осаждение кристаллов соли

Вместимость 298 м³; D = 6400 мм;

выпаривания

H = 18 650 мм; температура 57-63 °C;

вакуум минус 0,0904 MПа;

среда - суспензия соли/соковый

пар/раствор натра едкого

Продолжение таблицы 2.7

Наименование

Существенные характеристики техноло-

Назначение оборудования

оборудования

гического оборудования

Экспанзер

Разделение раствора натра

Вместимость 17 м³; D = 1920 мм;

едкого

H = 6885 мм; температура 87-93 °C; Ва-

куум минус 0,0904 MПа; среда - соко-

вый пар/раствор натра едкого

Центрифуга шнековая

Осветление раствора натра

Массовая производительность 3,6 т/ч по

едкого

сухим кристаллам; объемная произво-

дительность 29,2 м³/ч по подаче. Элек-

тродвигатель закрытый, обдуваемого

исполнения, мощность 75 кВт. Частота

вращения 1475 мин^-1; среда - раствор

натра едкого. Электродвигатель: закры-

тый, обдуваемого исполнения; мощ-

ность 0,25 кВт; частота вращения

1325 мин^-1

Центрифуга плунжерная

Разделение суспензии

Массовая производительность 14,5 т/ч

по сухим кристаллам. Электродвигатель

закрытый, обдуваемого исполнения;

мощность 45 кВт. Частота вращения

2950 мин^-1; среда - суспензия соли

Насос циркуляционный

Циркуляция раствора натра

Объемная производительность

едкого

8200 м³/ч; давление 0,03 МПа. Электро-

двигатель закрытый, обдуваемого ис-

полнения; мощность 250 кВт; частота

вращения 1500 мин^-1; напряжение

6000 В; среда - раствор натра едкого

Насос циркуляционный

Циркуляция раствора натра

Объемная производительность

едкого

8200 м³/ч; давление 0,03 МПа. Электро-

двигатель закрытый, обдуваемого ис-

полнения; мощность 250 кВт; частота

вращения 1500 мин^-1; напряжение

6000 В; среда - раствор натра едкого

Насос циркуляционный

Циркуляция раствора натра

Объемная производительность

едкого

8200 м³/ч; давление 0,03 МПа. Электро-

двигатель закрытый, обдуваемого ис-

полнения; мощность 250 кВт; частота

вращения 1500 мин^-1; напряжение

6000 В; среда - раствор натра едкого

Насос циркуляционный

Циркуляция раствора натра

Объемная производительность 759 м³/ч;

едкого

давление 0,016 МПа. Электродвигатель

закрытый, обдуваемого исполнения;

мощность 15 кВт; частота вращения

1450 мин^-1; среда - раствор натра ед-

кого

Гидроциклон

Осветление раствора натра

Диаметр 553 мм; высота 1750 мм;

едкого

температура 150-153 °C; давление

0,07 MПа; среда - суспензия соли.

Диаметр 765 мм; высота 2460 мм;

температура 92-98 °C; давление

0,1 MПа; среда - суспензия соли.

Диаметр 990 мм; высота 3045 мм;

температура 57-63 °C; давление

0,07 MПа; среда - суспензия соли

Продолжение таблицы 2.7

Наименование

Существенные характеристики техноло-

Назначение оборудования

оборудования

гического оборудования

Конденсатор - испаритель

Конденсация электролитиче-

Горизонтальный кожухотрубный тепло-

ского хлора

обменник; диаметр 1165 мм; длина

8600 мм; площадь поверхности теплооб-

мена 305 м²; среда в межтрубном про-

странстве - хладон-12, среда в труб-

ном пространстве - хлор

Турбокомпрессор

Компримирование паров

Производительность по холоду

фреона (хладон-12)

1026 525 ккал/ч. Электродвигатель нор-

мального исполнения. Среда - хладон-

Конденсатор хладона

Получение жидкого хладона

Теплообменник кожухотрубный;

D = 685 мм; L = 4152 мм; площадь по-

верхности теплообмена 120 м².

Среда - хладон-12

Экономайзер хладона

Для снижения давления до и

Горизонтальный аппарат; вместимость

температуры хладона-12 °C

3,3 м³; D = 980 мм; L = 5084 мм.

до 10-20 °C

Среда - хладон-12

Экономайзер хладона

Для снижения давления и

Теплообменник кожухотрубный;

температуры хладона-12 до

D = 457 мм; L = 4522 мм; площадь по-

минус 5-3 °C

верхности теплообмена 24,5 м².

Среда - хладон-12

Бак повторного испарения

Для выпаривания хладона-12

Горизонтальный аппарат; вместимость

хладона

и отделения масла

0,15 м³; D = 457 мм; L = 1200 мм.

Среда - хладон-12

Танк хранения жидкого хлора

Хранение жидкого хлора, вы-

Горизонтальный аппарат; вместимость

дача потребителям и отгрузка

125 м³; D = 3000 мм; L = 18290 мм; рабо-

чее давление 1,6 МПа; рабочая темпе-

ратура минус 50-50 °C; среда - хлор

Испаритель жидкого хлора

Испарение жидкого хлора

Теплообменник коробчатый;

L = 4957 мм; H = 1800 мм; ширина

12 800 мм; площадь поверхности тепло-

обмена змеевика хлора 30 м²; площадь

поверхности теплообмена парового зме-

евика 4,6 м². Паровой змеевик: рабочее

давление 0,8 МПа. Хлорный змеевик:

рабочее давление 1,0 МПа. Среда -

пар, вода, хлор

Буфер испаренного хлора

Для стабилизации давления и

Вместимость 10 м³; D = 2000 мм;

снижения пульсаций

H = 4430 мм; рабочее давление

1,6 МПа; рабочая температура 30-50 °C

Воздушный компрессор ЗГП

Компримирование воздуха

Объемная производительность -

13 м³/мин; давление нагнетания

1,8 МПа. Электродвигатель нормаль-

ного исполнения; мощность 132 кВт; ча-

стота вращения ротора 500 мин^-1

Концевой холодильник

Охлаждение сжатого воздуха

Теплообменник кожухотрубный;

D = 400 мм, L = 3690 мм, площадь теп-

лообмена 61 м². Давление трубного про-

странства 0,5 МПа; среда - вода. Дав-

ление межтрубного пространства

1,6 МПа, среда - воздух

Продолжение таблицы 2.7

Наименование

Существенные характеристики техноло-

Назначение оборудования

оборудования

гического оборудования

Влагоотделитель

Отделение влаги

Вертикальный аппарат; вместимость

1,4 м³; D = 800 мм; H = 3160 мм; рабочее

давление 1,6 МПа; рабочая темпера-

тура 5-60 °C

Влагоотделитель

Отделение влаги

Вертикальный аппарат; вместимость -

1 м³; D = 720 мм; H = 2530 мм;

рабочее давление 1,6 МПа; рабочая

температура минус 40-60 °C

Башня осушки сжатого воз-

Осушка сжатого воздуха до

Вертикальный аппарат; вместимость

духа

температуры росы не выше

1,78 м³; D = 1000 мм; H = 2910 мм; дав-

минус 40 °C

ление 1,6 МПа; температура 20-200 °C

Электроподогреватель воз-

Нагрев воздуха для осушки

Вертикальный аппарат; D = 400 мм;

духа

Y = 2055 мм; мощность нагревательного

элемента 87 кВт; рабочая температура

до 230 °C; рабочее давление 1,6 МПа

Фильтр

Очистка сжатого воздуха от

Вертикальный аппарат; вместимость

пыли

1,1 м³; D = 1000 мм; H = 2125 мм. Пло-

щадь поверхности фильтрации 4,15 м²;

давление 1,6 МПа;

Рабочая температура до 60 °C

Сборник воздуха

Для стабилизации давления и

Вертикальный аппарат; вместимость

снижения пульсаций

10 м³; D = 1600 мм; Н = 5600 мм; рабо-

чее давление 1,6 МПа; рабочая темпе-

ратура минус 40-50 °C

Сборник воздуха

Для стабилизации давления и

Вертикальный аппарат; вместимость

снижения пульсаций

1 м³; D = 800 мм; H = 2530 мм; рабочее

давление 1,6 МПа; рабочая темпера-

тура минус 40-50 °C

Колонны санитарной очистки

Поглощение абгазов хлора с

Вместимость 16,1 м³; D = 1000 мм;

абгазов

получением хлорного железа

H = 22300 мм. Насадка - нестандарт-

ные кольца Рашига. Среда - водный

раствор хлористого и хлорного железа

Буфер абгазного хлора

Сбор абгазов от аппаратов и

Вертикальный аппарат; вместимость

их подача на колонны абсорб-

10 м³; D = 2000 мм; Н = 4430 мм; давле-

ции

ние 1,6 МПа; среда - хлор

Фильтр

Для очистки сырого рассола

Вертикальный аппарат; вместимость 25

м³; D = 3000 мм; Н = 4823 мм; давление ―

0,4 МПа; температура ― (45÷50) ºС

Фильтр

Для механической очистки

Горизонтальный, цилиндрический;

сырого рассола

площадь - 24 м²; производительность -

120 м³/ч; D = 3000 мм; H = 9450 мм

Подогреватель

Подогрев рассола

Кожухотрубчатый, горизонтальный

D = 1200 мм; Н = 3500 мм; площадь по-

верхности теплообмена 305 м²; давление

трубное ― 0,4 МПа; давление межтруб-

ное ― 0,5 МПа; температура ― (60÷80) ºС

Колонна

Для отпарки хлорной воды

Вертикальная, цилиндрическая

D = 1200 мм; Н = 6850 мм; температура -

110 ºС; вакуум ― до 1,5 кПа

Башня

Для осушки хлоргаза

Вертикальная, цилиндрическая

D = 1800 мм; Н = 9200 м; вместимость 21,3

м³; вакуум ― до 8,4 кПа; температура ―

40 ºС

Продолжение таблицы 2.7

Наименование

Существенные характеристики техноло-

Назначение оборудования

оборудования

гического оборудования

Теплообменник

Для охлаждения хлора

Вертикальный, цилиндрический

D = 1200 мм; H = 5190 мм; площадь по-

верхности теплообмена 305 м²; Давле-

ние в межтруб.пр. - 0,4 МПа; вакуум в

труб.пр.

― 1,5 кПа; Температура в

межтруб.пр. ― 15 ºС; Температура в

труб. пр. ― 45 ºС

Холодильник

Для охлаждения серной кис-

Вертикальный, цилиндрический

лоты

D = 600 мм; H = 3600 мм; площадь поверх-

ности теплообмена 40 м²;

давление в межтруб. пр. ― (0,15÷0,20)

МПа; давление в труб. пр. ― (0,25÷0,3)

МПа; температура в межтруб.пр. ― (8÷12)

ºС; температура в труб. пр. ― (10÷40) ºС

Фильтр

Для улавливания аэрозолей

Вертикальный, цилиндрический

серной кислоты

D = 1800 мм; H = 7179 мм; вместимость 14

м³; давление ― 0,05 МПа; температура ―

(35÷80) ºС

Хлорный компрессор

Компримирование хлора

Давление рабочее - 0,35 МПа; производи-

тельность ― 2500 м³/ч; электродвигатель,

мощность ― 315 кВт

Теплообменник

Для охлаждения водорода

Вертикальный, цилиндрический

D = 1200 мм, H = 4594 мм; площадь по-

верхности теплообмена 445 м²

Водородный

Перекачка водорода

Давление рабочее ― 0,15 МПа; произво-

компрессор

дительность ― 3000 м³/ч; электродвига-

тель, мощность ― 132 кВт

Водородный

Компримирование водорода

Давление рабочее ― 0,8 МПа; производи-

компрессор

тельность ― 1800 м³/ч; электродвигатель

- ДСК-3-13-24, мощность ― 200 кВт

Адсорбер

Осушка водорода

Вертикальный, цилиндрический

D = 2000 мм; H = 8060 мм; вместимость 25

м³; давление ― 0,8 МПа; температура ―

320 ºС

Греющая камера выпарного

Нагрев раствора едкого натра

Вертикальный, цилиндрический

аппарата

D = 1550 мм; H = 9315 мм; площадь по-

верхности теплообмена 480 м²; давление

в межтрубном пространстве ― не более

0,4 МПа;

температура в трубном пространстве ―

(100÷135) ºС; давление в трубном про-

странстве ― не более 0,1 МПа; темпера-

тура в межтрубном пространстве ― не бо-

лее 170 ºС

Сепаратор

Для упаривания

Вертикальный, цилиндрический

щелочи

D кольца maх ― 4250 мм; D кольца min ―

1000 мм; Н = 13285 мм; вместимость 89 м³;

вакуум ― (0,06÷0,1) МПа; температура ―

(85÷135) ºС

Циркуляционный насос

Циркуляция раствора едкого

Давление рабочее ― 0,1 МПа; производи-

натра

тельность ― 4500 м³/ч; электродвигатель;

мощность ― 200 кВт

Окончание таблицы 2.7

Наименование

Существенные характеристики техноло-

Назначение оборудования

оборудования

гического оборудования

Центрифуга

Разделение суспензии

Производительность ― 25 т/ч; электро-

двигатель; мощность ― 30 кВт

Центрифуга

Разделение суспензии

Производительность ― 10 т/ч; электро-

двигатель, мощность ― 15 кВт

Центрифуга

Осветление раствора едкого

Производительность по суспензии ― 15,8

натра

т/ч; электродвигатель, мощность ― 75 кВт

Колонна санитарная

Для улавливания абгазов

Вертикальная, цилиндрическая; тип ― по-

хлора

лочный; D = 2800 мм; H = 7576 мм; вмести-

мость 50 м³; давление ― 0,02 МПа

Танк

Для хранения жидкого хлора

Сварной горизонтальный, цилиндриче-

ский аппарат со сферическим днищем;

D = 3000 мм; H = 16600 мм; вместимость-

125 м³; давление ― 0,7 МПа; темпера-

тура ― не менее минус 23 ºС

Конденсатор

Для сжижения электролитиче-

Горизонтальный, кожухотрубный эле-

ского хлоргаза

ментный 8-секционный теплообменник, в

одной секции 56 трубок диаметром 20 мм

Площадь поверхности теплоотдачи ―

140 м²; D = 325 мм; H = 4670 мм; давле-

ние труб. простр. ― 0,35 МПа; давление

межтруб. простр. ― 0,7 МПа; темпера-

тура труб. простр. ― не менее минус 23

ºС

температура межтруб. простр. ― минус

30÷минус 26 ºС

Природоохранное оборудование определяется индивидуально для каждого кон-

кретного производства с учетом его мощности и принятых проектной организацией и

разработчиком процесса технических решений.

В таблице 2.8 представлено типичное природоохранное оборудование, предна-

значенное для очистки промышленных выбросов производства водорода, хлора и гид-

роксида натрия диафрагменным методом электролиза от загрязняющих веществ.

Т а б л и ц а 2.8 - Природоохранное оборудование производства водорода, хлора и

гидроксида натрия диафрагменным методом электролиза

Наименование

Существенные характеристики природо-

Назначение оборудования

оборудования

охранного оборудования

Санитарная колонна

Очистка промышленных вы-

Вертикальный аппарат с крышкой; раз-

бросов (газовоздушной

режение от минус 0,6 до минус 1,2 кПа;

смеси - ГВС) от хлора

вместимость 82 м³; расход

ГВС 0,0199 м³/с; температура ГВС

30,0 °C; эффективность очистки - до

100%; высота трубы 22 м

Санитарная колонна

Очистка газовых выбросов на

Вертикальный цилиндрический аппарат;

участке склада и станции ис-

расход ГВС 0,074 м³/с; температура ГВС

парения жидкого хлора

22,0 °C; эффективность очистки - до

100%; высота трубы 17 м

Окончание таблицы 2.8

Наименование

Существенные характеристики техноло-

Назначение оборудования

оборудования

гического оборудования

Санитарная колонна

Очистка газовых выбро-сов

Высота трубы 17 м; диаметр устья 0,2 м;

на участке склада и станции

объем (расход) ГВС 0,064 м³/с; темпера-

испарения жидкого серни-

тура ГВС 21,0 °C; эффективность

стого ангидрида (аварийная

ГОУ - до 100%

вентиляция танковых отсеков

SO2) в производстве жидкого

хлора

Санитарная колонна

Очистка абгазов (выбро-

Вертикальный цилиндрический аппарат,

сов) от хлора

титан, D = 2800 мм,

H = 7576 мм; насадка полочного типа;

среда - 20% NaOH, гипохлорит натрия

Санитарная колонна

Очистка абгазов (выбро-

Вертикальный цилиндрический аппарат,

сов) от хлора

состоящий из 3 царг; решетка из титана,

оросительное устройство - титановая

тарелка;

D = 2800 мм, H = 14000 мм. Насадка -

керамические кольца Рашига

50 × 50 мм, объем насадки - 33,8 м³;

керамические кольца Рашига

100 × 100 мм, объем насадки - 47 м³

Колонна нейтрализации

Нейтрализация электролити-

Вертикальный цилиндрический аппарат;

ческого хлоргаза и хлорсо-

D = 1400 мм, H = 6700 мм

держащих абгазов

Санитарная колонна

Абсорбция диоксида серы

Вертикальный цилиндрический аппарат;

D = 812 мм; H = 4000 мм; насадка: кера-

мические кольца Рашига 25 × 25 мм

Насадочная абсорбционная

Очистка промышленных вы-

Вертикальный цилиндрический аппарат;

колонна

бросов от хлора

D = 1000 мм; H = 22 300 мм; V = 16,1 м³

Щелочной промыватель

Поглощение паров серной

D = 800 мм; H = 1830 мм;

кислоты

V = 0,63 м³

Емкость-нейтрализатор

Нейтрализация абгазов сер-

V = 38,1 м³; D = 2200 мм;

ной кислоты

L = 10456 мм

Представленный в таблице 2.8 перечень природоохранного оборудования не мо-

жет рассматриваться как исчерпывающий, поскольку возможно применение иного обо-

рудования, позволяющего достичь установленные технологические показатели НДТ.

2.2.1.4 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 произ-

водстве 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 дру-

гих 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, гид-

роксидом 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.

2.2.2 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 электри-

ческого тока. Основные достоинства мембранного метода - экологическая безопас-

ность, экономия энергоресурсов, высокое качество получаемых продуктов, высокая сте-

пень 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 обес-

печивает экономию электрической энергии главным образом за счет снижения напряже-

ния на электролизере. По сравнению с диафрагменным методом существенно снижа-

ются энергозатраты на выпарку, поскольку выпариванию подвергаются более концен-

трированные растворы едкого натра, практически не содержащие хлорид натрия. Сум-

марные 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 ме-

тодом характеризуется следующими преимуществами при эксплуатации:

- более продолжительным сроком службы без ремонта (замены) электролизеров;

- возможностью изменения в широких пределах нагрузки на электролизерах без

ухудшения показателей процесса, что дает возможность гибкого и экономного использо-

вания электроэнергии с учетом пиковых нагрузок в течение суток;

- отсутствием операций по сбору металлической ртути или амальгамного масла,

характерных для ртутного метода электролиза;

- отсутствием операций, связанных с приготовлением асбестовой пульпы, наса-

сыванием и смывом диафрагмы, что характерно для диафрагменного метода.

В зависимости от конкретных условий мембранные производства могут осна-

щаться 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 осуществ-

ляться 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:

- 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 пото-

ков в многоячейковых электролизерах.

В основе метода мембранного электролиза лежит явление переноса ионов через

ионообменные мембраны под действием электрического тока. Ионообменные мем-

браны отличаются от традиционно применяемых в электрохимии пористых перегородок

тем, что с их помощью обеспечивается преимущественный перенос одноименно заря-

женных ионов. Через идеальную катионообменную мембрану осуществляется перенос

только катионов, через анионообменную - только анионов. В реальных условиях мем-

браны переносят ионы обоих зарядов, поскольку не обладают идеальной селективно-

стью. За относительно короткий срок совершенствование мембран, технологии электро-

лиза и конструкции электролизеров позволило говорить о переходе мембранный техно-

логии на качественно новый технический уровень. Так, за это время расход электроэнер-

гии 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 водо-

рода, хлора и гидроксида натрия мембранным методом электролиза, является электро-

энергия, 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.

2.2.2.1 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 производ-

ства 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 элек-

тролизере, в отличие от диафрагменного, не один поток, а два: анолитный и католитный.

В анодное пространство поступает, как и в диафрагменном методе, поток насы-

щенного раствора соли, а в катодное пространство - деионизированная вода. Из анод-

ного 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 пред-

варительно максимально очищаются от любых примесей. Необходимость такой тща-

тельной очистки исходного рассола определяется высокой стоимостью полимерных ка-

тионообменных 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 си-

стем автоматического контроля и управления.

Товарный раствор гидроксида натрия (едкий натр технический), получаемый мем-

бранным методом электролиза и содержащий не менее 46% NaOH, используется в раз-

личных отраслях промышленности, в том числе при производстве твердого (гранулиро-

ванного или чешуированного) едкого натра, гипохлорита натрия технического, в целлю-

лозно-бумажной промышленности, в производстве моющих и чистящих средств, в фар-

мацевтической отрасли. Основные области применения гидроксида натрия приведены

ранее в таблице 2.1.

Получаемый в данном технологическом процессе электролитический хлор после

охлаждения, осушки и компримирования, как правило, используется на том же предпри-

ятии 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), хлормета-

нов, а также для получения товарного жидкого хлора, реализуемого различным потре-

бителям. Основные области применения хлора приведены в таблице 2.2.

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 2.3.

2.2.2.2 Описание технологических процессов, используемых в

производстве водорода, хлора и гидроксида натрия мембранным методом

электролиза

Технология производства водорода, хлора и гидроксида натрия мембранным ме-

тодом электролиза заключается в одновременной (параллельной) и/или последователь-

ной 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 подго-

товка сырого рассола (рассола от подземного выщелачивания соли);

- очистка сырого рассола от ионов кальция и магния содово-каустическим мето-

дом 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/дм³) до массовой концен-

трации NaCl - (305 ± 5) г/дм³путем 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 по-

лучением 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 потре-

бителю, 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 сы-

рого рассола (раствора хлорида натрия) подробно не рассматривается.

Общая принципиальная схема технологического процесса производства водо-

рода, хлора и гидроксида натрия мембранным методом электролиза представлена ниже

на рисунке 2.3.

Представленную на рисунке 2.3 общую принципиальную схему технологического

процесса производства не следует рассматривать в качестве единственной схемы.

Рисунок 2.3 - Принципиальная схема технологического процесса производства водорода,

хлора и гидроксида натрия мембранным методом

Ниже в качестве типичного примера представлено наиболее общее описание тех-

нологического процесса производства водорода, хлора и гидроксида натрия мембран-

ным методом электролиза для варианта, в котором в качестве сырья используются твер-

дая соль (галит). Данное описание процесса никоим образом не может рассматриваться

как единственное и исчерпывающее описание.

2.2.2.3 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 сы-

рая 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 преимуще-

ственно разрушаются вдоль плоскостей, ослабленных присутствующими в кристалле

примесями, что в ходе дальнейшей промывки рассолом облегчает удаление этих при-

месей. Конструкция мельницы позволяет контролировать степень измельчения с высо-

ким выходом кристаллов соли желаемого размера. Из мельницы соль подается в моеч-

ную машину, где мелкие включения труднорастворимых примесей, таких как гипс, отде-

ляются от соли с помощью подаваемого противотоком снизу вверх рассола. Подача рас-

сола контролируется в соответствии с качеством сырой соли. Кристаллы соли опуска-

ются вниз, омываясь рассолом, циркулирующим в моечной машине. При этом раствори-

мые примеси с поверхности кристаллов соли переходят в рассол. Из первой моечной

машины суспензия соли передается во вторую моечную машину, где примеси отделя-

ются от соли с помощью декантации. Примеси, содержащиеся в суспензии соли, удаля-

ются 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 классифика-

тор суспензии соли, где он вымывает из соли мелкие частицы примесей. Шламовая сус-

пензия от промывки соли как отход отгружается насосом в автоцистерны или контей-

неры. Соль со склада промытой соли подается погрузчиком в приямок-сатуратор рас-

сола, куда для растворения соли подается дехлорированный обедненный рассол (ано-

лит) и вода. Насыщенный сырой рассол из приямка-сатуратора переливается в буфер-

ный приямок сырого рассола и затем в приемную емкость сырого рассола, откуда он

подается насосом сырого рассола на следующую стадию.

Стадия содово-каустической очистки рассола и удаления сульфатов

Предварительно в периодическом режиме осуществляется приготовление рас-

творов хлорида бария BaCl2 и карбоната натрия Na2CO3 с использованием обессолен-

ной воды. Вода и вещества BaCl2 и Na2CO3 загружаются в емкость раствора хлорида

бария и в емкость раствора карбоната натрия, оборудованные мешалками. Насыщен-

ный рассол с содержанием NaCl 300-315 г/дм³поступает в реактор очистки рассола от

сульфатов и ионов кальция, где рассол смешивается с растворами BaCl2 и Na2CO3 для

удаления соответственно сульфат-ионов и ионов кальция из рассола в виде нераство-

римых солей BaSO4 и CaCO3, 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 освет-

литель и/или отстойник Дорра.

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 по-

переменно в одной из двух емкостей. Флокулянт обеспечивает укрупнение частиц и оса-

ждение твердых веществ и гелей в осветлителе. Осветленный рассол поступает в ре-

зервуар для подачи рассола на фильтрацию и затем перекачаться в систему фильтра-

ции. Шлам, осаждающийся на дно осветлителя, перекачивается диафрагменным насо-

сом шлама в емкость шлама, в которой собирается также шлам из реакторов рассола.

В емкости твердые вещества поддерживаются во взвешенном состоянии мешалкой. За-

тем шлам подается на фильтр-пресс питательным насосом шлама. Это насос диафраг-

менно-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 давле-

ние фильтрации достигает максимума, цикл фильтрации завершается и шлам (кек) с со-

держанием воды от 40% до 60% выгружается ленточным конвейером в контейнер (бун-

кер) под фильтр-прессом.

На установке фильтрации также предусматривается система периодической кис-

лотной мойки для промывки фильтровальной ткани во избежание ее забивки. Эта си-

стема включает емкость с соляной кислотой и систему дозирования с эжектором, в ко-

торый подается деминерализованная вода.

Стадия фильтрации рассола от взвешенных частиц (примесей)

Осветленный рассол перекачивается насосом осветленного рассола в двухста-

дийную систему фильтрации. Первая стадия фильтрации осуществляется на двух или

трех антрацитовых фильтрах, установленных параллельно. Каждый способен обраба-

тывать не менее 50% от необходимого производству полного потока рассола. Периоди-

чески один из фильтров исключается из работы и промывается фильтрованным рассо-

лом, подаваемым насосом обратной промывки. Загрязненный рассол после промывки

антрацитовых фильтров собирается в емкости обратного рассола, оборудованной ме-

шалкой, 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 од-

ного фильтра весь рассол направляется в другой фильтр. Перед пуском в работу в филь-

тре рассола должен быть намыт слой фильтрующего материала. Суспензия для нане-

сения слоя фильтрующего материала приготавливается в емкости намывного матери-

ала, где фильтрующий материал тщательно диспергируется мешалкой в фильтрован-

ном рассоле, после чего подается в фильтры насосом фильтрующего материала. К рас-

солу, поступающему в фильтры, добавляется вспомогательный фильтрующий материал

в виде суспензии, подготовленной в емкости вспомогательного фильтрующего матери-

ала. В этой емкости вспомогательный фильтрующий материал тщательно диспергиру-

ется в обессоленной воде мешалкой. Затем он насосом дозирования вспомогательного

фильтрующего материала направляется в фильтры. В качестве фильтрующего матери-

ала намывного слоя фильтрации и вспомогательного фильтрующего материала исполь-

зуется α-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 α-целлюлозы имеет

двойной эффект: она отлично подходит в качестве фильтрующей среды, более эффек-

тивной, 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 реси-

вера. После сброса шлама с фильтроэлементов он высушивается воздухом с достиже-

нием 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 рас-

сола, затем он насосами подается на очистку в ионообменные колонны через подогре-

ватель фильтрованного рассола, где подогревается до температуры около 60-65 °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 увеличе-

нию энергопотребления. Две ионообменные колонны, использующиеся для вторичной

очистки рассола, соединены последовательно друг за другом с расположением по прин-

ципу «ведущая/последующая». Каждая колонна рассчитана на очистку всего потока рас-

сола. Вторая колонна фактически является резервной и работает на полную нагрузку,

когда другая колонна регенерируется. После регенерации происходит переключение по-

тока рассола, и регенерированная колонна становиться «ведущей» (первой по ходу по-

тока рассола), а работавшая колонна становится «последующей» (второй по ходу потока

рассола). Ионообменные колонны заполнены катионообменной смолой, имеющей функ-

циональные группы, способные извлекать ионы металлов (Me²⁺) с образованием геле-

вых комплексов и одновременным высвобождением ионов Na⁺. Регенерация смолы вы-

полняется через регулярные промежутки времени, автоматической системой, контроли-

руемой РСУ производства.

Смола регенерируется разбавленной соляной кислотой (5-7% HCl), при этом про-

исходит замещение ионов Me²⁺на ионы H⁺. После этого смола обрабатывается разбав-

ленным 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 сме-

ситель кислоты и воды или смеситель щелочи и воды для обеспечения полного смеше-

ния жидкостей. Стоки от регенерации собираются в емкость стоков, откуда они насосом

возвращаются в процесс в секцию насыщения рассола. Анализ содержания катионов

Mg²⁺/Ca²⁺должен выполняться на регулярной основе, что позволяет обслуживающему

персоналу своевременно выполнить необходимые действия по предотвращению повре-

ждения мембран электролизера. Если концентрация Mg²⁺/Ca²⁺превышает определен-

ную величину (20 ppb), то это указывает на то, что «ведущая» в данный момент ионооб-

менная колонна должен быть подвергнута регенерации. После ионообменных колонн

очищенный рассол поступает на электролиз. Очищенный рассол со стадии ионообмен-

ной (вторичной) очистки поступает в электролизер через теплообменник рассола. Теп-

лообменник 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 электролизера он работает как

холодильник.

Стадия электролиза

Биполярный мембранный электролизер, как правило, состоит из 130-200 отдель-

ных элементов - ячеек, последовательно соединенных электрически. В каждый эле-

мент 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 использу-

ется оборотная вода, которая собирается в емкость оборотной воды, из которой вода

возвращается насосом в систему оборотной воды. Очищенный рассол поступает в анод-

ное пространство, где на аноде образуется хлор.

Основная электрохимическая реакция, происходящая на аноде:

NaCI → Na⁺+ CI-

2CI^-- 2e- → CI2↑.

Также внутри анодного пространства имеет место ряд побочных реакций, по кото-

рым в небольших количествах образуются следующие побочные продукты:

4OH^-+ 4 е^-→ O2 + 2H2O (образование кислорода);

3Cl2 + 6OH^-→ 3H2O + 5Cl^-+ ClO3- (образование хлората);

Cl2 + 4OH^-→ 2H2O + 2ClO^-(образование гипохлорита).

Рассол, выходящий из ячейки электролизера, - анолит содержит 160-220 г/дм³

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 коллек-

тор анолита, где основная часть газообразного хлора отделяется от анолита. Анолит

поступает в емкость анолита, а оттуда перекачивается на узел дехлорирования. Горя-

чий, насыщенный водой газообразный хлор поступает на стадию обработки хлора. Во-

дород и ионы OH^-образуются на катодах при разложении H2O.

Основная электрохимическая реакция, происходящая на катоде:

2Н2О + 2 е- → H2↑ + 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 ка-

толита необходимо добавление воды в контур циркуляции католита. Вода в контур по-

ступает частично за счет вышеупомянутого явления переноса H2O через мембрану из

анодного пространства, а также за счет подачи в контур циркуляции католита обессо-

ленной 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. Давле-

ние водорода всегда поддерживается приблизительно на 20 мбар выше, чем давление

хлора. Этим обеспечивается то, что мембрана только соприкасается с анодом. При уве-

личении давления хлора в ячейках даже немного выше рабочего значения 200 мбар

хлор начинает автоматически сбрасываться в систему газовых выбросов (секция ава-

рийного поглощения хлора), в которой хлор абсорбируется разбавленным раствором ед-

кого натра с образованием гипохлорита. При дальнейшем повышении давления процесс

электролиза останавливается посредством автоматического отключения электриче-

ского тока. Хлор сбрасывается в систему аварийной абсорбции хлора.

Cтадия выпаривания электрощелока (католита)

Полученный в электролизере 31-33%-ный раствор NaOH, так называемый като-

лит, поступает в емкость католита, из которой часть потока католита возвращается на

электролиз, а часть потока перекачивается дальше на стадию выпарки. Католит возвра-

щается 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 перека-

чиваться в систему концентрирования (выпаривания) каустической соды, а также в сек-

цию аварийного поглощения хлора, обеспечивая ее свежим каустиком для абсорбции

хлора.

Система выпарки (концентрирования) электрощелока включает двух- или трехсту-

пенчатую выпарку с двумя или тремя концентраторами - выпарными аппаратами, обес-

печивающую коцентрирование 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 теп-

лообменники (рибойлеры). Выпарной аппарат с падающей пленкой жидкости - аппарат,

в котором щелочной раствор концентрируется в трубках рибойлера с высокой скоро-

стью, 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 двухступечатой

выпарки для получения 50%-ного раствора щелочи и заключительной одноступенчатой

для получения расплава щелочи типичен, это наилучший компромисс между экономией

пара, капиталовложениями и проблемами, возникающими из-за большого роста темпе-

ратуры кипения концентрированного каустика.

Для извлечения тепла от конденсата и концентрированного раствора каустика и

охлаждения продукта до безопасной температуры предусмотрены подогреватели пита-

ющего раствора. Питающий установку концентрирования раствор щелочи может посту-

пать как католит из электролизера или как каустик из емкостей хранения. Для снижения

температуры кипения раствора щелочи процесс концентрирования проводится под ва-

куумом, создаваемым вакуум-насосом, входящим в состав оборудования установки кон-

центрирования. Технологический конденсат установки концентрирования (вода, выпари-

ваемая при концентрировании раствора щелочи) утилизируется внутри производства.

Этот конденсат собирается и перекачивается в секцию обработки рассола, где исполь-

зуется 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

концетратора. В верхней части концентратора второй ступени пары отделяются от рас-

твора щелочи; раствор при этом концентрируется. Щелочной раствор откачивается из

концентратора насосом и подается в подогреватель для рекуперации тепла концентри-

рованного щелочного раствора, после чего поступает в верхнюю трубную решетку ре-

бойлера концентратора первой ступени выпарки. Испарение избыточной воды происхо-

дит под воздействием теплоты пара и раствор щелочи достигает требуемой концентра-

ции 50% мас. Горячий щелочной раствор перекачивается насосами через подогрева-

тель, 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 тре-

буемую температуру 45-50 °C. Часть 50%-ного раствора NaOH посылается насосом

непосредственно из концентратора первой ступени на стадию заключительной концен-

трации. 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 расплавлен-

ным солевым теплоносителем, поступающим из подогревателя теплоносителя. В кон-

центраторе перегретый концентрированный щелочной мгновенно вскипает, выделяя из-

быточный 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, охлаждае-

мого изнутри водой, и стекает в поддон, расположенный под барабаном. Избыток рас-

плава стекает по переливу в дренажную емкость, где разбавляется водой и насосом воз-

вращается 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 рас-

плав, захватываемый барабаном из поддона, застывает и снимается с барабана скреб-

ками, установленными на раме устройства, в виде чешуек, которые сбрасываются в бун-

кер под агрегатом.

Узел расфасовки чешуированнного каустика

Из бункера чешуированный твердый каустик ковейером подается на узел упа-

ковки, где он автоматически расфасовывается в полиэтиленовые мешки весом 25 кг.

Мешки формируются непосредственно при расфасовке из рулонированной полиэтиле-

новой пленки. Затем мешки с чешуированным каустиком подаются роликовым конвейе-

ром на узел ручного пакетирования для формирования транспортных пакетов.

Контур пара и чистого конденсата

Для получения 50%-ного раствора каустика на установке концентрирования ис-

пользуется пар среднего давления, поступающий из паровых сетей предприятия. Пар

подается в межтрубное пространство рибойлера концентратора первой, где он конден-

сируется с отдачей теплоты щелочному раствору, текущему в трубах. Конденсат этого

пара проходит подогреватель и возвращается с установки в конденсатные сети пред-

приятия для последующей утилизации.

Контур технологического пара и технологического конденсата

Пары, образующиеся в заключительном концентраторе, охлаждаются технологи-

ческим 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 кон-

центратора второй ступени. Там они конденсируются, и конденсат поступает в конден-

сатор. Пары поступают в поверхностный конденсатор, где вода в виде конденсата отде-

ляется от неконденсирующихся газов (воздух из раствора, воздух, подсасываемый ваку-

умом, и т. д.) Конденсат собирается и затем перекачивается насосом на стадию насы-

щения рассола.

Вакуумная система

Концентратор второй ступени выпарки работает под вакуумом для уменьшения

температуры кипения раствора каустика. Неконденсирующиеся газы (воздух) отделя-

ются от водяного пара в конденсаторе. Эти газы отсасываются из конденсатора жид-

костно-кольцевым вакуум-насосом и выбрасываются в атмосферу.

Узел солевого теплоносителя

Для получения расплава едкого натра на установке концентрирования использу-

ется расплав солевого высокотемпературного теплоносителя (нитрит-нитратная смесь),

поступающий из узла солевого теплоносителя, входящего в состав оборудования уста-

новки концентрирования. Оборудование узла солевого теплоносителя включает в себя

емкость солевого расплава, насос циркуляции солевого высокотемпературного тепло-

носителя и подогреватель циркулирующего солевого теплоносителя. Емкость солевого

расплава и трубопроводы расплава оборудованы системой обогрева для плавления со-

левого теплоносителя при пуске оборудования в работу и предотвращения его застыва-

ния. Подогреватель солевого теплоносителя состоит из трех секций. Горелка установ-

лена в верхней части радиантной секции, из которой топочные газы поступают в конвек-

ционную секцию и далее в следующую секцию, где они подогревают воздух, подаваемый

в горелку. Мазут, используемый в подогревателе солевого теплоносителя в качества

топлива, поступает в производство в ж/д-цистернах, выгружается в предусматриваемые

емкости хранения топлива, откуда насосом подается в горелку подогревателя солевого

теплоносителя. Подача и сжигание топлива контролируются с местного щита подогре-

вателя солевого теплоносителя.

Установка кристаллизации едкого натра

Расплав NaOH самотеком подается в установку кристаллизации, где продукт за-

твердевает на наружной поверхности барабана, который внутри охлаждается водой. Это

оборудование состоит из каркаса из углеродистой стали и вращающегося никелевого

барабана, который закрыт в верхней секции крышкой с смотровым окном. Барабан уста-

новки - никелевый цилиндр с винтовой канавкой с шагом 20 мм. Винтовая канавка осу-

ществляет разделение пленки. Охлаждающая вода через трубу с распылителями оро-

шает внутреннюю поверхность барабана на протяжении всей его длины. Барабан, рас-

положенный на двух опорах, приводится во вращательное движение зубчатой переда-

чей от электродвигателя с регулятором скорости, расположенного с краю установки вы-

деления. Передаточное число регулятора скорости может регулироваться соответству-

ющим маховиком. Поддон, содержащий жидкий продукт поле выделения, располагается

в нижней части под барабаном. Поддон оснащен переливом избытка NaOH в приямок с

разбавлением водой. Разбавленный NaOH возвращается в систему подачи. При враще-

нии барабана жидкость собирается в поддон, а продукт при охлаждении принимает

форму чешек. Чешуйки счищаются с барабана скребками, закрепленными на каркасе.

Система регулирует зазор между барабаном и скребками. Скребки распределены по

всей длине барабана. Под скребками находится бункер из нержавеющей стали, оттуда

продукт транспортируется конвейером на упаковочную установку.

Упаковочная установка

Продукт взвешивается автоматически и отправляется на установку фасовки в

мешки. Мешки формируются автоматически из полиэтиленового рулона, расположен-

ного сзади упаковочной машины, наполняются автоматически и выгружаются на машину

спайки швов и затем доставляются роликовым конвейером в отделение ручной палети-

зации.

Нагреватель расплавленной соли.

Установка состоит из следующих элементов:

1. Резервуар расплавленной нитрит-нитратной смеси, который необходим для

сбора нитрит-нитратной смеси. Расплавленная нитрит-нитратная смесь циркулирует че-

рез радиационную зону подогревателя, поглощая тепло, которое будет передаваться на

секцию концентрирования. Расплавленная смесь затем возвращается в резервуар хра-

нения, чтобы потом повторно идти на нагреватель. В случае отключения нагревателя

или производства все расплавленная смесь автоматически спускается в резервуар хра-

нения через байпасный клапан. При запуске система трубопроводов расплава смеси и

резервуар хранения будут подогреваться системой нагревания, чтобы обеспечить рас-

плавление смеси перед циркуляцией и избежать затвердевания.

2. Нагреватель расплавленной нитрит-нитратной смеси. Нагреватель - компакт-

ная система из жаропрочных и тугоплавких металлов. Установка состоит из трех основ-

ных секций. Горелка подсоединена к верху радиационной зоны, и предварительно подо-

гретый воздух для горения подается тангенциально к ней. В радиационной зоне трубы

расплавленных солей не соприкасаются непосредственно пламенем, но они нагрева-

ются радиационной теплоотдачей. Горячие дымовые газы затем вводят в следующую

секцию, где конвективной теплопередачей они отдают большую часть своего тепла рас-

плавленным солям. В следующей секции дымовые газы направляются противотоком по-

ступающему воздуху для горения, который подогревается до подачи на горелку. Как

следствие, температура дымовых газов, выпускаемых в атмосферу, довольно низкая,

что говорит об очень высоком КПД установки.

Дехлорирование обратного рассола (анолита) и разложение хлората

Анолит (обедненный рассол), поступающий из ячеек электролизера в емкость ано-

лита, содержит растворенный хлор. Этот остаточный хлор, растворенный в анолите,

удаляют, как правило, на установке (стадии) дехлорирования. Дехлорирование анолита

осуществляют в две технологических стадии. Первая стадия - десорбция хлора под ва-

куумом. На второй стадии оставшийся в анолите хлор связывают химически. Перед по-

ступлением в емкость анолита анолит подкисляют в емкости смешения рассола, смеши-

вая с подкисленным рассолом из реактора хлората. Из емкости анолита анолит подают

насосом в колонну дехлорирования рассола, где основное количество хлора десорбиру-

ется под вакуумом, создаваемым вакуумной установкой. Воду из десорбированного

хлора удаляют в холодильнике влажного хлора. Перед последующим химическим де-

хлорированием рассол (анолит) подщелачивают.

Химизм реакции дехлорирования анолита описывается следующей реакцией:

Na2SO3 + H2O + Cl2 → Na2SO4 + 2HCl.

Раствор сульфита натрия, приготавливаемый в емкости сульфита натрия, подают

насосом сульфита натрия во всасывающую линию насоса дехлориванного рассола.

В результате побочных электрохимических реакций в ячейках электролизера образу-

ются хлораты. В связи с этим для предотвращения накопления NaClO3 в циркулирую-

щем рассоле необходим узел разложения хлоратов. Разложение хлоратов осуществля-

ется с помощью соляной кислоты с образованием свободного хлора.

Химизм реакции разложения хлоратов описывается следующей реакцией:

NaClO3 + 6HCl → 3Cl2 + NaCl + 3H2O.

Для разложения хлоратов анолит подается в реактор смешения анолита и соля-

ной кислоты. Из этого реактора (емкости) анолит перетекает в реактор разложения хло-

ратов. Хлорат разлагают соляной кислотой при повышенной температуре, обеспечива-

емой подачей в реактор пара. Кислый обедненный рассол после разложения хлоратов

используют для подкисления анолита. Дехлорированный обедненный рассол (анолит)

подается в секцию насыщения рассола, а выделившийся хлор поступает в коллектор

хлора.

Охлаждение и осушка электролитического хлора

Горячий, влажный электролитический хлор, выходящий из ячеек электролизера

с температурой 86-88 °C, предварительно охлаждают и фильтруют. Хлор охлаждают в

первом холодильнике хлора оборотной водой до 40 °C и затем во втором холодильнике

хлора захоложенной водой до 12-15 °C. Конденсат, образующийся в теплообменниках,

направляется в систему анолита. Давление хлора в ячейках электролизера контролиру-

ется автоматически. Если давление в ячейках чрезмерно возрастает, хлор сбрасывается

на установку дехлорирования газовых выбросов (аварийного поглощения хлора). Затем

охлажденный хлор проходит через фильтр влажного хлора, отделяющий водяные капли

и аэрозоль NaCl. После фильтра влажный хлор поступает в колонну осушки хлора, в

которой при помощи концентрированной серной кислоты хлор сушат до остаточного со-

держания влаги в несколько десятков ppm. Колонна осушки обычно состоит из насадоч-

ной секции, туннельных тарелок и каплеотбойника в верхней части колонны. Кислота

циркулирует через насадочную секцию с помощью насоса циркуляции разбавленной

H2SO4. Выделяющуюся в процессе сушки теплоту разбавления отводят в холодильнике

разбавленной H2SO4, поддерживающем температуру около 15 °C. Избыток кислоты, об-

разующийся за счет абсорбции воды и добавления свежей кислоты, переливается из

нижней части колонны осушки в емкость разбавленной H2SO4. Разбавленная кислота

затем подается в колонну дехлоривания H2SO4, где растворенный хлор отдувается воз-

духом. Воздух, содержащий хлор, поступает в систему очистки газовых выбросов. Де-

хлорированная разбавленная кислота периодически откачивается в складскую емкость

разбавленной H2SO4, откуда она дозировочным насосом подается на установку концен-

трирования (регенерации) H2SO4. Серная кислота после установки концентрирования

(регенерации), содержащая 95-98% мас. H2SO4, возвращается в емкость хранения кон-

центрированной H2SO4, а затем подается в компрессор хлора и насосом подачи свежей

серной кислоты подается в холодильник концентрированной серной кислоты. Преду-

сматривается возможность подачи отработанной серной кислоты на заполнение в ж/д-

цистерны с помощью устройства налива серной кислоты для отгрузки потребителю или

в контейнеры и автоцистерны для направления на обезвреживание или размещение.

Компримирование хлора

Сухой хлор поступает на всас жидкостно-кольцевого компрессора, в котором в ка-

честве рабочей жидкости используется серная кислота. Сжатый хлор фильтруется в кап-

леуловителе для отделения аэрозоля серной кислоты. Кислота - рабочая жидкость

кольца компрессора циркулирует по замкнутому контуру: она проходит через компрес-

сор и выходит оттуда вместе со сжатым газом, после чего отделяется от газа в сепара-

торе. Затем она поступает в холодильник, где охлаждается до требуемой температуры

и возвращается в компрессор. Время от времени, когда концентрация серной кислоты,

циркулирующей в контуре компрессоре хлора, становится слишком низкой или когда

уровень кислоты в каплеуловителе слишком высокий, кислота сливается в секцию

осушки хлора. Хотя содержание водорода в хлоре, выходящем из электролизера очень

низкое, предусматривается постоянный контроль и регистрация содержания водорода в

хлоре с помощью газоанализатора, установленного на магистральном трубопроводе

хлора после компрессора. Сжатый хлор подается на сжижение и установку получения

соляной кислоты.

Сжижение хлора

После компримирования осушенный газообразный хлор поступает на установку

сжижения хлора. Компримированный газообразный хлор поступает в трубное простран-

ство конденсатора хлора, где охлаждается и ожижается за счет испарения хладагента -

фреона в межтрубном пространстве конденсатора либо за счет контакта в теплообмен-

нике с холодом с температурой (минус 29 ± 2) ºС. Хладагент поступает в конденсатор

хлора из холодильного агрегата, входящего в состав оборудования установки сжижения

хлора. Установка сжижения хлора состоит из:

- одного фреонового компрессора;

- одного конденсатора фреона: кожухотрубчатого теплообменника с циркулирую-

щей в трубах охлаждающей водой; конденсатор оборудован ресивером фреона;

- одного фреонового экономайзера - кожухотрубчатого теплообменника;

- одного ожижителя (конденсатора) хлора - горизонтального кожухотрубчатого

теплообменника, в котором хлор конденсируется за счет испарения фреона.

Принцип действия холодильного компрессора состоит в сжатии всасываемого

пара хладагента, соответственно, с увеличением давления пара хладагента повыша-

ется температура его конденсации - до температуры выше температуры окружающей

среды. Это позволяет конденсировать пары хладагента в конденсаторе с помощью охла-

ждающей оборотной водой. Жидкий хладагент поступает в испаритель, где хладагент

испаряется при пониженном давлении, отводя тепло от конденсирующегося (сжижаю-

щегося) хлора. Компрессор поддерживает низкое давление в испарителе хладагента,

отсасывая пары хладагента, образующиеся в испарителе. Пары фреона перед компрес-

сором подогреваются в экономайзере фреона, охлаждая жидкий фреон перед конден-

сатором хлора. Конденсатор фреона - кожухотрубчатый теплообменник, в межтрубном

пространстве которого сжижается сжатый газообразный фреон с помощью охлаждаю-

щей воды, подаваемой в трубное пространство. Сконденсированный фреон постоянно

стекает в ресивер жидкого фреона, откуда он поступает в конденсатор хлора. Из конден-

сатора хлора жидкий хлор с давлением примерно 3,2 бар и температурой -10 °C посту-

пает в резервуары (танки) жидкого хлора.

Абгазы конденсации хлора, включающие несконденсировавшуюся часть хлора и

неконденсирующиеся газы - преимущественно кислород, водород и CO2, после конден-

сатора хлора направляются в систему абсорбции хлора или на установку синтеза соля-

ной кислоты. Низкое содержание водорода в хлоре, получаемом в мембранном электро-

лизере, и предусматриваемые характеристики и режим работы установки сжижения

хлора обеспечивают содержание водорода в абгазах сжижения хлора на уровне суще-

ственно ниже, чем НКПВ водорода в смеси с хлором (4% (об.)).

Охлаждение, осушка и компримирование водорода

Электролитический водород, выходящий из ячеек электролизера, последова-

тельно охлаждается оборотной охлаждающей водой в холодильнике водорода и далее

захоложенной водой в холодильнике водорода. Затем водород поступает в фильтр -

влагоуловитель влажного водорода для отделения тумана и аэрозоля щелочи, после

чего водород направляется на производство синтетической соляной кислоты, на произ-

водство пара (в парогенератор) или на производство винилхлорида-мономера. В случае

отсутствия потребления водорода избыток водорода автоматически сбрасывается в ат-

мосферу через свечу водорода, снабженную огнепреградителем. В случае повышения

давления в электролизере водород также сбрасывается через свечу водорода.

Система получения деминерализованной воды и очистки воды

Сырую воду, которую фильтруют для удаления взвешенных частиц, подают в ка-

тионитные и анионитные колонны, затем вода проходит доочистку в ионообменных ко-

лоннах со смешанным слоем. Эта установка работает автоматически под управлением

программируемого логического контроллера. Катионитные колонны регенерируются

разбавленной соляной кислотой, анионитные колонны регенерируются разбавленным

раствором NaOH. Получаемую на установке деминерализованную воду собирают в ем-

кости хранения деминерализованной воды и затем подают с помощью насоса демине-

рализованной воды в распределительное кольцо, где давление поддерживается посто-

янным при различном потреблении воды, необходимом производству в различное

время. Стоки от регенерации ионообменных смол установки собираются в емкости сто-

ков промывки и возвращаются в систему рассола с помощью насоса подачи стоков про-

мывки. Стоки от регенерации ионообменных смол и концентрирования раствора едкого

натра утилизируются внутри производства - подаются в рассольный цикл для получе-

ния насыщенного рассола. Все прочие стоки производства, преимущественно из си-

стемы оборотной воды (продувка системы), собираются в приямок сточной воды преду-

сматриваемой системы очистки сточных вод производства. В приямке сточную воду

нейтрализуют едким натром и соляной кислотой, а добавление сульфита натрия обес-

печивает минимальное содержание в стоках свободного хлора. Очищенная вода пере-

ливается в приямок очищенной воды, откуда ее перекачивают с помощью насоса очи-

щенной воды в существующую систему канализации предприятия.

Ниже в таблице 2.9 приведено описание технологического процесса производства

водорода, хлора и гидроксида натрия мембранным методом электролиза с указанием

видов эмиссий на каждом этапе (подпроцессе) и каждой стадии технологического про-

цесса.

Представленное в таблице 2.9 описание типичного технологического процесса

производства водорода, хлора и гидроксида натрия мембранным методом электролиза

не следует рассматривать в качестве единственного описания процесса.

Т а б л и ц а 2.9 - Описание технологического процесса производства водорода, хлора и гидроксида натрия мембранным

методом электролиза

Входной

Стадия технологического про-

Выходной поток

Основное

Природо-

цесса

охранное

поток

технологическое оборудова-

Основные, побоч-

Эмиссии

оборудо-

ние

ные и промежу-

вание

точные продукты

3.1

3.2

1. Соль каменная

Растворение соли и приготов-

Сырой рассол

Сатураторы (солераствори-

Шлам растворения соли

2. Вода деминерали-

ление сырого рассола

(раствор хло-

тели); реакторы смешения;

(отход)

зованная

рида натрия)

реакторы выдержки

3. Электроэнергия

1. Обедненный (об-

Подземное растворение соли,

Сырой рассол с

Насосы высокого давления

ратный) рассол с

перекачивание рассола в отде-

концентрацией

Приемные емкости сырого

концентрацией NaCl

ление очистки рассола

NaCl 300 г/дм³

рассола

200 г/дм³

2. Электроэнергия

1. Сырой рассол

Содово-каустическая очистка

1. Подогретый

Сборники (емкости) приема и

Шламовая суспензия

NaCl

рассола от кальция, магния и

осветленный

(шлам) содово-каусти-

хранения раствора NaCl. От-

2. Карбонат натрия

железа, осветление раствора

рассол с концен-

стойники Дорра. Осветли-

ческой очистки рассола на

или СО2

хлорида натрия (рассола)

трацией

тели кипящего слоя. Декан-

размещение (захороне-

3. Едкий натр

290 г/дм³

таторы

ние)

4. Полиакриламид

2. Шламовая

5. Обратный рассол

суспензия со-

дово-каустиче-

ской очистки

рассола

1. Шламовая суспен-

Фильтрация шламовой суспен-

1. Очищенный

Фильтр-пресс

Кек шлама содово-каусти-

зия содово-каустиче-

зии содово-каустической

отфильтрован-

ческой очистки рассола на

ской очистки рас-

очистки

ный рассол

размещение (захороне-

сола

2. Кек шлама со-

ние)

2. Электроэнергия

дово-каустиче-

ской очистки

Продолжение таблицы 2.9

Входной

Стадия технологического про-

Выходной поток

Основное

Природо-

цесса

охранное

поток

технологическое оборудова-

Основные, побоч-

Эмиссии

ние

оборудо-

ные и промежу-

вание

точные продукты

Осветленный рассол

Фильтрация рассола на филь-

Осветленный

Фильтры с намывным слоем

Отработанный, загрязнен-

трах с намывным слоем

рассол, отфиль-

из α-целлюлозы

ный намывной слой филь-

трованный от

тра (отход)

взвешенных ча-

стиц

1. Осветленный рас-

Фильтрация рассола на песча-

Осветленный

Песчаные фильтры

Отработанный, загрязнен-

сол

ных и/или антрацитовых филь-

рассол, отфиль-

ный песок; отработанный

Антрацитовые фильтры

2. Электроэнергия

трах

трованный от

антрацит

взвешенных ча-

стиц

Обратный рассол

Удаление сульфатов из обрат-

Рассол, очищен-

Установка удаления сульфа-

(анолит)

ного рассола

ный от сульфа-

тов

1. Рассол с актив-

Удаление хлоратов из обрат-

Рассол (анолит),

Установка удаления хлора-

Незначительные выбросы

ным хлором (анолит)

ного рассола (анолита)

очищенный от

тов; реактор подкисления

хлорида водорода

2. Соляная кислота

хлоратов

анолита

Обратный рассол

Удаление остаточного хлора

Обедненный

Незначительные выбросы

1. Колонна вакуумного де-

(анолит), содержа-

из обратного рассола (ано-

рассол (анолит)

хлорирования

хлора

щий хлор

лита)

обесхлорен-ный

2. Вакуумные насосы

Обедненный рассол

Удаление остаточного хлора

Рассол (анолит)

1. Фильтр с активированным

Отработанный угольный

(анолит), содержа-

из обратного рассола (ано-

обесхлоренный

углем

фильтр с активированным

щий хлор

лита)

2. Сборник рассола

углем

1. Осветленный, от-

Заключительная очистка рас-

Отфильтрован-

Отработанная ионообмен-

1. Ионообменные колонны

фильтрованный рас-

сола от примесей кальция и

ный очищенный

(установки очистки)

ная смола

сол

магния на установке ионооб-

рассол для элек-

2. Сборники (емкости) при-

2. Ионообменная

менной очистки

тролиза

ема и хранения рассола для

смола

электролиза

Продолжение таблицы 2.9

Входной

Стадия технологического про-

Выходной поток

Основное

Природо-

цесса

охранное

поток

технологическое оборудова-

Основные, побоч-

Эмиссии

оборудо-

ние

ные и промежу-

вание

точные продукты

1. Очищенный рас-

Электролиз в биполярных

1. Электролити-

Электромагнитное воз-

1. Напорный бак рассола

сол для электролиза

мембранных электролизерах

ческий хлор

действие (загрязнение).

2. Биполярные электроли-

2. Анолит

влажный

зеры с мембраной

3. Деминерализо-

2. Электролити-

3. Электролизеры

ванная вода

ческий водород

4. Соляная кислота

влажный

5. Электроэнергия

3. Католит -

6. Энергия (пар)

электро-щелока

31-33% NaOH

4. Анолит (с со-

держанием ак-

тивного хлора)

1. Электролитиче-

Охлаждение и компримирова-

1. Электролити-

Водный конденсат в об-

1. Теплообменники кожу-хо-

ский водород влаж-

ние водорода

ческий водород

щезаводскую систему

трубные дляводорода

ный

сухой охлажден-

оборотного водоснабже-

(F = 754 м²; F = 249 м²)

2. Электроэнергия

ный

ния

2. Компрессоры

3. Вода оборотная

2. Водный кон-

3. Промывочная башня

денсат

4. Установка комприми-рова-

ния водорода

Продолжение таблицы 2.9

Входной

Стадия технологического про-

Выходной поток

Основное

Природо-

цесса

охранное

поток

технологическое оборудова-

Основные, побоч-

Эмиссии

оборудо-

ние

ные и промежу-

вание

точные продукты

1. Электролитиче-

Охлаждение и осушка хлора

1. Электролити-

1. Отработанная серная

1. Теплообменники к/т

ский хлор влажный

ческий хлор су-

кислота на продажу, на

2. Фильтр влажного хлора

2. Концентрирован-

хой

регенерацию или на

3. Башни (колонны) осушки

ная серная кислота

2. Отработанная

обезвреживание, или на

хлора с насадкой из колец

(92-98 %) или олеум

серная кислота

захоронение.

Рашига

24 %

3. Хлорная вода

2. Хлорная вода (вода с

4. Башни (колонны) сушки

3. Электроэнергия

или гипохлорит

растворенным хлором)

хлора с регулярной насадкой

4. Вода на абсорб-

натрия

на дехлориро-вание или

5. Башня отбойная с насад-

цию или раствор

раствор гипохлорита

кой из колец Рашига

гидроксида натрия

натрия на утилизацию в

6. Фильтр сухого хлора

(щелочи)

контуре рассола

7. Турбокомпрессор

5. Оборотная вода

3. Отработанные филь-

6. Захоложенная

тры сухого хлора

вода

1. Католит -

Выпаривание католита (элек-

1. Концентриро-

1. Выпарные аппараты I, II и

электро-щелока (31-

трощелоков) - концентриро-

ванный раствор

III корпусов на трех выпар-

33%)

вание раствора едкого натра с

едкого натра

ных системах или двухкор-

2. Выпаренная вода

получением товарного про-

технического

пусная выпарная установка;

(конденсат) или

дукта по ГОСТ Р 55064

2. Конденсат от

испарители с падающей

обессоленная вода

греющего пара

пленкой

3. Тепловая энергия

3. Выпаренная

2. Градирня с принудитель-

(4,2 кВт·ч/т 50%-ного

вода

ной тягой

едкого натра в пере-

3. Бак-отстойник или емкости

счете на 100%

хранения каустика

NaOH)

4. Теплообменники

4. Электроэнергия

5. Вакуумный конденсатор

Окончание таблицы 2.9

Входной

Стадия технологического про-

Выходной поток

Основное

Природо-

цесса

охранное

поток

технологическое оборудова-

Основные, побоч-

Эмиссии

оборудо-

ние

ные и промежу-

вание

точные продукты

1. Едкий натр техни-

Хранение и отгрузка раствора

Каустическая

Незначительные вы-

1. Станция отгрузки каусти-

ческий (жидкий)

натра едкого технического

сода жидкая

бросы аэрозоля NaOHв

ческой соды 50%

2. Электроэнергия

(раствор натра

атмосферу

2. Емкости хранения щелочи

едкого техниче-

3. Насосы для щелочи

ского)

1. Электролитиче-

Компримирование и сжижение

1. Жидкий хлор

Выбросы хлора в атмо-

1. Установка компримирова-

ский хлор сухой

хлора

2. Абгазы сжи-

сферу

ния хлора

2. Электроэнергия

жения

2. Турбокомпрессор

3. Холод -20 °C

3. Абгазы вакуу-

мирования

4. Хлорная вода

или гипохлорит

натрия

1. Хлорная вода

Дехлорирование хлорной воды

Обесхлоренная

Обесхлоренная вода

1. Дехлоратор I ступени

2. Соляная кислота

вода

(хлор растворенный, хло-

2. Дехлоратор II ступени

3. Пар

рид-анион) в канализа-

3. Смеситель

4. Электроэнергия

цию или на БОС

Основное технологическое оборудование, используемое в производстве водо-

рода, хлора и гидроксида натрия мембранным методом электролиза, приведено в таб-

лице 2.10.

Т а б л и ц а 2.10 - Основное технологическое оборудование производства водорода,

хлора и гидроксида натрия мембранным методом электролиза

Существенные характеристики техноло-

Наименование

Назначение оборудования

гического оборудования

оборудования

Сатураторы (солераствори-

Растворение соли

тели)

Емкости хранения рассола

Хранение рассола

Реакторы смешения

Очистка рассола содово-кау-

стическим методом

Реакторы выдержки

Очистка рассола (протекание

реакции)

Осветлители, декантаторы

Осветление рассола (отделе-

Осветлители кипящего слоя

ние примесей)

Отстойники Дорра с мешал-

Очистка рассола методом

Аппарат цилиндрический вертикальный

кой

разделения фаз (осажде-

с коническим днищем; D = 15 000 мм;

ния) в радиальных отстойни-

вместимость 1200 м³

ках

Теплообменники рассола

Подогрев осветленного рас-

Площадь теплопередачи 120 м²

сола

Фильтры механические

Для фильтрации осветлен-

Аппарат цилиндрический вертикальный

ного рассола

со сферическим днищем и крышкой, за-

полнен мраморной крошкой; поверх-

ность фильтрации 7,1 м²; D = 3000 мм;

Н = 3667 мм

Фильтры механические

Для фильтрации осветлен-

Аппарат цилиндрический вертикальный

ного рассола

с эллиптической крышкой и коническим

днищем, с установленными фильтрую-

щими элементами; поверхность филь-

трации 9 м²; D = 2400 мм; Н = 3740 мм

Фильтр-пресс

Фильтрация шламовой сус-

Площадь поверхности фильтрации 7,1

пензии из отстойников Дорра,

м²или 40 м².

осветлителей

Фильтры с намывным слоем

Фильтрация рассола от при-

Фильтры с намывным слоем из

месей

α-целлюлозы

Песчаные фильтры

Фильтрация рассола

Антрацитовые фильтры

Фильтрация рассола

Ионообменные колонны

Очистка рассола от примесей

Аппарат цилиндрический (колонна) за-

кальция и магния методом

полнен слоем ионообменной смолы

ионного обмена

Ионообменные фильтры

Очистка рассола методом

Аппарат цилиндрический с эллиптиче-

ионного обмена и фильтра-

ской крышкой и днищем, заполнен

ции

слоем ионообменной смолы;

V = 7,06 м³; D = 2500 мм; Н = 3500 мм

Установка (реактор) удаления

Удаление хлоратов из рас-

Реактор подкисления анолита соляной

хлоратов

сола (анолита)

кислотой

Установка удаления сульфа-

Удаление сульфатов из рас-

тов

сола (анолита)

Продолжение таблицы 2.10

Существенные характеристики техноло-

Наименование

Назначение оборудования

гического оборудования

оборудования

Колонна (башня) вакуумного

Удаление хлора из рассола

Вертикальный цилиндрический аппарат

дехлорирования анолита

(анолита) - обесхлоривание

с плоскими крышкой и днищем, со слоем

анолита

насадки. D = 2200 мм; Н = 6400 мм

Конденсатор парогазовой

Для охлаждения парогазовой

Теплообменник пластинчатый; площадь

смеси

смеси при обесхлоривании

теплообмена 62,9 м²

анолита

Водокольцевые вакуумные

Для создания разряжения в

Производительность 110 нм³/ч

насосы

башне дехлорирования

Фильтр с активированным уг-

Удаление хлора из рассола

лем

(анолита)

Реакторы растворения и оса-

Преобразование и осаждение

ждения шлама

шлама

Емкость католита

Сбор католита

Емкость анолита

Сбор анолита

Емкость приготовления 20%-

Приготовление 20%-ного рас-

ного каустика

твора каустика

Емкости каустика

Для приема и хранения натра

Цилиндрический бак сварной, с кониче-

Бак приема и хранения натра

едкого технического

ской крышкой и плоским днищем;

едкого

D = 12 500 мм; V = 3500 м³

Электролизеры биполярные

Электролиз раствора хлорида

1. Электролизеры; напряжение на элек-

натрия с получением водо-

тролизере 600-700 В; напряжение на

рода, хлора и едкого натра

единичной ячейке 3-3,5 В; количество

технического

ячеек - 198 (200).

2. Электролизеры, мембранный бипо-

лярный с двумя прижимными прессами;

количество ячеек - 130-140. Площадь

мембраны 2,7 м². Плотность тока макс.

6 кА.

3. Электролизеры. Напряжение на еди-

ничной ячейке до 3,6 В; количество

ячеек - 150. Расчетный ток 16,2 кА;

максимальное напряжение на электро-

лизере 540 В

Установка концентрирования

Концентрирование каустиче-

1. Двухкорпусная выпарная установка

(выпаривания) католита

ской соды с 31-33% до массо-

(две стадии)

вой доли гидроксида натрия

2. Трехступенчатая выпарная установка

46-50%

в противотоке, включая три испарителя

с падающей пленкой и теплообменники

Выпарной аппарат

Выпаривание раствора гид-

Площадь теплообмена - 250 м²;

роксида натрия

D = 2200 мм; Н = 14695 мм

Вакуумные конденсаторы

Конденсация сокового пара и

Вместимость трубного пространства -

создание вакуума в системе

2,2 м³; межтрубного - 3 м³

выпарки щелочи

Градирня с принудительной

Оборотное водоснабжение

Вентиляторная градирня

тягой

отделения выпарки

Газопромывочная

Для охлаждения электролити-

Аппарат вертикальный с плоским дни-

башня 1

ческого хлора (хлоргаза)

щем и сферической крышкой со слоем

насадки из поливинилхлорида (ПВХ) и с

каплеотбойником; D = 2200 мм;

Н = 13800 мм

Теплообменники (холодиль-

Охлаждение электролитиче-

Теплообменник кожухотрубный; пло-

ники) хлора

ского хлора

щадь теплопередачи 120 м²

Окончание таблицы 2.10

Существенные характеристики техноло-

Наименование

Назначение оборудования

гического оборудования

оборудования

Фильтр влажного хлора

Фильтрация влажного хлора

Фильтр влажного хлора

от влаги

Колонны или башня осушки

Осушка электролитического

Аппарат вертикальный с плоским дни-

хлора

щем и сферической крышкой с насадкой

из колец Рашига

Газопромывочная

Осушка электролитического

Аппарат вертикальный с плоским дни-

башня 2 или башня осушки

хлора

щем и сферической крышкой со слоем

хлора

насыпной насадки из ПВХ и с каплеот-

бойником; D = 1800 мм; Н = 17600 мм

Установка комприми-рования

Компримирование осушен-

Центробежный компрессор шестеренча-

хлора.

ного хлора

того типа; производительность 2100

Турбокомпрессоры

нм³/ч

Емкости раствора каустика и

Сбор раствора каустика и ги-

гипохлорита

похлорита натрия

Промышленный охладитель

Для охлаждения хлорной

Чиллеры-охладители; производитель-

воды

воды в системе циркуляции

ность 42000 ккал/ч каждый

первой газопромывочной

башни

Промывочная башня для во-

Для охлаждения электролити-

Вертикальный аппарат с эллиптическим

дорода

ческого водорода

днищем и крышкой с двумя слоями

насадки и каплеотбойником;

D = 2000 мм; Н = 13900 мм

Теплообменник (холодиль-

Охлаждение водорода

Темплообменник с оборотной водой с

ник) водорода

насадкой и каплеотбойником

Установка комприми-рования

Компримирование водорода

водорода

Водокольцевой компрессор

Компримирование водорода

Компрессор; Р = 0,175 МПа,

Q = 1980 м³/ч

Центробежные насосы

Для залива натра едкого тех-

Насосы, объемная подача насоса

нического в ж/д- и автомо-

90 м³/ч; давление, развиваемое насо-

бильные цистерны

сом, - 0,36 МПа

В таблице 2.11 представлено в качестве примера природоохранное оборудова-

ние, предназначенное для очистки промышленных выбросов производства водорода,

хлора и гидроксида натрия мембранным методом электролиза от загрязняющих ве-

ществ. Представленный в таблице 2.11 перечень природоохранного оборудования не

может рассматриваться как исчерпывающий, поскольку возможно применение иного

природоохранного оборудования, позволяющего достичь установленных технологиче-

ских показателей НДТ (см. приложение А).

Т а б л и ц а 2.11 - Природоохранное оборудование производства водорода, хлора и

гидроксида натрия мембранным методом электролиза

Наименование оборудова-

Существенные характеристики при-

Назначение оборудования

ния

родоохранного оборудования

Санитарная колонна (ко-

Очистка выбросов (газо-

Вертикальный аппарат с крышкой;

лонна абсорбции хлора)

воздушной смеси -

разрежение от минус 0,6 до минус

ГВС) от хлора

1,2 кПа, вместимость 82 м³; расход

ГВС - 0,0199 м³/с; температура ГВС

30 °C; эффективность очистки - до

100%; высота трубы - 22 м

Санитарная колонна

Очистка газовых выбросов

Вертикальный цилиндрический ап-

на участке склада и стан-

парат; расход ГВС - 0,074 м³/с; тем-

ции испарения жидкого

пература ГВС 22,0 °C; эффектив-

хлора

ность очистки - до 100%; высота

трубы - 17 м

Установка регенерации

Регенерация отработанной

(концентрирования) серной

серной кислоты

кислоты

2.2.2.4 Основные факторы, характеризующие охрану окружающей среды и

устойчивое развитие производства водорода, хлора и гидроксида натрия

мембранным методом электролиза

Основными факторами, характеризующими охрану окружающей среды при произ-

водстве водорода, хлора и гидроксида натрия мембранным методом электролиза, явля-

ются:

- удельное потребление электроэнергии и тепловой энергии;

- удельное потребление хлорида натрия на производство продукции;

- удельное потребление и эмиссия серной кислоты при получении хлора;

- наличие и эффективность утилизации (использования) отходов производства,

содержащих серную кислоту и шламы очистки рассола, в том числе в других отраслях

экономики;

- наличие и эффективность очистки или повторного использования сточных вод

производства, содержащих сульфат и хлорид натрия;

- контроль загрязнения атмосферного воздуха (хлор, хлорид водорода, гидроксид

натрия).

Основными факторами, характеризующими устойчивое развитие производства

водорода, хлора и гидроксида натрия мембранным 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.

2.2.3 Описание технологических процессов, используемых в настоящее

время в производстве водорода, хлора и гидроксида натрия ртутным

методом электролиза

В настоящем разделе рассматриваются технологические процессы, основное и

природоохранное оборудование производства водорода, хлора и гидроксида натрия

ртутным методом электролиза.

2.2.3.1 Общие сведения о производстве водорода, хлора и гидроксида

натрия ртутным методом электролиза

В ряду электрохимических методов производства водорода, хора и гидроксида

натрия ртутный метод электролиза позволяет получать самый чистый хлор (см. таб-

лицу 6) и самый чистый каустик (если не считать незначительную примесь растворенной

ртути).

Установка для ртутного электролиза состоит из электролизера, разлагателя

амальгамы натрия и ртутного насоса, объединенных между собой соответствующими

коммуникациями. Катодом электролизера служит жидкая ртуть, прокачиваемая специ-

альным насосом. Аноды - малоизнашивающиеся. Вместе со ртутью через электроли-

зер непрерывно проходит поток питающего раствора хлорида натрия (рассола).

На аноде происходит окисление ионов хлора из электролита, и выделяется элек-

тролитический хлор. Электролитический хлор и анолит отводятся из электролизера.

Анолит, выходящий из электролизера, донасыщают свежей, очищенной солью, удаляют

из него примеси, внесенные с солью, а также вымываемые из анодов и конструкционных

материалов электролизеров, и возвращают на электролиз. Перед донасыщением из

анолита удаляют большую часть растворенного в нем хлора (обесхлоривание анолита).

Растущие требования к экологической безопасности производств и, в частности,

положения Минаматской конвенции по ртути ведут к постепенному и неизбежному вы-

теснению ртутного метода методами электролиза с твердым катодом, в частности энер-

гетически более эффективным и экологически более безопасным мембранным методом

электролиза.

Раствор гидроксида натрия высокого качества и высокой концентрации, получае-

мый данным методом электролиза, характеризуется высокой чистотой и используется в

различных отраслях промышленности, в том числе при производстве твердого (гранули-

рованного или чешуированного едкого натра), гипохлорита натрия технического, в цел-

люлозно-бумажной промышленности, в производстве моющих и чистящих средств, в

фармацевтической отрасли. Основные области применения гидроксида натрия приве-

дены в таблице 2.1.

Получаемый в данном технологическом процессе электролитический хлор после

охлаждения, осушки и компримирования, как правило, используется на том же предпри-

ятии 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), хлормета-

нов, а также для получения товарного жидкого хлора, реализуемого различным потре-

бителям. Основные области применения хлора были приведены в таблице 2.2.

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 ПВХ, а также для получения тепловой энергии (пара) методом

сжигания водорода в избытке воздуха. Основные области применения водорода приве-

дены в таблице 2.3.

2.2.3.2 Описание технологических процессов, используемых в

производстве водорода, хлора и гидроксида натрия ртутным методом

электролиза

Технология производства водорода, хлора и гидроксида натрия ртутным методом

электролиза заключается в последовательной и/или одновременной (параллельной) ре-

ализации следующих технологических стадий, состав которых определяется видом

(маркой) целевых продуктов: водорода, хлора и гидроксида натрия (каустика):

- прием, хранение и растворение исходной поваренной или выпаренной соли или

прием и подготовка сырого рассола;

- очистка сырого рассола от примесей содово-каустическим методом с последую-

щим отстаиванием (осветлением) и фильтрацией от примесей;

- электролиз очищенного рассола в электролизерах с ртутным катодом с после-

дующим разложением амальгамы натрия в разлагателях;

- обесхлоривание и донасыщение анолита;

- охлаждение, фильтрация и перекачка раствора едкого натра;

- охлаждение, осушка и компримирование электролитического хлора;

- охлаждение, очистка и перекачка водорода к месту переработки;

- конденсация, фасовка, хранение и отгрузка жидкого хлора;

- очистка абгазов от хлора;

- очистка и водоотведение ртутьсодержащих сточных вод;

- термическая переработка (обезвреживание) ртутьсодержащих отходов;

- фасовка, хранение (складирование) и отгрузка готового едкого натра.

Общая принципиальная схема технологического процесса получения водорода,

хлора и гидроксида натрия ртутным методом электролиза представлена на рисунке 2.4.

Рисунок 2.4 - Схема технологического процесса производства водорода, хлора и

гидроксида натрия ртутным методом электролиза с использованием твердой

соли

Представленную на рисунке 2.4 общую принципиальную схему технологического

процесса производства водорода, хлора и гидроксида натрия ртутным методом электро-

лиза никоим образом не следует рассматривать в качестве единственной схемы.

Ниже в качестве типичного примера приведено наиболее общее описание техно-

логического процесса производства водорода, хлора и гидроксида натрия ртутным ме-

тодом электролиза, которое никоим образом не может рассматриваться как единствен-

ное и исчерпывающее описание процесса.

2.2.3.3 Описание стадий технологического процесса ртутным методом

электролиза

Содово-каустическая очистка рассола

Рассол после предварительного подогрева подается в реактор, в который из де-

лителя подается раствор кальцинированной соды и самотеком раствор едкого натра из

напорной емкости. В реакторе происходит образование взвешенных частиц нежелатель-

ных примесей по реакциям:

Сa²⁺+ Na2CO3 → CaCO3 + 2Na⁺,

Mg²⁺+ 2NaOH → Mg(OH)2 + 2Na⁺,

Fe²⁺+ 2NaOH → Fe(OH)2 + 2Na⁺,

Fe³⁺+ 3NaOH → Fe(OH)3 + 3Na⁺,

Meⁿ⁺+ nNaOH → Me(OH)n + nNa⁺.

Реакционная смесь из реактора откачивается в делитель, откуда непрерывно по-

ступает в осветлитель. Рассол в осветлителе освобождается от взвешенных частиц и,

осветленный, через дренажную решетку поступает в сборный желоб, затем в карман

осветлителя, откуда самотеком направляется в емкость осветленного рассола.

Осветлитель представляет собой вертикальный аппарат с конической нижней ча-

стью. Шламоуплотнитель осветлителя занимает центральную цилиндрическую часть.

По периметру шламоуплотнителя расположены три ряда шламозаборных окон. Продол-

жением шламоуплотнителя является часть осветлителя - шламонакопитель.

Взвешенный в рассоле осадок поднимается с рассолом вверх. За счет увеличения

рабочей зоны осветлителя скорость подъема снижается, вертикально установленные

жалюзи способствуют прекращению вращательного движения рассола. На уровне шла-

мозаборных окон в движении рассола преобладает одно направление - вертикально

вверх. В этой зоне создаются условия для равновесия двух сил: силы тяжести частиц

осадка и подъемной силы рассола. Частицы осадка в зоне образования шламового

фильтра находятся в динамическом равновесии, постепенно скапливаются, укрупня-

ются и образуют шламовый фильтр. Укрупнению частиц шлама способствует раствор

гидролизованного полиакриламида (ПАА), который подается из емкости непосред-

ственно в зону шламового фильтра. Оптимальное соотношение ПАА и рассола состав-

ляет от 1,5 до 2,5 г ПАА на 1 м³очищенного рассола. После образования устойчивой

области со взвешенным шламовым фильтром с течением времени происходит ряд не-

обратимых физико-химических процессов, приводящих к уменьшению потенциальной

энергии частиц и структурным изменениям, называемым старением осадка. Для нор-

мальной работы шламового фильтра необходимо обеспечить регулирование поступле-

ния рассола в шламоуплотнитель через шламозаборные окна путем так называемой

«отсечки» рассола, для этого производится настройка интенсивности перетока рабочей

среды через верхний отводной штуцер шламоуплотнителя. Это обеспечивает равномер-

ную ротацию флокулированных частиц в шламовом фильтре, уменьшает диапазон ко-

лебаний верхней границы шламового фильтра и предотвращает возможность смещения

ее в зону осветленного объема перед сборным желобом.

Осветленный рассол из емкости откачивается на фильтрацию в механический

фильтр и затем в баки очищенного рассола. Механический фильтр представляет собой

горизонтальный цилиндрический аппарат. Дренажное устройство фильтра состоит из

четырех платформенных титановых коллекторов. Фильтрующим материалом является

кварцевый песок или мраморная крошка.

Выпаривание рассола

Выпаривание рассола, как правило, осуществляется в двух или трех выпарных

установках. Каждая установка включает в себя три или четыре выпарных аппарата, ва-

куум-систему, три или четыре самоиспарителя, конденсатные насосы, насосы для пере-

качки пульпы, отстойники пульпы, центрифуги.

Производство твердых и других неорганических химических веществ (ИТС 19-2020) - часть 1