Kokia įranga yra kaustinės sodos gamykloje?

Kaustinės sodos gamykla, pagrįsta chloro{0}}šarminiu procesu, yra ne viena mašina, o nuolatinė elektrocheminės gamybos sistema. Kiekviena gamyklos dalis atlieka tam tikrą transformacijos arba gryninimo žingsnį.

Sūrymo paruošimo sistema paverčia kietą pramoninę druską (NaCl) į prisotintą sūrymą, tinkamą elektrolizės tiekimui. Daugumoje membranų chloro-šarminių konstrukcijų tikslinė sūrymo koncentracija kontroliuojama maždaug 300–310 g/l NaCl.

Sistemą paprastai sudaro druskos tirpinimo bakas, maišytuvai, šiurkščiavilnių filtravimo tinkleliai ir sūrymo cirkuliacijos kilpa. Tirpinimo bakas suprojektuotas taip, kad išlaikytų kontroliuojamą buvimo laiką, paprastai 2–4 valandas, kad būtų užtikrintas visiškas natrio chlorido kristalų ištirpimas.

Neištirpusios priemaišos, tokios kaip smėlis, molis ir netirpios druskos, pašalinamos nusodinant arba atskiriant hidrociklonu. Tada išvestas sūrymas perkeliamas į valymo skyrių.

Šio posistemio konstrukcija yra tiesiogiai susijusi su membranos ląstelių gyvenimu, nes suspenduotos kietosios medžiagos, didesnės nei 1 mg/l, gali pagreitinti membranos užsiteršimą ir laikui bėgant padidinti ląstelės įtampą.

Sūrymo valymo sistema pašalina dvivalečius katijonus, tokius kaip kalcis (Ca²⁺), magnis (Mg²⁺) ir sunkiųjų metalų pėdsakus, kurie trukdo membranos veikimui. Membranų chloro{1}}šarmų sistemose kalcio ir magnio koncentracija paprastai turi būti sumažinta iki mažesnės nei 20 ppb (dalies milijardui).

Standartinis valymo metodas yra cheminis nusodinimas naudojant natrio karbonatą (Na2CO3) ir natrio hidroksidą (NaOH). Reakcijų metu susidaro netirpus kalcio karbonatas ir magnio hidroksidas:

Ca²⁺ + CO₃²⁻ → CaCO₃↓
Mg²⁺ + 2OH⁻ → Mg(OH)₂↓

Šios nuosėdos pašalinamos naudojant skaidrintuvus arba lamelių nuosėdų talpyklas, o po to smulkios filtravimo sistemas, paprastai 5–10 mikronų kasetinius filtrus.

Poliravimo filtrai yra sumontuoti pasroviui, kad būtų užtikrinta stabili tiekimo į elektrolizatorius kokybė. Sūrymo valymo sistema taip pat apima pH reguliavimo kilpas ir ORP stebėjimą, kad būtų išlaikytas reakcijos efektyvumas.

Elektrolizatorius yra chloro{0}}šarmų proceso šerdis. Šiuolaikinės gamyklos naudoja jonų -mainų membranines ląsteles, dažniausiai perfluorosulfonrūgšties (PFSA) membranų pagrindu.

Kiekvienas elektrolizatoriaus elementas yra padalintas į anodo skyrių ir katodo skyrių, atskirtą katijonine{0}}selektyvia membrana. Sūrymas tiekiamas į anodo kamerą, kurioje chlorido jonai oksiduojami į chloro dujas:

2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻

Katodo pusėje vanduo redukuojamas į vandenilio dujas ir hidroksido jonus:

2H₂O + 2e⁻ → H₂ + 2OH⁻

Natrio jonai migruoja per membraną ir susijungia su hidroksido jonais, sudarydami natrio hidroksidą (NaOH).

Tipiški pramoninių membraninių elementų veikimo parametrai:

Ląstelių temperatūra: 85–95 laipsniai

Srovės tankis: 3,0–6,0 kA/m²

Celės įtampa: 3,0–3,3 V

NaOH koncentracija: 30–35 masės% (ląstelių skysčio išeiga)

Elektrolizatoriaus sistemą sudaro elementų rėmai, elektrodai (titano anodas su rutenio / iridžio danga), nikelio katodai ir hidraulinės sandarinimo sistemos. Ląstelių lygiavimas ir suspaudimo jėga yra kontroliuojami, kad būtų išvengta nuotėkio ir būtų išlaikytas membranos vientisumas.

Lygintuvo sistema paverčia kintamosios srovės energiją iš tinklo į nuolatinę srovę, reikalingą elektrolizei. Chlor-šarminės gamyklos paprastai veikia esant labai didelėms nuolatinės srovės srovėms, dažnai nuo 10 kA iki 200 kA, priklausomai nuo įrenginio galios.

Lygintuvas susideda iš:

Transformatoriaus blokas (žingsnis{0}}žemyn ir izoliacija)

Tiristorių arba IGBT lygintuvų moduliai

DC šynos

Aušinimo sistema (aušinama oru arba{0}}vandeniu)

Išėjimo įtampa paprastai yra nuo 100 V iki 600 V DC, priklausomai nuo kamino konfigūracijos. Srovės pulsacija kontroliuojama žemiau 5%, kad būtų išlaikytos stabilios elektrocheminės reakcijos sąlygos.

Galios koeficiento koregavimo sistemos dažnai yra integruotos, kad būtų palaikomas tinklo atitikimas, ypač didelėse{0}}statybose, kurių NaOH pajėgumas viršija 50 000 tonų per metus.

Garinimo sistema padidina NaOH koncentraciją nuo maždaug 30–35% (elektrolizatoriaus galia) iki komercinių rūšių, tokių kaip 48% arba 50% kaustinės sodos tirpalo.

Daugelio efektų išgarinimas (MEE) dažniausiai naudojamas siekiant sumažinti garų suvartojimą. Įprasta konfigūracija apima 2–4 garavimo efektus, veikiančius mažėjant slėgiui.

Priklausomai nuo įrenginio konstrukcijos, įprastai tiekiamas 3–6 barų prisotintas garas. Vėlesniuose etapuose vakuumo lygis palaikomas nuo -0,08 iki -0,09 MPa, siekiant pagerinti šiluminį efektyvumą.

Garintuvo medžiagos turi būti atsparios stipriai šarminei korozijai esant aukštesnei temperatūrai, todėl dažniausiai naudojami nikelio -lydiniai arba specialus nerūdijantis plienas (pvz., 316 l arba dvipusio tipo).

Elektrolizatoriuje susidarančios chloro dujos yra šlapios, karštos, jose yra vandenilio ir sūrymo rūko pėdsakų. Prieš naudojant arba skystinant, jis turi būti atvėsintas ir išgrynintas.

Chloro apdorojimo sistema apima:

Dujinis aušinimo bokštas (sumažina temperatūrą iki ~35-40 laipsnių)

Rūko šalintuvai (pašalina patekusius lašelius)

Chloro džiovinimo sistema (naudojant sieros rūgštį arba adsorbcinius džiovintuvus)

Kompresoriai (skystinimui arba vamzdynų perdavimui)

Pramoniniam naudojimui sauso chloro grynumas paprastai kontroliuojamas virš 99,5 %. Drėgmės kiekis sumažinamas iki 30 ppm, kad būtų išvengta korozijos paskesnėje įrangoje.

Medžiagos chloro eksploatavimui parenkamos atsižvelgiant į atsparumą korozijai, dažniausiai titaną, PVC{0}}apmuštą plieną arba FRP vamzdžius.

Ant katodo susidaręs vandenilis paprastai yra prisotintas vandens garų ir jame yra kaustinės miglos pėdsakų. Atkūrimo sistema atlieka atskyrimą, aušinimą ir suspaudimą.

Sistema apima:

Dujų{0}}skysčių separatorius

Džiovintuvo blokas

Aušinamas šilumokaitis

Vandenilio kompresorius (membraninis arba sraigtinis)

Pasirenkamas valymo įrenginys (PSA arba katalizinis poliravimas)

Vandenilio grynumas po atskyrimo paprastai viršija 99%. Rasos taško kontrolė yra labai svarbi siekiant išvengti kondensacijos vamzdynuose.

Daugelyje pramoninių įrenginių vandenilis yra:

naudojamas kaip kuras katiluose arba garo sistemose

arba eksportuojami į cheminės sintezės procesus, tokius kaip amoniako ar metanolio gamyba

Valdymo sistema sujungia visas proceso dalis į vieną suderintą darbo platformą. Daugumoje šiuolaikinių chloro{1}}šarmų gamyklų įrangos lygiui valdyti naudojamos paskirstytos valdymo sistemos (DCS) kartu su programuojamais loginiais valdikliais (PLC).

Pagrindinės valdymo kilpos apima:

Sūrymo koncentracijos kontrolė (pagal laidumą{0}})

Elektrolizatoriaus srovės reguliavimas

Ląstelių temperatūros kontrolė (per sūrymo cirkuliaciją)

NaOH koncentracijos stebėjimas (tankio matavimas)

Chloro slėgio kontrolė

Vandenilio slėgio ir srauto reguliavimas

Įprasta įranga apima:

laidumo jutikliai (0–300 mS/cm diapazonas)

pH analizatoriai (0–14 skalė)

slėgio skirtumo jutikliai per membranas

srauto matuokliai (elektromagnetiniai arba Coriolis tipo)

chloro ir vandenilio grynumo dujų analizatoriai

Duomenų gavimas paprastai įrašomas 1–5 sekundžių intervalais, atsižvelgiant į sistemos dizainą. Signalizacijos blokatoriai yra įdiegti chloro nuotėkio aptikimui ir vandenilio viršslėgio sąlygoms.

Kaustinės sodos gamykla suprojektuota kaip nuolatinė kilpų sistema, kurioje žaliavinė druska paverčiama trimis produktų srautais: natrio hidroksidu, chloru ir vandeniliu. Įrenginio veikimo stabilumas priklauso nuo tiekimo sūrymo grynumo, stabilaus nuolatinės srovės paskirstymo ir kontroliuojamo šiluminio balanso tiek elektrolizės, tiek garinimo sekcijose.

Bet koks sūrymo priemaišų lygio nukrypimas arba lygintuvo nestabilumas tiesiogiai veikia membranos įtampą ir sumažina sistemos efektyvumą. Todėl daugumoje inžinerinių projektų pirmenybė teikiama valymui prieš srovę ir dujų tvarkymo patikimumui tiek pat, kiek pačiam elektrolizatoriui.

Proceso inžinerijos požiūriu kaustinės sodos gamykla yra glaudžiai integruota elektrocheminė sistema, sudaryta iš cheminio paruošimo, elektrolizės, galios konversijos, terminės koncentracijos, dujų tvarkymo ir automatizavimo sluoksnių.

Kiekvienas posistemis turi išmatuojamus veikimo parametrus, o gamyklos našumą lemia šių parametrų stabilumas, o ne koks nors atskiras įrangos blokas.

Bendra dizaino filosofija grindžiama trimis apribojimais:

pašarų sūrymo joninis grynumas

membranos elektrolizės elektrinis efektyvumas

saugus chloro ir vandenilio atskyrimas ir tvarkymas

Šie apribojimai apibrėžia visos pagrindinės įrangos konfigūraciją šiuolaikiniame chloro-šarmo įrenginyje.