Раздел 2. Хлорщелочное производство и производство соляной кислоты

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 промышленности. Едкий натр используется также в энергетике, микроэлектронике, цветной металлургии (производство алюминия) и в области охраны окружающей среды для нейтрализации и очистки сточных вод и промышленных выбросов.

Структура применения жидкого едкого натра в различных секторах российской промышленности достаточно диверсифицирована и стабильна. На внутреннем рынке каустическая сода в наибольших количествах используется в химической и нефтехимической, целлюлозно-бумажной промышленности, металлургии и энергетике. На долю химической и нефтехимической промышленности приходится 46 % суммарного объема российского потребления жидкой каустической соды, на целлюлозно-бумажную промышленность - 29 %, доля металлургии составляет 10 %, энергетики - 10 %.

Натр едкий технический марки РД применяется в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной, горнодобывающей, текстильной, пищевой (для обезжиривания и обработки технологического оборудования и тары) промышленности, в цветной металлургии, энергетике, микроэлектронике и в других отраслях.

Натр едкий очищенный марки РР применяется в производстве химических нитей и волокон, ионообменных смол, реактивов, в медицинской промышленности, в производстве непищевой целлюлозной пленки, чистых металлов, в целлюлозно-бумажной промышленности, для производства минеральных удобрений.

В целом объем потребления жидких сортов каустической соды на российском рынке по итогам 2016 года составляет около 970 тыс. т/г (с учетом выпуска твердого каустика).

В структуре потребления твердого едкого натра основными сегментами являются: пищевая отрасль, металлургия, химическая промышленность. На пищевую отрасль приходится порядка 25 % общего объема потребления, на химическую промышленность - 21 %, на металлургию - 14 %, сегмент добычи металлов составляет 11 %. На каждую из остальных сфер применения твердого каустика (машиностроение, нефте- и газодобычу, электроэнергетику и прочие отрасли) приходится менее 5 %.

Основные области применения гидроксида натрия представлены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Основные области применения гидроксида натрия (едкого натра)

Область применения	Детали (описание) применения
Химическая и нефтехимическая промышленность	Производство гипохлорита натрия; производство гидроксида и оксида магния; обработка и очистка нефти и нефтяных фракций; нейтрализация кислот и кислотных оксидов; для производства масел
Целлюлозно-бумажная промышленность	Для делигнификации целлюлозы (древесины), в производстве бумаги, картона, искусственных волокон, древесно-волоконных плит
Горнодобывающая промышленность	Выщелачивание (щелочное вскрытие) пород при добыче, обработке и обогащении руды
Нефте- и газодобывающая отрасль промышленности	Очистка нефти и газа от нежелательных примесей непосредственно на месторождениях
Текстильная промышленность	Мерсеризация хлопка, шерсти и других волокон
Цветная металлургия, производство алюминия	Для травления алюминия и в производстве чистых цветных металлов
Пищевая промышленность	Обезжиривание и обработка технологического оборудования и тары; для мытья и очистки фруктов и овощей от кожицы; в производстве шоколада и какао, напитков, мороженого; окрашивания карамели; для размягчения маслин и придания им черной окраски; при производстве хлебобулочных изделий. Применяется в качестве пищевой добавки E-524
Производство химических средств защиты растений (ХСЗР), моющих и чистящих средств, реактивов	Использование для производства ХСЗР, чистых и высокочистых химических веществ, для омыления жиров в производстве моющих и чистящих средств
Парфюмерия, медицинская и фармацевтическая промышленность	Использование в качестве компонента лекарственных и косметических средств и реагента для синтеза
Промышленная мойка оборудования и ликвидация засоров в канализационных трубах	Для очистки изделий из нержавеющей стали от жира и масляных веществ, а также от остатков механической обработки; для мойки пресс-форм автомобильных шин
Иные сферы применения: охрана окружающей среды, энергетика, микроэлектроника, косметология; производство биодизеля	Нейтрализация и очистка природных и сточных вод, очистка промышленных выбросов; производство биодизеля из растительных масел; для удаления ороговевших участков кожи, папиллом

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 электролиза раствора поваренной соли.

Применяется три варианта электрохимического метода получения хлора: два из них - диафрагменный и мембранный методы (электролиз с твердым катодом), третий - ртутный метод электролиза (электролиз с жидким ртутным катодом). Выход и качество 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 поставки хлора на другие промышленные предприятия, в том числе и зарубежные, осуществляются, как правило, только после его сушки и сжижения.

Ключевым сегментом потребления хлора на российском рынке является производство поливинилхлорида (ПВХ), на долю которого приходится потребление более 83 % производимого в России хлора.

Хлор используется также для получения хлорорганических растворителей, хлорированных парафинов различных марок, синтетического каучука, пестицидов, лекарственных средств и многих других продуктов хлорирования органических соединений, на что затрачивается около половины произведенного в мире хлора. Остальное количество хлора потребляется для синтеза неорганических хлоридов, в целлюлозно-бумажной промышленности для отбеливания древесной пульпы, для очистки и обеззараживания воды. Хлор используют также в металлургической промышленности: так, с его помощью получают очень чистые металлы - титан, олово, тантал, ниобий. Сжиганием водорода 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 отрасли 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.

Таблица 2.2 - Основные области применения хлора

Область применения	Детали (описание) применения
Химическая отрасль промышленности	Получение винилхлорида-мономера и дихлорэтана в производстве ПВХ; гипохлорита натрия и гипохлорита кальция; производство соляной кислоты; производство хлорированных парафинов; производство хлорного железа; 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 редкоземельных металлов	Производство титана, олова, тантала, ниобия, других металлов путем хлорирования исходной руды или концентратов руды и восстановления хлоридов металлов
Производство питьевой воды и обеззараживание воды	Хлорирование (обеззараживание) природной воды и сточных вод
Целлюлозно-бумажная промышленность	Отбеливание бумаги, картона и других волокон
Производство химических средств защиты растений (ХСЗР) и химических реактивов	Использование для производства ХСЗР, чистых и высокочистых химических веществ, реактивов
Парфюмерия, фармацевтическая промышленность	Использование в качестве исходного сырья в производстве лекарственных и косметических средств, бактерицидных средств, консервантов
Иные сферы применения: охрана окружающей среды; пищевая промышленность; производство удобрений	Очистка и обеззараживание воды и сточных вод; пищевая добавка Е925; производство удобрений

2.1.3 Общая информация о производстве водорода

Основными областями применения водорода являются: производство хлорида водорода и соляной кислоты, получение винилхлорида-мономера для производства поливинилхлорида, а также экологически чистое производство тепловой энергии в виде пара.

Основные области применения водорода представлены в таблице 2.3.

Таблица 2.3 - Основные области применения водорода

Область применения	Детали (описание) применения
Химическая отрасль промышленности	Производство винилхлорида-мономера; производство хлорида водорода и соляной кислоты; производство аммиака, метанола, органических соединений, пластмасс
Энергетическая отрасль	Производство тепловой энергии (пара) путем сжигания водорода в избытке воздуха; применение для охлаждения мощных электрических генераторов; применение в водородно-кислородных топливных элементах; применение в качестве ракетного топлива
Пищевая промышленность	Гидрирование растительных масел и жиров; пищевая добавка Е949 (упаковочный газ) и вспомогательное средство
Производство химических реактивов и тонкий органический синтез	Использование для производства гидридов металлов, чистых и высокочистых химических веществ, реактивов, органических веществ
Иные сферы применения: газовая хроматография, метеорология, атомно-водородная сварка	Использование в качестве газа-носителя в хроматографии; применение для заполнения шаропилотных оболочек; использование атомарного водорода для атомно-водородной сварки

Отличительной особенностью применения водорода по сравнению с другими продуктами хлорщелочного производства (хлором и каустиком) является его практически полное использование непосредственно на предприятии - производителе хлора и каустика 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 редкоземельных металлов, производство химических средств защиты растений, мыла, моющих средств, производство каучуков и катализаторов.

Основные области применения гидроксида калия представлены в таблице 2.4.

Таблица 2.4 - Основные области применения гидроксида калия

Область применения	Детали (описание) применения
Химическая и нефтехимическая отрасль промышленности	Производство солей и соединений калия, в том числе карбоната калия, перманганата и бихромата калия; производство ксантогенатов; производство антигололедных реагентов; производство калийных удобрений и красителей; перегонка нефти
Производство резинотехнических изделий и синтетических каучуков	Использование в качестве реагента для получения синтетических каучуков и компонента катализаторов
Металлургия цветных и редкоземельных металлов	Используется для получения обесфторенного гидроксида циркония в производстве циркония
Энергетика	Производство электролитов для щелочных аккумуляторов (алкалиновые батареи)
Нефте- и газодобывающая отрасль	Добавка в буровые растворы и композиции
Целлюлозно-бумажная промышленность	Производство специальных сортов бумаги
Пищевая промышленность	Пищевая добавка Е525; производство пищевых продуктов
Производство химических средств защиты растений (ХСЗР), реактивов, мыла и моющих средств	Использование для производства ХСЗР, чистых и высокочистых химических веществ, реактивов, мыла и моющих средств
Парфюмерия, медицинская и фармацевтическая промышленность, косметология	Использование в качестве реагента при получении лекарственных и косметических средств; для лечения бородавок в медицине
Промышленная мойка, обработка воды и сточных вод	Применяется для очистки изделий из нержавеющей 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 являются: химическая отрасль промышленности, включая производства хлоридов кальция, стронция, бария, алюминия, полиоксихлорида алюминия, хлористого метила; нефтедобывающая 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 % общероссийского потребления товарной синтетической соляной кислоты.

Как правило, газообразный хлорид водорода не находит широкого применения в качестве товарного продукта, а подавляющее большинство областей применения хлорида водорода основано на использовании более удобного и стабильного жидкого товарного продукта - соляной кислоты. В Российской Федерации в настоящее время товарную синтетическую соляную кислоту производят 6 промышленных предприятий.

Основные области применения хлорида водорода и соляной кислоты представлены в таблице 2.5.

Таблица 2.5 - Основные области применения хлорида водорода и соляной кислоты

Область применения	Детали (описание) применения
Химическая отрасль промышленности	Производство гидроксида натрия электрохимическими методами (подкисление рассола); производство хлоридов металлов: хлоридов кальция, стронция, бария, алюминия и других; производство полиоксихлорида алюминия; производство хлорметила и других органических соединений; получение ингибированной соляной кислоты
Нефте- и газодобывающая отрасль	Для кислотной обработки призабойной зоны нефтяных скважин с целью повышения нефте- и газоотдачи и подавления сульфатвосстанавливающих бактерий (СВБ)
Металлургия черных и цветных металлов	Использование для обработки и обогащения руд цветных, черных и редкоземельных металлов и получения хлоридов металлов
Теплоэнергетика	Использование для химической чистки котлов, теплообменников и оборудования
Производство химических средств защиты растений (ХСЗР), чистых веществ и химических реактивов	Использование для производства ХСЗР, чистых и высокочистых химических веществ, реактивов
Фармацевтическая и пищевая отрасли промышленности	Производство лекарственных препаратов и использование в качестве пищевой добавки
Иные сферы применения: обработка металлов; охрана окружающей среды	Травление черных металлов и изделий из них; нейтрализация щелочных сточных вод и обезвреживание (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 рассматривает производство водорода, хлора и едкого кали (KOH) методом мембранного электролиза раствора хлорида калия.

Настоящий справочник рассматривает также основной способ производства синтетической 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 водорода, хлора и гидроксида натрия диафрагменным методом электролиза, является электроэнергия 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 водорода, хлора и гидроксида натрия в плане создания, организации и эксплуатации производства и доступности конструкционных материалов для электролизера является диафрагменный 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 анолита (электролита из анодного пространства), а выделяющийся на катодной сетке водород отводится из-под катода при помощи газоотводных труб, не проникая через диафрагму 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 раздельное получение щелоков и хлора. Противоточный поток рассчитывается так, чтобы противодействовать диффузии и миграции OH-ионов (гидроксид-ионов) в анодное пространство. Если величина противотока недостаточна, то в анодном пространстве в больших количествах начинает образовываться гипохлорит-ион (ClO ^-), который затем может окисляться на аноде до хлорат-иона ClO ₃ ^-. 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 используются в основном титановые аноды с покрытием из смешанных оксидов рутения и титана (аноды ОРТА) или другие малорасходуемые аноды.

Вытекающие из катодного пространства электрощелока подвергаются выпариванию. 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 основном 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-каустическому методу.

Полученный электролитический хлор отделяется от паров воды, охлаждается, сушится 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 гидроксида 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 предприятии для получения хлорида водорода и соляной кислоты, для производства дихлорэтана и винилхлорида-мономера, для производства гипохлорита натрия, производства хлорированных парафинов (хлорпарафинов), хлорметанов, а также для получения товарного жидкого хлора. Основные области применения хлора приведены в таблице 2.2.

Раствор гидроксида натрия, получаемый данным методом электролиза, используется в различных отраслях промышленности, в том числе при производстве гипохлорита натрия технического, в целлюлозно-бумажной промышленности. Основные области применения гидроксида натрия приведены в таблице 2.1.

Диафрагменный метод электролиза характеризуется наиболее высоким удельным 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) целевых продуктов - водорода, хлора и гидроксида натрия (каустика):

- прием, хранение и растворение исходной поваренной соли или прием и подготовка сырого рассола;

- приготовление раствора карбонизированных электрощелоков или раствора соды кальцинированной;

- очистка сырого рассола от ионов кальция и магния содово-каустическим методом;

- отстаивание (осветление) рассола и фильтрация сгущенной шламовой суспензии;

- подкисление осветленного (очищенного) рассола;

- изготовление асбестовой или асбополимерной диафрагмы для электролизеров;

- электролиз очищенного рассола в монополярных электролизерах или в биполярных 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 кислоты.

В рамках настоящего справочника НДТ процессы добычи поваренной соли или сырого рассола (раствора хлорида натрия) подробно не рассматриваются.

Общая принципиальная схема технологического процесса производства водорода, хлора и гидроксида натрия диафрагменным методом электролиза представлена ниже на рисунках 2.1 и 2.2 (в зависимости от вида используемого сырья).

Рисунок 2.1 - Схема технологического процесса производства водорода, хлора и гидроксида натрия диафрагменным методом с использованием сырого рассола

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 технологического процесса производства водорода, хлора и гидроксида натрия диафрагменным 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 + CO ₂ Na ₂CO ₃ + H ₂O.

Дымовые газы подаются в карбонизатор, представляющий собой вертикальный цилиндрический аппарат с эллиптическим днищем, заполненный насадкой из металлических или фторопластовых колец Рашига размером 50 х 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 дымовых газов, содержащих CO ₂, раствор кальцинированной соды получают путем растворения 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 химической реакции образуются малорастворимые осадки СаСО ₃, Mg(OH) ₂, Fe(OH) ₃.

При содово-каустической очистке протекают следующие химические реакции:

- образование нерастворимого осадка карбоната кальция:

Са ²⁺ + Na ₂CO ₃ CaCO ₃ + 2Na ⁺;

- образование нерастворимого осадка гидроксидов магния и железа:

Mg ²⁺ + 2NaOH Mg(OH) ₂ + 2Na ⁺;

Fe ³⁺ + 3NaOH Fe(OH) ₃ + 3Na ⁺.

При очистке раствора натрия хлорида, как правило, в качестве флокулянта используется гидролизованный полиакриламид (ПАА).

Раствор натрия хлорида с массовой концентрацией хлорида натрия не менее 300 г/дм ³ поступает по трубопроводу от рассолопромысла или от узла растворения привозной соли в отделение очистки рассола в баки хранения и далее на стадию очистки от примесей солей кальция, магния, железа содово-каустическим методом. Растворы электрощелоков, карбонизированных электрощелоков или кальцинированной соды перемешиваются с раствором натрия хлорида в реакторах и далее поступают в осветлитель-сгуститель типа отстойника Дорра, КС или ОВР-ПШ, где происходят выделение примесей в виде осадка, его отстой и уплотнение. Очистку и отстаивание рассола целесообразно проводить при 40-50 °C. При данной температуре выпадающие в осадок нерастворимые 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 улучшает 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 хлорида, 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 фильтрации на фильтр-пресс. Фильтрация шламовой суспензии с целью получения очищенного раствора натрия хлорида производится на мембранном фильтр-прессе.

Очищенный раствор натрия хлорида из емкостей хранения поступает при необходимости на донасыщение раствора до концентрации хлорида натрия 310-318 г/дм ³, 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 электролизерах с твердым стальным катодом, металлоокисным анодом и вертикальной асбестовой или асбополимерной диафрагмой: в монополярных электролизерах или в биполярных электролизерах.

Электролизеры конструктивно выполнены с вертикально расположенными электродами.

В анодную камеру подается насыщенный раствор хлорида натрия. На аноде (титан 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 электролизеров, расположенных в несколько рядов и питаемых последовательно по току и параллельно по раствору хлорида натрия. Питание осуществляется от преобразовательной подстанции.

В процессе электролиза водного раствора натрия хлорида в диафрагменных электролизерах конечными продуктами являются одновременно газообразный хлор, газообразный водород и электрощелока, содержащие гидроксид натрия и хлорид натрия. Основным процессом, протекающим на металлоокисном аноде ячейки электролизера, является разряд ионов хлора:

NaCl Na ⁺ + Cl ^-

2Cl ^- - 2e ^- Cl ₂.

На стальном катоде ячейки происходит разряд молекул воды из щелочного электролита:

H ₂О + е- OH ^- + Н (ад)

с последующим образованием молекулярного водорода:

2Н (ад) H ₂.

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

Na ⁺ + OH ^- NaOH.

Суммарной реакцией электролиза является:

2NaCl + 2H ₂O Cl ₂ + H ₂ + 2NaOH.

Разряд ионов натрия из водных растворов натрия хлорида на твердом стальном катоде невозможен вследствие более отрицательного потенциала разряда по сравнению 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-, ClO ^-, (ClO ₃) ^-, (SO ₄) ^2- и др.

Одним из наиболее важных факторов процесса электролиза с фильтрующей диафрагмой 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 скорости миграции ионов OH ^-, то в катодное пространство может проникать хлор, что приведет к потерям целевых продуктов и снижению выхода по току. При скорости противотока меньше скорости миграции ионов OH ^- эти ионы протекают в анодное пространство, что также приводит к потерям выхода едкого натра по току. Оптимальным является равенство 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 кислорода. Кроме того, с ростом массовой концентрации натрия хлорида уменьшается растворимость 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 продукции. Зависимость выхода по току от массовой концентрации едкого натра в электрощелоках выражается в виде кривой, из которой следует, что при увеличении массовой концентрации едкого натра более 140 г/дм ³ выход по току начинает резко падать, поэтому при электролизе с фильтрующей диафрагмой массовая концентрация едкого натра в электрощелоках не должна превышать 140 г/дм ³.

Температура процесса электролиза также может оказывать определенное влияние 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 образования хлоратов.

Существенное негативное влияние на процесс электролиза с фильтрующей диафрагмой оказывают примеси ионов некоторых металлов, которые присутствуют в исходном рассоле (Cа ²⁺, Mg ²⁺, Fe ³⁺ и т.д.).

В порах диафрагмы, где кислый анолит встречается с щелочным католитом, происходит взаимодействие растворимых солей кальция и магния с едким натром и карбонатами с образованием нерастворимых осадков. Последние забивают поры фильтрующей диафрагмы, что уменьшает скорость противотока и ускоряет преждевременный выход диафрагмы из строя.

Кроме основных реакций на аноде и катоде, в электролизере протекают побочные электрохимические и химические процессы, снижающие выход по току по целевым продуктам.

Побочные процессы в анодном пространстве

Выделяющийся на аноде хлор может претерпевать гидролиз по реакциям:

Cl ₂ + H ₂O HClO + HCl,

Cl ₂ + OH ^- HClO + Cl ^-.

В анодном пространстве в среднем поддерживается слабокислая среда. Однако в случае использования питающего рассола с pH > 7 избыток едкого натра, содержащегося в нем, реагирует с хлором. Кроме того, с хлором реагируют и мигрирующие из катодного пространства в анодное пространство ионы OH ^-:

Cl ₂ + 2OH ^- ClO ^- + Cl ^- + H ₂O,

HClO + OH ^- ClO ^- + H ₂O,

с образованием сильно диссоциированного гипохлорита натрия.

Образовавшиеся ионы хлорноватистой кислоты разряжаются на аноде по реакции:

6ClO ^- + 3H ₂O - 6e ^- 2ClO ^3- + 4Cl ^- + 3/2 О ₂ + 6H ⁺.

Ионы хлорноватистой кислоты при повышении температуры также могут подвергаться автоокислению с образованием хлорат-ионов:

3ClO ^- ClO ^3- + 2Cl ^-.

Ионы OH ^- могут разряжаться на аноде:

4OH ^- О ₂ + 2H ₂О + 4е ^-.

Причем металлические (титановые) аноды с активным покрытием из оксидов рутения наиболее благоприятствуют прохождению этой реакции. Потери тока на побочный процесс выделения кислорода будут зависеть от состояния массовой концентрации ионов Cl ^- и OH ^- в анолите и будут тем меньше, чем больше массовая концентрация натрия хлорида в растворе и меньше массовая концентрация гидроксильных ионов. Перенапряжение выделения хлора в насыщенном нейтральном растворе натрия хлорида значительно меньше перенапряжения выделения кислорода, поэтому ионы OH ^- разряжаются на аноде в незначительной степени.

Кислород может образовываться также в результате каталитического разложения ионов гипохлорита:

2ClO ^- 2Cl ^- + O ₂.

Значение pH прианодного слоя раствора натрия хлорида определяет соотношение между выходами по току хлора и кислорода. Установлено, что оптимальным является значение pH 3,5-4,0. Поддержание pH анолита менее оптимального значения снижает растворимость хлора в растворе, но в то же время увеличивает износ асбестовой или асбополимерной диафрагмы.

Качество диафрагмы при работе ячейки определяет качество самой ячейки. Практически 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 хрупкой 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 Mg ²⁺ 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 обеспечивает поддержание слоя геля внутри диафрагмы, выступающего в качестве основного 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 растворяются в щелочной среде. При увеличении обратной миграции ионов OH ^- внутри ячейки устанавливается градиент равновесия pH, тем самым в анолите pH будет приблизительно равным 4. Изменение рабочего режима, влияющего на градиент равновесия pH, оказывает прямое воздействие на диафрагму. Понижение pH в анолите вызывает растворение части геля гидроокиси магния и повторное осаждение внутри диафрагмы. Увеличение обратной миграции ионов OH ^- вызывает растворение части волокон двуокиси кремния в анолитной зоне. Оба случая будут оказывать отрицательное воздействие 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 переменных, с тем чтобы достичь максимального срока службы диафрагмы.

Побочные процессы в катодном пространстве

Протекающий через диафрагму электролит содержит растворенный хлор, ионы ClO ^- и ClO ^3-. Хлор, растворенный в электролите, реагирует с едким натром, образуя гипохлориты и хлораты натрия.

На катоде могут протекать побочные процессы частичного восстановления анионов гипохлорита и хлората натрия по реакциям:

ClO ^- + H ₂O + 2e ^- Cl ^- + 2OH ^-,

ClO ^3- + 3H ₂O + 6e ^- Cl ^- + 6OH ^-.

Все химические превращения, происходящие в электролизере, приводят к потерям хлоргаза, едкого натра, водорода, а на электрохимические превращения с образованием побочных продуктов затрачивается дополнительная энергия и снижается качество конечного продукта.

Таким образом, для увеличения выхода по току конечных продуктов электролиза необходимо вести процесс при оптимальных параметрах массовой концентрации исходного хлорида натрия, pH питающего рассола и анолита, температуры раствора натрия хлорида, скорости протекания электролита, массовой концентрации едкого натра и хлорида 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 которому присоединена перколяционная труба либо сливное устройство с прерывателем струи из неэлектропроводного материала. Из перколяционной трубы (сливного устройства) электрощелока сливаются в сборный короб, который собирает электрощелока, выходящие из ячеек электролизера. Положение передвижной части перколяционной трубы определяет уровень электрощелоков в катодном пространстве.

Качество диафрагмы определяет качество работы самой ячейки. По своей структуре диафрагма является самой хрупкой частью ячейки, она - единственный элемент, отделяющий анолитную зону от католитной. При работе электролизера пористость диафрагм 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 едкого натра по ячейкам. Приведение к норме массовой концентрации 120-140 г/дм ³ электролитического едкого натра в ячейках электролизеров производят регулированием уровня католита с помощью перколяционных труб ячеек, а также добавкой в ячейки асбестовой 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 анолита в баке с раствором натрия хлорида и католита в катодной камере является движущей силой непрерывного процесса электролиза, обеспечивающей постоянный проток электролита через диафрагму. Данный разностный напор обеспечивает также целостность 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 особенностями крышки конкретной модели электролизера. Максимально допустимый уровень анолита в баке с раствором натрия хлорида должен обеспечивать нормальное отделение 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 поддержание постоянной токовой нагрузки, постоянство технологических потоков и их параметров. Колебания силы тока приводят к неравномерности в работе диафрагмы и необратимым нарушениям в ее структуре и, соответственно, снижению выхода по току основного продукта электролиза.

Снижение массовой концентрации хлорида натрия в электролите вызывает развитие 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 режима от нормы.

Питание электролизеров постоянным током осуществляется от преобразовательной подстанции. Серия электролизеров питается постоянным электрическим током от двух или трех параллельно установленных на преобразовательной подстанции кремниевых выпрямительных агрегатов, кроме этого, имеется еще один резервный выпрямительный агрегат. Электролизеры в серии по питанию постоянным током соединены последовательно, по питанию раствором натрия хлорида - параллельно.

В процессе электролиза образуются газообразный хлор, электрощелока и электролитический водород. Влажный хлоргаз из ячеек электролизеров поступает в коллектор и отводится в первичный холодильник влажного хлора на стадию охлаждения, сушки хлоргаза. Вакуум в общем коллекторе хлоргаза поддерживается автоматически в пределах 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 нейтрализации хлора. При этом постоянный вакуум минус 1,05-0,90 кПа поддерживается регулятором вакуума, клапан которого установлен на линии сброса хлоргаза в колонну нейтрализации. Гидрозатвор срабатывает при достижении вакуума в хлорном коллекторе минус 0,50 кПа, при этом воздух засасывается через штуцер гидрозатвора. При нормальном ведении технологического процесса в хлорные гидрозатворы и водородные гидрозатворы предусмотрена постоянная подача воды оборотной (стационарная линия). Для аварийного заполнения гидрозатворов водой предусмотрено дистанционное управление переключателем в помещении центрального щита управления. Хлорная вода от гидрозатворов отводится в бак сбора хлорной воды.

Водород из электролизеров поступает в коллектор и отводится на стадию охлаждения и перекачки водорода в колонну. Давление водорода в общем коллекторе поддерживается автоматически в пределах (минус 200-0 Па). При достижении давления 0,45 кПа на электролизерах водород от каждого электролизера сбрасывается в атмосферу вне помещения через гидрозатворы и огнепреградители. На общем водородном коллекторе установлен гидрозатвор, срабатывающий при достижении давления в водородном коллекторе 0,50 кПа, и огнепреградитель. Для предотвращения возможности образования 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 емкостного оборудования на стадии выпаривания электрощелоков. При этом протекает соответствующая химическая реакция:

3NaClO + NaHS NaHSO ₃ + 3NaCl или

2NaOH + 4NаОСl + Na ₂S ₂O ₃ + 5H ₂O 2Na ₂SO ₄ + 4NaCl + 6H ₂O.

Охлаждение и сушка хлоргаза

Влажный хлоргаз с температурой 80-95 °C из электролизеров поступает по трубопроводу на первую ступень охлаждения - в теплообменник (титановый кожухотрубный), 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 + 3Cl ₂ + 7NaOH 6NaCl + Na ₂SO ₃ + 4H ₂O или

Na ₂S ₂O ₃ + 4Сl ₂ + 10NaOH 8NaCl + 2Na ₂SO ₄ + 5H ₂O.

Охлажденный хлоргаз поступает на очистку от уносимых из электролизеров мельчайших капель раствора хлорида натрия в фильтр влажного хлора со стекловолокном. После фильтра хлоргаз из фильтра поступает на сушку в три последовательно установленные 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 кислота 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 кожухотрубчатые теплообменники, в которых снимается тепло, выделяющееся при разбавлении серной кислоты в процессе сушки хлора. Избыток серной кислоты последовательно переливается 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 растворенного хлора.

Осушенный в колоннах хлоргаз проходит через фильтр сухого хлоргаза для удаления капель (тумана) серной кислоты и затем поступает на всас компрессора отделения 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 механических примесей в серной кислоте. Отстоенная серная кислота от участка производства жидкого хлора поступает в емкость, откуда подается на установку получения регенерированной 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 поступает в емкость-сборник, откуда откачивается на склад серной кислоты. Отработанная кислота с концентрацией 78-80 % мас. смешивается в необходимых пропорциях с олеумом 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 повышении 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 регулятором вакуума, клапан которого установлен на линии сброса абгазов на колонну нейтрализации хлора.

Колонна нейтрализации хлора представляет собой титановый вертикальный цилиндрический аппарат диаметром порядка 2-3 м и высотой около 10 м со сферическими крышкой и днищем. В верхнюю ее часть вмонтирован распределитель. Колонна заполнена фторопластовыми кольцами Рашига 50 x 50 мм, высота насадки около 3 м (например, 3000 мм).

Абгазы поступают в колонну снизу, а противотоком через распределитель поступает раствор едкого натра из емкости, представляющей собой горизонтальную цилиндрическую емкость, выполненную из титана.

В результате поглощения хлора едким натром образуется гипохлорит и хлорат натрия по реакции:

2NaOH + Cl ₂ NaOCl + NaCl + H ₂O

NaOH + Cl ₂ NaCl + HOCl 2HOCl + NaOCl NaClO ₃ + 2HCl

NaOCl + HCl NaCl + 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 вертикальный цилиндрический аппарат со сферическими крышками и днищем. В верхней ее части вмонтирован распределитель для раствора едкого натра.

Колонна заполнена фторопластовыми кольцами Рашига 50 x 50 мм, высота насадки 2300 мм. Абгазы поступают в колонну снизу, а противотоком через распределитель поступает раствор едкого натра от насоса из емкости раствора едкого натра и гипохлорита натрия. При достижении массовой доли едкого натра 3 % в поглощающем рециркуляционном 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 насосом в емкость для раствора едкого натра и гипохлорита натрия. При достижении массовой 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 поглощение электролитического хлора в течение 10-15 мин.

По истечении работы стадии нейтрализации хлора в аварийных условиях в емкость 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 гипохлорита 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 компримирование 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, вторично промытый и нейтрализованный раствором ингибированной соляной кислотой, отправляется в ремонтный цех для проведения ремонта.

Выпаривание электрощелоков

Количество выпарных аппаратов, параметры подачи пара, регулирования концентрации по стадиям выпаривания, вывод средней и сульфатной соли, параметры охлаждения каустика определяются для каждого производства разработчиком процесса. Ниже приведен типичный пример технологического процесса стадии выпаривания электрощелоков, 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 вакуумом, первого - под давлением. Вывод раствора натра едкого в экспанзер производится из первого корпуса. Подача греющего пара производится в греющую камеру первого корпуса.

Электрощелока из отделения электролиза непрерывно подаются в приемные баки. Из баков электрощелока непрерывно подаются на установку выпаривания в сепаратор. Выпарной аппарат состоит из сепаратора и циркуляционной трубы с вмонтированной в нее выносной греющей камерой. Греющая камера представляет собой вертикальный кожухотрубчатый теплообменник, через трубное пространство которого циркулирует упариваемый раствор. В нижней части циркуляционной трубы смонтирован циркуляционный насос для создания циркуляции раствора через греющую камеру и циркуляционный контур.

В верхней части аппарата - сепараторе - за счет снижения давления происходит кипение упариваемого раствора. Перегрев этого раствора производится в трубном пространстве греющей камеры за счет теплоты конденсации сокового пара предыдущего выпарного аппарата. В процессе упаривания электрощелоков в выпарных аппаратах вследствие удаления воды происходит увеличение концентрации щелочи и хлористого натрия в растворе. В сепараторе происходит осаждение кристаллов соли в классификатор. 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, осаждаются в классификатор, а более мелкие кристаллы остаются в циркуляционном контуре. В классификаторе за счет подачи определенного объема насыщенного упариваемого раствора из предыдущего корпуса в нижнюю его часть поддерживается "кипящий слой", в результате чего создаются условия для роста кристаллов и уноса мелких кристаллов 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 трубопроводу в сборник, затем на питание центрифуг. Маточный раствор после центрифугирования возвращается на упаривание в третий корпус выпаривания, а соль поступает по желобу в солерастворитель и далее в виде солевой пульпы на приготовление рассола. Плотность суспензии соли в классификаторе сепаратора поддерживается в пределах (1,42  0,05) т/м ³.

Электрощелока в выпарном аппарате третьего корпуса упариваются до массовой доли едкого натра (15  2) %. Упаренный раствор осветляется в гидроциклоне, кристаллы 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 классификатора 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/м ³. Раствор щелочи в выпарном аппарате второго корпуса упаривается до массовой доли едкого натра (25  2) %. Упаренный раствор осветляется в гидроциклоне, кристаллы соли возвращаются в циркуляционный контур, а осветленная часть поступает в первый корпус.

Вследствие высокой концентрации щелочи в первом корпусе выпаривания образуется тройная соль (NaCl, Na ₂SO ₄, NaOH), которая выводится из классификатора сепаратора в циркуляционный контур второго корпуса выпаривания. Во втором корпусе выпаривания происходит растворение тройной соли благодаря более низкой концентрации щелочи. Плотность суспензии соли в классификаторе сепаратора поддерживается в пределах (1,55  0,05) т/м ³.

Упаренный до массовой доли натра едкого не менее 44 % раствор щелочи из первого корпуса выпаривания через гидроциклон подается на стадию охлаждения. Охлаждение раствора натра едкого ведется с целью уменьшения в нем массовой доли хлорида натрия за счет снижения его растворимости при уменьшении температуры.

Система охлаждения состоит из каскада последовательно установленных холодильников, охлаждение раствора в которых производится грунтовой (или оборотной) водой.

Раствор натра едкого после охлаждения поступает на осветление в шнековые центрифуги. Осветленный раствор натра едкого подается на хранение в емкости и далее 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.

Таблица 2.6 - Описание технологического процесса производства водорода, хлора и гидроксида натрия диафрагменным методом электролиза

Входной поток	Стадия технологического процесса	Выходной поток		Основное технологическое оборудование	Природоохранное оборудование
		Продукты и полупродукты	Эмиссии
1	2	3.1	3.2	4	5
1. Галит (соль) 2. Вода 3. Электроэнергия	Стадия растворения поваренной соли и приготовление сырого рассола	1. Сырой рассол 2. Шлам	Хлорид-анион, нерастворимый осадок, твердый отход на объект размещения	1. Бак-растворитель 2. Бак-накопитель
Сырой рассол от рассолопромысла	Стадия приема и подготовки сырого рассола	Сырой рассол (водный раствор хлорида натрия)	-	Бак-накопитель (емкости хранения рассола)
1. Сырой рассол 2. Обратный рассол 3. Промывные воды шламовой суспензии 4. Кальцинированная сода 5. Соляная кислота 6. Гидролизованный раствор полиакриламида 7. Электроэнергия 8. Пар	Стадия очистки рассола от примесей содово-каустическим методом	1. Очищенный рассол 2. Шламовая суспензия из осветлителя	Хлорид-анион (хлорид натрия), карбонат кальция, гидроксиды магния и железа в шламовой суспензии на осветление (отстаивание) и фильтрацию	1. Осветлитель или отстойник Дорра 2. Бак осветленного рассола 3. Карбонизатор 4. Аппарат (реактор) для растворения соды 5. Гидролизер 5. Смеситель-нейтрализатор 6. Бак нейтрализованного рассола 7. Теплообменник кожухотрубный
1. Шламовая суспензия из осветлителя 2. Вода (конденсат греющего пара) 3. Электроэнергия	Прием и промывка шламовой суспензии	1. Шламовая суспензия 2. Промывные воды	Хлорид-анион, карбонат кальция, гидроксид магния, суспензия (шлам) на станцию нейтрализации кислых сточных вод	Мерник-реактор
1. Шламовая суспензия из осветлителя или отстойника Дорра 2. Электроэнергия	Стадия фильтрации рассола от шламовой суспензии содово-каустической очистки	1. Очищенный рассол 2. Многофункциональный наполнитель МФН (в отдельных процессах)	Кек фильтрации, шлам очистки рассола Песок перлитовый отработанный	Фильтр-пресс, песчаный фильтр
1. Обратный рассол 2. Раствор хлористого кальция 3. Раствор ПАА (флокулянта) 4. Электроэнергия	Вывод сульфатов, очистка рассола от сульфатов	1. Обратный рассол 2. Гипс	Хлорид-анион, сульфат кальция Твердый отход (гипс) на объект размещения отходов	1. Реактор-смеситель 2. Барабанный вакуум-фильтр
1. Очищенный рассол 2. Электроэнергия	Диафрагменный электролиз очищенного раствора хлорида натрия	1. Электрощелока 2. Электролитический хлор влажный 3. Электролитический водород влажный	1. Электромагнитное воздействие (загрязнение)	1. Напорный бак рассола 2. Электролизеры
1. Электролитический хлор влажный 2. Олеум 24 % или концентрированная серная кислота (92-98 %) 3. Электроэнергия	Охлаждение, осушка и компримирование хлора	1. Электролитический хлор сухой 2. Отработанная серная кислота 3. Хлорная вода	1. Отработанная серная кислота на продажу, или на регенерацию, или на обезвреживание 2. Хлорная вода (хлор растворенный) на дехлорирование	1. Теплообменник к/т 2. Фильтр влажного хлора 3. Башни (колонны) сушки хлора с насадкой из колец Рашига 4. Башни (колонны) сушки хлора с регулярной насадкой 5. Башня отбойная с насадкой из колец Рашига 6. Фильтр сухого хлора 7. Реактор для укрепления серной кислоты 8. Турбокомпрессор
1. Хлорная вода 2. Соляная кислота 3. Пар	Дехлорирование хлорной воды	Обесхлоренная вода	Обесхлоренная вода (хлор растворенный, хлорид-анион)	1. Дехлоратор I ступени 2. Дехлоратор II ступени 3. Смеситель
1. Электролитический водород влажный 2. Электроэнергия	Охлаждение, компримирование водорода	1. Электролитический водород сухой 2. Водный конденсат	Водный конденсат в общезаводскую систему оборотного водоснабжения	1. Компрессор 2. Теплообменники кожухотрубные (F = 754 м 2; F = 224 м 2; F = 249 м 2)
1. Электрощелока 2. Фугат средних щелоков 3. Пар 4. Электроэнергия	Выпаривание электрощелоков (концентрирование раствора едкого натра)	1. Каустическая сода жидкая 2. Суспензия средних щелоков 3. Конденсат от греющего пара 4. Выпаренная вода	1. Хлорид-анион в соленом конденсате	1. Выпарные аппараты I, II и III корпусов на трех выпарных системах 2. Теплообменники к/т для подогрева щелоков 3. Бак-отстойник каустика 4. Теплообменник спиральный 5. Барометрический конденсатор
1. Суспензия средних щелоков 2. Выпаренная вода 3. Электроэнергия	Приготовление обратного рассола	1. Обратный рассол 2. Фугат средних щелоков	1. Хлорид-анион	1. Напорный бак ср. щелоков 2. Центрифуга 3. Бак-солерастворитель 4. Бак-отстойник рассола
1. Электролитический хлор 2. Электроэнергия 3. Холод -20 °C	Сжижение хлора	1. Жидкий хлор 2. Абгазы сжижения 3. Абгазы вакуумирования	Хлор в абгазах сжижения и вакуумирования используется в производстве гипохлорита натрия для хлорной очистки стоков предприятия Хлор в атмосферу - не более ПДК в воздухе рабочей зоны	1. Рекуператор кожухотрубный 2. Конденсатор кожухотрубный 3. Конденсатор-испаритель 4. Холодильная машина 5. Танк хлора
1. Абгазы сжижения 2. Абгазы вакуумирования 3. Каустическая сода 4. Вода	Получение гипохлорита натрия из абгазов хлора	1. Гипохлорит натрия из абгазов хлора	Хлор в атмосферу не более ПДК в воздухе рабочей зоны	Хлоратор
1. Отработанная асбестовая диафрагма 2. Ингибированная соляная кислота 3. Вода 4. Электроэнергия	Ремонт электролизеров (узел смыва отработанной диафрагмы)	1. Отработанный асбест 2. Фильтрат и промывные воды	Асбестовая пыль (пыль неорганическая с содержанием кремния менее 20 %) на объект размещения отходов, сточные воды (хлорид-анион) в канализацию	1. Поддоны для смыва диафрагмы и травления катодов. 2. Патронный фильтр 3. Консольная кран-балка 4. Вакуумная система
1. Асбест хризотиловый 2. Электрощелока 3. Вода 4. Электроэнергия	Ремонт электролизеров (узел насасывания новой диафрагмы)	Асбестовая диафрагма	Асбестовая пыль (пыль неорганическая с содержанием кремния менее 20 %) в атмосферу	1. Массный ролл со скиповым подъемником 2. Поддон и бак для насасывания диафрагмы 3. Сушилка двухкамерная

Основное технологическое оборудование определяется индивидуально для каждого конкретного производства с учетом его мощности и принятых проектной организацией и разработчиком процесса технических решений. Типичное основное технологическое оборудование, используемое в производстве водорода, хлора и гидроксида натрия диафрагменным методом электролиза, приведено в таблице 2.7.

Таблица 2.7 - Основное технологическое оборудование производства водорода, хлора и гидроксида натрия диафрагменным методом электролиза

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Существенные характеристики технологического оборудования
Карбонизатор	Поглощение электрощелоками углекислого газа из дымовых газов - получение карбоната натрия	Вместимость 27 м 3; D = 2200 мм; Н = 6550 мм; насадка - кольца Рашига 50 х 50 мм; высота насадки 4000 мм; рабочая температура 20-70 °C; среда - дымовые газы, электрощелока
Реактор смешения	Смешение реагентов для содово-каустической очистки	Вместимость 32 м 3; D = 3200 мм; Н = 4000 мм; температура 47-53 °C; давление атмосферное
Отстойник Дорра	Осаждение осадка в растворе натрия хлорида	Вместимость 4000 м 3; D = 30 000 мм; Н = 5000 мм; температура 44-53 °C; давление атмосферное
Сатуратор	Донасыщение раствора натрия хлорида	Вместимость 150 м 3; D = 4500 мм; Н = 9700 мм; температура 64-68 °C; давление атмосферное; среда - раствор натрия хлорида
Фильтр-пресс мембранный	Фильтрация шламовой суспензии СКО	Площадь поверхности фильтрации 37,3 м 2; вместимость 0,407 м 3; среда - шламовая суспензия
Биполярный диафрагменный электролизер или монополярные диафрагменные электролизеры	Электролиз раствора натрия хлорида	Длина 5635 мм; ширина 2178 мм; Н = 3673 мм; номинальная токовая нагрузка 72 кА; выход по току 96,5 %; анодная плотность тока 2045 А/м 2; среднее напряжение ячейки (при пуске) 3,2-3,5 В; расход электроэнергии на 1 тонну 100 %-ного едкого натра в электрощелоках 2450 ; массовая производительность по 100 % хлору 1012 кг/ч; массовая производительность по 100 %-ной электролитической 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: давление 0,06-0,12 кПа; температура 90-98 °C; масса катодного конечного элемента 3244 кг
Холодильник вертикальный кожухотрубчатый	Охлаждение хлоргаза	Площадь поверхности теплообмена 272,6 м 2. В межтрубном пространстве: температура 28-45 °C; давление 0,4 МПа; среда - вода. В трубном пространстве: температура 30-94 °C; вакуум минус (0,15-0,25) кПа, среда - хлоргаз
Теплообменник кожухотрубчатый вертикальный	Охлаждение хлоргаза	Площадь поверхности теплообмена 104,5 м 2. В межтрубном пространстве: температура 7-13 °C; давление 0,4 МПа, среда - вода. В трубном пространстве: температура 12-45 °C, вакуум 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 х 50 мм; высота насадки 3000 мм; количество слоев насадки - 2; среда - серная кислота, влажный и сухой хлор
Турбокомпрессор	Перекачка хлоргаза	Объемная производительность 6493,0 м 3/ч; давление 0,7 МПа; электродвигатель: закрытый, обдуваемого исполнения; 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 Рашига 50 х 50 мм; высота насадки 2300 мм; среда - влажный хлор, раствор натра едкого, раствор гипохлорита натрия
Установка получения регенерированной серной кислоты	Выпаривание влаги под вакуумом из серной кислоты	Вместимость 2,1 м 3; D = 1500 мм; 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 х 50 мм; высота насадки каждого слоя 3500 мм; количество слоев - 2. Давление минус (2,05-0,50) кПа; температура 25-80 °C; среда - водород
Компрессор винтовой	Перекачка водорода	Объемная производительность 6500 м 3/ч. На нагнетании: температура 150 °C; давление 20-110 кПа. На всасе: температура 45 °C; вакуум минус (2,05-0,50) кПа. Электродвигатель взрывозащищенного исполнения; мощность 300 кВт; частота вращения 2970 мин -1; напряжение 6 кВ; среда - водород
Теплообменник	Охлаждение водородного конденсата	Площадь поверхности теплообмена 224 м 2. В межтрубном пространстве: температура 25-56 °C; давление 0,3 МПа; среда - водородный конденсат. В трубном пространстве: температура 22-36 °C; давление 0,5 МПа; среда - вода
Греющая камера первого корпуса	Нагрев раствора натра едкого	Площадь поверхности теплообмена 445 м 2. В межтрубном пространстве: температура 177 °C; давление 0,9 МПа; среда - пар. В трубном пространстве: температура 155 °C; давление 0,03 МПа; среда - раствор натра едкого
Греющая камера второго корпуса	Нагрев раствора натра едкого	Поверхность теплообмена площадью 785 м 2. В межтрубном пространстве: температура 107 °C; давление 0,0336 МПа; среда - водяной пар. В трубном пространстве: температура 94 °C, давление 0,03 МПа; среда - раствор натра едкого
Греющая камера третьего корпуса	Нагрев раствора натра едкого	Площадь поверхности теплообмена 785 м 2. В межтрубном пространстве: температура 94 °C; вакуум минус (0,063-0,634) МПа; среда - водяной пар. В трубном пространстве: температура 60 °C; давление 0,03 МПа; среда - раствор натра едкого
Сепаратор первого корпуса выпаривания	Осаждение кристаллов соли	Вместимость 196 м 3; D = 5400 мм; H = 18115 мм; температура 152-158 °C; давление 0,0334 МПа; среда - суспензия соли/соковый пар/раствор натра едкого
Сепаратор второго корпуса выпаривания	Осаждение кристаллов соли	Вместимость 258 м 3; D = 6000 мм; H = 18600 мм; температура 92 °C; вакуум минус 0,0637 МПа; среда - суспензия соли/соковый пар/раствор натра едкого
Сепаратор третьего корпуса выпаривания	Осаждение кристаллов соли	Вместимость 298 м 3; D = 6400 мм; H = 18 650 мм; температура 57-63 °C; вакуум минус 0,0904 МПа; среда - суспензия соли/соковый пар/раствор натра едкого
Экспанзер	Разделение раствора натра едкого	Вместимость 17 м 3; D = 1920 мм; H = 6885 мм; температура 87-93 °C; Вакуум минус 0,0904 МПа; среда - соковый пар/раствор натра едкого
Центрифуга шнековая	Осветление раствора натра едкого	Массовая производительность 3,6 т/ч по сухим кристаллам; объемная производительность 29,2 м 3/ч по подаче. Электродвигатель закрытый, обдуваемого исполнения, мощность 75 кВт. Частота вращения 1475 мин -1; среда - раствор натра едкого. Электродвигатель: закрытый, обдуваемого исполнения; мощность 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 едкого	Объемная производительность 8200 м 3/ч; давление 0,03 МПа. Электродвигатель закрытый, обдуваемого исполнения; мощность 250 кВт; частота вращения 1500 мин -1; напряжение 6000 В; среда - раствор натра едкого
Насос циркуляционный	Циркуляция раствора натра едкого	Объемная производительность 8200 м 3/ч; давление 0,03 МПа. Электродвигатель закрытый, обдуваемого исполнения; мощность 250 кВт; частота вращения 1500 мин -1; напряжение 6000 В; среда - раствор натра едкого
Насос циркуляционный	Циркуляция раствора натра едкого	Объемная производительность 8200 м 3/ч; давление 0,03 МПа. Электродвигатель закрытый, обдуваемого исполнения; мощность 250 кВт; частота вращения 1500 мин -1; напряжение 6000 В; среда - раствор натра едкого
Насос циркуляционный	Циркуляция раствора натра едкого	Объемная производительность 759 м 3/ч; давление 0,016 МПа. Электродвигатель закрытый, обдуваемого исполнения; мощность 15 кВт; частота вращения 1450 мин -1; среда - раствор натра едкого
Гидроциклон	Осветление раствора натра едкого	Диаметр 553 мм; высота 1750 мм; температура 150-153 °C; давление 0,07 МПа; среда - суспензия соли. Диаметр 765 мм; высота 2460 мм; температура 92-98 °C; давление 0,1 МПа; среда - суспензия соли. Диаметр 990 мм; высота 3045 мм; температура 57-63 °C; давление 0,07 МПа; среда - суспензия соли
Конденсатор-испаритель	Конденсация электролитического хлора	Горизонтальный кожухотрубный теплообменник; диаметр 1165 мм; длина 8600 мм; площадь поверхности теплообмена 305 м 2; среда в межтрубном пространстве - хладон-12, среда в трубном пространстве - хлор
Турбокомпрессор	Компримирование паров фреона (хладон-12)	Производительность по холоду 1026 525 ккал/ч. Электродвигатель нормального исполнения. Среда - хладон-12
Конденсатор хладона	Получение жидкого хладона	Теплообменник кожухотрубный; D = 685 мм; L = 4152 мм; площадь поверхности теплообмена 120 м 2. Среда - хладон-12
Экономайзер хладона	Для снижения давления до и температуры хладона-12 °C до 10-20 °C	Горизонтальный аппарат; вместимость 3,3 м 3; D = 980 мм; L = 5084 мм. Среда - хладон-12
Экономайзер хладона	Для снижения давления и температуры хладона-12 до минус 5-3 °C	Теплообменник кожухотрубный; D = 457 мм; L = 4522 мм; площадь поверхности теплообмена 24,5 м 2. Среда - хладон-12
Бак повторного испарения хладона	Для выпаривания хладона-12 и отделения масла	Горизонтальный аппарат; вместимость 0,15 м 3; D = 457 мм; L = 1200 мм. Среда - хладон-12
Танк хранения жидкого хлора	Хранение жидкого хлора, выдача потребителям и отгрузка	Горизонтальный аппарат; вместимость 125 м 3; D = 3000 мм; L = 18290 мм; рабочее давление 1,6 МПа; рабочая температура 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 теплообмена змеевика хлора 30 м 2; площадь поверхности теплообмена парового змеевика 4,6 м 2. 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 снижения пульсаций	Вместимость 10 м 3; D = 2000 мм; H = 4430 мм; рабочее давление 1,6 МПа; рабочая температура 30-50 °C
Воздушный компрессор ЗГП	Компримирование воздуха	Объемная производительность - 13 м 3/мин; давление нагнетания 1,8 МПа. Электродвигатель нормального исполнения; мощность 132 кВт; частота вращения ротора 500 мин -1
Концевой холодильник	Охлаждение сжатого воздуха	Теплообменник кожухотрубный; D = 400 мм, L = 3690 мм, площадь теплообмена 61 м 2. Давление трубного пространства 0,5 МПа; среда - вода. Давление межтрубного пространства 1,6 МПа, среда - воздух
Влагоотделитель	Отделение влаги	Вертикальный аппарат; вместимость 1,4 м 3; D = 800 мм; H = 3160 мм; рабочее давление 1,6 МПа; рабочая температура 5-60 °C
Влагоотделитель	Отделение влаги	Вертикальный аппарат; вместимость - 1 м 3; D = 720 мм; H = 2530 мм; рабочее давление 1,6 МПа; рабочая температура минус 40-60 °C
Башня осушки сжатого воздуха	Осушка сжатого воздуха до температуры росы не выше минус 40 °C	Вертикальный аппарат; вместимость 1,78 м 3; D = 1000 мм; H = 2910 мм; давление 1,6 МПа; температура 20-200 °C
Электроподогреватель воздуха	Нагрев воздуха для осушки	Вертикальный аппарат; D = 400 мм; Y = 2055 мм; мощность нагревательного элемента 87 кВт; рабочая температура до 230 °C; рабочее давление 1,6 МПа
Фильтр	Очистка сжатого воздуха от пыли	Вертикальный аппарат; вместимость 1,1 м 3; D = 1000 мм; H = 2125 мм. Площадь поверхности фильтрации 4,15 м 2; давление 1,6 МПа; Рабочая температура до 60 °C
Сборник воздуха	Для стабилизации давления и снижения пульсаций	Вертикальный аппарат; вместимость 10 м 3; D = 1600 мм; Н = 5600 мм; рабочее давление 1,6 МПа; рабочая температура минус 40-50 °C
Сборник воздуха	Для стабилизации давления и снижения пульсаций	Вертикальный аппарат; вместимость 1 м 3; D = 800 мм; H = 2530 мм; рабочее давление 1,6 МПа; рабочая температура минус 40-50 °C
Колонны санитарной очистки абгазов	Поглощение абгазов хлора с получением хлорного железа	Вместимость 16,1 м 3; D = 1000 мм; H = 22300 мм. Насадка - нестандартные кольца Рашига. Среда - водный раствор хлористого и хлорного железа
Буфер абгазного хлора	Сбор абгазов от аппаратов и их подача на колонны абсорбции	Вертикальный аппарат; вместимость 10 м 3; D = 2000 мм; Н = 4430 мм; давление 1,6 МПа; среда - хлор
Фильтр	Для очистки сырого рассола	Вертикальный аппарат; вместимость 25 м 3; D = 3000 мм; Н = 4823 мм; давление - 0,4 МПа; температура - (45  50) °C
Фильтр	Для механической очистки сырого рассола	Горизонтальный, цилиндрический; площадь - 24 м 2; производительность - 120 м 3/ч; D = 3000 мм; H = 9450 мм
Подогреватель	Подогрев рассола	Кожухотрубчатый, горизонтальный D = 1200 мм; Н = 3500 мм; площадь поверхности теплообмена 305 м 2; давление трубное - 0,4 МПа; давление межтрубное - 0,5 МПа; температура - (60  80) °C
Колонна	Для отпарки хлорной воды	Вертикальная, цилиндрическая D = 1200 мм; Н = 6850 мм; температура - 110 °C; вакуум - до 1,5 кПа
Башня	Для осушки хлоргаза	Вертикальная, цилиндрическая D = 1800 мм; Н = 9200 м; вместимость 21,3 м 3; вакуум - до 8,4 кПа; температура - 40 °C
Теплообменник	Для охлаждения хлора	Вертикальный, цилиндрический D = 1200 мм; H = 5190 мм; площадь поверхности теплообмена 305 м 2; Давление в межтруб. пр. - 0,4 МПа; вакуум в труб. пр. - 1,5 кПа; Температура в межтруб. пр. - 15 °C; Температура в труб. пр. - 45 °C
Холодильник	Для охлаждения серной кислоты	Вертикальный, цилиндрический D = 600 мм; H = 3600 мм; площадь поверхности теплообмена 40 м 2; давление в межтруб. пр. - (0,15  0,20) МПа; давление в труб. пр. - (0,25  0,3) МПа; температура в межтруб. пр. - (8  12) °С; температура в труб. пр. - (10  40) °C
Фильтр	Для улавливания аэрозолей серной кислоты	Вертикальный, цилиндрический D = 1800 мм; H = 7179 мм; вместимость 14 м 3; давление - 0,05 МПа; температура - (35  80) °C
Хлорный компрессор	Компримирование хлора	Давление рабочее - 0,35 МПа; производительность - 2500 м 3/ч; электродвигатель, мощность - 315 кВт
Теплообменник	Для охлаждения водорода	Вертикальный, цилиндрический D = 1200 мм, H = 4594 мм; площадь поверхности теплообмена 445 м 2
Водородный компрессор	Перекачка водорода	Давление рабочее - 0,15 МПа; производительность - 3000 м 3/ч; электродвигатель, мощность - 132 кВт
Водородный компрессор	Компримирование водорода	Давление рабочее - 0,8 МПа; производительность - 1800 м 3/ч; электродвигатель - ДСК-3-13-24, мощность - 200 кВт
Адсорбер	Осушка водорода	Вертикальный, цилиндрический D = 2000 мм; H = 8060 мм; вместимость 25 м 3; давление - 0,8 МПа; температура - 320 °С
Греющая камера выпарного аппарата	Нагрев раствора едкого натра	Вертикальный, цилиндрический D = 1550 мм; H = 9315 мм; площадь поверхности теплообмена 480 м 2; давление в межтрубном пространстве - не более 0,4 МПа; температура в трубном пространстве - (100  135) °С; давление в трубном пространстве - не более 0,1 МПа; температура в межтрубном пространстве - не более 170 °С
Сепаратор	Для упаривания щелочи	Вертикальный, цилиндрический D кольца maх - 4250 мм; D кольца min - 1000 мм; Н = 13285 мм; вместимость 89 м 3; вакуум - (0,06  0,1) МПа; температура - (85  135) °C
Циркуляционный насос	Циркуляция раствора едкого натра	Давление рабочее - 0,1 МПа; производительность - 4500 м 3/ч; электродвигатель; мощность - 200 кВт
Центрифуга	Разделение суспензии	Производительность - 25 т/ч; электродвигатель; мощность - 30 кВт
Центрифуга	Разделение суспензии	Производительность - 10 т/ч; электродвигатель, мощность - 15 кВт
Центрифуга	Осветление раствора едкого натра	Производительность по суспензии - 15,8 т/ч; электродвигатель, мощность - 75 кВт
Колонна санитарная	Для улавливания абгазов хлора	Вертикальная, цилиндрическая; тип - полочный; D = 2800 мм; H = 7576 мм; вместимость 50 м 3; давление - 0,02 МПа
Танк	Для хранения жидкого хлора	Сварной горизонтальный, цилиндрический аппарат со сферическим днищем; D = 3000 мм; H = 16600 мм; вместимость - 125 м 3; давление - 0,7 МПа; температура - не менее минус 23 °C
Конденсатор	Для сжижения электролитического хлоргаза	Горизонтальный, кожухотрубный элементный 8-секционный теплообменник, в одной секции 56 трубок диаметром 20 мм Площадь поверхности теплоотдачи - 140 м 2; D = 325 мм; H = 4670 мм; давление труб. простр. - 0,35 МПа; давление межтруб. простр. - 0,7 МПа; температура труб. простр. - не менее минус 23 °C температура межтруб. простр. - минус 30 минус 26 °C

Природоохранное оборудование определяется индивидуально для каждого конкретного производства с учетом его мощности и принятых проектной организацией и разработчиком процесса технических решений.

В таблице 2.8 представлено типичное природоохранное оборудование, предназначенное для очистки промышленных выбросов производства водорода, хлора и гидроксида натрия диафрагменным методом электролиза от загрязняющих веществ.

Таблица 2.8 - Природоохранное оборудование производства водорода, хлора и гидроксида натрия диафрагменным методом электролиза

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Существенные характеристики природоохранного оборудования
Санитарная колонна	Очистка промышленных выбросов (газовоздушной смеси - ГВС) от хлора	Вертикальный аппарат с крышкой; разрежение от минус 0,6 до минус 1,2 кПа; вместимость 82 м 3; расход ГВС 0,0199 м 3/с; температура ГВС 30,0 °C; эффективность очистки - до 100 %; высота трубы 22 м
Санитарная колонна	Очистка газовых выбросов на участке склада и станции испарения жидкого хлора	Вертикальный цилиндрический аппарат; расход ГВС 0,074 м 3/с; температура ГВС 22,0 °C; эффективность очистки - до 100 %; высота трубы 17 м
Санитарная колонна	Очистка газовых выбросов на участке склада и станции испарения жидкого сернистого ангидрида (аварийная вентиляция танковых отсеков SO 2) в производстве жидкого хлора	Высота трубы 17 м; диаметр устья 0,2 м; объем (расход) ГВС 0,064 м 3/с; температура ГВС 21,0 °C; эффективность ГОУ - до 100 %
Санитарная колонна	Очистка абгазов (выбросов) от хлора	Вертикальный цилиндрический аппарат, титан, D = 2800 мм, H = 7576 мм; насадка полочного типа; среда - 20 % NaOH, гипохлорит натрия
Санитарная колонна	Очистка абгазов (выбросов) от хлора	Вертикальный цилиндрический аппарат, состоящий из 3 царг; решетка из титана, оросительное устройство - титановая тарелка; D = 2800 мм, H = 14000 мм. Насадка - керамические кольца Рашига 50 х 50 мм, объем насадки - 33,8 м 3; керамические кольца Рашига 100 х 100 мм, объем насадки - 47 м 3
Колонна нейтрализации	Нейтрализация электролитического хлоргаза и хлорсодержащих абгазов	Вертикальный цилиндрический аппарат; D = 1400 мм, H = 6700 мм
Санитарная колонна	Абсорбция диоксида серы	Вертикальный цилиндрический аппарат; D = 812 мм; H = 4000 мм; насадка: керамические кольца Рашига 25 х 25 мм
Насадочная абсорбционная колонна	Очистка промышленных выбросов от хлора	Вертикальный цилиндрический аппарат; D = 1000 мм; H = 22 300 мм; V = 16,1 м 3
Щелочной промыватель	Поглощение паров серной кислоты	D = 800 мм; H = 1830 мм; V = 0,63 м 3
Емкость-нейтрализатор	Нейтрализация абгазов серной кислоты	V = 38,1 м 3; D = 2200 мм; L = 10456 мм

Представленный в таблице 2.8 перечень природоохранного оборудования не может рассматриваться как исчерпывающий, поскольку возможно применение иного оборудования, 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 производстве водорода, хлора и гидроксида натрия диафрагменным методом электролиза, являются:

- удельное потребление электроэнергии и тепловой энергии (пара);

- удельное потребление хлорида натрия на производство продукции;

- удельное потребление асбеста (хризотила);

- удельное потребление и эмиссия серной кислоты для получения хлора;

- наличие и эффективность утилизации (регенерации, использования) отходов производства, содержащих серную кислоту и шламы очистки рассола, в том числе в других отраслях экономики;

- наличие и эффективность очистки и/или повторного использования сточных вод производства, содержащих сульфат натрия и хлорид натрия;

- контроль загрязнения атмосферного воздуха хлором, хлоридом водорода, гидроксидом натрия.

Основными факторами, характеризующими устойчивое развитие производства водорода, хлора и гидроксида натрия диафрагменным методом электролиза, являются:

- наличие и близость расположения месторождений по добыче раствора хлорида натрия (рассола) или каменной (поваренной) соли с целью обеспечения производства сырьем и сохранения запасов в течение 20-40 лет;

- обеспеченность производства электроэнергией;

- обеспеченность стабильного и сбалансированного сбыта и/или использования (переработки) всех трех продуктов производства.

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 электрического тока. Основные достоинства мембранного метода - экологическая безопасность, экономия энергоресурсов, высокое качество получаемых продуктов, высокая степень автоматизации производства и малые производственные площади.

В производстве мембранным методом электролиза исключена эмиссия ртути в окружающую среду и не используется асбест, о канцерогенных свойствах которого идут оживленные дискуссии. По сравнению с ртутным методом мембранный метод обеспечивает экономию электрической энергии главным образом за счет снижения напряжения на электролизере. По сравнению с диафрагменным методом существенно снижаются энергозатраты на выпарку, поскольку выпариванию подвергаются более концентрированные растворы едкого натра, практически не содержащие хлорид натрия. Суммарные энергозатраты при мембранном методе электролиза примерно на 25-40 % ниже, чем при традиционных методах диафрагменного и ртутного электролиза.

Хлор, получаемый по мембранному методу, в отличие от продукта, получаемого по диафрагменному методу, не содержит примеси водорода, что позволяет повысить степень его сжижения. Производство водорода, хлора и едкого натра мембранным методом характеризуется следующими преимуществами при эксплуатации:

- более 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 использования 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, насасыванием и смывом диафрагмы, что характерно для диафрагменного метода.

В зависимости от конкретных условий мембранные производства могут оснащаться как моно-, так и биполярными электролизерами, поэтому легко вписываются в существующие производственные комплексы. Мембранные электролизеры занимают примерно на 50 % меньше площади производственных помещений, чем диафрагменные или ртутные той же производительности. Поэтому перевод действующих ртутных или диафрагменных производств на мембранный метод производства может осуществляться с увеличением мощности примерно в 2 раза.

Наряду с указанными достоинствами реализация и эксплуатация мембранного метода производства связана с рядом трудностей, основными из которых являются:

- высокие капитальные затраты при создании производства;

- высокая чувствительность мембран к отложению осадков (к примесям);

- дороговизна ионообменных мембран;

- необходимость и сложность дополнительной очистки исходного рассола;

- необходимость квалифицированной эксплуатации мембран, предотвращающей их разрушение при монтаже и работе электролизера;

- повышенные требования к коррозионной стойкости материалов, аппаратуры и коммуникаций, в частности мембранных электролизеров;

- необходимость принятия специальных мер, обеспечивающих минимальные токи утечки, а также равномерное распределение электрического тока и материальных потоков в многоячейковых электролизерах.

В основе метода мембранного электролиза лежит явление переноса ионов через ионообменные мембраны под действием электрического тока. Ионообменные мембраны отличаются от традиционно применяемых в электрохимии пористых перегородок тем, что с их помощью обеспечивается преимущественный перенос одноименно заряженных ионов. Через идеальную катионообменную мембрану осуществляется перенос только катионов, через анионообменную - только анионов. В реальных условиях мембраны переносят ионы обоих зарядов, поскольку не обладают идеальной селективностью. За относительно короткий срок совершенствование мембран, технологии электролиза и конструкции электролизеров позволило говорить о переходе мембранный технологии на качественно новый технический уровень. Так, за это время расход электроэнергии снизился с 3400 до 2500 NaOH, а концентрация получаемого раствора едкого натра (электрощелоков) повысилась с 8 % до 35 %.

При производстве водорода, хлора и гидроксида натрия мембранным методом электролиза наиболее важными сырьевыми материалами являются:

- рассол хлорида натрия или поваренная соль (галит);

- синтетическая соляная кислота высокой чистоты для подкисления рассола;

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

Основным видом энергетических ресурсов, используемым в производстве водорода, хлора и гидроксида натрия мембранным методом электролиза, является электроэнергия, в том числе электроэнергия постоянного тока, а также тепловая энергия (пар) на стадии выпарки католита (электрощелока).

В настоящем разделе рассматриваются технологические процессы, основное и природоохранное оборудование производства водорода, хлора и гидроксида натрия мембранным методом электролиза.

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 производства остается наиболее сложным в организации и эксплуатации, а также требует более высоких капитальных затрат на создание и эксплуатацию производства.

С точки зрения электрохимических процессов мембранный метод производства подобен диафрагменному, но анодное и катодное пространства полностью разделены непроницаемой для анионов катионообменной мембраной, поэтому в мембранном электролизере, в отличие от диафрагменного, не один поток, а два: анолитный и католитный.

В анодное пространство поступает, как и в диафрагменном методе, поток насыщенного раствора соли, а в катодное пространство - деионизированная вода. Из анодного пространства вытекает поток обедненного анолита, содержащего также примеси гипохлорит- и хлорат-ионов и выходит влажный электролитический хлор, а из катодного пространства - электролитический водород и электрощелока (католит), практически не содержащие примеси и более близкие к товарной концентрации щелочи (31-33 % NaOH), что уменьшает расход тепловой энергии на их упаривание и очистку.

Однако питающий раствор соли (как свежий, так и оборотный рассол) и вода предварительно максимально очищаются от любых примесей. Необходимость такой тщательной очистки исходного рассола определяется высокой стоимостью полимерных катионообменных мембран и их уязвимостью к примесям в исходном рассоле.

Кроме того, ограниченная геометрическая форма, а также относительно низкая механическая прочность и термическая стойкость ионообменных мембран во многом определяют сравнительно сложные конструкции установок мембранного электролиза. По той же причине установки мембранного электролиза требуют наиболее сложных систем автоматического контроля и управления.

Товарный раствор гидроксида натрия (едкий натр технический), получаемый мембранным методом электролиза и содержащий не менее 46 % NaOH, используется в различных отраслях промышленности, в том числе при производстве твердого (гранулированного или чешуированного) едкого натра, гипохлорита натрия технического, в целлюлозно-бумажной промышленности, в производстве моющих и чистящих средств, в фармацевтической отрасли. Основные области применения гидроксида натрия приведены ранее в таблице 2.1.

Получаемый в данном технологическом процессе электролитический хлор после охлаждения, осушки и компримирования, как правило, используется на том же предприятии для получения хлорида водорода и соляной кислоты, для получения дихлорэтана и винилхлорида-мономера в производстве ПВХ, для производства гипохлорита натрия, производства хлорированных парафинов различных марок (хлорпарафинов), хлорметанов, а также для получения товарного жидкого хлора, реализуемого различным потребителям. Основные области применения хлора приведены в таблице 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 методом электролиза заключается в одновременной (параллельной) и/или последовательной реализации следующих технологических стадий, состав которых определяется направлением использования и видом (маркой) целевых продуктов - водорода, хлора и гидроксида натрия (каустика):

- прием, хранение и растворение исходной поваренной соли или прием и подготовка сырого рассола (рассола от подземного выщелачивания соли);

- очистка сырого рассола от ионов кальция и магния содово-каустическим методом очистки и очистка от сульфат-ионов химическим методом;

- осветление обработанного рассола в осветлителях и отстойниках Дорра;

- фильтрация шламовой суспензии на фильтр-прессе (при наличии);

- фильтрация рассола от механических примесей;

- дополнительная (финишная) ионообменная очистка рассола от примесей ионов кальция и магния;

- ионообменная очистка рассола от сульфатов и хлоратов (при их наличии);

- электролиз очищенного рассола в биполярных электролизерах, снабженных специальной биполярной ионообменной мембраной;

- вакуумное обесхлоривание анолита;

- вывод (удаление) сульфатов из анолита;

- разрушение хлоратов в анолите (на установке разрушения хлоратов);

- донасыщение обесхлоренного анолита (NaCl - 160 г/дм ³) до массовой концентрации NaCl - (305  5) г/дм ³ путем его смешения с солью, с очищенным или сырым рассолом или путем его использования для подземного выщелачивания каменной соли (галита);

- концентрирование электролитического каустика (выпарка электрощелоков) с получением товарного едкого натра (50 %-ного NaOH);

- охлаждение, осушка и компримирование (сжижение) электролитического хлора;

- регенерация (концентрирование) отработанной серной кислоты;

- охлаждение и компримирование водорода с последующим направлением потребителю, в том числе на производство тепловой энергии (пара);

- очистка промышленных выбросов (абгазов) от хлора;

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

В рамках настоящего справочника НДТ процесс добычи поваренной соли или сырого рассола (раствора хлорида натрия) подробно не рассматривается.

Общая принципиальная схема технологического процесса производства водорода, хлора и гидроксида натрия мембранным методом электролиза представлена ниже на рисунке 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 технологического процесса производства водорода, хлора и гидроксида натрия мембранным методом электролиза для варианта, в котором в качестве сырья используются твердая соль (галит). Данное описание процесса никоим образом не может рассматриваться как единственное и исчерпывающее описание.

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 сырая соль выгружается вибропитателем на ленточный конвейер и подается на решетку сортировочной машины для отделения крупных частиц. Просеянная соль конвейером подается для измельчения на мельницу. Внутри мельницы кристаллы соли преимущественно разрушаются вдоль плоскостей, ослабленных присутствующими в кристалле примесями, что в ходе дальнейшей промывки рассолом облегчает удаление этих примесей. Конструкция мельницы позволяет контролировать степень измельчения с высоким выходом кристаллов соли желаемого размера. Из мельницы соль подается в моечную машину, где мелкие включения труднорастворимых примесей, таких как гипс, отделяются от соли с помощью подаваемого противотоком снизу вверх рассола. Подача рассола контролируется в соответствии с качеством сырой соли. Кристаллы соли опускаются вниз, омываясь рассолом, циркулирующим в моечной машине. При этом растворимые примеси с поверхности кристаллов соли переходят в рассол. Из первой моечной машины суспензия соли передается во вторую моечную машину, где примеси отделяются от соли с помощью декантации. Примеси, содержащиеся в суспензии соли, удаляются из нее противотоком чистого рассола. Очищенная соль концентрируется в верхней части моечной машины. Рассол с примесями осветляется в классификаторе, в который подается флокулянт - гидролизованный полиакриламид. Очищенная соль и рассол разделяются в центрифуге. Очищенная соль подается ленточным конвейером на склад промытой соли. Рассол при промывке соли циркулирует в противотоке с движением соли. Из приямка-отстойника осветленный рассол перекачивается в моечную машину, где он извлекает примеси из соли. Из моечной машины рассол поступает в классификатор суспензии соли, где он вымывает из соли мелкие частицы примесей. Шламовая суспензия от промывки соли как отход отгружается насосом в автоцистерны или контейнеры. Соль со склада промытой соли подается погрузчиком в приямок-сатуратор рассола, куда для растворения соли подается дехлорированный обедненный рассол (анолит) и вода. Насыщенный сырой рассол из приямка-сатуратора переливается в буферный приямок сырого рассола и затем в приемную емкость сырого рассола, откуда он подается насосом сырого рассола на следующую стадию.

Стадия содово-каустической очистки рассола и удаления сульфатов

Предварительно в периодическом режиме осуществляется приготовление растворов хлорида бария BaCl ₂ и карбоната натрия Na ₂CO ₃ с использованием обессоленной воды. Вода и вещества BaCl ₂ и Na ₂CO ₃ загружаются в емкость раствора хлорида бария и в емкость раствора карбоната натрия, оборудованные мешалками. Насыщенный рассол с содержанием NaCl 300-315 г/дм ³ поступает в реактор очистки рассола от сульфатов и ионов кальция, где рассол смешивается с растворами BaCl ₂ и Na ₂CO ₃ для удаления соответственно сульфат-ионов и ионов кальция из рассола в виде нерастворимых солей BaSO ₄ и CaCO ₃, которые осаждаются из рассола.

Из реактора очистки рассола от сульфатов и ионов кальция рассол перетекает во второй реактор рассола, где к исходному рассолу добавляется раствор NaOH. При этом из рассола удаляются ионы магния, осаждающиеся в виде осадка гидроксида магния. Рассол, прошедший предварительную химическую обработку, поступает далее в осветлитель и/или отстойник Дорра.

Стадия осветления рассола, фильтрования сгущенного шлама и обработки шлама

Сырой рассол поступает из второго реактора рассола в осветлитель рассола. При этом в рассол добавляется флокулянт, подаваемый насосом из емкости растворения флокулянта. Приготовление раствора флокулянта ведется в периодическом режиме попеременно в одной из двух емкостей. Флокулянт обеспечивает укрупнение частиц и осаждение твердых веществ и гелей в осветлителе. Осветленный рассол поступает в резервуар для подачи рассола на фильтрацию и затем перекачаться в систему фильтрации. Шлам, осаждающийся на дно осветлителя, перекачивается диафрагменным насосом шлама в емкость шлама, в которой собирается также шлам из реакторов рассола. В емкости твердые вещества поддерживаются во взвешенном состоянии мешалкой. Затем шлам подается на фильтр-пресс питательным насосом шлама. Это насос диафрагменно-поршневого типа способный развивать давление 15 бар. Во время фильтрации регенерированный рассол собирается в емкость фильтрата и затем насосом фильтрата с регулируемой производительностью возвращается в реакторы рассола. Когда давление фильтрации достигает максимума, цикл фильтрации завершается и шлам (кек) с содержанием воды от 40 % до 60 % выгружается ленточным конвейером в контейнер (бункер) под фильтр-прессом.

На установке фильтрации также предусматривается система периодической кислотной мойки для промывки фильтровальной ткани во избежание ее забивки. Эта система включает емкость с соляной кислотой и систему дозирования с эжектором, в который подается деминерализованная вода.

Стадия фильтрации рассола от взвешенных частиц (примесей)

Осветленный рассол перекачивается насосом осветленного рассола в двухстадийную систему фильтрации. Первая стадия фильтрации осуществляется на двух или трех антрацитовых фильтрах, установленных параллельно. Каждый способен обрабатывать не менее 50 % от необходимого производству полного потока рассола. Периодически один из фильтров исключается из работы и промывается фильтрованным рассолом, подаваемым насосом обратной промывки. Загрязненный рассол после промывки антрацитовых фильтров собирается в емкости обратного рассола, оборудованной мешалкой, из которой возвращается насосом на стадию предварительной очистки рассола. Вторая стадия фильтрации осуществляется на 2 фильтрах рассола патронного типа. Фильтры обычно работают параллельно. Оба фильтра рассчитаны на работу со 100 % от необходимого производству полного потока рассола. Во время операции очистки одного фильтра весь рассол направляется в другой фильтр. Перед пуском в работу в фильтре рассола должен быть намыт слой фильтрующего материала. Суспензия для нанесения слоя фильтрующего материала приготавливается в емкости намывного материала, где фильтрующий материал тщательно диспергируется мешалкой в фильтрованном рассоле, после чего подается в фильтры насосом фильтрующего материала. К рассолу, поступающему в фильтры, добавляется вспомогательный фильтрующий материал в виде суспензии, подготовленной в емкости вспомогательного фильтрующего материала. В этой емкости вспомогательный фильтрующий материал тщательно диспергируется в обессоленной воде мешалкой. Затем он насосом дозирования вспомогательного фильтрующего материала направляется в фильтры. В качестве фильтрующего материала намывного слоя фильтрации и вспомогательного фильтрующего материала используется -целлюлоза. Концентрации суспензий материала намывного слоя фильтрации и вспомогательного фильтрующего материала различны: 3-4 % для намывного слоя и 1-2 % для вспомогательного фильтрующего материала. Применение -целлюлозы имеет двойной эффект: она отлично подходит в качестве фильтрующей среды, более эффективной, чем материал патронных фильтроэлементов. Кроме того, она де лает корку шлама более рыхлой, что облегчает сброс отфильтрованного шлама и обеспечивает проведение процесса фильтрации при более низком перепаде давления. Когда рабочее давление на фильтре достигает максимального значения, фильтр должен быть очищен. Очистка осуществляется в автоматическом режиме подачей сжатого воздуха из ресивера. После сброса шлама с фильтроэлементов он высушивается воздухом с достижением общего содержания сухих веществ 50-60 %, и затем он выгружается из фильтра в качестве отхода в передвижной контейнер, установленный под фильтром.

Стадия очистки и подготовки рассола (вторичная очистка рассола)

Фильтрованный рассол из фильтров собирается в емкости фильтрованного рассола, затем он насосами подается на очистку в ионообменные колонны через подогреватель фильтрованного рассола, где подогревается до температуры около 60-65 °C. Чтобы гарантировать стабильную работу мембранных ячеек электролизеров и долгий срок службы мембран, в ячейки должен подаваться очень чистый рассол. Содержание ионов кальция и магния в рассоле не должно превышать определенный уровень, так как осаждение этих ионов на мембране влияет на ее работоспособность и ведет к увеличению энергопотребления. Две ионообменные колонны, использующиеся для вторичной очистки рассола, соединены последовательно друг за другом с расположением по принципу "ведущая/последующая". Каждая колонна рассчитана на очистку всего потока рассола. Вторая колонна фактически является резервной и работает на полную нагрузку, когда другая колонна регенерируется. После регенерации происходит переключение потока рассола, и регенерированная колонна становиться "ведущей" (первой по ходу потока рассола), а работавшая колонна становится "последующей" (второй по ходу потока рассола). Ионообменные колонны заполнены катионообменной смолой, имеющей функциональные группы, способные извлекать ионы металлов (Me ²⁺) с образованием гелевых комплексов и одновременным высвобождением ионов Na ⁺. Регенерация смолы выполняется через регулярные промежутки времени, автоматической системой, контролируемой РСУ производства.

Смола регенерируется разбавленной соляной кислотой (5-7 % HCl), при этом происходит замещение ионов Me ²⁺ на ионы H ⁺. После этого смола обрабатывается разбавленным раствором щелочи (5 % NaOH) для перевода смолы из водородной формы (R  H ⁺) в натриевую (R  Na ⁺). Используемые для регенерации исходная 35 %-ная соляная кислота и исходный 32 %-ный раствор NaOH предварительно разбавляются автоматически регулируемым потоком деминерализованной воды и проходят через смеситель кислоты и воды или смеситель щелочи и воды для обеспечения полного смешения жидкостей. Стоки от регенерации собираются в емкость стоков, откуда они насосом возвращаются в процесс в секцию насыщения рассола. Анализ содержания катионов Mg ²⁺/Cа ²⁺ должен выполняться на регулярной основе, что позволяет обслуживающему персоналу своевременно выполнить необходимые действия по предотвращению повреждения мембран электролизера. Если концентрация Mg ²⁺/Cа ²⁺ превышает определенную величину (20 ppb), то это указывает на то, что "ведущая" в данный момент ионообменная колонна должен быть подвергнута регенерации. После ионообменных колонн очищенный рассол поступает на электролиз. Очищенный рассол со стадии ионообменной (вторичной) очистки поступает в электролизер через теплообменник рассола. Теплообменник рассола обеспечивает необходимую для электролиза температуру рассола: это означает, что в нормальном режиме работы и при пуске электролизера он работает как подогреватель, а во время операций по отключению электролизера он работает как холодильник.

Стадия электролиза

Биполярный мембранный электролизер, как правило, состоит из 130-200 отдельных элементов - ячеек, последовательно соединенных электрически. В каждый элемент подается очищенный рассол и водный раствор едкого натра. Ячейка включает анодное и катодное пространства электродов, мембрану, фланцы и систему уплотнения. Анод, как правило, выполнен из титана, а катод - из никеля. Подача на электролизер электрического тока осуществляется через трансформатор и выпрямитель, которые обеспечивают преобразование переменного тока напряжением 35 кВ в постоянный ток напряжением (540-660) В. Для охлаждения трансформатора и выпрямителя используется оборотная вода, которая собирается в емкость оборотной воды, из которой вода возвращается насосом в систему оборотной воды. Очищенный рассол поступает в анодное пространство, где на аноде образуется хлор.

Основная электрохимическая реакция, происходящая на аноде:

NaCl Na ⁺ + Cl-

2Cl ^- - 2e- Cl ₂.

Также внутри анодного пространства имеет место ряд побочных реакций, по которым в небольших количествах образуются следующие побочные продукты:

4OH ^- + 4 е ^- O ₂ + 2H ₂O (образование кислорода);

3Cl ₂ + 6OH ^- 3H ₂O + 5Cl ^- + ClO ^3- (образование хлората);

Cl ₂ + 4OH ^- 2H ₂O + 2ClO ^- (образование гипохлорита).

Рассол, выходящий из ячейки электролизера, - анолит содержит 160-220 г/дм ³ NaCl. В соответствии с конструкцией электролизера анодное и катодное пространства разделяются мембраной, которая позволяет диффундировать в катодное пространство только ионам Na ⁺ и определенному количеству воды.

Двухфазная смесь хлора и анолита поступает через переливную трубу в коллектор анолита, где основная часть газообразного хлора отделяется от анолита. Анолит поступает в емкость анолита, а оттуда перекачивается на узел дехлорирования. Горячий, насыщенный водой газообразный хлор поступает на стадию обработки хлора. Водород и ионы OH ^- образуются на катодах при разложении H ₂O.

Основная электрохимическая реакция, происходящая на катоде:

2H ₂О + 2 е- H ₂ + 2OH.

Едкий натр образуется в катодном пространстве в результате миграции ионов натрия через мембрану из анодного пространства в катодное:

Na ⁺ + OH ^- NaOH.

Для этой электрохимической реакции и разбавления циркулирующего потока католита необходимо добавление воды в контур циркуляции католита. Вода в контур поступает частично за счет вышеупомянутого явления переноса H ₂O через мембрану из анодного пространства, а также за счет подачи в контур циркуляции католита обессоленной воды. Двухфазная смесь раствора едкого натра (католита) и водорода поступает из катодного пространства через переливную трубу в коллектор католита, где водород отделяется от католита. Поддержание постоянного перепада давлений между катодным и анодным пространством необходимо для правильного режима работы ячеек. Давление водорода всегда поддерживается приблизительно на 20 мбар выше, чем давление хлора. Этим обеспечивается то, что мембрана только соприкасается с анодом. При увеличении давления хлора в ячейках даже немного выше рабочего значения 200 мбар хлор начинает автоматически сбрасываться в систему газовых выбросов (секция аварийного поглощения хлора), в которой хлор абсорбируется разбавленным раствором едкого натра с образованием гипохлорита. При дальнейшем повышении давления процесс электролиза останавливается посредством автоматического отключения электрического тока. Хлор сбрасывается в систему аварийной абсорбции хлора.

Стадия выпаривания электрощелока (католита)

Полученный в электролизере 31-33 %-ный раствор NaOH, так называемый католит, поступает в емкость католита, из которой часть потока католита возвращается на электролиз, а часть потока перекачивается дальше на стадию выпарки. Католит возвращается на электролиз через теплообменник католита. При нормальном режиме работы и при остановке электролизера этот теплообменник регулирует температуру католита, работая как холодильник. При работе электролизера в неустановившемся режиме при пуске теплообменник работает как подогреватель. Отводимый как продукт электролиза 31-33 %-ный раствор NaOH подается насосом католита или в емкость хранения 32 % NaOH, проходя через холодильник, или на установку концентрирования и чешуирования каустической соды. Раствор 31-33 %-ного NaOH, хранящийся в емкостях, может перекачиваться в систему концентрирования (выпаривания) каустической соды, а также в секцию аварийного поглощения хлора, обеспечивая ее свежим каустиком для абсорбции хлора.

Система выпарки (концентрирования) электрощелока включает двух- или трехступенчатую выпарку с двумя или тремя концентраторами - выпарными аппаратами, обеспечивающую концентрирование раствора щелочи с 32 % до 50 % NaOH, и заключительную ступень выпарки с одним концентратором, обеспечивающую получение расплава едкого натра из 50 % раствора щелочи. Все концентраторы этой системы являются выпарными аппаратами с падающей пленкой жидкости, в верхней части которых установлены теплообменники (рибойлеры). Выпарной аппарат с падающей пленкой жидкости - аппарат, в котором щелочной раствор концентрируется в трубках рибойлера с высокой скоростью, гарантирующей турбулентный поток у поверхности теплообмена, чем достигается высокая интенсивность теплопередачи. Распределение щелочного раствора в трубках рибойлера имеет важное значение и обеспечивается установкой на входе в каждую трубку наконечников-распределителей, рассчитанных на компенсацию эффекта "волн" в жидкости и изменений расхода питающего потока. Выбор сочетания двухступенчатой выпарки для получения 50 %-ного раствора щелочи и заключительной одноступенчатой для получения расплава щелочи типичен, это наилучший компромисс между экономией пара, капиталовложениями и проблемами, возникающими из-за большого роста температуры кипения концентрированного каустика.

Для извлечения тепла от конденсата и концентрированного раствора каустика и охлаждения продукта до безопасной температуры предусмотрены подогреватели питающего раствора. Питающий установку концентрирования раствор щелочи может поступать как католит из электролизера или как каустик из емкостей хранения. Для снижения температуры кипения раствора щелочи процесс концентрирования проводится под вакуумом, создаваемым вакуум-насосом, входящим в состав оборудования установки концентрирования. Технологический конденсат установки концентрирования (вода, выпариваемая при концентрировании раствора щелочи) утилизируется внутри производства. Этот конденсат собирается и перекачивается в секцию обработки рассола, где используется для получения насыщенного рассола.

Контур щелочного раствора

Католит с регулируемым расходом подается непосредственно в верхнюю трубную решетку рибойлера концентратора второй ступени. Испарение воды происходит за счет тепла пара, поступающего с верха концентратора первой ступени и заключительного концентратора. В верхней части концентратора второй ступени пары отделяются от раствора щелочи; раствор при этом концентрируется. Щелочной раствор откачивается из концентратора насосом и подается в подогреватель для рекуперации тепла концентрированного щелочного раствора, после чего поступает в верхнюю трубную решетку ребойлера концентратора первой ступени выпарки. Испарение избыточной воды происходит под воздействием теплоты пара и раствор щелочи достигает требуемой концентрации 50 % мас. Горячий щелочной раствор перекачивается насосами через подогреватель, где теплота передается потоку питающего низко концентрированного раствора.

Получаемый на установке концентрирования 50 %-ный раствор каустика поступает в емкости хранения 50 %-ного NaOH через конечный холодильник, чтобы получить требуемую температуру 45-50 °C. Часть 50 %-ного раствора NaOH посылается насосом непосредственно из концентратора первой ступени на стадию заключительной концентрации. Раствор 50 %-ного NaOH, получаемый на установке концентрации каустической соды и хранящийся в емкостях хранения 50 %-ного NaOH, затем перекачивается насосом на узел налива щелочи в ж/д-цистерны и танк-контейнеры.

Стадия получения твердого едкого натра (при производстве твердого чешуированного или гранулированного едкого натра)

На стадии получения твердого едкого натра исходный 50 %-ный щелочной раствор поступает в рибойлер заключительного концентратора, где он нагревается расплавленным солевым теплоносителем, поступающим из подогревателя теплоносителя. В концентраторе перегретый концентрированный щелочной мгновенно вскипает, выделяя избыточный пар, после чего полученный расплав каустика самотеком поступает на узел получения твердого чешуированного каустика. Пары, выходящие из заключительного концентратора, посылаются в рибойлер концентратора второй ступени. Для улучшения качества чешуированного каустика в 50 %-ный раствор каустика, поступающий на стадию заключительного концентрирования, насосом подается небольшое количество раствора сахара.

Узел чешуирования каустика

При получении чешуированного твердого каустика расплав каустика поступает в агрегат чешуирования на внешнюю поверхность вращающегося барабана, охлаждаемого изнутри водой, и стекает в поддон, расположенный под барабаном. Избыток расплава стекает по переливу в дренажную емкость, где разбавляется водой и насосом возвращается на концентрирование. Поверхность барабана агрегата чешуирования имеет спиральные желоба с шагом 20 мм, обеспечивающие фрагментацию застывающего на ней расплава каустика. Барабан вращается с регулируемой скоростью, при этом расплав, захватываемый барабаном из поддона, застывает и снимается с барабана скребками, установленными на раме устройства, в виде чешуек, которые сбрасываются в бункер под агрегатом.

Узел расфасовки чешуированного каустика

Из бункера чешуированный твердый каустик конвейером подается на узел упаковки, где он автоматически расфасовывается в полиэтиленовые мешки весом 25 кг. Мешки формируются непосредственно при расфасовке из рулонированной полиэтиленовой пленки. Затем мешки с чешуированным каустиком подаются роликовым конвейером на узел ручного пакетирования для формирования транспортных пакетов.

Контур пара и чистого конденсата

Для получения 50 %-ного раствора каустика на установке концентрирования используется пар среднего давления, поступающий из паровых сетей предприятия. Пар подается в межтрубное пространство рибойлера концентратора первой, где он конденсируется с отдачей теплоты щелочному раствору, текущему в трубах. Конденсат этого пара проходит подогреватель и возвращается с установки в конденсатные сети предприятия для последующей утилизации.

Контур технологического пара и технологического конденсата

Пары, образующиеся в заключительном концентраторе, охлаждаются технологическим конденсатом и поступают в межтрубное пространство рибойлера концентратора второй ступени. Пары, образующиеся в концентраторе первой ступени, охлаждаются технологическим конденсатом и поступают в межтрубное пространство рибойлера концентратора второй ступени. Там они конденсируются, и конденсат поступает в конденсатор. Пары поступают в поверхностный конденсатор, где вода в виде конденсата отделяется от неконденсирующихся газов (воздух из раствора, воздух, подсасываемый вакуумом, и т.д.) Конденсат собирается и затем перекачивается насосом на стадию насыщения рассола.

Вакуумная система

Концентратор второй ступени выпарки работает под вакуумом для уменьшения температуры кипения раствора каустика. Неконденсирующиеся газы (воздух) отделяются от водяного пара в конденсаторе. Эти газы отсасываются из конденсатора жидкостно-кольцевым вакуум-насосом и выбрасываются в атмосферу.

Узел солевого теплоносителя

Для получения расплава едкого натра на установке концентрирования используется расплав солевого высокотемпературного теплоносителя (нитрит-нитратная смесь), поступающий из узла солевого теплоносителя, входящего в состав оборудования установки концентрирования. Оборудование узла солевого теплоносителя включает в себя емкость солевого расплава, насос циркуляции солевого высокотемпературного теплоносителя и подогреватель циркулирующего солевого теплоносителя. Емкость солевого расплава и трубопроводы расплава оборудованы системой обогрева для плавления солевого теплоносителя при пуске оборудования в работу и предотвращения его застывания. Подогреватель солевого теплоносителя состоит из трех секций. Горелка установлена в верхней части радиантной секции, из которой топочные газы поступают в конвекционную 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 подогревателя солевого теплоносителя.

Установка кристаллизации едкого натра

Расплав NaOH самотеком подается в установку кристаллизации, где продукт затвердевает 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 установки - никелевый цилиндр с винтовой канавкой с шагом 20 мм. Винтовая канавка осуществляет разделение пленки. Охлаждающая вода через трубу с распылителями орошает внутреннюю поверхность барабана на протяжении всей его длины. Барабан, расположенный на двух опорах, приводится во вращательное движение зубчатой передачей от электродвигателя с регулятором скорости, расположенного с краю установки выделения. Передаточное число регулятора скорости может регулироваться соответствующим 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 вращении 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, расположенного сзади упаковочной машины, наполняются автоматически и выгружаются на машину спайки швов и затем доставляются роликовым конвейером в отделение ручной палетизации.

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 через радиационную зону подогревателя, поглощая тепло, которое будет передаваться на секцию концентрирования. Расплавленная смесь затем возвращается в резервуар хранения, чтобы потом повторно идти на нагреватель. В случае отключения нагревателя или производства все расплавленная смесь автоматически спускается в резервуар хранения через байпасный клапан. При запуске система трубопроводов расплава смеси и резервуар хранения будут подогреваться системой нагревания, чтобы обеспечить расплавление смеси перед циркуляцией и избежать затвердевания.

2. Нагреватель расплавленной нитрит-нитратной смеси. Нагреватель - компактная система из жаропрочных и тугоплавких металлов. Установка состоит из трех основных секций. Горелка подсоединена к верху радиационной зоны, и предварительно подогретый воздух для горения подается тангенциально к ней. В радиационной зоне трубы расплавленных солей не соприкасаются непосредственно пламенем, но они нагреваются радиационной теплоотдачей. Горячие дымовые газы затем вводят в следующую секцию, где конвективной теплопередачей они отдают большую часть своего тепла расплавленным солям. В следующей секции дымовые газы направляются противотоком поступающему 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 анолита, 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 вакуумом. На второй стадии оставшийся в анолите хлор связывают химически. Перед поступлением в емкость анолита анолит подкисляют в емкости смешения рассола, смешивая с подкисленным рассолом из реактора хлората. Из емкости анолита анолит подают насосом в колонну дехлорирования рассола, где основное количество хлора десорбируется под вакуумом, создаваемым вакуумной установкой. Воду из десорбированного хлора удаляют в холодильнике влажного хлора. Перед последующим химическим дехлорированием рассол (анолит) подщелачивают.

Химизм реакции дехлорирования анолита описывается следующей реакцией:

Na ₂SO ₃ + H ₂O + Cl ₂ Na ₂SO ₄ + 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 образуются хлораты. В связи с этим для предотвращения накопления NaClO ₃ в циркулирующем рассоле необходим узел разложения хлоратов. Разложение хлоратов осуществляется с помощью соляной кислоты с образованием свободного хлора.

Химизм реакции разложения хлоратов описывается следующей реакцией:

NaClO ₃ + 6HCl 3Cl ₂ + NaCl + 3H ₂O.

Для разложения хлоратов анолит подается в реактор смешения анолита и соляной кислоты. Из этого реактора (емкости) анолит перетекает в реактор разложения хлоратов. Хлорат разлагают соляной кислотой при повышенной температуре, обеспечиваемой 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 контролируется 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 содержания влаги в несколько десятков ppm. Колонна осушки обычно состоит из насадочной секции, туннельных тарелок и каплеотбойника в верхней части колонны. Кислота циркулирует через насадочную секцию с помощью насоса циркуляции разбавленной H ₂SO ₄. Выделяющуюся в процессе сушки теплоту разбавления отводят в холодильнике разбавленной H ₂SO ₄, поддерживающем температуру около 15 °C. Избыток кислоты, образующийся за счет абсорбции воды и добавления свежей кислоты, переливается из нижней части колонны осушки в емкость разбавленной H ₂SO ₄. Разбавленная кислота затем подается в колонну дехлоривания H ₂SO ₄, где растворенный хлор отдувается воздухом. Воздух, содержащий хлор, поступает в систему очистки газовых выбросов. Дехлорированная разбавленная кислота периодически откачивается в складскую емкость разбавленной H ₂SO ₄, откуда она дозировочным насосом подается на установку концентрирования (регенерации) H ₂SO ₄. Серная кислота после установки концентрирования (регенерации), содержащая 95-98 % мас. H ₂SO ₄, возвращается в емкость хранения концентрированной H ₂SO ₄, а затем подается в компрессор хлора и насосом подачи свежей серной кислоты подается в холодильник концентрированной серной кислоты. Предусматривается 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 качестве рабочей жидкости используется серная кислота. Сжатый хлор фильтруется в каплеуловителе для отделения аэрозоля серной кислоты. Кислота - рабочая жидкость кольца компрессора циркулирует по замкнутому контуру: она проходит через компрессор и выходит оттуда вместе со сжатым газом, после чего отделяется от газа в сепараторе. 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 пространство конденсатора хлора, где охлаждается и ожижается за счет испарения хладагента - фреона в межтрубном пространстве конденсатора либо за счет контакта в теплообменнике с холодом с температурой (минус 29  2) °C. 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 циркулирующей 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 повышается температура его конденсации - до температуры выше температуры окружающей среды. Это позволяет конденсировать пары хладагента в конденсаторе с помощью охлаждающей оборотной водой. Жидкий хладагент поступает в испаритель, где хладагент испаряется при пониженном давлении, отводя тепло от конденсирующегося (сжижающегося) хлора. Компрессор поддерживает низкое давление в испарителе хладагента, отсасывая пары хладагента, образующиеся в испарителе. Пары фреона перед компрессором подогреваются в экономайзере фреона, охлаждая жидкий фреон перед конденсатором хлора. Конденсатор фреона - кожухотрубчатый теплообменник, в межтрубном пространстве которого сжижается сжатый газообразный фреон с помощью охлаждающей воды, подаваемой в трубное пространство. Сконденсированный фреон постоянно стекает в ресивер жидкого фреона, откуда он поступает в конденсатор хлора. Из конденсатора хлора жидкий хлор с давлением примерно 3,2 бар и температурой -10 °C поступает в резервуары (танки) жидкого хлора.

Абгазы конденсации хлора, включающие несконденсировавшуюся часть хлора и неконденсирующиеся газы - преимущественно кислород, водород и CO ₂, после конденсатора хлора направляются в систему абсорбции хлора или на установку синтеза соляной кислоты. Низкое содержание водорода в хлоре, получаемом в мембранном электролизере, и предусматриваемые характеристики и режим работы установки сжижения хлора обеспечивают содержание водорода в абгазах сжижения хлора на уровне существенно ниже, чем НКПВ водорода в смеси с хлором (4 % (об.)).

Охлаждение, осушка и компримирование водорода

Электролитический водород, выходящий из ячеек электролизера, последовательно 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 производство пара (в парогенератор) или на производство винилхлорида-мономера. В случае отсутствия потребления водорода избыток водорода автоматически сбрасывается в атмосферу 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 катионитные и анионитные колонны, затем вода проходит доочистку в ионообменных колоннах 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 емкости хранения деминерализованной воды и затем подают с помощью насоса деминерализованной воды в распределительное кольцо, где давление поддерживается постоянным при различном потреблении воды, необходимом производству в различное время. Стоки от регенерации ионообменных смол установки собираются в емкости стоков промывки и возвращаются в систему рассола с помощью насоса подачи стоков промывки. Стоки от регенерации ионообменных смол и концентрирования раствора едкого натра утилизируются внутри производства - подаются в рассольный цикл для получения насыщенного рассола. Все прочие стоки производства, преимущественно из системы оборотной воды (продувка системы), собираются в приямок сточной воды предусматриваемой системы очистки сточных вод производства. В приямке сточную воду нейтрализуют едким натром и соляной кислотой, а добавление сульфита натрия обеспечивает минимальное содержание в стоках свободного хлора. Очищенная вода переливается в приямок очищенной воды, откуда ее перекачивают с помощью насоса очищенной 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 процесса.

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.

Таблица 2.9 - Описание технологического процесса производства водорода, хлора и гидроксида натрия мембранным методом электролиза

Входной поток	Стадия технологического процесса	Выходной поток		Основное технологическое оборудование	Природоохранное оборудование
		Основные, побочные и промежуточные продукты	Эмиссии
1	2	3.1	3.2	4	5
1. Соль каменная 2. Вода деминерализованная 3. Электроэнергия	Растворение соли и приготовление сырого рассола	Сырой рассол (раствор хлорида натрия)	Шлам растворения соли (отход)	Сатураторы (солерастворители); реакторы смешения; реакторы выдержки
1. Обедненный (обратный) рассол с концентрацией NaCl 200 г/дм 3 2. Электроэнергия	Подземное растворение соли, перекачивание рассола в отделение очистки рассола	Сырой рассол с концентрацией NaCl 300 г/дм 3		Насосы высокого давления Приемные емкости сырого рассола
1. Сырой рассол NaCl 2. Карбонат натрия или СО 2 3. Едкий натр 4. Полиакриламид 5. Обратный рассол	Содово-каустическая очистка рассола от кальция, магния и железа, осветление раствора хлорида натрия (рассола)	1. Подогретый осветленный рассол с концентрацией 290 г/дм 3 2. Шламовая суспензия содово-каустической очистки рассола	Шламовая суспензия (шлам) содово-каустической очистки рассола на размещение (захоронение)	Сборники (емкости) приема и хранения раствора NaCl. Отстойники Дорра. Осветлители кипящего слоя. Декантаторы
1. Шламовая суспензия содово-каустической очистки рассола 2. Электроэнергия	Фильтрация шламовой суспензии содово-каустической очистки	1. Очищенный отфильтрованный рассол 2. Кек шлама содово-каустической очистки	Кек шлама содово-каустической очистки рассола на размещение (захоронение)	Фильтр-пресс
Осветленный рассол	Фильтрация рассола на фильтрах с намывным слоем	Осветленный рассол, отфильтрованный от взвешенных частиц	Отработанный, загрязненный намывной слой фильтра (отход)	Фильтры с намывным слоем из -целлюлозы
1. Осветленный рассол 2. Электроэнергия	Фильтрация рассола на песчаных и/или антрацитовых фильтрах	Осветленный рассол, отфильтрованный от взвешенных частиц	Отработанный, загрязненный песок; отработанный антрацит	Песчаные фильтры Антрацитовые фильтры
Обратный рассол (анолит)	Удаление сульфатов из обратного рассола	Рассол, очищенный от сульфатов	-	Установка удаления сульфатов
1. Рассол с активным хлором (анолит) 2. Соляная кислота	Удаление хлоратов из обратного рассола (анолита)	Рассол (анолит), очищенный от хлоратов	Незначительные выбросы хлорида водорода	Установка удаления хлоратов; реактор подкисления анолита
Обратный рассол (анолит), содержащий хлор	Удаление остаточного хлора из обратного рассола (анолита)	Обедненный рассол (анолит) обесхлоренный	Незначительные выбросы хлора	1. Колонна вакуумного дехлорирования 2. Вакуумные насосы
Обедненный рассол (анолит), содержащий хлор	Удаление остаточного хлора из обратного рассола (анолита)	Рассол (анолит) обесхлоренный	Отработанный угольный фильтр с активированным углем	1. Фильтр с активированным углем 2. Сборник рассола
1. Осветленный, отфильтрованный рассол 2. Ионообменная смола	Заключительная очистка рассола от примесей кальция и магния на установке ионообменной очистки	Отфильтрованный очищенный рассол для электролиза	Отработанная ионообменная смола	1. Ионообменные колонны (установки очистки) 2. Сборники (емкости) приема и хранения рассола для электролиза
1. Очищенный рассол для электролиза 2. Анолит 3. Деминерализованная вода 4. Соляная кислота 5. Электроэнергия 6. Энергия (пар)	Электролиз в биполярных мембранных электролизерах	1. Электролитический хлор влажный 2. Электролитический водород влажный 3. Католит - электрощелока 31-33 % NaOH 4. Анолит (с содержанием активного хлора)	Электромагнитное воздействие (загрязнение).	1. Напорный бак рассола 2. Биполярные электролизеры с мембраной 3. Электролизеры
1. Электролитический водород влажный 2. Электроэнергия 3. Вода оборотная	Охлаждение и компримирование водорода	1. Электролитический водород сухой охлажденный 2. Водный конденсат	Водный конденсат в общезаводскую систему оборотного водоснабжения	1. Теплообменники кожухотрубные для водорода (F = 754 м 2; F = 249 м 2) 2. Компрессоры 3. Промывочная башня 4. Установка компримирования водорода
1. Электролитический хлор влажный 2. Концентрированная серная кислота (92-98 %) или олеум 24 % 3. Электроэнергия 4. Вода на абсорбцию или раствор гидроксида натрия (щелочи) 5. Оборотная вода 6. Захоложенная вода	Охлаждение и осушка хлора	1. Электролитический хлор сухой 2. Отработанная серная кислота 3. Хлорная вода или гипохлорит натрия	1. Отработанная серная кислота на продажу, на регенерацию или на обезвреживание, или на захоронение. 2. Хлорная вода (вода с растворенным хлором) на дехлорирование или раствор гипохлорита натрия на утилизацию в контуре рассола 3. Отработанные фильтры сухого хлора	1. Теплообменники к/т 2. Фильтр влажного хлора 3. Башни (колонны) осушки хлора с насадкой из колец Рашига 4. Башни (колонны) сушки хлора с регулярной насадкой 5. Башня отбойная с насадкой из колец Рашига 6. Фильтр сухого хлора 7. Турбокомпрессор
1. Католит - электрощелока (31-33 %) 2. Выпаренная вода (конденсат) или обессоленная вода 3. Тепловая энергия (4,2 50 %-ного едкого натра в пересчете на 100 % NaOH) 4. Электроэнергия	Выпаривание католита (электрощелоков) - концентрирование раствора едкого натра с получением товарного продукта по ГОСТ Р 55064	1. Концентрированный раствор едкого натра технического 2. Конденсат от греющего пара 3. Выпаренная вода		1. Выпарные аппараты I, II и III корпусов на трех выпарных системах или двухкорпусная выпарная установка; испарители с падающей пленкой 2. Градирня с принудительной тягой 3. Бак-отстойник или емкости хранения каустика 4. Теплообменники 5. Вакуумный конденсатор
1. Едкий натр технический (жидкий) 2. Электроэнергия	Хранение и отгрузка раствора натра едкого технического	Каустическая сода жидкая (раствор натра едкого технического)	Незначительные выбросы аэрозоля NaOH в атмосферу	1. Станция отгрузки каустической соды 50 % 2. Емкости хранения щелочи 3. Насосы для щелочи
1. Электролитический хлор сухой 2. Электроэнергия 3. Холод -20 °C	Компримирование и сжижение хлора	1. Жидкий хлор 2. Абгазы сжижения 3. Абгазы вакуумирования 4. Хлорная вода или гипохлорит натрия	Выбросы хлора в атмосферу	1. Установка компримирования хлора 2. Турбокомпрессор
1. Хлорная вода 2. Соляная кислота 3. Пар 4. Электроэнергия	Дехлорирование хлорной воды	Обесхлоренная вода	Обесхлоренная вода (хлор растворенный, хлорид-анион) в канализацию или на БОС	1. Дехлоратор I ступени 2. Дехлоратор II ступени 3. Смеситель

Основное технологическое оборудование, используемое в производстве водорода, хлора и гидроксида натрия мембранным методом электролиза, приведено в таблице 2.10.

Таблица 2.10 - Основное технологическое оборудование производства водорода, хлора и гидроксида натрия мембранным методом электролиза

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Существенные характеристики технологического оборудования
Сатураторы (солерастворители)	Растворение соли	-
Емкости хранения рассола	Хранение рассола	-
Реакторы смешения	Очистка рассола содово-каустическим методом	-
Реакторы выдержки	Очистка рассола (протекание реакции)	-
Осветлители, декантаторы	Осветление рассола (отделение примесей)	Осветлители кипящего слоя
Отстойники Дорра с мешалкой	Очистка рассола методом разделения фаз (осаждения) в радиальных отстойниках	Аппарат цилиндрический вертикальный с коническим днищем; D = 15 000 мм; вместимость 1200 м 3
Теплообменники рассола	Подогрев осветленного рассола	Площадь теплопередачи 120 м 2
Фильтры механические	Для фильтрации осветленного рассола	Аппарат цилиндрический вертикальный со сферическим днищем и крышкой, заполнен мраморной крошкой; поверхность фильтрации 7,1 м 2; D = 3000 мм; Н = 3667 мм
Фильтры механические	Для фильтрации осветленного рассола	Аппарат цилиндрический вертикальный с эллиптической крышкой и коническим днищем, с установленными фильтрующими элементами; поверхность фильтрации 9 м 2; D = 2400 мм; Н = 3740 мм
Фильтр-пресс	Фильтрация шламовой суспензии из отстойников Дорра, осветлителей	Площадь поверхности фильтрации 7,1 м 2 или 40 м 2.
Фильтры с намывным слоем	Фильтрация рассола от примесей	Фильтры с намывным слоем из -целлюлозы
Песчаные фильтры	Фильтрация рассола	-
Антрацитовые фильтры	Фильтрация рассола	-
Ионообменные колонны	Очистка рассола от примесей кальция и магния методом ионного обмена	Аппарат цилиндрический (колонна) заполнен слоем ионообменной смолы
Ионообменные фильтры	Очистка рассола методом ионного обмена и фильтрации	Аппарат цилиндрический с эллиптической крышкой и днищем, заполнен слоем ионообменной смолы; V = 7,06 м 3; D = 2500 мм; Н = 3500 мм
Установка (реактор) удаления хлоратов	Удаление хлоратов из рассола (анолита)	Реактор подкисления анолита соляной кислотой
Установка удаления сульфатов	Удаление сульфатов из рассола (анолита)	-
Колонна (башня) вакуумного дехлорирования анолита	Удаление хлора из рассола (анолита) - обесхлоривание анолита	Вертикальный цилиндрический аппарат с плоскими крышкой и днищем, со слоем насадки. D = 2200 мм; Н = 6400 мм
Конденсатор парогазовой смеси	Для охлаждения парогазовой смеси при обесхлоривании анолита	Теплообменник пластинчатый; площадь теплообмена 62,9 м 2
Водокольцевые вакуумные насосы	Для создания разряжения в башне дехлорирования	Производительность 110 нм 3/ч
Фильтр с активированным углем	Удаление хлора из рассола (анолита)	-
Реакторы растворения и осаждения шлама	Преобразование и осаждение шлама	-
Емкость католита	Сбор католита	-
Емкость анолита	Сбор анолита	-
Емкость приготовления 20 %-ного каустика	Приготовление 20 %-ного раствора каустика	-
Емкости каустика Бак приема и хранения натра едкого	Для приема и хранения натра едкого технического	Цилиндрический бак сварной, с конической крышкой и плоским днищем; D = 12 500 мм; V = 3500 м 3
Электролизеры биполярные	Электролиз раствора хлорида натрия с получением водорода, хлора и едкого натра технического	1. Электролизеры; напряжение на электролизере 600-700 В; напряжение на единичной ячейке 3-3,5 В; количество ячеек - 198 (200). 2. Электролизеры, мембранный биполярный с двумя прижимными прессами; количество ячеек - 130-140. Площадь мембраны 2,7 м 2. Плотность тока макс. 6 кА. 3. Электролизеры. Напряжение на единичной ячейке до 3,6 В; количество ячеек - 150. Расчетный ток 16,2 кА; максимальное напряжение на электролизере 540 В
Установка концентрирования (выпаривания) католита	Концентрирование каустической соды с 31-33 % до массовой доли гидроксида натрия 46-50 %	1. Двухкорпусная выпарная установка (две стадии) 2. Трехступенчатая выпарная установка в противотоке, включая три испарителя с падающей пленкой и теплообменники
Выпарной аппарат	Выпаривание раствора гидроксида натрия	Площадь теплообмена - 250 м 2; D = 2200 мм; Н = 14695 мм
Вакуумные конденсаторы	Конденсация сокового пара и создание вакуума в системе выпарки щелочи	Вместимость трубного пространства - 2,2 м 3; межтрубного - 3 м 3
Градирня с принудительной тягой	Оборотное водоснабжение отделения выпарки	Вентиляторная градирня
Газопромывочная башня 1	Для охлаждения электролитического хлора (хлоргаза)	Аппарат вертикальный с плоским днищем и сферической крышкой со слоем насадки из поливинилхлорида (ПВХ) и с каплеотбойником; D = 2200 мм; Н = 13800 мм
Теплообменники (холодильники) хлора	Охлаждение электролитического хлора	Теплообменник кожухотрубный; площадь теплопередачи 120 м 2
Фильтр влажного хлора	Фильтрация влажного хлора от влаги	Фильтр влажного хлора
Колонны или башня осушки хлора	Осушка электролитического хлора	Аппарат вертикальный с плоским днищем и сферической крышкой с насадкой из колец Рашига
Газопромывочная башня 2 или башня осушки хлора	Осушка электролитического хлора	Аппарат вертикальный с плоским днищем и сферической крышкой со слоем насыпной насадки из ПВХ и с каплеотбойником; D = 1800 мм; Н = 17600 мм
Установка компримирования хлора. Турбокомпрессоры	Компримирование осушенного хлора	Центробежный компрессор шестеренчатого типа; производительность 2100 нм 3/ч
Емкости раствора каустика и гипохлорита	Сбор раствора каустика и гипохлорита натрия	-
Промышленный охладитель воды	Для охлаждения хлорной воды в системе циркуляции первой газопромывочной башни	Чиллеры-охладители; производительность 42000 ккал/ч каждый
Промывочная башня для водорода	Для охлаждения электролитического водорода	Вертикальный аппарат с эллиптическим днищем и крышкой с двумя слоями насадки и каплеотбойником; D = 2000 мм; Н = 13900 мм
Теплообменник (холодильник) водорода	Охлаждение водорода	Теплообменник с оборотной водой с насадкой и каплеотбойником
Установка компримирования водорода	Компримирование водорода	-
Водокольцевой компрессор	Компримирование водорода	Компрессор; Р = 0,175 МПа, Q = 1980 м 3/ч
Центробежные насосы	Для залива натра едкого технического в ж/д- и автомобильные цистерны	Насосы, объемная подача насоса 90 м 3/ч; давление, развиваемое насосом, - 0,36 МПа

В таблице 2.11 представлено в качестве примера природоохранное оборудование, предназначенное для очистки промышленных выбросов производства водорода, хлора и гидроксида натрия мембранным методом электролиза от загрязняющих веществ. Представленный в таблице 2.11 перечень природоохранного оборудования не может рассматриваться как исчерпывающий, поскольку возможно применение иного природоохранного оборудования, позволяющего достичь установленных технологических показателей НДТ (см. приложение А).

Таблица 2.11 - Природоохранное оборудование производства водорода, хлора и гидроксида натрия мембранным методом электролиза

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Существенные характеристики природоохранного оборудования
Санитарная колонна (колонна абсорбции хлора)	Очистка выбросов (газовоздушной смеси - ГВС) от хлора	Вертикальный аппарат с крышкой; разрежение от минус 0,6 до минус 1,2 кПа, вместимость 82 м 3; расход ГВС - 0,0199 м 3/с; температура ГВС 30 °C; эффективность очистки - до 100 %; высота трубы - 22 м
Санитарная колонна	Очистка газовых выбросов на участке склада и станции испарения жидкого хлора	Вертикальный цилиндрический аппарат; расход ГВС - 0,074 м 3/с; температура ГВС 22,0 °C; эффективность очистки - до 100 %; высота трубы - 17 м
Установка регенерации (концентрирования) серной кислоты	Регенерация отработанной серной 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 производстве водорода, хлора и гидроксида натрия мембранным методом электролиза, являются:

- 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. таблицу 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 специальным насосом. Аноды - малоизнашивающиеся. Вместе со ртутью через электролизер непрерывно проходит поток питающего раствора хлорида натрия (рассола).

На аноде происходит окисление ионов хлора из электролита, и выделяется электролитический 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 вытеснению ртутного метода методами электролиза с твердым катодом, в частности энергетически более эффективным и экологически более безопасным мембранным методом электролиза.

Раствор гидроксида натрия высокого качества и высокой концентрации, получаемый данным методом электролиза, характеризуется высокой чистотой и используется в различных отраслях промышленности, в том числе при производстве твердого (гранулированного или чешуированного едкого натра), гипохлорита натрия технического, в целлюлозно-бумажной промышленности, в производстве моющих и чистящих средств, в фармацевтической отрасли. Основные области применения гидроксида натрия приведены в таблице 2.1.

Получаемый в данном технологическом процессе электролитический хлор после охлаждения, осушки и компримирования, как правило, используется на том же предприятии для получения хлорида водорода и соляной кислоты, для получения дихлорэтана и винилхлорида-мономера в производстве ПВХ, для производства гипохлорита натрия, производства хлорированных парафинов различных марок (хлорпарафинов), хлорметанов, а также для получения товарного жидкого хлора, реализуемого различным потребителям. Основные области применения хлора 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 приведены 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) реализации 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 последующим отстаиванием (осветлением) и фильтрацией от примесей;

- электролиз очищенного рассола в электролизерах с ртутным катодом с последующим 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 электролиза никоим образом не следует рассматривать в качестве единственной схемы.

Ниже в качестве типичного примера приведено наиболее общее описание технологического процесса производства водорода, хлора и гидроксида натрия ртутным методом электролиза, которое никоим образом не может рассматриваться как единственное 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 делителя подается раствор кальцинированной соды и самотеком раствор едкого натра из напорной емкости. В реакторе происходит образование взвешенных частиц нежелательных примесей по реакциям:

Са ²⁺ + Na ₂CO ₃ CaCO ₃ + 2Na ⁺,

Mg ²⁺ + 2NaOH Mg(OH) ₂ + 2Na ⁺,

Fe ²⁺ + 2NaOH Fe(OH) ₂ + 2Na ⁺,

Fe ³⁺ + 3NaOH Fe(OH) ₃ + 3Na ⁺,

Men ⁺ + nNaOH Me(OH) _n + nNa ⁺.

Реакционная смесь из реактора откачивается в делитель, откуда непрерывно поступает 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 частью. Шламоуплотнитель осветлителя занимает центральную цилиндрическую часть. По периметру шламоуплотнителя расположены три ряда шламозаборных окон. Продолжением 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 шламозаборных 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, укрупняются и образуют шламовый фильтр. Укрупнению частиц шлама способствует раствор гидролизованного полиакриламида (ПАА), который подается из емкости непосредственно в зону шламового фильтра. Оптимальное соотношение ПАА и рассола составляет от 1,5 до 2,5 г ПАА на 1 м ³ очищенного рассола. После образования устойчивой области со взвешенным шламовым фильтром с течением времени происходит ряд необратимых физико-химических процессов, приводящих к уменьшению потенциальной энергии частиц и структурным изменениям, называемым старением осадка. Для нормальной работы шламового фильтра необходимо обеспечить регулирование поступления 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 равномерную ротацию флокулированных частиц в шламовом фильтре, уменьшает диапазон колебаний 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, вакуум-систему, три или четыре самоиспарителя, конденсатные насосы, насосы для перекачки пульпы, отстойники пульпы, центрифуги.

Центрифугирование суспензии соли

Упаренный рассол (суспензия соли) с повышенным содержанием сульфатов и массовой долей твердой фазы от 15 % до 20 % непрерывно выводится из конусной части сепаратора выпарного аппарата. Через переливное устройство (смотровой бак) суспензия направляется в отстойник. В отстойниках суспензия соли оседает в конусе, а декантированный рассол по переливной линии поступает в питающую емкость.

Сгущенная суспензия соли из конусов отстойников непрерывно подается на центрифуги. Отстойники установлены на тензовесы для контроля массы суспензии соли, подаваемой на центрифуги. Для отмывки соли от сульфатов и промывки центрифуг подведена линия "соленого" конденсата и очищенного рассола.

Промывка отстойников осуществляется "соленым" конденсатом. Одновременно с подачей конденсата производят барботаж отстойника путем подачи технологического воздуха в зону промывки. Из центрифуг промытая соль сбрасывается в гидротранспорт, куда для транспортировки подается анолит. Из гидротранспорта насосом суспензия соли откачивается в распределительный коллектор, откуда поступает в любой из пяти сатураторов, где кристаллическая соль осаждается, а транспортный рассол самотеком по переливной линии подается в баки рассола. Маточный рассол с центрифуг подается в отстойник и далее поступает в емкость.

При ведении процесса выпаривания по непрерывной схеме содержание сульфатов в замкнутом объеме выпарного цикла постоянно увеличивается. Для поддержания сульфатного баланса на уровне массовой концентрации от 10 до 50 мг/дм ³ растворенного вещества необходимо отводить часть упаренного сульфатного рассола с целью уменьшения концентрации сульфатов в общем цикле. Упаренный сульфатный рассол при необходимости подается потребителям.

Обесхлоривание и донасыщение анолита, фильтрация рассола

Обесхлоривание анолита

Анолит со стадии электролиза, подкисленный до значения показателя активности водородных ионов от 1,8 до 2,8 единиц pH, с температурой в пределах 80-85 °C непрерывно подается в десорбционные вакуум-колонны для вакуумного обесхлоривания. Выделившийся из анолита влажный хлор через конденсатор отсасывается вакуум-насосом и, пройдя через влагоотделитель, поступает в отделение сушки хлора. Анолит после вакуумной десорбции через гидрозатвор поступает в емкость. Для нейтрализации остаточного свободного хлора в анолите в линию перед этой емкостью подается раствор едкого натра.

Донасыщение анолита

Для донасыщения обедненный анолит со стадии обесхлоривания поступает в сатураторы, где происходит повышение концентрации хлорида натрия NaCl при растворении предварительно осажденной выпаренной соли. Из приемной емкости анолит перекачивается в сатураторы. Сатуратор представляет собой цилиндрический аппарат с конусным днищем. Внутри аппарат футерован кислотоупорным кирпичом. Вверху конусной части установлена решетка (ложное днище). На решетку насыпан слой гравия, поверх него при прохождении солевой суспензии формируется осадочный слой кристаллической соли, подаваемой в сатураторы со стадии центрифугирования через гидротранспорт насосом.

Транспортировка выпаренной соли в сатураторы производится по коллектору, имеющему разводку на каждый сатуратор. Подача анолита производится в узкую часть конуса сатуратора под ложное днище. Равномерно распределяясь по сечению и высоте аппарата, поток анолита непрерывно растворяет заготовленный осадок соли. Насыщенный рассол через переливной штуцер сатуратора по титановому коллектору поступает в бак насыщенного рассола. Регулирование значения массовой концентрации хлорида натрия в рассоле после насыщения в сатураторах осуществляется автоматически прибором путем разбавления рассола обедненным анолитом, поступающим со стадии обесхлоривания. Часть анолита отводится на гидротранспорт соли для стадии центрифугирования.

Фильтрация рассола

Насыщенный рассол с массовой концентрацией основного вещества от 300 до 310 г/дм ³ проходит через стадию механической очистки - тонкой фильтрации.

Рассол из баков насосами подается на первую ступень предварительной фильтрации в механические фильтры. Фильтрующим материалом в фильтрах является кварцевый песок или мраморная крошка, которые должны быть насыпаны равномерным слоем на решетку с дренажными коллекторами, предотвращающими унос песка или крошки с фильтрованным рассолом.

Рассол вводится в верхнюю часть фильтра, проходит через фильтрующий слой и из нижней части фильтра поступает в бак предварительно очищенного рассола, откуда насосами подается на вторую ступень очистки в механические фильтры. Из этих фильтров рассол поступает в баки очищенного рассола, откуда затем при помощи насоса подается в приемный бак, установленный на стадии электролиза.

Стадия электролиза ртутным методом

Раствор поваренной соли (рассол), предварительно очищенный от примесей и насыщенный до массовой концентрации хлорида натрия 300-310 г/дм ³, непрерывно подается по одной или двум линиям через кожухотрубный титановый теплообменник и в титановый напорный бак. В теплообменнике рассол подогревается до температуры 50-75 °C, контролируемой автоматически. В баке рассола поддерживается необходимый уровень рассола. Перед подачей в электролизеры, рассол подкисляется соляной кислотой, которая поступает из напорных емкостей. Рассол, подкисленный до значения водородного показателя 2,5-4,5 ед. pH, распределяется по коллекторам, расположенным вдоль каждого ряда электролизеров. При прохождении электрического тока происходит частичное обеднение рассола, т.е. уменьшение массовой концентрации натрия хлорида на 25-50 г/дм ³.

Процесс электролиза водного раствора поваренной соли для получения газообразного хлора, водорода и натра едкого осуществляется в горизонтальных электролизерах с ртутным катодом. Суммарное уравнение электрохимического процесса описывается следующей схемой реакции:

2NaCl + 2H ₂O 2NaOH + Cl ₂ + H ₂.

Этот процесс протекает в две стадии в двух взаимосвязанных аппаратах, из которых состоит ртутная ванна: непосредственно в самом электролизере и в разлагателе амальгамы. В электролизере на первой стадии процесса происходит электрохимическое разложение хлорида натрия с образованием хлора и амальгамы натрия:

2NaCl + 2nHq Cl ₂ + 2NaHqn.

Вторая стадия процесса - разложение амальгамы натрия - происходит в разлагателе амальгамы с получением концентрированного раствора натра едкого и газообразного водорода, а ртуть при этом регенерируется:

2NaHgn + 2H ₂O 2NaOH + H ₂ + 2nHq.

В водном растворе молекулы поваренной соли диссоциируют на ионы:

NaCl Na ⁺ + Cl ^-.

Молекулы воды диссоциируют на ионы:

H ₂О Н ⁺ + OH ^-.

Катодный процесс

При прохождении постоянного электрического тока через электролит катионы Na ⁺, Н ⁺ движутся к катоду, которым является ртуть, и практически на жидком катоде выделяется только натрий, хотя нормальный потенциал выделения натрия гораздо больше, чем потенциал выделения водорода:

 = -2,714 В,

 = -0,414 В.

Это становится возможным из-за большого перенапряжения выделения водорода на ртути и низкого потенциала выделения натрия из-за высокой энергии образования амальгамы натрия. Водород также выделяется на ртутном катоде, однако при нормальных условиях процесса электролиза (прежде всего при минимальном содержании примесей тяжелых металлов) количество выделяющегося при этом водорода относительно невелико.

Таким образом, основным процессом на ртутном катоде является разряд ионов натрия - Na ⁺:

Na ⁺ +  + nНg  NaHgn.

Помимо основного процесса, на ртутном катоде возможно выделение водорода при участии ионов Н ⁺, при участии молекул H ₂О - с образованием щелочи:

2Н ⁺ + 2  H ₂,

2H ₂О + 2  H ₂ + 2OH ^-.

По мере протекания электролиза содержание натрия в амальгаме увеличивается и увеличивается ее вязкость, что приводит к нарушению циркуляции амальгамы и резкому увеличению скорости выделения водорода. Чтобы предотвратить уменьшение текучести амальгамы, среднее значение массовой доли натрия в ней на выходе из электролизера (крепкая амальгама) поддерживается не более 0,35-0,5 %. Обедненный рассол (анолит) вместе с образовавшимся хлоргазом выводится из электролизера через хлоранолитный штуцер в коллектор и поступает через фазоразделитель в сборники анолита.

Для лучшего отделения хлора анолит подкисляется до значения водородного показателя pH 1,8-2,8 синтетической соляной кислотой, поступающей из напорного бака. Из сборников анолит непрерывно откачивается на стадию обесхлорирования и донасыщения. Обессоленная вода, используемая для разложения амальгамы натрия, поступает в напорные баки. Из напорных баков обессоленная вода распределяется по коллекторам, расположенным вдоль каждого ряда электролизеров. Из коллектора обессоленная вода под постоянным напором поступает в разлагатели и во входные карманы электролизеров.

Разложение амальгамы натрия осуществляется в разлагателях. В электролизерах установлены разлагатели вертикального типа с кусковой графитовой насадкой, а другие электролизеры снабжены горизонтальными разлагателями с насадкой из графитовых блоков.

Водород, образовавшийся в разлагателях, охлаждается оборотной или захоложенной водой в теплообменниках, установленных на люках разлагателей, и поступает в отделение охлаждения и очистки водорода. Раствор едкого натра из разлагателей поступает в рядовые коллекторы, затем в сборники на стадию фильтрации и баки готовой продукции. В хлорной системе электролиза поддерживается небольшой вакуум. Влажный хлор из отделения электролиза и абгазы из отделения обесхлорирования анолита поступают в отделение осушки хлора. Осушка хлора производится в двух параллельных системах (система ^l, система ^ll), которые состоят из:

- титановых кожухотрубных теплообменников, расположенных горизонтально;

- титановых кожухотрубных теплообменников, расположенных вертикально;

- фильтров влажного хлора, футерованных диабазовой плиткой, с четырьмя цилиндрическими титановыми кассетами, заполненными стекловолокном;

- насадочных колонн осушки.

В межтрубное пространство теплообменников подается оборотная или захоложенная вода. Охлажденный хлор, температура которого контролируется автоматически, из теплообменников вместе с конденсатом поступает в нижнюю часть фильтров влажного хлора. В фильтре влажного хлора установлены по четыре самоочищающиеся фильтр-кассеты для отбоя капель воды и аэрозолей хлористого натрия, уносимых хлором. Мокрый режим очистки обеспечивается за счет улавливания капель рассола и влаги поступающего хлора. Из верхней части фильтра хлор поступает в три последовательно соединенные колонны осушки и в фильтры сухого хлора, орошаемые крепкой серной кислотой. Система осушки хлора рассчитана так, что при отключении одной колонны две другие обеспечивают полную осушку. Осушенный хлоргаз, очищенный от серной кислоты и аэрозолей солей, направляется на хлорные турбокомпрессоры (ХТК). ХТК имеет четыре ступени сжатия. После каждой ступени сжатия хлор охлаждается в аппаратах воздушного охлаждения. Охлаждение хлоргаза происходит за счет передачи его теплоты через ребристые поверхности аппарата, воздухом, нагнетаемым снизу вентиляторами.

На компрессоре установлены эффективные аппараты воздушного охлаждения. Аппараты воздушного охлаждения 1, 2, 3-й ступеней сжатия охлаждаются одним вентилятором, аппарат воздушного охлаждения 4-й ступени сжатия охлаждается двумя вентиляторами. Для дополнительного охлаждения хлоргаза предусмотрено капельное орошение аппаратов оборотной водой из общего коллектора через распылители, расположенные над воздушными вентиляторами, капли воды потоком воздуха орошают теплообменники, испаряются, снимая тепло с поверхности теплообменников. Далее хлор направляется потребителям.

Водород из зала электролиза поступает на охлаждение в кожухотрубные теплообменники, в которых хладоагентом служит оборотная или захоложенная вода.

Очистка водорода от ртути ведется в двух параллельных системах, каждая из которых состоит из трех последовательно соединенных колонн, орошаемых: первая по ходу водорода - хлорной водой, вторая - раствором едкого натра, третья - оборотной водой. Колонны заполнены керамическими кольцами Рашига. Очистка водорода от ртути основана на взаимодействии ртути с активным хлором с образованием сулемы и каломели:

Hg + Cl ₂ HgCl ₂,

2Hg + Cl ₂ Hg ₂Cl ₂.

После очистки от ртути в колоннах водород поступает в нижнюю часть насадочных колонн, предназначенных для нейтрализации хлора, уносимого из колонн. Химическая реакция процесса, протекающего в насадочных колоннах:

2NaOH + Cl ₂ NaCl + NaClO + H ₂O.

После очистки от хлора водород направляется в насадочные гуммированные колонны на промывку оборотной водой от едкого натра.

После очистки от щелочи водород поступает на всас компрессоров. Рабочей жидкостью является обессоленная вода, которая подается в компрессоры из напорного бака. Водород, содержащий пары ртути, от компрессоров поступает последовательно в холодильники, где охлаждается до температуры 0-5 °C. Охлаждение холодильников осуществляется холодом с температурой (минус 29  2) °C.

Охлажденный и частично очищенный водород поступает в подогреватель, где нагревается паром до температуры не более 40 °C, поступающим в межтрубное пространство подогревателя с целью перегрева оставшейся в нем влаги. Далее водород поступает на адсорбционную очистку в адсорберы, работающие последовательно или параллельно, заполненные активированным углем. Очищенный водород направляется потребителю.

Натр едкий из зала электролиза поступает на фильтры первой ступени. Пройдя первую ступень фильтрации, натр едкий поступает на вторую ступень фильтрации в другие фильтры. Фильтрующим материалом служит фильтровальная ткань с нанесенным на нее слоем осадка из хризотилового асбеста в смеси с графитовой пылью. Возможна работа по одноступенчатой схеме фильтрации, когда натр едкий подается на все фильтры.

После второй ступени фильтрации натр едкий поступает в бак. Далее натр едкий направляется на собственное потребление или налив в ЖДЦ или тару потребителя.

Стадия получения жидкого хлора

Сжижение электролитического хлоргаза технического

Величина давления при компримировании хлора определяется исходя из марки компрессорного оборудования и особенностей ведения технологического режима конкретного производства. Например, на одном производстве хлоргаз подается с давлением от 0,15 до 0,28 МПа в буфер, откуда направляется в конденсаторы, которые представляют собой горизонтальные кожухотрубные элементные теплообменники. В трубное пространство подается хлор, в межтрубное - холод или фреон.

Из конденсаторов жидкий хлор вместе с абгазами, образовавшимися в результате неполного сжижения хлора, поступает в абгазоотделитель, в котором происходит отделение жидкого хлора от абгазов. Жидкий хлор сливается через жидкостной затвор в емкости для жидкого хлора - танки. Каждый танк расположен в отдельном, герметично изолированном отсеке и представляет собой стационарную горизонтальную цилиндрическую емкость с эллиптическим днищем и люком.

Один из нескольких танков является резервным и заполняется только в аварийных случаях. Из танков жидкий хлор под давлением не более 1,2 МПа по линиям жидкого хлора подается потребителям. На линиях жидкого хлора установлены отсекающие клапаны с дистанционным управлением.

Абгазы из абгазоотделителя направляются на производство синтетической соляной кислоты и (или) на гребенку подачи хлоргаза на производство гипохлорита натрия и концентрата белизны. Значение объемной доли водорода в абгазах конденсации из конденсаторов не более 4,0 % поддерживается путем автоматического регулирования или в ручном режиме путем изменения объемного расхода хладоносителя, поступающего в конденсаторы.

При достижении объемной доли водорода в абгазах конденсации более 4,0 % необходимо снизить степень сжижения за счет уменьшения значения давления конденсации или повышения температуры конденсации.

Описание технологического процесса определяется индивидуально для каждого конкретного производства с учетом имеющегося оборудования и принятых технических решений проектной организацией и разработчиком процесса. Ниже в таблице 2.12 приведено типичное описание технологического процесса производства водорода, хлора и гидроксида натрия ртутным методом электролиза с указанием видов эмиссий на каждом этапе (подпроцессе) и каждой стадии технологического процесса.

Приведенное в таблице 2.12 описание технологического процесса производства водорода, хлора и гидроксида натрия ртутным методом электролиза не следует рассматривать как единственное и исчерпывающее описание.

Таблица 2.12 - Описание технологического процесса производства водорода, хлора и гидроксида натрия ртутным методом электролиза

Входной поток	Стадия технологического процесса	Выходной поток		Основное технологическое оборудование	Природоохранное оборудование
		Основные, побочные и промежуточные продукты	Эмиссии
1	2	3.1	3.2	4	5
1. Галит (соль) 2. Вода 3. Электроэнергия	Стадия растворения поваренной соли и приготовление сырого рассола	1. Сырой рассол 2. Шлам от растворения соли (осадок)	Шлам от растворения соли (осадок) на объект размещения отходов	1. Бак-растворитель 2. Бак-накопитель
Сырой рассол со стадии растворения соли или рассолопромысла	Стадия приема и подготовки сырого рассола	Сырой рассол (водный раствор хлорида натрия)	-	Бак-накопитель (емкости хранения рассола)
1. Сырой рассол 2. Обратный рассол 3. Промывные воды шламовой суспензии 4. Кальцинированная сода или карбонизированные электрощелока 5. Соляная кислота 6. Гидролизованный раствор полиакриламида 7. Электроэнергия 8. Пар	Стадия содово-каустической очистки рассола от примесей	1. Очищенный рассол 2. Шламовая суспензия из осветлителя (отстойника)	Шламовая суспензия на очистку	1. Осветлитель или отстойник Дорра 2. Бак осветленного рассола 3. Бак осветленного рассола 4. Реактор для растворения соды 5. Гидролизер ПАА 5. Смеситель-нейтрализатор 6. Бак нейтрализованного рассола 7. Теплообменник к/т
1. Шламовая суспензия из осветлителя 2. Вода (конденсат греющего пара) 3. Электроэнергия	Прием и промывка шламовой суспензии	1. Шламовая суспензия 2. Промывные воды	Хлорид-анион, карбонат кальция, гидроксид магния, суспензия (шлам) на станцию нейтрализации заводских кислых стоков	Мерник-реактор
Шламовая суспензия из осветлителя (или отстойника Дорра) Электроэнергия	Стадия фильтрации рассола от шламовой суспензии	1. Очищенный рассол 2. Многофункциональный наполнитель МФН (в отдельных процессах)	Шлам очистки рассола Песок перлитовый отработанный	Фильтр-пресс, песчаный фильтр
1. Обратный рассол 2. Раствор хлористого кальция 3. Гидролизованный раствор ПАА 4. Электроэнергия	Очистка обратного рассола от сульфатов (вывод сульфатов)	1. Обратный рассол 2. Гипс влажный	Хлорид-анион, сульфат кальция, твердый отход на объект размещения	1. Реактор-смеситель 2. Барабанный вакуум-фильтр
1. Очищенный рассол 2. Электроэнергия постоянного тока 3. Обессоленная вода	Ртутный электролиз	1. Едкий натр технический марки РР 2. Электролитический хлор влажный 3. Электролитический водород влажный	Электромагнитное воздействие (загрязнение)	1. Напорный бак рассола 2. Электролизеры с вертикальным разлагателем амальгамы 3. Электролизеры с горизонтальным разлагателем амальгамы
1. Электролитический хлор влажный 2. Серная кислота концентрированная 3. Электроэнергия	Охлаждение, осушка и компримирование хлора	1. Электролитический хлор сухой 2. Отработанная серная кислота 3. Хлорная вода	1. Отработанная серная кислота на продажу, регенерацию или на обезвреживание 2. Хлорная вода (хлор растворенный) на дехлорирование	1. Теплообменник к/т 2. Фильтр влажного хлора 3. Башни (колонны) сушки хлора с насадкой из колец Рашига 4. Башни (колонны) сушки хлора с регулярной насадкой 5. Башня отбойная с насадкой из колец Рашига 6. Фильтр сухого хлора 7. Реактор для укрепления серной кислоты 8. Турбокомпрессор
1. Хлорная вода 2. Соляная кислота 3. Пар 4. Электроэнергия	Дехлорирование хлорной воды	Обесхлоренная вода	Обесхлоренная вода (хлор растворенный, хлорид-анион)	1. Дехлоратор I ступени 2. Дехлоратор II ступени 3. Смеситель, титан, 1 шт.
1. Электролитический водород 2. Электроэнергия	Охлаждение, компримирование водорода	1. Электролитический водород сухой 2. Водный конденсат	Водный конденсат в общезаводскую систему оборотного водоснабжения	1. Компрессор 2. Теплообменники к/т (F = 754 м 2, F = 249 м 2)
1. Электролитический хлор 2. Электроэнергия 3. Холод -20 °C	Сжижение хлора	1. Жидкий хлор 2. Абгазы сжижения 3. Абгазы вакуумирования	Хлор в абгазах сжижения и вакуумирования используется в производстве гипохлорита натрия для хлорной очистки стоков предприятия. Хлор в атмосферу - не более ПДК в воздухе рабочей зоны	1. Рекуператор к/т 2. Конденсатор к/т 3. Конденсатор-испаритель 4. Холодильная машина 5. Танк хлора
1. Абгазы сжижения 2. Абгазы вакуумирования 3. Каустическая сода 4. Вода	Получение гипохлорита натрия из абгазов хлора	1. Гипохлорит натрия из абгазов хлора	Хлор в атмосферу не более ПДК в воздухе рабочей зоны	Хлоратор

Основное технологическое оборудование данного производства определяется индивидуально для каждого конкретного производства с учетом его мощности и принятых проектной организацией и разработчиком процесса технических решений.

Основное технологическое оборудование, обычно используемое в производстве водорода, хлора и гидроксида натрия ртутным методом электролиза, приведено в таблице 2.13.

Таблица 2.13 - Основное технологическое оборудование производства водорода, хлора и гидроксида натрия ртутным методом электролиза

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Существенные характеристики технологического оборудования
Реактор содово-каустической очистки рассола	Смешение рассола со щелочью, содой кальцинированной, полиакриламидом (ПАА)	Температура 55-65 °C; эллипс мм; высота 1500 мм; количество мешалок - 2 шт. Вместимость 9 м 3, среда - раствор натрия хлорида, раствор соды кальцинированной, гидролизованный ПАА, раствор едкого натра, ретурный шлам
Осветлитель	Очистка рассола от ионов Ca, Mg, Fe	Температура 55-60 °C; давление 0,30-0,40 МПа; вместимость 225 м 3; среда - рассол, гидролизованный полиакриламид, шламовая суспензия, раствор соды кальцинированной, раствор едкого натра
Отстойник-сгуститель (Дорра)	Очистка рассола от ионов Ca, Mg, Fe	Состоит из бетонной чаши и металлического чана, купола, стен. Днище коническое, давление в аппарате - атмосферное; производительность 160 м 3/ч; D = 18000 мм; H = 5150 мм; вместимость = 1600 м 3
Выпарной аппарат	Выпаривание соли на кристалл	Температура не более 105 °C; среда - раствор поваренной соли
Греющая камера	Подогрев рассола	Количество трубок 439 шт.; диаметр трубок 38,2 мм; высота 7000 мм; площадь поверхности теплообмена 367 м 2; среда: межтрубное пространство - пар, пар с примесью хлорида натрия. Трубное пространство - раствор соли
Циркуляционный насос	Подача рассола	Давление 0,25-0,35 МПа; объемная производительность 3600 м 3/ч; среда - раствор хлорида натрия
Сепаратор	Отделение (сепарация) твердой фазы от жидкой фазы рассола	D = (3000-4650) мм; Н = (10 500 - 18 450) мм, вместимость (50 - 220) м 3; среда - перенасыщенный раствор хлорида натрия
Выпарной аппарат	Выпаривание соли на кристалл	Температура не более 105 °C; среда - раствор хлорида натрия
Греющая камера	Подогрев рассола	H = (7000-9407) мм; площадь поверхности теплообмена - (367-1062) м 2; среда: межтрубное пространство - пар, пар с примесью поваренной соли; трубное пространство - раствор поваренной соли
Сепаратор	Отделение (сепарация) твердой фазы (соли) от жидкой фазы рассола	Температура 50 °C - 75 °C; давление 0,02-0,06 МПа D = 3000 мм; Н = 10250 мм, вместимость 40 м 3; среда - перенасыщенный раствор хлорида натрия
Циркуляционный насос	Подача рассола	Температура 80 °C - 100 °C; давление 0,25-0,35 МПа; объемная производительность 1600-1800 м 3/ч; среда - рассол
Отстойник	Осаждение соли	Температура 70-80 °C, D = 3000 мм, H = 6800 мм; вместимость 40 м 3; среда - маточный рассол, суспензия
Отстойник	Осаждение соли	Температура 70-80 °C; D = 3000 мм, H = 6600 мм; вместимость 30 м 3; среда - маточный рассол, суспензия соли
Центрифуга	Разделение маточного рассола и соли	Температура 70-80 °C, массовый расход осадка 15 т/ч, среда - суспензия соли
Центрифуга	Разделение маточного рассола и соли	Температура 70-80 °C; массовый расход осадка 7,5 т/ч; среда - суспензия соли
Сатуратор	Насыщение анолита до концентрации 300-310 г/дм 3	Температура до 85 °C; D = (5000-8530) мм, Н = (8940-10650) мм; вместимость (200-500) м 3 среда - рассол, суспензия соли, анолит, соль
Фильтр механический	Фильтрация рассола	Температура 55-80 °C, D = 3000 мм L = 9700 мм; площадь поверхности ложного днища 24 м 2; вместимость 63 м 3; среда - декантированный рассол, оборотная вода
Фильтр механический	Фильтрация рассола	Температура 70 °C - 80 °C, D = 3000 мм, L = 9700 мм; площадь поверхности ложного днища 24 м 2; вместимость 63 м 3; среда - рассол
Фильтр механический	Фильтрация рассола	Температура 70-80 °C; диаметр 3300 мм; длина 9700 мм; решетка с дренажным титановым устройством; площадь поверхности ложного днища 24 м 2; вместимость - 63 м 3, среда - рассол
Емкость	Прием насыщенного анолита	Вертикальный цилиндрический, давление - атмосферное; температура среды - до 75 °С; D = 8500 мм; H = 8510 мм; вместимость - 445 м 3
Бак напорный	Бак напорный накопительный рассола для электролиза	Материал - титан; вместимость 100 м 3; диаметр 3000 мм; длина 13 400 мм; температура рабочая 50-5 °C; давление атмосферное; среда - рассол
Теплообменник кожухотрубный	Теплообменник для поддерживания температуры рассола на электролиз	Материал: титан. В трубах: площадь поверхности теплообмена 365 м 2; давление 0,1-0,3 Мпа; температура 50-75 °C; диаметр 1200 мм; высота 7000 мм; среда - рассол; межтрубное пространство: вода - давление не менее 0,35 МПа; пар - давление не более 0,07 МПа
Теплообменник подогрева рассола на электролиз	Подогрева рассола на электролиз	Горизонтальный цилиндрический кожухотрубный аппарат; межтрубное пространство: пароконденсат; температура - до 131°С; давление - до 0,65 МПа; трубное пространство: рассол; температура - до 105 °С; давление - 0,5 МПа; D = (443-635) мм; H = (4710-5885) мм; площадь поверхности теплообмена - (44,3-119) м 2
Электролизер	Электролизер для проведения электролиза	Материал - сталь гуммированная; электролизер: вакуум 0-100 Па; токовая нагрузка не более 200 кА; температура на входе 70-75 °C, на выходе 84 °C - 90 °C; L = 17 000 мм; Н = 1150 мм; площадь катода 20 м 2; среда - рассол. Разлагатель вертикальный: сталь, D = 700 мм; H = 3800 мм; Hнас = 2600 мм; температура до 100 °C
Электролизер	Электролизер для проведения электролиза	Материал: днище - сталь, боковые стенки - сталь гуммированная или телен; крышка - сополимер тетрафторэтилена и гексафторпропилена (телен); электролизер: токовая нагрузка не более 350 кА; длина = 11 400 мм; ширина = 2100 мм; среда - рассол. Разлагатель вертикальный: сталь; система регулирования - автоматическое регулирование напряжения
Электролизер	Электролизер для проведения электролиза	Материал - сталь 3. Электролизер: вакуум 0-100 Па; токовая нагрузка не более 120 кА; температура 80-85 °C; длина - 14 500 мм; ширина - 2400 мм; среда - рассол; разлагатель горизонтальный: давление не более 400 Па; температура до 100 °C; длина - 14 500 мм; ширина - 400 мм; среда - едкий натр; электродвигатель ртутного насоса: номинальная мощность - 0,9 кВт; напряжение 42 В; частота вращения электродвигателя 450 мин -1; нормальное исполнение; система регулирования - автоматическое регулирование напряжения
Электролизер модернизированный	Электролизер для проведения электролиза	Материал: днище - сталь 3, карманы, боковые стенки, перегородка - телен (термореактивный пластик), крышки - сополимер тетрафторэтилена и гексафторпропилена; электролизер: вакуум 0-100 Па; токовая нагрузка не более 120 кА; температура 80-85 °C; длина - 14 866 мм; ширина - 1582 мм; ширина общая - 2400 мм; среда - рассол. Разлагатель горизонтальный: давление не более 400 Па; температура 65-100 °C; длина - 14 500 мм; ширина - 400 мм; среда - едкий натр. Электродвигатель ртутного насоса: номинальная мощность 0,9 кВт; напряжение 42 В; частота вращения электродвигателя 450 мин -1. Нормальное исполнение; система регулирования - автоматическое регулирование напряжения
Сборник анолита	Сборник анолита после электролиза	Материал: сталь 3, гуммированный, футерованный диабазовой плиткой. Вместимость 16 м 3; диаметр 2012 мм; длина 5305 мм; разрежение не менее 100 Па; температура 80-85 °C; среда - рассол
Насос центробежный	Насосы центробежные для откачки анолита	Материал: титан (ВТ1-0), объемная производительность 280 м 3/ч; давление насоса 0,29 МПа; электродвигатель взрывозащищенного исполнения; мощность электродвигателя 32 кВт; частота вращения электродвигателя 1470 мин -1; среда - рассол
Бак напорный	Напорный бак обессоленной воды на электролиз	Материал: сталь 3, гуммированный; вместимость 12,5 м 3; D = 1800 мм; L = 5205 мм; давление атмосферное; температура окружающей среды; среда - обессоленная вода
Теплообменник	Теплообменник для охлаждения и конденсации влаги из влажного хлора от электролиза	Материал: титан (ВТ-1-0); среда - влажный хлоргаз; в трубках: разрежение не менее 200 Па; площадь поверхности теплообмена 317 м 2; диаметр 1000 мм; длина 6080 мм
Теплообменник кожухотрубный	Теплообменник для охлаждения и конденсации влаги из влажного хлора	Материал: титан (ВТ-1-0); среда - влажный хлоргаз; в трубках: разрежение не менее 200 Па; площадь поверхности теплообмена 240 м 2; длина 5000 мм; диаметр 800 мм
Фильтр влажного хлора	Отчистка влажного хлора из электролиза от капель воды и аэрозолей хлористого натра	Материал: сталь 3, гуммированная, футерованная диабазовой плиткой, вместимость 16 м 3; высота 6360 мм; диаметр - 1800 мм; температура 10-18 °C; разрежение не менее 200 Па; среда - влажный хлоргаз; внутри установлены четыре самоочищающиеся фильтр-кассеты; материал: опорной конструкции - титан; фильтрующего элемента - стекловолокно TGW15. Расход газа через один элемент 625 Нм 3/ч. Эффективность улавливания частиц: 100 % размером более 1 микрона; 98 % размером более 0,5 микрона
Колонна насадочная	Осушка кислотой серной влажного хлора последовательными тремя колоннами по двум параллельным ниткам	Материал: сталь 3, гуммированная кислотоупорным кирпичом. Насадка - керамические кольца Рашига размерами , , . Разрежение 200-700 Па; температура кислоты не более 45 °C; диаметр 2000 мм; высота 9000 мм; вместимость 28 м 3; среда - хлор, серная кислота
Фильтр кассетный	Параллельная очистка хлора после осушки от уносимых аэрозолей и тумана серной кислоты	Сталь 3, стекловолокно; площадь фильтрующей поверхности 24 м 2. Разрежение - не более 2,4 кПа; температура 20-45 °C; D = 2000 мм; H = 4160 мм; среда - сухой хлор
Компрессор центробежный	Создание вакуума, на электролизе, сушки и очистке хлора, и давления, в линии хлора на нагнетании потребителям	Материал: сборный; объемная производительность 2500 м 3/ч; частота вращения вала компрессора 186,6 с -1 (11 200 мин -1); давление на нагнетательном патрубке 0,35 МПа. Давление газа на всасывающем патрубке 0,09-0,098 МПа, частота вращения электродвигателя 3000 мин -1; среда - сухой хлор
Теплообменник кожухотрубный	Охлаждение водорода для конденсации влаги и уносимой ртути	Материал: титан (ВТ-1-0), в межтрубном пространстве: температура 50 °C; давление 150-400 Па; площадь поверхности теплообмена 226 м 2; диаметр 1000 мм; длина 5374 мм; среда - водород. В трубах: давление 0,35-0,55 МПа; температура - 25 °C; среда - вода
Теплообменник кожухотрубный	Охлаждение водорода для конденсации влаги и уносимой ртути	Материал: кожух - сталь 20, трубки - титан (ВТ-1-0). В трубках: площадь поверхности теплообмена 100 м 2; диаметр 630 мм; длина 6890 мм; давление 150-400 Па; температура не более 30 °C; среда - водород. В межтрубном пространстве: давление 0,35-0,55 МПа; температура 7-25 °C; среда - вода
Теплообменник кожухотрубный	Охлаждение водорода для конденсации влаги и уносимой ртути	Материал: титан (ВТ-1-0) в трубках; площадь поверхности теплообмена 140 м 2; D = 1250 мм; L = 5490 мм. В трубках: давление 150-400 Па; температура не более 30 °C; среда - водород. В корпусе: давление 0,35-0,55 МПа; температура 25 °C; среда - вода
Колонна насадочная	Отчистка водорода от ртути в двух параллельных колоннах	Материал: сталь 3, гуммированная. Объем насадки 17,3 м 3; давление 150-400 Па, температура не более 30 °C, D = 2000 мм; H = 10000 мм; среда - водород
Колонна насадочная	Отмывка водорода от уносимого хлора	Материал: сталь 3, гуммированная. Объем насадки 17,3 м 3; давление 150-400 Па; температура не более 30 °C; D = 2000 мм; H = 10 000 мм; среда - водород
Колонна насадочная	Отмывка водорода от уносимого натра едкого	Материал: сталь 3, гуммированная. Объем насадки 17,3 м 3; давление 150-400 Па; температура не более 30 °C; D = 2000 мм; H = 10 000 мм; среда - водород
Компрессор	Перекачка водорода потребителю	Материал: сборный; объемная производительность 33 м 3/мин; частота вращения электродвигателя 1500 мин -1; среда - водород
Компрессор	Перекачка водорода потребителю	Материал: сборный; объемная производительность 25 м 3/мин; частота вращения электродвигателя 740 мин -1; среда - водород
Холодильник	Охлаждение водорода до температуры 0-5 °C для очистки водорода от ртути и влаги	Материал: сталь углеродистая; вместимость 1,236 м 3; H = 4274 мм; площадь поверхности теплообмена 176 м 2; температура рабочая 0-5 °C; давление 0,050-0,175 МПа; среда - водород
Подогреватель	Нагрев водорода паром до температуры не более 40 °C с целью перегрева в нем влаги	Материал: Сталь 12Х18Н10; длина 5070 мм; диаметр 600 мм; площадь поверхности теплообмена - 0,81 м 3; среда - водород; межтрубное пространство: вместимость 0,912 м 3
Адсорбер	Адсорбционная очистка водорода от ртути в адсорберах, заполненных активированным углем	Материал: ВСт3 сп5, насадка - активированный уголь; вместимость 23,5 м 3; H = 7785 мм; D = 5400 мм; давление 0,050-0,175 МПа; температура рабочей среды 35-40 °C; среда - водород
Фильтр рамный	Фильтрация натра едкого от ртути механических примесей	Материал: двухслойная сталь ВМСт3 сп-Х18Н10Т. Площадь поверхности фильтрации 50 м 2; фильтрующий материал - фильтровальная ткань с нанесенным покрытием из хризотилового асбеста в смеси с графитовой пылью; D = 1500 мм; L = 1840 мм; давление не более 0,2 МПа; температура минус 50-80 °C; среда - едкий натр
Бак едкого натра	Бак для сбора, хранения и выдачи готовой продукции - натр едкий	Материал: сталь 3, плакированная, вместимость 1000 м 3; D = 12 000 мм, H = 9600 мм; давление атмосферное; температура 50-80 °C; среда - едкий натр
Бак едкого натра	Бак для сбора, хранения и выдачи готовой продукции - натр едкий	Материал: сталь 3, гуммированная. Вместимость 1000 м 3; D = 12 000 мм; H = 9600 мм; давление атмосферное; температура 50-80 °C; среда - едкий натр
Буфер электролитического хлора	Прием и распределение электролитического хлора	Вертикальный цилиндрический аппарат; вместимость 10 м 3; температура минус 20-50 °C; H = 5680 мм; D = 1600 мм; давление рабочее 0,15-0,28 МПа
Конденсатор хлора	Конденсация (сжижение) электролитического хлора	Горизонтальный трехсекционный аппарат. Площадь поверхности теплообмена 80 м 2; давление рабочее в трубном пространстве - 1,5 МПа; давление рабочее в межтрубном пространстве - 1,0 МПа; температура в корпусе минус 30 °C; температура в трубной части минус 20 °C; хладоноситель - рассол (в межтрубном пространстве); среда - хлор (в трубном пространстве)
Абгазоотделитель	Отделение жидкого хлора от абгазного	Вертикальный цилиндрический аппарат. Вместимость 0,82 м 3; H = 1630 мм; D = 800 мм; давление 1,6 МПа; температура минус 50 °C; среда - хлор
Танк жидкого хлора	Прием, хранение и выдача жидкого хлора потребителю	Горизонтальный цилиндрический аппарат. Вместимость 40 м 3; D = 2200 мм; H = 9778 мм; температура минус 40 °C; среда - хлор жидкий
Испаритель горизонтальный погружной	Испарение жидкого хлора с последующей передачей испаренного хлора потребителю	Горизонтальный аппарат; площадь поверхности теплообмена 53 м 2; давление в змеевике 1,5 МПа; температура в ванне 70 °C; температура в змеевике 150 °C; среда - хлор, вода
Буфер испаренного хлора	Предотвращение проскока жидкого хлора к потребителю	Вертикальный цилиндрический аппарат. Вместимость 0,8 м 3; H = 2180 мм; D = 813 мм; давление 1,2 МПа; среда - хлор

Применение природоохранного оборудования в данном производстве обусловлено необходимостью очистки промышленных выбросов (абгазов) от хлора и ртути, содержащих в выбросах, с целью снижения эмиссии хлора и ртути в атмосферный воздух и снижения потерь целевого продукта с выбросами, а также необходимо для сокращения общей эмиссии ртути в окружающую среду с отходами и сточными водами производства, включая сокращение общего количества образующихся ртутьсодержащих отходов, обезвреживание или утилизацию этих отходов с целью выделения из них металлической ртути и ее возврата в технологический цикл. Кроме того, очистка ртутьсодержащих сточных вод от ртути также ставит своей целью либо возврат ртути в технологический цикл, либо перевод токсичных форм ртути (ионной или металлической ртути) в нетоксичную и неопасную форму сульфида ртути - HgS, который является веществом 4-го класса опасности в соответствии с классификацией по ГОСТ 12.1.007.

В таблице 2.14 представлено основное природоохранное оборудование, предназначенное для очистки промышленных выбросов производства водорода, хлора и гидроксида натрия ртутным методом электролиза от загрязняющих веществ.

Приведенный в таблице 2.14 перечень основного природоохранного оборудования производства водорода, хлора и гидроксида натрия ртутным методом электролиза не следует рассматривать как исчерпывающий перечень оборудования.

Таблица 2.14 - Природоохранное оборудование производства водорода, хлора и гидроксида натрия ртутным методом электролиза

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Существенные характеристики природоохранного оборудования
Вентилятор абгазный	Транспортировка абгазов из карманов электролизеров и буферных емкостей	Титан, Q = 5000 м 3/ч, Н = 300 мм вод. ст.
Холодильник абгазный	Охлаждение абгазов из щелочных карманов	Титан F = 197 м 2, L = 6000 мм, D = 800 мм
Скруббер абгазный	Очистка абгазов из карманов и буферных емкостей электролизеров от хлора и ртути	Титан, D = 1400 мм, Н = 5120 мм, кольца Рашига - 50 х 50 мм, 80 х 80 мм
Сборник	Для сбора щелочного раствора гипохлорита, циркулирующего через скруббер	Сталь гуммиров. D = 1200 мм, Н = 1600 мм, V = 1,5 м 3
Насосы	Для циркуляции щелочного раствора гипохлорита натрия через скруббер	Титан, Q = 45 м 3, N = 17 кВт, n = 3000 об./мин
Адсорбер угольный	Для очистки водорода от ртути	Сталь гуммиров., D = 3000 мм, Н = 5770 мм, V = 32 м 3, насадка ХПР-3П, УПР
Фильтр аэрозольный	Для улавливания графитовой пыли из водорода после адсорбера	Сталь гуммиров., D = 2800 мм, Н = 5225 мм, V = 22,5 м 3, Н нас = 1370 мм, стекловолокно 2 мкм
Паровой подогреватель	Для подогрева водорода перед подачей в адсорбер	Сталь, F = 7,5 м 2, D = 325 мм, L тр = 1500 мм
Хлоратор	Для поглощения хлора из абгазов от продувки оборудования, разбавленного хлоргаза при пуске-остановке	Титан, D = 2000 мм, Н = 6000 мм, V = 18 м 3, Р раб = 0,5 кгс/см 2
Колонна насадочная (санитарная колонна)	Для доочистки абгазов от хлора после хлораторов	Сталь гуммиров., футеров. или титан D = 1800 мм, Н = 8000 мм, Н нас = 3200 мм, насадка - кольца Рашига из Ф-4 50 х 50 мм
Бак циркуляционный	Для сбора щелочного раствора, циркулирующего через колонну	Титан, D = 2400 мм, Н = 4000 мм, V = 18 м 3
Нейтрализаторы	Для нейтрализации ртутных стоков с полов зала электролиза соляной кислотой	Сталь гуммиров. D = 1800 мм, Н = 5220 мм, V = 6,3 м 3
Емкость буферная	Для сбора сточных вод и усреднение состава	Сталь с защитой фторлаком D = 7000 мм, Н = 4480 мм, V = 170 м 3
Приемные баки сточных вод	Для приема сточных вод из буферной емкости	Сталь, эпоксидная смола, V = 200 м 3, D = 7000 мм, Н = 8300 мм
Напорный бак	Для подачи сточных вод на очистку в каскад реакторов	Сталь, V = 1 м 3, D = 1000 мм, Н = 1250 мм
Бак напорный для раствора гидросульфида натрия	Подача гидросульфида натрия в бак-реактор для осаждения ртути и нейтрализации гипохлорита натрия	Сталь, V = 1 м 3, D = 1000 мм, Н = 1250 мм
Бак напорный для раствора сульфата железа	Для подачи сульфата железа в бак-реактор для связывания избытка гидросульфида	Сталь гуммиров., V = 1,4 м 3, D = 1200 мм, Н = 1265 мм
Бак напорный для раствора щелочи	Для подачи раствора щелочи в бак-реактор для нейтрализации избытка сульфата железа	Сталь, V = 1 м 3, D = 1000 мм, Н = 1250 мм
Баки-реакторы	Для осаждения ртути, связывания избытка сульфида натрия и сульфата железа	Сталь гуммиров., V = 3,2 м 3, D = 1600 мм, Н = 1600 мм, N меш = 13 кВт, n меш = 64 об./мин
Бак стоков с мешалкой	Для приема сточных вод из баков-реакторов и фильтро-вспомогателя (перлита)	Сталь гуммиров., футеров., V = 32 м 3, D = 3000 мм, Н = 4500 мм, N меш = 5,5 кВт, n меш = 160 об/мин
Фильтр-пресс	Для фильтрации осадков из химочищенных сточных вод на ткани ТТФ, ТЛФ	Фильтр-пресс; 08Х22Н6Т, F = 25 м 2, 3780 х 2150 х 4240 мм
Бак (емкость) для сбора фильтрата	Для сбора фильтрата сточных вод с фильтров	Сталь, V = 10 м 3, D = 2400 мм, Н = 2200 мм
Фильтр насадочный	Для дополнительной фильтрации фильтрата сточных вод с фильтров	Сталь гуммиров., V = 10 м 3, D = 2000 мм, Н = 3700 мм, насадка - кварцевый песок 0,5-2 мм
Фильтр ионообменный	Для доочистки сточных вод от ртути на смоле	Сталь эпоксид., V = 25 м 3, D = 2600 мм, Н = 4885 мм, Н нас = 2000 мм
Колонна с ионообменной смолой	Для очистки избыточного анолита от ртути	-
Скруббер	Для отмывки от механических примесей абгазов из печи прокалки загрязненного ртутью оборудования	Сталь 20, Н = 3000 мм, D = 600 мм, V = 0,7 м 3. Насадка - фарфоровые кольца
Буферная емкость	Для сбора циркуляционной воды со скруббера отмывки абгазов	Сталь, Н = 1240 мм, D = 800 мм, V = 1 м 3
Газодувка	Для отсоса паров ртути из печей отжига и прокалки оборудования	Чугун, Q = 4230 м 3/ч, N = 11 кВт, n = 3000 об./мин
Адсорбер	Для очистки воздуха с системы прокалки шламов и оборудования от ртути после газодувки	Сталь, горизонтальный цилиндрический аппарат с колосниковой решеткой, на которой насыпан слой УПР или ХПР-3П высотой 1 м, D = 2000 мм, L = 4000 мм, V = 12 м 3
Абсорбер полочный	Нейтрализация абгазов от хлора	Вместимость 21,2 м 3, насадка - керамические кольца Рашига, орошение раствором натра едкого 10-20 %, температура 20-60 °C
Абсорбер	Нейтрализация абгазов от хлористого водорода	Поверхность теплообмена 12,5 м 2
Адсорбер	Очистка промышленных выбросов от ртути	Вместимость 10,2 м 3, поглотитель химических паров ртути марки ХПР-3П или углеродный ртути марки УПР-Г
Адсорбер	Очистка промышленных выбросов от ртути	Вместимость 22,1 м 3, поглотитель химических паров ртути марки ХПР-3П или углеродный поглотитель ртути, марки УПР-Г
Аварийная колонна	Нейтрализация хлора	Вертикальный цилиндрический аппарат, H = 7780 мм D = 800 мм, среда - щелочь, гипохлорит натрия
Сборник-нейтрализатор	Нейтрализация сточных вод, содержащих гипохлорит натрия	Вместимость 14,11 м 3, D = 2100 мм, L = 4470 мм, температура окружающей среды, среда - сточные воды

2.2.3.4 Основные факторы, характеризующие охрану окружающей среды и устойчивое развитие производства водорода, хлора и гидроксида натрия ртутным методом электролиза

Основными факторами, характеризующими охрану окружающей среды и ресурсосбережение при производстве водорода, хлора и гидроксида натрия ртутным методом электролиза, являются:

- удельное потребление электроэнергии и тепловой энергии;

- удельное потребление металлической ртути и ее эмиссия в окружающую среду;

- 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 обезвреживания или утилизации (использования) отходов производства, содержащих ртуть;

- наличие и эффективность очистки ртутьсодержащих сточных вод и/или использования сточных вод производства, содержащих сульфат и хлорид натрия;

- контроль загрязнения атмосферного воздуха по веществам хлор, хлорид водорода, ртуть, гидроксид натрия.

Основными факторами, характеризующими устойчивое развитие производства водорода, хлора и гидроксида натрия ртутным 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 ближайших 10-17 лет;

- обеспечение производства электроэнергией;

- обеспечение стабильного и сбалансированного сбыта, использования, в том числе более глубокой переработки всех трех продуктов производства.

Однако в настоящее время положениями пункта 2 статьи 5 и приложением В (часть I) Минаматской конвенции по ртути, подписанной Российской Федерацией на основании Распоряжения Правительства РФ N 1242-р от 7 июля 2014 г., установлен срок поэтапного вывода из обращения хлорно-щелочного производства ртутным методом электролиза - 2025 год. Согласно пунктам 1-6 статьи 6 Минаматской конвенции любое государство или региональная организация экономической интеграции может зарегистрировать одно или несколько исключений в отношении сроков поэтапного вывода из обращения, указанных в приложении Б Минаматской конвенции, общей продолжительностью не более 10 лет, т.е. максимально продлить срок эксплуатации хлор-щелочного производства ртутным методом до 2035 года.

ГАРАНТ:

По-видимому, в тексте предыдущего абзаца допущена опечатка. Вместо слов "приложении Б" следует читать "приложении В"

В связи с указанным выше технология производства водорода, хлора и гидроксида натрия ртутным методом электролиза может рассматриваться в качестве НДТ только вплоть до периода 2025-2030 гг., т.е. на срок действия настоящего справочника НДТ. После этого периода данная технология не может рассматриваться как наилучшая доступная технология и должна быть выведена из обращения, в том числе путем замены на энергетически более эффективную и экологически безопасную технологию производства водорода, хлора и каустика мембранным методом электролиза.

2.2.4 Описание технологических процессов, используемых в настоящее время в производстве твердого гидроксида натрия (едкого натра)

При производстве твердого гидроксида натрия (едкого натра) основным сырьевым материалом является раствор едкого натра с массовой концентрацией NaOH не менее 45 %.

Основным видом энергетических ресурсов, используемым в производстве твердого гидроксида натрия (едкого натра), является тепловая энергия, генерируемая сжиганием природного газа и/или водорода.

В настоящем разделе рассматриваются технологические процессы производства твердого гидроксида натрия.

2.2.4.1 Общие сведения о производстве твердого гидроксида натрия (едкого натра)

Товарный твердый гидроксид натрия (едкий натр, каустик), содержащий не менее 98,5 % NaOH, используется в различных отраслях промышленности, в том числе в химической отрасли промышленности. Основные области применения твердого гидроксида натрия приведены в таблице 2.1.

2.2.4.2 Описание технологических процессов, используемых в производстве твердого гидроксида натрия (едкого натра)

Технология производства твердого гидроксида натрия (едкого натра) заключается в последовательной реализации следующих технологических стадий:

- нагрев и циркуляция органического теплоносителя - дифенилоксида (динила);

- нагрев и циркуляция расплава неорганического теплоносителя - нитрит-нитратной смеси (при наличии данной стадии);

- выпаривание влаги из натра едкого очищенного с использованием контура или пара высокотемпературного органического теплоносителя (динила);

- выпаривание влаги из раствора едкого натра при непосредственном контакте раствора каустика с продуктами сгорания водорода в кислороде или с использованием контура расплава неорганического теплоносителя;

- кристаллизация и чешуирование или гранулирование продукта;

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

Пример общей принципиальной схемы технологического процесса производства гидроксида натрия (твердого натра), включающей две ступени выпаривания, представлен ниже на рисунке 2.5. Данный пример никоим образом не может рассматриваться как единственный и исчерпывающий вариант схемы технологического процесса.

Рисунок 2.5 - Пример принципиальной технологической схемы производства твердого едкого натра (чешуированного)

Ниже представлен типичный пример описания технологического процесса производства твердого гидроксида натрия (едкого натра), который никоим образом не может рассматриваться как единственное и исчерпывающее описание технологического процесса.

2.2.4.3 Описание производства твердого едкого натра с использованием органического теплоносителя, природного газа, водорода и кислорода (пример)

Исходным сырьем для получения твердого едкого натра является натр едкий очищенный ртутного электролиза с массовой долей основного вещества не менее 45 %, например, раствор марки РР, или натр едкий марки РМ, произведенный методом мембранного электролиза, который поступает в приемные емкости. На случай аварийного слива каустика из системы предусмотрен слив в приемные емкости.

Расход принятого раствора едкого натра контролируется по контуру, температура в приемных емкостях контролируется и регистрируется с помощью специальных контуров в пределах (20-60) °С. Минимальное значение температуры 20 °С фиксируется сигнализацией (свет, звук).

Уровень едкого натра в приемных емкостях контролируется двумя независимыми датчиками уровня с помощью специальных контуров в пределах (150-2700) мм или (5-90) % с сигнализацией (свет, звук) минимального 150 мм, предминимального - 500 мм, предмаксимального - 2600 мм и максимального - 2700 мм значений и регистрируется. При максимальном значении уровня автоматически закрывается отсечной клапан для предотвращения перелива каустика из приемных емкостей со световой и звуковой сигнализацией. После снижения уровня в приемных емкостях менее 2400 мм отсечной клапан открывается и производится продувка трубопровода приема каустика в отдельную емкость азотом для исключения кристаллизации едкого натра в трубопроводе.

На линии воздушки приемных емкостей установлен влагоотделитель для разделения продувочного азота от уносимых капель раствора едкого натра. После влагоотделителя азот через воздушку сбрасывается в атмосферу, а уловленные капли раствора едкого натра сливаются в приемную или отдельную емкость.

Из приемных емкостей едкий натр насосами подается в колонну дегазации с расходом в пределах (0,5-5,0) м ³/ч, где смешивается с соковым паром, поступающим в верхнюю часть колонны из сепаратора. Расход едкого натра в колонну дегазации контролируется контуром и регулируется клапаном. Раствор едкого натра на выходе из колонны дегазации поступает в бак с температурой не более 200 °C.

Колонна дегазации работает под вакуумом, вакуум в данной системе создается вакуум-насосами и регулируется клапаном. Пары с инертными газами из колонны дегазации отсасываются через каплеотбойник и барометрический конденсатор, орошаемый оборотной водой, и сбрасываются в атмосферу. В барометрическом конденсаторе пары конденсируются за счет смешивания с оборотной водой и по барометрической трубе сливаются в гидрозатвор.

Температура оборотной воды на выходе из барометрического конденсатора не более 50 °С регулируется клапаном, установленным на трубопроводе подачи оборотной воды в барометрический конденсатор.

Раствор едкого натра из колонны дегазации и каплеотбойника сливается в бак. Сепаратор, колонна дегазации, каплеотбойник работают под вакуумом в пределах (42-63) кПа (0,42-0,63 кгс/см ²), создаваемым вакуум-насосами через барометрический конденсатор.

Температура сокового пара на выходе из каплеотбойника составляет в пределах (100-210) °C.

Едкий натр насосами параллельно подается в нижнюю часть выпарного аппарата с расходом в пределах (5,0-10,0) м ³/ч. Вторичный пар из сепаратора с температурой в пределах (180-250) °С и давлением не более 0,07 МПа (0,7 кгс/см ²) подается в верхнюю часть межтрубного пространства выпарного аппарата.

Подача раствора едкого натра в выпарной аппарат регулируется регулятором уровня в пределах (650-1170) мм (50-90) %, установленным на баке и клапаном, который размещен на трубопроводе подачи раствора едкого натра от насосов в выпарной аппарат.

Раствор едкого натра из выпарного аппарата снизу вверх по трубкам поступает в сепаратор, где под вакуумом в пределах (68-95) кПа (0,68-0,95) кгс/см ² выпариваются водяные пары из раствора едкого натра.

Температура едкого натра на выходе из сепаратора составляет не более 130 °C. Водяные пары из сепаратора отсасываются вакуум-насосами в барометрический конденсатор, где орошаются оборотной водой.

Температура оборотной воды на выходе из конденсатора не более 50 °С регулируется клапаном, установленным на трубопроводе подачи оборотной воды в конденсатор.

Вторичный пар после конденсации в выпарном аппарате поступает в гидрозатвор. На выходе из гидрозатвора контролируется водородный показатель оборотной воды в пределах (6,0-9,0) рН с помощью контура. Подогретый раствор едкого натра из сепаратора с температурой не более 130 °C сливается в бак, а также предусмотрен перелив едкого натра по переливной линии в бак.

В баке потоки едкого натра из аппаратов смешиваются и насосом подаются в контактный выпарной аппарат. Из контактного выпарного аппарата через гидрозатвор выпаренный едкий натр с концентрацией не менее 60 мас. % поступает в бак.

Едкий натр из бака погружным насосом подается в выпарной аппарат с температурой не более 250 °С.

В выпарном аппарате раствор едкого натра нагревается парами дифенильной смеси и поступает в сепаратор, где происходит выпаривание водяных паров из раствора едкого натра. Водяные пары из сепаратора поступают в межтрубное пространство выпарного аппарата, а раствор едкого натра после сепаратора разделяется на два потока. Первый поток самотеком поступает в тройник, где смешивается с раствором едкого натра, подаваемым от насоса. Второй поток самотеком поступает в выпарной аппарат, где нагревается парами дифенильной смеси и далее поступает в сепаратор. Температура раствора едкого натра в сепараторе составляет в пределах 340-365 °C.

Сепаратор работает под давлением не более 0,07 МПа (0,7 кгс/см ²), сепаратор - под вакуумом в пределах 42-63 кПа (0,42-0,63 кгс/ см ²).

В выпарных аппаратах раствор едкого натра нагревается парами дифенильной смеси, поступающими из сепаратора. В выпарных аппаратах пары дифенильной смеси конденсируются и возвращаются обратно в нижнюю часть сепаратора. Температура дифенильной смеси на выходе из выпарного аппарата и на выходе из выпарного аппарата - не более 340 °C.

Разность температуры раствора едкого натра и конденсата сокового пара в пределах (80-160) °C в выпарных аппаратах регулируется при помощи клапана, установленного на выходе конденсата дифенильной смеси из выпарного аппарата.

Расплав едкого натра из сепаратора через гидрозатвор поступает в распределительную емкость и разделяется на три потока.

Стадия кристаллизации и чешуирования (гранулирования)

Кристаллизация и чешуирование расплава едкого натра производится в чешуировочных машинах, представляющих собой кристаллизатор барабанного типа.

Кристаллизация и гранулирование расплава едкого натра производится в специальных грануляторах.

Расплав каустика по трубопроводу подается в корыто чешуировочной машины, в которое частично погружен барабан кристаллизатора. На холодной поверхности вращающегося над корытом барабана происходит кристаллизации едкого натра. Скристаллизовавшийся каустик с поверхности барабана срезается ножами и поступает на транспортер и далее узел расфасовки и упаковки.

Барабан кристаллизатора представляет собой полый цилиндр, стенки которого охлаждаются циркулирующей внутри цилиндра оборотной водой. Вход и выход воды осуществляется с торцов по валу барабана. Оборотная вода распыляется внутри барабана через форсунки.

Стадия фасовки

Чешуированный или гранулированный твердый едкий натр направляют на раздельные линии фасовки, в том числе с использованием весов автоматических и машин фасовочных автоматических:

- в мешки по 25 кг или по 50 кг;

- в биг-беги (мягкие контейнеры) по 600-1000 кг;

- в барабаны (по заявкам отдельных потребителей).

Основное технологическое оборудование данного производства определяется индивидуально для каждого конкретного производства с учетом его мощности и принятых проектной организацией и разработчиком процесса технических решений.

Примеры основного технологического оборудования, используемого в производстве твердого гидроксида натрия, приведены в таблице 2.15.

Таблица 2.15 - Основное технологическое оборудование производства твердого гидроксида натрия (гранулированного или чешуированного едкого натра)

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Существенные характеристики технологического оборудования
Котел	Нагрев органического теплоносителя (даутерма)	Вертикальный цилиндрический аппарат со змеевиками; S = 275 м 2; среда в трубках - даутерм; среда в топочном пространстве - природный газ; мощность котла - 20,65 МДж/ч; D = 3900 мм; Н = 7800 мм; Т = 380 °С
Выпарные аппараты	Выпаривание влаги из раствора едкого натра	Вертикальный цилиндрический аппарат с кожухотрубчатым теплообменником; площадь теплообмена = 70 м 2; D = 3900 мм, Н = 7800 мм, Т раб = 380 °С
Контактно-выпарной аппарат	Выпаривание влаги при непосредственном контакте раствора каустика с продуктами сгорания водорода в кислороде	Вертикальный аппарат со сферическим днищем; на верхнем штуцере установлен парогенератор Вместимость аппарата - 2,46 м 3; Н = 3272 мм; D = 1240 мм; среда - раствор едкого натра
Предварительный концентратор раствора едкого натра	Предварительное концентрирование (упаривание) раствора едкого натра) - первая ступень выпаривания	H = 9738 мм, D = 950 мм; площадь поверхности теплообмена - 168 м 2, давление в трубном пространстве - атмосферное; давление в межтрубном пространстве - 6,8 кПа; температура в трубном пространстве - 100 °С; температура в межтрубном пространстве - 300 °С; среда в трубном пространстве - раствор натра едкого; среда в межтрубном пространстве - пар, соковый пар
Концентратор	Концентрирование (упаривание) раствора едкого натра) с использованием неорганического теплоносителя - вторая ступень выпаривания	Аппарат, состоящий из 28 отдельных, вертикально установленных в два ряда трубных элементов, с рубашкой и пароспутником; производительность - 7252,6 кг/ч; давление в трубных элементах - атмосферное; D трубного элемента = 112 мм. L = 6630 мм; рабочая среда: внутри трубного элемента - натр едкий; в рубашке - высокотемпературный неорганический теплоноситель
Емкость расплава едкого натра	Концентрирование (упаривание) раствора едкого натра) с использованием неорганического теплоносителя	Горизонтальный цилиндрический сосуд, разделенный перегородкой на два рабочих пространства, с наружным комбинированным змеевиком; рабочая среда: в емкости - расплав натра едкого, Т = 390 °С; в змеевике - высокотемпературный неорганический теплоноситель, пар высокого давления; D = 1500 мм, L = 12760 мм, V = 20,8 м 3.
Испаритель	Выпаривание раствора едкого натра с использованием неорганического теплоносителя (третья ступень выпаривания)	Аппарат, состоящий из двух подъемных и одной опускной вертикальных труб, присоединенных вверху к сепаратору; трубы снабжены комбинированным теплоспутником, сепаратор - наружным змеевиком; производительность - 7137 кг/ч; вакуум - минус (93,9-92,6) кПа; рабочая среда: в аппарате - расплав натра едкого, соковый пар; в теплоспутнике - высокотемпературный неорганический теплоноситель, пар высокого давления; в змеевике - теплоноситель "даутерм"; диаметр труб - 76 мм, длина труб - 6550 мм
Разбрызгиватель леечный	Разбрызгивание расплава едкого натра	Вертикальное цилиндрическое устройство со встроенным сетчатым фильтром; среда - расплав натра едкого; давление - не более 200 кПа; диаметр пластины - 190 мм
Башня грануляции	Кристаллизация и гранулирование едкого натра	Вертикальный металлический цилиндрический аппарат, полый внутри. Пропускная способность - 6810 кг/ч; D = 5600 мм; Н = 27560 мм
Скруббер мокрой очистки абгазов	Очистка промышленных выбросов (абгазов) от аэрозоля и пыли едкого натра	Аппарат переменного сечения, в комплекте с распылительным устройством воды и каплеотбойником; рабочая среда - раствор натра едкого с массовой долей натра едкого не более 2 %. В плане: 2400 х 42500 мм, Н = 3280 мм
Бункер едкого натра	Прием гранулированного едкого натра	Вертикальный, конусообразный аппарат с наружными змеевиками. Среда: в аппарате - гранулы натра едкого; в змеевике - водяной пар; D = 500/5500 мм, Н = 4530 мм
Холодильник барабанный	Охлаждение гранулированного едкого натра	Горизонтальный цилиндрический аппарат со встроенными теплообменными элементами; рабочая среда: в аппарате - натр едкий гранулированный; в теплообменных элементах - охлаждающая вода; D = 2500 мм; L = 14500 мм
Бункер	Прием охлажденного гранулированного едкого натра	Вертикальный цилиндрический сосуд с коническим днищем. Среда - натр едкий гранулированный; давление - атмосферное; D = 5000 мм; Н = 14326 мм; V = 200 м 3
Весы автоматические (ручная фасовка)	Фасовка (ручная) едкого натра	Производительность - 150 мешков в час; среда - натр едкий гранулированный
Машина фасовочная автоматическая	Автоматическая фасовка (упаковка) едкого натра	Производительность: 650 мешков в час по 25 кг, 500 мешков в час по 50 кг
Питатель шлюзовой	Узел загрузки гранулированного едкого натра в МКР	Массовая производительность - 3500 кг/ч; частота вращения ротора - 25 мин -1; среда - натр едкий гранулированный; электродвигатель - редукторный, нормального исполнения
Печь	Нагрев и циркуляция неорганического теплоносителя с использованием тепловой энергии от сжигания природного газа	Теплопроизводительность - 5,7 x 10 6 ккал/ч; скорость циркуляции теплоносителя - 2,2 м/с; КПД = 0,82; D = 3120 мм; габаритная высота - 10 020 мм
Горелка		Теплопроизводительность - (1,75-6,9) x 10 6 ккал/ч; топливо: природный газ
Емкость неорганического теплоносителя		Горизонтальный цилиндрический сосуд с рубашкой и двумя погружными змеевиками; давление в сосуде - атмосферное; рабочая среда: в сосуде - нитрит-нитратная смесь; в рубашке и змеевиках - пар высокого давления. D = 1000 мм, L = 6276 мм, V = 15,77 м 3
Емкость высокотемпературного органического теплоносителя (даутерма)	Получение (нагрев) высокотемпературного органического теплоносителя	Вертикальный цилиндрический сосуд со встроенным змеевиком; давление в сосуде - атмосферное; рабочая среда: в сосуде - органический теплоноситель "даутерм"; в змеевике - водяной пар. D = 1300 мм, L = 2450 мм, V = 2,97 м 3
Печь электрическая		Количество нагревательных элементов - 12.; нагреваемая среда: теплоноситель "даутерм"
Чешуировочные машины (кристаллизатор)	Кристаллизация расплава каустика и чешуирование	Агрегат с вращающимся барабаном и дробилкой; частота вращения барабана - от 0 до 45 об/мин; производительность - 4,33 т/ч
Выпарной аппарат	Предварительный нагрев и выпаривание каустика	Вертикальный цилиндрический кожухотрубчатый теплообменник; D = 900 мм; H 6800 мм; В трубном пространстве: Вакуум (68-95) кПа; температура (90-130) °C; площадь поверхности теплообмена - 47,6 м 2
Насос	Циркуляция высокотемпературного органического теплоносителя	Центробежный насос с торцевым уплотнением; подача - 450 м 3/ч; напор - 104 м; температура (350-380) °C; мощность электродвигателя - 55 кВт
Ёмкость	Хранение высокотемпературного органического теплоносителя	Горизонтальный, цилиндрический аппарат; вместимость - 25 м 3; D = 1900 мм; H = 9250 мм; температура - 100 °C; давление - атмосферное
Сепаратор	Разделение высокотемпературного органического теплоносителя на паровую и жидкую фазу	Вертикальный цилиндрический аппарат; вместимость - 13,5 м 3; D = 2000 мм; H = 5150 мм; давление - 0,7 МПа; температура (350-380) °C
Насос погружной	Подача каустика в выпарные аппараты	Вертикальный, центробежный, одноступенчатый насос, подача - 30 м 3/ч; напор - 0,3 МПа Мощность электродвигателя - 12 кВт
Насос погружной	Подпитка системы высокотемпературным органическим теплоносителем	Вертикальный, пятиступенчатый; подача - 35 м 3/ч; напор - 126 м; температура - (80-90) °C; мощность электродвигателя - 30 кВт
Насос центробежный	Подача исходного каустика	Центробежный, горизонтальный насос; подача - 12,5 м 3/ч; напор - 80 м; мощность электродвигателя - 22 кВт
Скребковый конвейер	Транспортировка готового продукта к узлу затарки	Производительность - 6  8 м 3/ч; длина конвейера - 14,624 м; привод - мотор-редуктор; мощность электродвигателя - 3,0 кВт
Дозатор	Полуавтоматическая фасовка (упаковка) едкого натра	Производительность: 240 мешков в час по 25 кг

2.2.4.4 Основные факторы, характеризующие охрану окружающей среды и устойчивое развитие производства твердого гидроксида натрия

Основными факторами, характеризующими охрану окружающей среды при производстве твердого гидроксида натрия (едкого натра), являются:

- удельное потребление тепловой энергии (водорода и кислорода, природного газа);

- удельное потребление раствора гидроксида натрия на производство продукции и эмиссия гидроксида натрия в окружающую среду;

- контроль загрязнения атмосферного воздуха аэрозолем гидроксида натрия и дымовыми газами.

Основными факторами, характеризующими устойчивое развитие производства твердого гидроксида натрия, являются:

- наличие производства раствора гидроксида натрия (каустика) ртутным (марка РР), диафрагменным (РД) или мембранным методом (марка РМ);

- обеспеченность производства тепловой энергией, в том числе природным газом или водородом.

2.2.5 Описание технологических процессов, используемых в настоящее время в производстве водорода, хлора и гидроксида калия мембранным методом электролиза

При производстве водорода, хлора и гидроксида калия мембранным методом электролиза основными сырьевыми материалами являются:

- рассол хлорида калия или твердый хлорид калия KCl - сильвин;

- концентрированная серная кислота, используемая для осушки хлора.

Основным видом энергетических ресурсов, используемым в производстве водорода, хлора и гидроксида калия мембранным методом электролиза, является электроэнергия постоянного тока, а также тепловая энергия (пар) на стадии выпарки католита (электролитического едкого кали).

В настоящем разделе рассматриваются технологические процессы, основное и природоохранное оборудование производства водорода, хлора и гидроксида калия мембранным методом электролиза.

2.2.5.1 Общие сведения о производстве водорода, хлора и гидроксида калия мембранным методом электролиза

В настоящее время в Российской Федерации в промышленном масштабе реализован мембранный метод производства водорода, хлора и гидроксида калия, который является энергетически наиболее эффективным среди всех электрохимических методов, однако на текущий период этот метод производства остается наиболее сложным в организации и эксплуатации, а также требует более высоких капитальных затрат на создание и эксплуатацию производства.

С точки зрения электрохимических процессов мембранный метод производства гидроксида калия подобен аналогичному методу производства гидроксида натрия.

В анодное пространство поступает поток насыщенного раствора хлорида калия, а в катодное пространство - деионизированная вода. Из анодного пространства вытекает поток обедненного анолита, содержащего также примеси гипохлорит и хлорат-ионов, и выходит влажный электролитический хлор, а из катодного пространства - электролитический водород и электрощелока (католит), практически не содержащие примеси и более близкие к товарной концентрации калиевой щелочи (31-33 % КOH), что уменьшает расход тепловой энергии на их упаривание и очистку. Однако питающий раствор хлорида калия (как свежий, так и оборотный раствор) и вода предварительно максимально очищаются от любых нежелательных примесей. Необходимость такой тщательной очистки исходного рассола определяется высокой стоимостью полимерных катионообменных мембран и их высокой чувствительностью к примесям в исходном растворе хлорида калия.

Получаемый в результате производства электролитический водород после охлаждения используется на том же предприятии для получения хлорида водорода и соляной кислоты.

Получаемый в данном технологическом процессе электролитический хлор после охлаждения используется на том же предприятии для получения хлорида водорода и соляной кислоты.

Товарный раствор гидроксида калия (едкое кали, калиевая щелочь, гидрат окиси калия), получаемый мембранным методом электролиза и содержащий не менее 46 % KOH, используется в различных отраслях промышленности, в том числе в химической отрасли промышленности при производстве твердого чешуированного гидрата окиси калия, при производстве карбоната калия (поташа), в нефте- и газодобывающей отрасли, в производстве синтетических каучуков и катализаторов, в производстве моющих и чистящих средств, а также в энергетике и в фармацевтической отрасли.

Основные области применения гидроксида калия приведены в таблице 2.4.

2.2.5.2 Описание технологических процессов, используемых в производстве водорода, хлора и гидроксида калия мембранным методом электролиза

Технология производства водорода, хлора и гидроксида калия мембранным методом электролиза заключается в одновременной (параллельной) и/или последовательной реализации следующих технологических стадий, состав которых определяется направлением использования и видом (маркой) целевых продуктов - водорода, хлора и гидроксида калия (едкого кали):

- прием, хранение и растворение исходной соли калия хлористого (хлорида калия) и подготовка сырого рассола;

- очистка сырого раствора KCl содово-каустическим методом очистки;

- осветление обработанного рассола в осветлителях и отстойниках Дорра;

- фильтрация рассола от механических примесей на механических фильтрах;

- ионообменная очистка рассола от примесей ионов кальция и магния;

- электролиз очищенного раствора хлорида калия в электролизерах, снабженных специальной биполярной ионообменной мембраной;

- вакуумное обесхлоривание анолита;

- очистка анолита от хлоратов (на установке разрушения хлоратов);

- концентрирование электролитического едкого кали (выпарка электрощелоков) с получением товарного гидрата окиси калия (50 %-ного раствора KOH);

- охлаждение электролитического хлора;

- охлаждение водорода с последующим направлением на синтез хлорида водорода;

- очистка промышленных выбросов (абгазов) от хлора;

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

Общая принципиальная схема технологического процесса производства водорода, хлора и гидроксида калия мембранным методом электролиза представлена ниже на рисунке 2.6 (полностью аналогична производству водорода, хлора и гидроксида натрия мембранным методом электролиза).

В таблице 2.16 представлен пример описания технологического процесса производства водорода, хлора и гидроксида калия мембранным методом электролиза, которое никоим образом не может рассматриваться как единственное и исчерпывающее описание.

Рисунок 2.6 - Принципиальная схема технологического процесса производства водорода, хлора и гидроксида калия (гидроксида натрия) мембранным методом

Таблица 2.16 - Описание технологического процесса производства водорода, хлора и гидроксида калия мембранным методом электролиза

Входной поток	Стадия технологического процесса	Выходной поток		Основное технологическое оборудование	Природоохранное оборудование
		Основные, побочные и промежуточные продукты	Эмиссии
1	2	3.1	3.2	4	5
1. Хлорид калия технический 2. Вода деминерализованная	Растворение хлорида калия и приготовление сырого рассола	Сырой рассол (раствор хлорида калия)	Шлам растворения соли (отход)	Сатураторы (солерастворители); реакторы смешения; реакторы выдержки
Обедненный (обратный) рассол с концентрацией KCl 200 г/дм 3	Подземное растворение соли, перекачивание рассола в отделение очистки рассола	Сырой рассол с концентрацией KCl 300 г/дм 3		Насосы высокого давления Приемные емкости сырого рассола
1. Сырой рассол KCl 2. Карбонат калия 3. Едкое кали 4. Полиакриламид 5. Обратный рассол	Содово-каустическая очистка рассола от кальция, магния и железа, осветление раствора хлорида калия	1. Подогретый осветленный рассол с концентрацией 290 г/дм 3 2. Шламовая суспензия содово-каустической очистки рассола	Шламовая суспензия (шлам) содово-каустической очистки рассола на размещение (захоронение)	Сборники (емкости) приема и хранения раствора KCl. Отстойники Дорра. Осветлители кипящего слоя. Декантаторы
Шламовая суспензия содово-каустической очистки рассола	Фильтрация шламовой суспензии содово-каустической очистки	1. Очищенный отфильтрованный рассол 2. Кек шлама содово-каустической очистки	Кек шлама содово-каустической очистки рассола на размещение (захоронение)	Фильтр-пресс
Осветленный рассол	Фильтрация рассола на фильтрах с намывным слоем	Осветленный рассол, отфильтрованный от взвешенных частиц	Отработанный, загрязненный намывной слой фильтра (отход)	Фильтры с намывным слоем из альфа-целлюлозы
Осветленный рассол	Фильтрация рассола на песчаных и/или антрацитовых фильтрах	Осветленный рассол, отфильтрованный от взвешенных частиц	Отработанный, загрязненный песок; отработанный антрацит	Песчаные фильтры Антрацитовые фильтры
Обратный рассол (анолит)	Удаление сульфатов из обратного рассола	Рассол, очищенный от сульфатов	-	Установка удаления сульфатов
1. Рассол с активным хлором (анолит) 2. Соляная кислота	Удаление хлоратов из обратного рассола (анолита)	Рассол (анолит), очищенный от хлоратов	Незначительные выбросы хлорида водорода	Установка удаления хлоратов; реактор подкисления анолита
Обратный рассол (анолит), содержащий хлор	Удаление остаточного хлора из обратного рассола (анолита)	Обедненный рассол (анолит) обесхлоренный	Незначительные выбросы хлора	1. Колонна вакуумного дехлорирования 2. Вакуумные насосы
1. Обедненный рассол (анолит), содержащий хлор	Удаление остаточного хлора из обратного рассола (анолита)	Рассол (анолит) обесхлоренный	Отработанный угольный фильтр с активированным углем	1. Фильтр с активированным углем 2. Сборник рассола
1. Осветленный, отфильтрованный рассол 2. Ионообменная смола ТР-208	Заключительная очистка рассола от примесей кальция и магния на установке ионообменной очистки	Отфильтрованный очищенный рассол для электролиза	Отработанная ионообменная смола	1. Ионообменные колонны (установки очистки) 2. Сборники (емкости) приема и хранения рассола для электролиза
1. Очищенный рассол для электролиза 2. Анолит 3. Деминерализованная вода 4. Соляная кислота 5. Электроэнергия 6. Энергия (пар)	Электролиз в биполярных мембранных электролизерах	1. Электролитический хлор влажный 2. Электролитический водород влажный 3. Католит - электрощелока 31-33 % КOH 4. Анолит (с содержанием активного хлора)	Электромагнитное воздействие (загрязнение).	1. Напорный бак рассола 2. Биполярный электролизер с 1 прижимным прессом. Количество ячеек - 84 шт.
1. Электролитический водород влажный 2. Электроэнергия 3. Вода оборотная	Охлаждение и компримирование водорода	1. Электролитический водород сухой охлажденный 2. Водный конденсат	Водный конденсат в общезаводскую систему оборотного водоснабжения	1. Теплообменники кожухотрубные для водорода (F = 754 м 2; F = 249 м 2) 2. Компрессоры 3. Промывочная башня 4. Установка компримирования водорода
1. Электролитический хлор влажный 2. Концентрированная серная кислота (92-98 %) или олеум 24 % 3. Электроэнергия 4. Вода на абсорбцию или раствор гидроксида калия 5. Оборотная вода 6. Захоложенная вода	Охлаждение и осушка хлора	1. Электролитический хлор сухой 2. Отработанная серная кислота 3. Хлорная вода или гипохлорит натрия	1. Отработанная серная кислота на продажу, на регенерацию, или на обезвреживание, или на захоронение 2. Хлорная вода (вода с растворенным хлором) на дехлорирование или раствор гипохлорита натрия на утилизацию в контуре рассола 3. Отработанные фильтры сухого хлора	1. Теплообменники к/т 2. Фильтр влажного хлора 3. Башни (колонны) осушки хлора с насадкой из колец Рашига 4. Башни (колонны) сушки хлора с регулярной насадкой 5. Башня отбойная с насадкой из колец Рашига 6. Фильтр сухого хлора 7. Турбокомпрессор
1. Католит - электрощелока (31-33 %) 2. Выпаренная вода (конденсат) или обессоленная вода 3. Тепловая энергия	Выпаривание католита (электрощелоков) - концентрирование раствора едкого кали с получением товарного продукта по ГОСТ 9285-78	1. Концентрированный раствор едкого кали технического по ГОСТ 9285-78 2. Конденсат от греющего пара 3. Выпаренная вода		1. Выпарные аппараты I, II и III корпусов на трех выпарных системах или двухкорпусная выпарная установка; испарители с падающей пленкой 2. Градирня с принудительной тягой 3. Бак-отстойник или емкости хранения каустика 4. Теплообменники 5. Вакуумный конденсатор
1. Едкое кали техническое (жидкое)	Хранение и отгрузка раствора натра едкого технического	Раствор гидрата окиси калия	Незначительные выбросы аэрозоля КOH в атмосферу	1. Станция отгрузки едкого кали 46-50 % 2. Емкости хранения щелочи 3. Насосы для щелочи
1. Электролитический хлор сухой 2. Электроэнергия 3. Холод -20 °C	Компримирование и сжижение хлора	1. Жидкий хлор 2. Абгазы сжижения 3. Абгазы вакуумирования 4. Хлорная вода или гипохлорит натрия	Выбросы хлора в атмосферу	1. Установка компримирования хлора 2. Турбокомпрессор
1. Хлорная вода 2. Соляная кислота 3. Пар	Дехлорирование хлорной воды	Обесхлоренная вода	Обесхлоренная вода (хлор растворенный, хлорид-анион) в канализацию или на БОС	1. Дехлоратор I ступени 2. Дехлоратор II ступени 3. Смеситель

В таблице 2.17 приведено основное технологическое оборудование производства водорода, хлора и гидроксида калия мембранным методом электролиза.

Таблица 2.17 - Основное технологическое оборудование производства водорода, хлора и гидроксида калия мембранным методом электролиза

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Существенные характеристики технологического оборудования
Сатураторы (солерастворители)	Растворение хлорида калия	-
Емкости хранения раствора KCl	Хранение раствора хлорида калия	-
Реакторы смешения	Очистка рассола содово-каустическим методом	-
Реакторы выдержки	Очистка раствора KCl (протекание реакции)	-
Осветлители	Осветление раствора KCl (отделение примесей)	Осветлители кипящего слоя
Отстойники Дорра с мешалкой	Очистка раствора KCl методом разделения фаз (осаждения) в радиальных отстойниках	Аппарат цилиндрический вертикальный с коническим днищем; D = 15 000 мм; вместимость 1200 м 3
Фильтры механические	Для фильтрации осветленного раствора KCl	Аппарат цилиндрический вертикальный со сферическим днищем и крышкой, заполнен мраморной крошкой; поверхность фильтрации 7,1 м 2, D = 3000 мм; Н = 3667 мм
Фильтры механические	Фильтрация осветленного раствора KCl от механических примесей	Аппарат цилиндрический вертикальный с эллиптической крышкой и коническим днищем, с установленными фильтрующими элементами; поверхность фильтрации 9 м 2, D = 2400 мм; Н = 3740 мм
Фильтр-пресс	Фильтрация шламовой суспензии из отстойников Дорра	Поверхность фильтрации 7,1 м 2 или 40 м 2
Фильтры с намывным слоем	Фильтрация рассола от примесей	Фильтры с намывным слоем из -целлюлозы
Ионообменные колонны	Очистка рассола от примесей кальция и магния	Колонна с катионообменной смолой
Ионообменные фильтры	Очистка рассола методом ионного обмена и фильтрации	Аппарат цилиндрический с эллиптической крышкой и днищем, заполнен слоем ионообменной смолы; V = 7,06 м 3; D = 2500 мм; Н = 3500 мм
Установка удаления хлоратов из анолита	Удаление хлоратов из рассола (анолита)	Реактор подкисления анолита
Колонна (башня) вакуумного дехлорирования	Удаление хлора из раствора (анолита) - обесхлоривание анолита	Вертикальный цилиндрический аппарат с плоскими крышкой и днищем со слоем насадки; D = 2200 мм; Н = 6400 мм
Конденсатор парогазовой смеси	Для охлаждения парогазовой смеси при обесхлоривании анолита	Теплообменник пластинчатый; площадь теплообмена 62,9 м 2
Фильтр с активированным углем	Удаление хлора из раствора KCl (анолита)	-
Емкости раствора KCl	Сбор раствора KCl	-
Емкость католита	Сбор католита	-
Емкости едкого кали; бак приема и хранения едкого кали	Для приема и хранения едкого кали технического	Цилиндрический бак, сварной, с конической крышкой и плоским днищем; D = 12500 мм; V = 3500 м 3
Электролизеры биполярные	Электролиз раствора хлорида калия с получением водорода, хлора и раствора гидроксида калия (30 % КOH)	Биполярный электролизер, одностороннее исполнение с 1 прижимным прессом. Количество ячеек - 84 шт. Сила тока 14,045-16 кА; плотность тока 4,278 кА/м 2; напряжение 300 В; эффективная поверхность мембраны 3,276 м 2
Установка концентрирования (выпаривания) калиевой щелочи	Концентрирование жидкого едкого кали с 30 % КOH до массовой доли гидроксида калия 46-50 %	Двухкорпусная выпарная установка (две стадии); двухступенчатая выпарная установка. Испарители с падающей пленкой, представляющие собой нержавеющий аппарат из греющей камеры и сепаратора; теплообменники
Выпарной аппарат	Упаривание раствора гидроксида калия	Площадь теплообмена - 250 м 2; D = 2200 мм; Н = 14695 мм
Вакуумные конденсаторы	Конденсация сокового пара и создание вакуума в системе	Вместимость трубного пространства - 2,2 м 3; межтрубного - 3 м 3
Градирня с принудительной тягой	Для системы оборотного водоснабжения отделения выпарки	Вентиляторная градирня
Газопромывочная башня	Для охлаждения электролитического хлора (хлоргаза)	Аппарат вертикальный с плоским днищем и сферической крышкой со слоем насадки из ПВХ и каплеотбойником; D = 2200 мм; Н = 13800 мм
Теплообменники (холодильники) хлора	Охлаждение электролитического хлора	Теплообменник кожухотрубный; площадь теплообмена 120 м 2
Промышленный охладитель воды	Для охлаждения хлорной воды в системе циркуляции газопромывочной башни	Чиллеры-охладители; производительность 42 000 кКал/ч каждый
Теплообменник (холодильник) водорода	Охлаждение водорода	Теплообменник с оборотной водой

Представленный в таблице 2.17 перечень основного технологического оборудования не может рассматриваться как исчерпывающий.

В таблице 2.18 представлено основное природоохранное оборудование, предназначенное для очистки промышленных выбросов производства водорода, хлора и гидроксида калия мембранным методом электролиза от загрязняющих веществ. Представленный в таблице 2.18 перечень природоохранного оборудования не может рассматриваться как исчерпывающий, поскольку возможно применение иного природоохранного оборудования.

Таблица 2.18 - Природоохранное оборудование производства водорода, хлора и гидроксида калия мембранным методом электролиза

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Существенные характеристики природоохранного оборудования
Санитарная колонна (колонна абсорбции хлора)	Очистка выбросов (газовоздушной смеси - ГВС) от хлора	Вертикальный аппарат с крышкой; разрежение от минус 0,6 до минус 1,2 кПа, вместимость 82 м 3; расход ГВС - 0,0199 м 3/с; температура ГВС 30 °C; эффективность очистки - до 100 %; высота трубы - 22 м
Санитарная колонна	Очистка газовых выбросов на участке склада и станции испарения жидкого хлора	Вертикальный цилиндрический аппарат; расход ГВС - 0,074 м 3/с; температура ГВС 22,0 °C; эффективность очистки - до 100 %; высота трубы - 17 м

2.2.5.3 Основные факторы, характеризующие охрану окружающей среды и устойчивое развитие производства водорода, хлора и гидроксида калия мембранным методом электролиза

Основными факторами, характеризующими охрану окружающей среды при производстве водорода, хлора и гидроксида калия мембранным методом электролиза, являются:

- удельное потребление электроэнергии и тепловой энергии;

- 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 калия;

- контроль загрязнения атмосферного воздуха (хлор, серная кислота).

Основными факторами, характеризующими устойчивое развитие производства водорода, хлора и гидроксида калия мембранным методом электролиза, являются:

- наличие и близость расположения месторождений по добыче раствора хлорида калия или твердого хлорида калия - сильвина KCl с целью обеспечения производства сырьем и сохранения запасов в течение 20-40 лет;

- обеспеченность производства электроэнергией;

- обеспеченность стабильного и сбалансированного сбыта или использования (переработки) всех трех продуктов производства.

2.2.6 Описание технологических процессов, используемых в настоящее время в производстве синтетической соляной кислоты

В настоящем разделе рассматриваются технологические процессы, основное и природоохранное оборудование производства синтетической соляной кислоты методом синтеза хлорида водорода с последующей абсорбцией водой.

Технология производства синтетической соляной кислоты заключается в последовательной реализации следующих технологических стадий:

- синтез хлорида водорода из хлора и водорода;

- абсорбция хлорида водорода водой с получением соляной кислоты;

- очистка или нейтрализация абгазов производства от хлорида водорода;

- получение ингибированной соляной кислоты (при необходимости);

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

Химизм процесса производства соляной кислоты описывается следующей экзотермической химической реакцией:

H ₂ + Cl ₂ = 2HCl + 184,7 кДж/моль.

2.2.6.1 Общие сведения о производстве соляной кислоты

В настоящее время в Российской Федерации в промышленном масштабе реализованы два метода (способа) производства соляной кислоты:

- метод взаимодействия хлора и водорода с образованием хлорида водорода с последующей его абсорбцией водой с получением синтетической соляной кислоты;

- метод абсорбции водой абгазного хлорида водорода, образующегося при хлорировании органических соединений газообразным хлором, либо при окислении (сжигании) хлорорганических соединений, с получением абгазной соляной кислоты.

Основным методом производства соляной кислоты является взаимодействие хлора и водорода с образованием хлорида водорода с последующей его абсорбцией водой с получением высококачественной синтетической соляной кислоты. Данный метод позволяет получать высокочистую соляную кислоту с массовой долей HCl до 35-38 %.

В отличие от первого метода получения метод абсорбции водой абгазного хлорида водорода, образующегося при хлорировании различных органических соединений газообразным хлором, характеризуется получением менее чистой, так называемой абгазной, соляной кислоты, содержащей органические примеси и активный хлор. Кроме того, в абгазной соляной кислоте массовая доля хлорида водорода составляет 20-28 %, т.е. ниже, чем в синтетической соляной кислоте. Данный метод производства соляной кислоты следует рассматривать как метод получения попутной продукции - абгазной соляной кислоты в производствах хлорметанов, хлорированных парафинов, гексахлорпараксилола, хлорбензола, хлорированного полиэтилена и других хлорированных углеводородов.

Основные области применения соляной кислоты приведены в таблице 2.5.

В настоящем справочнике НДТ представлены сведения и технологические показатели производства синтетической соляной кислоты методом взаимодействия хлора и водорода с последующей абсорбцией образующегося хлорида водорода водой.

2.2.6.2 Описание процесса получения синтетической соляной кислоты

Технологический процесс получения синтетической соляной кислоты включает в себя следующие стадии:

- синтез хлорида водорода взаимодействием хлора и водорода в специальных печах синтеза, снабженных горелкой;

- абсорбцию хлорида водорода в абсорбционных колоннах с получением кислоты соляной синтетической технической;

- очистку и/или нейтрализацию абгазов производства;

- хранение и отгрузку соляной кислоты потребителю.

На рисунке 2.7 приведена принципиальная схема производства кислоты соляной синтетической технической, которую никоим образом не следует рассматривать как единственную схему производства кислоты соляной синтетической.

Рисунок 2.7 - Принципиальная схема производства кислоты соляной синтетической технической

Ниже в таблице 2.19 приведено основное технологическое оборудование производства синтетической соляной кислоты методом синтеза хлорида водорода из водорода и хлора с последующей абсорбцией хлорида водорода водой.

Таблица 2.19 - Основное технологическое оборудование производства синтетической соляной кислоты

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Существенные характеристики технологического оборудования
Буфер	Прием и распределение абгазного и/или электролитического хлора	Вместимость 10 м 3; H = 2500 (4430) мм; D = 2000 мм; давление рабочее 0,6-1,5 МПа; среда - хлор
Ресивер электролитического хлора	Прием, очистка и распределение электролитического хлора	Сталь; Вертикальный цилиндрический аппарат с сифоном для отвода серной кислоты и с рубашкой, в которую подается конденсат. Диаметр - 2000 мм, высота - 4100 мм, вместимость - 10,3 м 3, вместимость рубашки - 0,43 м 3
Печь синтеза	Получение хлорида водорода путем синтеза хлорида водорода из абгазного хлора и/или хлора технического и водорода электролитического	1. Вертикальный цилиндрический аппарат из двух усеченных конусов, верхний конус: высота 3800 мм; диаметр верха 1100 мм; диаметр низа 1700 мм. Нижний конус: H = 1600 мм; диаметр верха 1700 мм; диаметр низа 900 мм; температура 450-580 °C; среда - хлор, водород 2. Вертикальные цилиндрические цельно-сварные аппараты с коническим днищем и крышкой: D = 1800 мм, H = 9660 мм; D = 1400 мм, H = 9000 мм; D = 1600 мм, H = 9000 мм; снабжены горелкой. 3. Аппарат с рубашкой D = 600 мм, H = 7500 мм, горелка состоит из двух кварцевых труб: диаметр наружный 100 мм; диаметр внутренний 50 мм 4. Цилиндрический аппарат, вместимость 25 м 3, D = 2000 мм, Рраб - 0,06 МПа, температура 450 °C. Горелка диаметром 100 мм. Среда: хлор, водород, хлористый водород
Печь синтеза	Предназначена для синтеза хлористого водорода	Сталь 15К или 20К Х18Н12М3Т, Х18Н12М2Т Вертикальный цилиндрический аппарат с толщиной стенки 12 мм. Печь имеет запальный люк, взрывную мембрану, смотровое окно, штуцер для вывода газа. Диаметр - 2000 мм. Высота - 7920 мм
Печь синтеза	Предназначена для синтеза хлористого водорода с получением особо чистой соляной кислоты.	Графитовая печь "Три в одном" состоит в том числе: синтетическая печь, кварцевая горелка, взрывная мембрана, смотровые стекла). Рабочая температура в печи синтезе: В трубном пространстве - не более 180 °С; В межтрубном - 32  60 °C. Рабочее давление: В рубашке печи 0,4 МПа. В трубном пространстве не более 0,1 МПа. Внутренний диаметр печи - 1062 мм, высота - 11233 мм
Абсорбер	Абсорбция хлорида водорода водой	Площадь поверхности теплообмена 12,5 м 2; температура до 200 °C; среда - хлористый водород
Холодильник-абсорбер	Предназначен для получения соляной кислоты	Графит; теплообменник из пропитанного графита прямоугольной формы. Поверхность охлаждения - 29 м 2
Холодильник-абсорбер	Предназначен для получения соляной кислоты особой чистоты	Графит, сталь; предназначен для получения соляной кислоты особой чистоты. Внутренний диаметр - 1024 мм, высота - 3987 мм
Холодильник-абсорбер санитарной очистки газа	Предназначен для окончательной очистки выхлопных газов от хлористого водорода	Графит; теплообменник из пропитанного графита прямоугольной формы с поверхностью охлаждения - 29 м 2
Холодильник абсорбер санитарной очистки газа	Предназначен для окончательной очистки выхлопных газов от хлористого водорода	Графит, сталь; диаметр - 1200 мм, высота - 4270 мм
Хранилище соляной кислоты	Предназначено для приема, хранения и выдачи соляной кислоты технической	Стеклопластик; диаметр - 3030 мм, длина - 11150 мм, вместимость - 80 м 3
Хранилище соляной кислоты	Предназначено для приема, хранения и выдачи соляной кислоты технической	Стеклопластик; Диаметр - 3030 мм, длина - 14450 мм, вместимость - 100 м 3
Емкость хранения кислоты	Прием, хранение и выдача кислоты соляной синтетической технической	Стеклопластик или гуммиров. емкость; вместимость 100 м 3; L = 14 500 (14 895) мм, D = 3000 мм; среда - соляная кислота
Абсорбер	Абсорбция хлорида водорода водой	Площадь поверхности теплообмена 16 м 2, среда - соляная кислота, хлористый водород
Абсорбер	Абсорбция хлорида водорода водой	Площадь поверхности теплообмена 368 м 2; D = 1380 мм; H = 7900 мм. В трубном пространстве: температура минус 40-60 °C, давление 0,07 МПа. Среда: хлористый водород, кислота соляная. В межтрубном пространстве: давление 0,45 МПа; среда - вода оборотная
Абсорбер	Абсорбция хлорида водорода водой	Площадь поверхности теплообмена 370 м 2; D = 1480 мм; H = 6607 мм. В трубном пространстве: давление рабочее 0,07 МПа, температура рабочая минус 40-60 °C. Среда - хлористый водород, кислота соляная. В межтрубном пространстве: давление рабочее 0,30-0,45 МПа, температура рабочая 27 °C. Среда - вода оборотная
Колонна	Абсорбция хлорида водорода водой	Вместимость 2,4 м 3; давление - от атмосферного до 0,07 МПа. Температура 40-60 °C. Внутренний диаметр 600-800 мм. Высота 6012 мм. Насадка: фторопластовые кольца Рашига 50 х 50 мм. Высота насадки 3500 мм. Среда - кислота соляная
Емкость	Прием, хранение и отгрузка кислоты соляной	Вместимость 70 м 3, L = 8800 мм, D = 3200 мм; среда - соляная кислота
Емкость	Прием, хранение и отгрузка кислоты соляной	Вместимость 50 м 3, D = 2400 мм, среда - соляная кислота
Емкость	Прием, хранение и отгрузка кислоты соляной	Вместимость 40 м 3, D = 3000 мм, L = 5460 мм; среда - соляная кислота
Емкость	Прием, хранение и отгрузка кислоты соляной	Вместимость 20 м 3; L = 5500 мм; D = 2500 мм; среда - соляная кислота
Емкость	Прием, хранение и отгрузка кислоты соляной	Вместимость 80 м 3; среда - соляная кислота
Емкость	Прием, хранение и отгрузка кислоты соляной	Вместимость 105 м 3; давление 0,3 МПа; температура 90 °C. D = 3200 мм; L = 12000 мм. Среда - кислота соляная

Ниже приведено описание технологического процесса производства кислоты соляной синтетической, которое никоим образом не следует рассматривать как единственное и исчерпывающее описание процесса, соответствующего критериям и показателям НДТ.

2.2.6.3 Описание стадий производства соляной кислоты

Синтез хлорида водорода

В основе синтеза хлорида водорода лежит экзотермическая химическая реакция взаимодействия технического хлора (хлоргаза) с электролитическим водородом:

H ₂ + Cl ₂ = 2HCl + 184,7 кДж/моль.

При нагревании смеси хлора и водорода или под действием яркого света молекула хлора диссоциирует на атомы (фотохимическая диссоциация), при этом образуются два радикала хлора (Cl ₂ + hv = 2Cl ^-), которые затем вступают в реакцию с молекулами водорода, образуя хлористый водород и радикал водорода:

H ₂ + C ^- = HCl + Н ^-.

Последний, в свою очередь, реагирует с молекулой хлора, образуя хлористый водород и радикал хлора:

Н ^- + Cl ₂ = HCl + Cl ^- и т.д.

Таким образом, образуется как бы цепь последовательных реакций, причем за счет каждой первоначально распавшейся молекулы хлора образуется в среднем сто тысяч молекул хлорида водорода, и реакция протекает с большой скоростью. Реакции подобного типа называются цепными.

В производственных условиях синтез осуществляется в специальных установках (печах синтеза), в которых водород непрерывно сгорает ровным пламенем в токе хлора, смешиваясь с ним непосредственно в факеле горелки.

Абсорбция хлорида водорода водой и получение кислоты соляной синтетической технической

Кислота соляная синтетическая техническая образуется при абсорбции (поглощении) синтезированного хлористого водорода обессоленной или иной технической водой. При абсорбции газ переходит из газообразной фазы (газовой смеси) во внутренние слои абсорбента, образуя раствор газа в жидкости. При изотермической абсорбции тепло отводится путем непосредственного охлаждения абсорбера водой.

Получение кислоты соляной синтетической технической осуществляется в последовательно установленных абсорберах или абсорбционных колоннах. Каждый абсорбер представляет собой пластинчатый теплообменник типа "Коробон" или иной аппарат для абсорбции - абсорбционную колонну. В абсорбер через трубку с боковыми отверстиями подается обессоленная или речная отстоянная вода или слабая соляная кислота, которые, поглощая хлористый водород, образуют соляную кислоту.

Хранение и отгрузка соляной кислоты

Стадия предназначена для хранения и отгрузки готового продукта потребителю, в том числе в гуммированные железнодорожные цистерны, танк-контейнеры, полимерные контейнеры объемом 1 м ³ или иным объемом.

Данная стадия характеризуется относительно низким удельным потреблением электроэнергии, умеренным потреблением оборотной воды, применяемой для охлаждения полученного продукта, незначительным уровнем эмиссии хлора и хлорида водорода в атмосферный воздух. Сточные воды и производственные потери на данной стадии отсутствуют.

В таблице 2.20 представлено основное природоохранное оборудование, предназначенное для очистки промышленных выбросов производства синтетической соляной кислоты.

Таблица 2.20 - Природоохранное оборудование производства синтетической соляной кислоты

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Существенные характеристики природоохранного оборудования
Санитарная колонна	Очистка выбросов от хлорида водорода	Вертикальный цилиндрический аппарат с насадкой - кольцами Рашига 50 х 50 мм; D = 600-1115 мм, H = 5500-6650 мм; расход ГВС - 0,036 м 3/с; эффективность - до 100 % (95-99 %)
Санитарная колонна	Очистка газовых выбросов от хлорида водорода	Высота трубы - 15 м, диаметр устья - 0,160 м, объем (расход) ГВС - 0,036 м 3/с, температура ГВС - 21,3 °C, эффективность ГОУ - до 100 %
Санитарная колонна	Очистка газовых выбросов от хлорида водорода	D = 600 мм, Н = 9700 мм, высота насадки - 5000 мм, эффективность 95-99 %
Санитарная колонна	Очистка газовых выбросов от хлорида водорода	D = 800 мм, H = 4540 мм; насадка - фторопластовые кольца
Санитарная колонна	Очистка газовых выбросов от хлорида водорода	D = 1000 мм, H = 4590 мм; насадка - фторопластовые кольца
Санитарная колонна	Очистка газовых выбросов от хлорида водорода	D = 900 мм, H = 3500 мм; насадка - фторопластовые кольца 32 х 32 мм, 50 х 50 мм, 80 х 80 мм
Санитарная колонна	Очистка газовых выбросов от хлорида водорода	D = 600 мм, H = 3600 мм; насадка - фторопластовые кольца 50 х 50 мм
Санитарная колонна	Очистка выбросов методом абсорбции хлорида водорода	Площадь поверхности теплообмена 12,5 м 2. Среда - соляная кислота, HCl
Санитарная колонна	Очистка выбросов методом абсорбции хлорида водорода	Площадь поверхности теплообмена 5 м 2. Среда - соляная кислота, хлористый водород
Санитарная колонна	Очистка газовых выбросов от хлорида водорода	Вместимость 7,7 м 3. Насадка - кольца Рашига 50 х 50 мм; давление 0,45 МПа; температура 40 °C. D = 1050 мм; H = 9100 мм Среда - раствор едкого натра
Санитарная колонна	Очистка выбросов от хлористого водорода	Стеклопластик; Диаметр - 0,6 м; высота - 0,4 м; высота насып. - 1,5 м

Данное производство характеризуется практически полным отсутствием отходов производства и крайне низким уровнем образования промышленных сточных вод, а общая эмиссия хлора и хлорида водорода в окружающую среду весьма незначительна. Хозяйственно-бытовые сточные воды, образующиеся в результате деятельности персонала производства, направляются на биологические очистные сооружения организации, осуществляющей водоотведение и очистку сточных вод.

2.2.6.4 Основные факторы, характеризующие охрану окружающей среды и устойчивое развитие производства соляной кислоты

Основными факторами, характеризующими охрану окружающей среды при производстве соляной кислоты, являются:

- наличие и эффективность системы улавливания отходящих газов производства (газовых выбросов) с возвратом хлорида водорода в технологический цикл;

- рекуперация тепловой энергии, выделяющейся при производстве;

- контроль загрязнения атмосферного воздуха (хлор, хлорид водорода);

- практическое отсутствие отходов производства и промышленных сточных вод.

Основными факторами, характеризующими устойчивое развитие производства соляной кислоты, являются:

- обеспеченность производства водородом и хлором;

- обеспечение стабильного сбыта и/или использования (переработки) производимой соляной кислоты.

Как правило, получаемая синтетическая соляная кислота в значительном объеме используется непосредственно самим предприятием-производителем или соседними предприятиями для производства различных хлоридов металлов:

- хлорида кальция;

- хлорида бария;

- хлорида алюминия;

- оксихлорида и полиоксихлорида алюминия;

- также для получения хлористого метила и ингибированной соляной кислоты.

2.2.7 Описание технологических процессов, используемых в настоящее время в производстве жидкого хлора из анодного хлоргаза производства магния-сырца

Технологический процесс производства жидкого хлора включает следующие основные технологические стадии:

- очистка анодного хлоргаза от возгонов и влаги;

- компримирование анодного хлоргаза;

- сжижение анодного хлоргаза;

- наполнение контейнеров, железнодорожных цистерн жидким хлором.

Общая принципиальная схема технологического процесса производства жидкого хлора представлена на рисунке 2.8.

Рисунок 2.8 - Принципиальная схема производства жидкого хлора из анодного хлоргаза производства магния-сырца

Очистка анодного хлоргаза от возгонов и влаги и компримирование хлоргаза

Сырьем для производства жидкого хлора является анодный хлоргаз, получаемый при производстве магния методом электролиза.

Перед подачей на сжижение анодный хлоргаз подвергается очистке от возгонов и осушке в хлорной компрессорной. Очистка осуществляется в двух рукавных фильтрах с поверхностью фильтрации 120 кв. метра. Рукава выполнены из материала стойкого к кислой среде. Установлено 5 рукавных фильтров. Два находятся в работе, остальные на чистке или в резерве. О работоспособности фильтров судят по сопротивлению. При чистке возгоны ссыпаются в конус фильтра, откуда выпускаются через смывной коллектор в кислотную канализацию.

Осушка анодного хлоргаза осуществляется за счет поглощения влаги рабочей жидкостью компрессора - концентрированной серной кислотой.

Анодный хлоргаз после очистки и осушки по нагнетательному коллектору с давлением 0,1-0,15 МПа подается на станцию сжижения. Сжатие анодного хлоргаза осуществляется ротационным жидкостным компрессором.

Сжижение анодного хлоргаза

На станции сжижения анодный хлоргаз подвергается очистки от аэрозолей серной кислоты на стекломатах в двух последовательно установленных кассетных фильтрах.

Растворение хлора осуществляют в абсорбере. Абсорбцию ведут предварительно охлажденным до 30 °С и менее тетрахлоридом титана. Хладоагентом на установке является раствор хлористого кальция, охлаждаемый на аммиачной холодильной установке

Абгазы абсорбции после очистки в специальной ловушке от аэрозолей тетрахлорида титана направляются на производство хлористого кальция в отделение хлорирования. Полученный в результате абсорбции раствор хлора в тетрахлориде титана из кубовой части абсорбера циркуляционным насосом типа через систему теплообменников подается в ректификационную колонну на разделение. Раствор хлора взаимодействует на тарелках ректификационной колонны с поступающим из кипятильников паром и стекающей флегмой. Образующийся в результате ректификации высококонцентрированный хлор частично конденсируется в дефлегматоре и стекает в виде флегмы в колонну. Несконденсировавшаяся часть хлора поступает в конденсатор, где полностью конденсируется и сливается в мерники. После их заполнения давлением осушенного воздуха жидкий хлор передавливается на склад в танки.

Наполнение контейнеров, железнодорожных цистерн жидким хлором

Жидкий хлор подается на установку розлива от одного из четырех установленных танков. Контейнеры и железнодорожные цистерны перед заполнением подвергаются специальной подготовке, предусмотренной ФНП. Передавливание жидкого хлора из танка на розлив, продувку контейнеров и железнодорожных цистерн осуществляют сжатым осушенным воздухом. На линии сжатого осушенного воздуха установлен обратный клапан, предназначенный для предотвращения поступление хлора в линию сжатого воздуха. Наполнение контейнеров и железнодорожных цистерн осуществляют при помощи тензометрических весоизмерительных устройств.

В таблице 2.21 представлено описание технологического процесса производства жидкого хлора из анодного хлоргаза производства магния-сырца.

Таблица 2.21 - Описание технологического процесса производства жидкого хлора из анодного хлоргаза производства магния-сырца

Входной поток	Стадия технологического процесса	Выходной поток		Основное технологическое оборудование	Природоохранное оборудование
		Продукты и полупродукты	Эмиссии
1	2	3.1	3.2	4	5
Анодный хлоргаз	Очистка анодного хлоргаза от возгонов и влаги	Очищенный анодный хлор			Рукавный фильтр
Очищенный анодный хлор	Компримирование анодного хлоргаза	Очищенный анодный хлор		Компрессор, кассетный фильтр
Очищенный анодный хлор	Сжижение анодного хлоргаза	Жидкий хлор	Хлор	Абсорбер, ректификационная колонна, конденсатор

В таблице 2.22 представлено основное технологическое оборудование, используемое в производстве жидкого хлора из анодного хлоргаза производства магния-сырца.

Таблица 2.22 - Основное технологическое оборудование производства жидкого хлора из анодного хлоргаза производства магния-сырца

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Существенные характеристики технологического оборудования
Хлорный компрессор	Сжатие анодного хлоргаза	Производительность - 30 м 3/мин. Напор - 1,75 кгс/см 2
Циркуляционный насос	Перекачивание раствора хлора	ЦГ 50/5015-1К
Ректификационная колонна	Разделение раствора хлора	Цилиндрический аппарат с массообменными тарелками
Сборник-кипятильник	Сбор раствора	Мощность нагревателей - 320 кВт
Компрессор	Сжатие газа	Холодопроизводительность - 1100 тыс. ккал/час Число степеней сжатия - 2

Таблица 2.23 - Природоохранное оборудование производства жидкого хлора из анодного хлоргаза производства магния-сырца

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Существенные характеристики технологического оборудования
Рукавный фильтр	Очистка анодного хлоргаза	Поверхность фильтрации - 120 м 2

2.3 Текущие уровни потребления ресурсов и эмиссии в окружающую среду

Основными видами воздействия на окружающую среду, связанными с производством водорода, хлора и гидроксида натрия (гидроксида калия), являются потребление электроэнергии, тепловой энергии и загрязнение атмосферного воздуха загрязняющими веществами.

Стадия электролиза насыщенного раствора хлорида натрия или хлорида калия связана с существенным потреблением электроэнергии и является основным источником электромагнитного излучения и воздействия на рабочую зону производства.

Основными видами воздействия на окружающую среду, связанными с производством хлорида водорода и соляной кислоты, являются незначительное загрязнение атмосферного воздуха загрязняющими веществами на стадии синтеза хлорида водорода

К промышленным источникам эмиссий в окружающую среду или объектам негативного воздействия на окружающую среду относятся любые предприятие, установка, технологический процесс, производственный объект, потребляющие электрическую и/или тепловую энергию и выделяющие в окружающую среду загрязняющие вещества в виде выбросов в атмосферный воздух, сбросов сточных вод в водные объекты или в виде отходов производства и потребления, которые подлежат обработке, размещению, утилизации или обезвреживанию. Конкретные источники эмиссий - это предприятия, осуществляющие инвентаризацию выбросов и/или сбросов загрязняющих веществ, отходов и специальный учет эмиссий (производственный экологический контроль) от источников негативного или любого техногенного воздействия. На основании указанного учета эмиссий по предприятиям отрасли и была выполнена оценка текущих уровней эмиссий в окружающую среду и потребления ресурсов.

2.3.1 Текущие уровни потребления ресурсов и эмиссии в окружающую среду при производстве водорода, хлора и гидроксида натрия диафрагменным методом электролиза

2.3.1.1 Характеристика используемого сырья, материалов и образующихся продуктов производства

В качестве основных видов исходного сырья в производстве используются:

- твердая каменная (поваренная) соль (галит) различных месторождений, например, привозная каменная соль Соль-Илецкого месторождения, каменная соль Яр-Бишкадакского месторождения или Камская поваренная соль;

- раствор хлорида натрия или так называемый сырой рассол, получаемый методом подземного выщелачивания каменной соли и содержащий 280-315 г/дм ³ NaCl, например раствор натрия хлорида (каменной соли), выпускаемый по стандарту организации.

Выход продуктов по току электролиза находится в пределах 95-98 %.

В результате электролиза раствора хлорида натрия получаются полупродукты:

- электролитическая щелочь (электрощелока) с массовой долей NaOH в пределах 11-13 %, или 115-140 г/дм ³;

- электролитический хлор или хлоргаз, содержащий хлор, - 52,52 % (об.); воду - 46,17 % (об.), кислород - 0,5 % (об.), азот - 0,11 % (об.) и водород - 0,11 % (об.);

- электролитический водород, содержащий 72,83 % водорода, 27,17 % воды и 0,4-0,5 % (об.) кислорода.

В результате всего хлорщелочного производственного процесса получаются следующие товарные продукты или продукты, используемые на самом предприятии в смежных производствах:

- едкий натр технический марки РД (раствор диафрагменный);

- электролитический хлор или хлоргаз осушенный;

- жидкий хлор;

- электролитический водород осушенный.

2.3.1.2 Потребление сырья, материалов и энергоресурсов в производстве водорода, хлора и гидроксида натрия диафрагменным методом электролиза

В таблице 2.24 приведен расход сырья, материалов и энергоресурсов на производство 1 т 100 %-ного гидроксида натрия диафрагменным методом электролиза (едкого натра технического марки РД) с учетом одновременного получения (производства) 875-890 кг охлажденного, осушенного и компримированного (или жидкого) хлора и 25-30 кг (или 270-290 нм ³) охлажденного и осушенного водорода.

Таблица 2.24 - Показатели сырья, материалов и энергоресурсов на производство 1 т 100 %-ного гидроксида натрия диафрагменным методом электролиза

Наименование	Единицы измерения	Расход на 1 тонну 100 % NaOH
		минимальный	максимальный
Соль (галит) или раствор 310 г/дм 3 NaCl в пересчете на 100 % NaCl	кг/т	1485	1720
Натр едкий технический или электрощелока в пересчете на 100 % NaOH	кг/т	0,8	28,9
Сода кальцинированная или карбонизированная электрощелока на 100 %	кг/т	15,0	40,0
Полиакриламид в пересчете на сухой	кг/т	0,03	0,05
Кальций хлористый технический	кг/т	21,0	25
Кислота соляная техническая в пересчете на 100 % НCl	кг/т	3,8	47,1
Вода обессоленная	м 3/т	0,8	1,8
Вода для растворения соли (вода речная отстоянная или питьевая)	кг/т	4454	16800
Асбест хризотиловый (хризотил)	кг/т	0,10	0,244
Кислота серная концентрированная или олеум в пересчете на 100 %	кг/т	11,0	28,9
Песок перлитовый	кг/т	0	0,15
Никель сернокислый 100 % или	кг/т	0,003	0,0038
никель хлорид (II) 6-водный, марка ч	кг/т	0,0007	0,009
Рутений 100 %	г/т	0,025	0,03
Иридий 100 %	г/т	0,047	0,06
Натрия тиосульфат на 100 %	кг/т	0,30	0,60
Натрия сульфит на 100 %	кг/т	0,092	0,15
Натрия гидросульфид на 100 %	кг/т	0,56	0,728
Вода оборотная или	м 3/т	30	301
захоложенная	м 3/т	20	150
Электроэнергия постоянного тока		2200	2500
Электроэнергия переменного тока		13,3	500
Тепловая энергия в паре	ГДж/т	8,7	187
Воздух осушенный технологический	м 3/т	44	270
Холод с температурой (9 2) °C	МДж/т	335	670
Холод с температурой минус (29 2) °C	МДж/т	25
Азот газообразный технический	м 3/т	6,5	11,0

Производство водорода, хлора и гидроксида натрия диафрагменным методом электролиза характеризуется относительно низким или умеренным сырьевым индексом, находящимся в пределах 1537-1891 кг/т 100 % NaOH (без учета воды на растворение соли и выпаривание электрощелоков).

2.3.1.3 Выход основных и попутных продуктов при производстве водорода, хлора и гидроксида натрия диафрагменным методом электролиза

В таблице 2.25 приведены выходы полупродуктов, основных и попутных продуктов при производстве 1 т едкого натра технического марки РД (в пересчете на 100 %) диафрагменным методом электролиза.

Таблица 2.25 - Выход основных и попутных продуктов при производстве 1 т 100 %-ного гидроксида натрия диафрагменным методом электролиза

Продукция, полупродукты, попутные продукты, энергоресурсы
Наименование	Единицы измерений	Выход на 1 тонну 100 % NaOH
		минимальный	максимальный
Едкий натр жидкий	т	1,00	1,00
Хлор электролитический или хлоргаз осушенный в пересчете на 100 %	т	0,880	0,913
Водород электролитический (технический) марки А	т	0,025	0,031
Кислота серная для регенерации и нейтрализации на 100 % H 2SO 4	кг	11,0	28,85
Рассол обратный 310 г/дм 3 NaCl	кг	94	124
Синтетический сырьевой материал МФН	т	0,36	0,49

2.3.1.4 Характеристика эмиссий в окружающую среду в производстве водорода, хлора и гидроксида натрия диафрагменным методом электролиза

Основные виды эмиссий в окружающую среду от данного производства приведены в таблицах 2.26-2.28.

Основные выбросы загрязняющих веществ, включая хлор и серную кислоту, образуются на стадии охлаждения, осушки, компримирования или сжижения хлора. Образующиеся промышленные выбросы подвергаются очистке от хлора с применением абсорбционных санитарных колонн.

Таблица 2.26 - Выбросы загрязняющих веществ веществ в атмосферный воздух в производстве водорода, хлора и гидроксида натрия диафрагменным методом электролиза

Источники выбросов	Наименование загрязняющего вещества	Метод очистки, обработки, повторного использования	Масса выбросов загрязняющих веществ после очистки в расчете на 1 тонну 100 % NaOH, кг/т
			минимальное значение	максимальное значение	среднее значение
Колонны сушки хлора; хлорный компрессор; стационарные источники	Хлор (производство хлора)	Хемосорбция, абсорбция щелочным раствором	0,001	0,04	0,0205
Электролизер выпарные аппараты; стационарные источники	Гидроксид натрия (производство едкого натра, каустика)	-	0,005	0,1023	0,054
Стадия сушки хлора; установка регенерации серной кислоты	Серная кислота (производство хлора)	-	0,002	0,051	0,026

Таблица 2.27 - Сбросы загрязняющих веществ в водный объект от производства водорода, хлора и гидроксида натрия диафрагменным методом электролиза

Источник сброса	Наименование загрязняющего вещества	Направление сбросов	Метод очистки или повторного использования	Показатели сбросов загрязняющих веществ в расчете на 1 тонну 100 % NaOH, кг/т
				минимальное значение	максимальное значение	Среднее значение
Колонна отпарки хлорной воды	Хлор активный	В централизованную систему водоотведения и на биологические очистные сооружения или в гидротехническое сооружение	Нейтрализация тиосульфатом натрия или NaHS	0		-
Стадия очистки рассола	Хлорид-анион (хлориды)		Использование для получения рассола	2,4	250	126
Промывка центрифуг и оборудования	Сульфат-анион (сульфаты)		-	0,15	115	57,6

Таблица 2.28 - Отходы производства и потребления в производстве водорода, хлора и гидроксида натрия диафрагменным методом электролиза

Наименование	Класс опасности	Источник образования	Способ утилизации, обезвреживания, размещения	Масса образующихся отходов производства в расчете на 1 тонну 100 % NaOH, кг/т
				Минимальное значение	Максимальное значение	Среднее значение
Шлам растворения поваренной соли	4	Приготовление рассола	-	10	64	-
Шлам очистки рассола	4	Очистка рассола	-	35	53	-
Шлам от зачистки емкостей от поваренной соли	4	Емкости приготовления рассола	-		38,74	38,74
Шлам от зачистки оборудования производства кальцинированной соды	4	Зачистка оборудования отделения рассолоочистки	-		0,3	-
Шлам гипсовый со стадии вывода сульфат-ионов	4	Очистка обратного рассола от сульфатов	-		28,65	28,65
Асбест хризотиловый, загрязненный хлористым натрием	4	Замена асбополимерной диафрагмы	-	0,1	0,31	-
Шлам асбестовый, незагрязненный опасными веществами	4	Ремонт электролизеров	-	0,1	0,2	0,15
Отходы асбеста в кусковой форме	4	Замена асбестовой диафрагмы	-	0,085	0,1	0,09
Кислота серная отработанная при осушке хлора в производстве хлора	2	Стадия осушки хлора	Регенерация (выпаривание)	0,01	25	-
Кольца Рашига, загрязненные сульфат-ионами	5	Стадия охлаждения и осушки	-		0,19	-
Отходы зачистки емкостей хранения щелоков в производстве гидроксида натрия	3	Чистка емкостного парка от электрощелоков и каустика	Использование для нейтрализации	0,144	0,7	0,445
Отходы антикоррозионной резины при обслуживании оборудования для хранения химических коррозионно-активных продуктов	4	Ремонт крышек электролизеров	-		0,051	0,026

2.3.2 Текущие уровни потребления ресурсов и эмиссии в окружающую среду при производстве водорода, хлора и гидроксида натрия мембранным методом электролиза

В качестве основных видов исходного сырья в производстве используются:

- твердая каменная (поваренная) соль (галит, хлорид натрия), выпускаемая по техническим условиям;

- сырой рассол хлорида натрия, получаемый подземным выщелачиванием каменной соли и содержащий 280-315 г/дм ³ NaCl.

В качестве ионообменной смолы на стадии ионообменной очистки раствора хлорида натрия от ионов кальция и магния используется катионная ионообменная.

Выход хлора по току электролиза находится в пределах 93-98 %.

Выход водорода по току электролиза составляет 98-99 %.

В результате электролиза раствора хлорида натрия получаются полупродукты:

- электролитическая щелочь (католит) с массовой долей NaOH в пределах 31-33 % или едкий натр технический марки РМ-В, который находит только ограниченное применение как товарный продукт;

- электролитический хлор, или хлоргаз, содержащий хлор, - не менее 52,52 % (об.); воду - 46,17 % (об.), кислород - 1,09 % (об.), азот - 0,11 % (об.) и водород - 0,11 % (об.);

- электролитический водород, содержащий 72,83 % водорода и 27,17 % воды.

В результате всего хлорщелочного производственного процесса получаются следующие товарные продукты или продукты, используемые на самом предприятии в смежных производствах:

- едкий натр технический марок РМ-А, РМ-Б или РМ-В (раствор мембранный) или по иным техническим условиям (стандартам);

- электролитический хлор или хлоргаз осушенный;

- жидкий хлор;

- электролитический водород осушенный.

2.3.2.1 Потребление сырья, материалов и энергоресурсов производства водорода, хлора и гидроксида натрия мембранным методом электролиза

Расход сырья, материалов и энергоресурсов производства водорода, хлора и гидроксида натрия мембранным методом электролиза на 1 тонну едкого натра марки РМ в перечете на 100 % NaOH приведен в таблице 2.29.

Таблица 2.29 - Показатели потребления сырья, материалов и энергоресурсов на производство 1 т раствора едкого натра марки РМ (на 100 % NaOH) мембранным методом электролиза

Наименование	Единицы измерения	Расход на 1 тонну 100 % NaOH
		минимальный	максимальный
Соль (галит) или рассол хлорида натрия в пересчете на 100 % NaCl	кг	1485	1860
Натр едкий технический или электрощелока в пересчете на 100 % NaOH	кг	2,0	170
Сода кальцинированная или карбонизированная электрощелока на 100 %	кг	15,0	89
Полиакриламид в пересчете на сухой	кг	0,0205	0,05
Кислота соляная техническая в пересчете на 100 % НCl	кг	14,2	54,3
Вода для растворения соли (вода речная отстоянная)	т	4,454	5,90
Кислота серная концентрированная или олеум в пересчете на 100 %	кг	-	29
Вода обессоленная	м 3	0,8	1,5
Натрия тиосульфат на 100 %	кг	0,50	0,60
Вода оборотная	м 3	10 ГДж	10,9 ГДж
Электроэнергия постоянного тока		2200	2500
Электроэнергия переменного тока		13,3	15,0
Тепловая энергия в паре	МДж	921	2250
Воздух осушенный технологический	м 3	60	270
Холод с температурой (9  2) °C	МДж	15	25
Азот газообразный технический	м 3	-	-
Диоксид углерода	кг	45	52
Деминерализованная вода	м 3	2,5	2,55
Хелатная смола	л	0,010	0,02
Ионообменная мембрана	м 2	0,006	0,0085
Сульфит натрия технический 95 %	кг	2	4
Мраморная крошка	т	0,00138	0,00145

Производство водорода, хлора и гидроксида натрия мембранным методом электролиза характеризуется низким сырьевым индексом - в пределах 1516-1973 кг/т (без учета воды на растворение каменной соли и на выпарку католита).

2.3.2.2 Выход основных и попутных продуктов, энергоресурсов в производстве водорода, хлора и гидроксида натрия мембранным методом электролиза

В таблице 2.30 приведены выходы основных, попутных продуктов и полупродуктов в производстве 1 т едкого натра технического марки РМ (в пересчете на 100 % NaOH) мембранным методом электролиза.

Таблица 2.30 - Выход основных и попутных продуктов при производстве 1 т раствора едкого натра марки РМ (на 100 % NaOH) мембранным методом

Продукция, полупродукты, попутные продукты, энергоресурсы
Наименование	Единицы измерений	Выход на 1 тонну 100 % NaOH
		минимальный	максимальный
Едкий натр жидкий марки РМ	т	-	1,00
Хлор электролитический или хлоргаз в пересчете на 100 % Cl 2	т	0,885	0,896
Водород электролитический или технический в пересчете на 100 % H 2	т	0,0236	0,031
Серная кислота отработанная	кг	-	29

2.3.2.3 Характеристика эмиссий в окружающую среду в производстве водорода, хлора и гидроксида натрия мембранным методом электролиза

Основные виды эмиссий в окружающую среду от данного производства приведены в таблицах 2.31-2.33.

Основные выбросы загрязняющих веществ, включая хлор и серную кислоту, образуются на стадии охлаждения, осушки, компримирования или сжижения хлора. Образующиеся промышленные выбросы от организованных стационарных источников выбросов, как правило, подвергаются очистке от хлора с применением абсорбционных санитарных колонн.

В тех случаях, когда электролитический хлор не подвергают сушке с использованием концентрированной серной кислоты или олеума, выбросы серной кислоты отсутствуют как таковые.

Таблица 2.31 - Выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух в производстве водорода, хлора и гидроксида натрия мембранным методом электролиза

Источники выбросов	Наименование загрязняющего вещества	Метод очистки, обработки, повторного использования	Масса выбросов загрязняющих веществ после очистки в расчете на 1 тонну 100 % NaOH, кг/т
			минимальное значение	максимальное значение	Среднее значение
Труба рассеивания, аэрационный фонарь	Хлор (производство хлора)	Абсорбция раствором щелочи	0,001	0,04	-
Стадия сушки хлора	Серная кислота (производство хлора)	-	0, 01	0,02	-
Емкости хранения щелочи	Натрий гидроксид NaOH (производство едкого натра)	-	0,02	0,08	0,05

Таблица 2.32 - Сбросы загрязняющих веществ в водный объект от производства водорода, хлора и гидроксида натрия мембранным методом электролиза

Источник сброса	Наименование загрязняющего вещества	Направление сбросов	Показатели сбросов загрязняющих веществ в расчете на 1 тонну 100 % NaOH, кг/т
			минимальное значение	максимальное значение	Среднее значение
Колонна отпарки хлорной воды	Хлор активный	В централизованную систему отведения и на биологические очистные сооружения	-		-
Стадия очистки рассола	Хлорид-анион (хлориды)	В централизованную систему отведения и на биологические очистные сооружения	1,4	245,4	123,9
Промывка центрифуг и оборудования	Сульфат-анион (сульфаты)	В централизованную систему отведения и на биологические очистные сооружения	0,1	113,2	56,7

Таблица 2.33 - Отходы производства и потребления в производстве водорода, хлора и гидроксида натрия мембранным методом электролиза

Наименование	Класс опасности	Источник образования	Способ утилизации, обезвреживания, размещения	Масса образующихся отходов производства в расчете на 1 тонну 100 % NaOH, кг/т
				минимальное значение	максимальное значение	среднее значение
Серная кислота, отработанная при осушке хлора	2	Стадия сушки хлора, газопромывочная башня	-	0,024	0,20	0,03
Шлам фильтр-пресса	5	Фильтр-пресс стадии рассолоочистки	-	-	55,7	55,7

2.3.3 Текущие уровни потребления ресурсов и эмиссии в окружающую среду при производстве водорода, хлора и гидроксида натрия ртутным методом электролиза

Производство водорода, хлора и гидроксида натрия ртутным методом электролиза характеризуется умеренным уровнем эмиссий загрязняющих веществ в окружающую среду, относительно низким сырьевым индексом технологии и крайне высоким уровнем потребления электроэнергии, что связано со спецификой электрохимического метода получения едкого натра.

2.3.3.1 Потребление сырья, материалов и энергоресурсов в производстве водорода, хлора и гидроксида натрия ртутным методом электролиза

В качестве основных сырьевых компонентов в производстве используется твердая каменная соль (галит) различных месторождений, например, привозная каменная соль Соль-Илецкого месторождения, каменная соль Яр-Бишкадакского месторождения, или рассол хлорида натрия, получаемый методом подземного выщелачивания каменной соли, например, раствор натрия хлорида, выпускаемый по стандарту организации.

В качестве ртути металлической на стадии электролиза с ртутным катодом используется ртуть металлическая марок Р ₁, Р ₂ или Р ₃ или регенерированная ртуть.

Выход продуктов по току электролиза составляет не менее 95 %.

В результате электролиза раствора хлорида натрия получаются продукты:

- электролитический хлор или хлоргаз, содержащий 98,3 % хлора, 1 % воды и 0,7 % кислорода, и который после охлаждения, осушки и компримирования превращается в товарный хлор жидкий;

- электролитический водород, содержащий 75 % водорода и около 25 % воды;

- натр едкий технический марки РР или натр едкий очищенный с массовой долей NaOH до 50 %, которые используются в том числе для производства твердого едкого натра марки РР или твердого едкого натра по стандартам организаций.

Расход основных видов сырья, материалов и энергоресурсов производства водорода, хлора и гидроксида натрия ртутным методом электролиза на 1 тонну гидроксида натрия (100 %) приведен в таблице 2.34.

Таблица 2.34 - Потребление сырья, материалов, энергоресурсов на производство 1 т едкого натра марки РР в пересчете на 100 % NaOH ртутным методом электролиза

Наименование	Единицы измерения	Расход на 1 тонну 100 % NaOH
		минимальный	максимальный
Соль (галит) или сырой рассол хлорида натрия на 100 % NaCl	кг	1485	2388
Едкий натр технический в пересчете на 100 % NaOH	кг	7,8	43,1
Кислота соляная синтетическая в пересчете на 100 % НCl	кг	6,3	38
Сода кальцинированная в пересчете на 100 % Na 2CO 3	кг	0,31	22,1
Полиакриламид (флокулянт) 100 %	кг	0,15	0,9
Хлорид кальция 32 %-ный СaCl 2	кг	8,1	32,1
Натрия гидросульфид NaHS или	кг	0,038	0,045
натрия тиосульфат Na 2S 2O 3		0,3	3,1
Ртуть металлическая Р 1, Р 2, Р 3	г	4,9	55
Вода обессоленная	м 3	0,8	2,63
Кислота серная концентрированная или олеум на 100 % H 2SO 4	кг	14,5	50,0
Песок кварцевый фракционированный ГК, ГКФ крупный 1,6-1,0	кг	-	0,32
Поглотители химические паров ртути или углеродный поглотитель	кг	-	0,15
Вода производственная	м 3	0,31	12,1
Электроэнергия постоянного тока		2800/10080	3293/11855
Электроэнергия переменного тока		55/198	140/223
Тепловая энергия в паре	МДж	837	9650
Холод с температурой (9 2) °C	МДж	778	800
Холод с температ. минус (29 2) °C	МДж	12	30
Вода оборотная	м 3	36,8	914
Воздух осушенный (сжатый)	нм 3	44	170
Азот газообразный	нм 3	2,9	64,2

Производство водорода, хлора и гидроксида натрия ртутным методом электролиза характеризуется относительно низким сырьевым индексом, находящимся в пределах 1522,5-2574,1 кг/т (без учета воды, необходимой для растворения соли, приготовления рассола и разложения амальгамы натрия).

2.3.3.2 Выход основных и попутных продуктов, энергоресурсов в производстве водорода, хлора и гидроксида натрия ртутным методом электролиза

Производство водорода, хлора и гидроксида натрия ртутным методом электролиза связано с высоким уровнем потребления электроэнергии, что обусловлено спецификой электрохимического процесса производства, а также связано с умеренным потреблением оборотной воды и холода, что обусловлено необходимостью охлаждения и компримирования хлора на стадии получения жидкого хлора.

2.3.3.3 Характеристика эмиссий в окружающую среду в производстве водорода, хлора и гидроксида натрия ртутным методом электролиза

Основные виды эмиссий в окружающую среду от данного производства приведены в таблицах 2.35-2.37.

Основные выбросы загрязняющих веществ, включая хлор и серную кислоту, образуются на стадии охлаждения, осушки, компримирования или сжижения хлора. Образующиеся промышленные выбросы подвергаются очистке от хлора с применением абсорбционных санитарных колонн.

В тех случаях, когда электролитический хлор не подвергают сушке с использованием концентрированной серной кислоты или олеума, выбросы серной кислоты в атмосферный воздух отсутствуют как таковые.

Таблица 2.35 - Выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух в производстве водорода, хлора и гидроксида натрия ртутным методом электролиза

Источники выбросов	Наименование загрязняющего вещества	Метод очистки, обработки, повторного использования	Масса выбросов загрязняющих веществ после очистки в расчете на 1 тонну 100 % NaOH продукции, кг/т
			минимальное значение	максимальное значение	среднее значение
Основное оборудование; турбокомпрессоры	Хлор (производство хлора)	Абсорбция щелочным раствором	0,005	0,15	0,05
Колонны сушки хлора; установка регенерации отработанной серной кислоты	Серная кислота (производство хлора)	Абсорбция щелочным раствором	0,0014	0,008	0,0047
Основное оборудование	Ртуть (производство едкого натра)	Абсорбция на угле	0,0002	0,03	0,006
Основное оборудование	Натрий гидроксид, NaOH (производство едкого натра, каустика)	-	0,001	0,071	0,036

Таблица 2.36 - Сбросы загрязняющих веществ в водный объект от производства водорода, хлора и гидроксида натрия ртутным методом электролиза

Источник сброса	Наименование загрязняющего вещества	Направление сбросов	Метод очистки или повторного использования	Показатели сбросов загрязняющих веществ в расчете на 1 тонну 100 % NaOH, кг/т
				минимальное значение	максимальное значение	среднее значение
Колонна отпарки хлорной воды	Хлор активный	В централизованную систему водоотведения и на биологические очистные сооружения или в гидротехническое сооружение	Нейтрализация тиосульфатом натрия или NaHS	-		-
Стадия выпарки соли	Хлорид-анион (хлориды)	В централизованную систему водоотведения и на биологические очистные сооружения или в гидротехническое сооружение	Использование для получения рассола	-	1300	645
Стадия выпарки соли	Сульфат-анион (сульфаты)		Очистка от сульфатов и возврат в цикл	-	1,0	0,86
Сборник сточных вод	Ртуть		-	-	0,0002	0,0001

Таблица 2.37 - Отходы производства и потребления в производстве водорода, хлора и гидроксида натрия ртутным методом электролиза

Наименование	Класс опасности	Источник образования	Способ утилизации, обезвреживания, размещения	Масса образующихся отходов производства в расчете на 1 тонну продукции, кг/т
				Минимальное значение	Максимальное значение	Среднее значение
Серная кислота, отработанная при осушке хлора	2	Стадия сушки хлора	Концентрирование кислоты	-	21,2	-
Шлам солерастворения и рассолоочистки (в том числе анолита)	4	Стадии очистки рассола и очистки анолита	-	-	48,5	41,5
Насадка графитовая отработанная после демеркуризации	4	Демеркуризация графитовой насадки разлагателей	Промывка водой	0,02	0,10	0,1
Песок отработанный от песчаных фильтров	4	Стадия очистки сточных вод (фильтрации)	-	-	1,20	1,0
Шлам с установки реагентной очистки сточных вод от ртути	4	Фильтрация суспензии сточных вод реагентной очистки	Демеркуризация, промывка водой	-	1,0	1,0
Резина, отработанная из производства хлора и едкого натра	4	Замена отработанных резиновых материалов	Промывка водой	-	0,6	0,6
Резиноасбестовые отходы (изделия отработанные)	4	Замена уплотнительных материалов	Промывка водой	-	0,06	0,06
Ткань фильтровальная отработанная	4	Замена фильтровальной ткани	Демеркуризация, промывка водой	-	0,1	0,1
Углеродный поглотитель ртути отработанный производства хлора и едкого натра	4	Очистка водорода от паров ртути в адсорберах, очистка абгазов печей прокалки шлама	-	-	0,04	0,04
Смола ионообменная отработанная в производстве хлора и едкого натра	5	Очистка сточных вод от ртути в производстве хлора и каустика	Промывка раствором NaOH и водой	-	0,45	0,225
Отходы ртутьсодержащие при зачистке оборудования производства хлора и каустика	3	Чистка карманов электролизеров и другого оборудования	Термическая регенерация ртути в печах	1,7	3,0	2,0
Неорганический остаток термической регенерации металлической ртути из ртутьсодержащих отходов производства хлора и каустика ртутным методом	3	Установка термической регенерации ртути (обезвреживания ртутьсодержащих отходов)	Использование для ликвидации карьеров, гидротехнических сооружений (ГТС)	1,4	3,0	1,5
Осадок отстаивания рассола, отработанного при регенерации фильтра очистки анолита в производстве хлора и каустика ртутным методом	4	Зачистка емкостей стадии очистки анолита	Промывка водой, использование для ликвидации карьеров, ГТС	0,3	0,7	0,37
Фторопласт отработанный в производстве хлора и каустика	4	Замена отработанных изделий из фторопласта	Промывка водой	-	0,1	0,1
Смесь осадков механической и физико-химической очистки сточных вод производства хлора и каустика ртутным методом	1	Зачистка оборудования производства хлора и каустика ртутным методом	Термическая регенерация ртути	0,14	1,5	0,82
Ионообменная смола, отработанная при очистке сточных вод производства хлора и каустика ртутным методом	1	Очистка сточных вод производства хлора и каустика ртутным методом	-	0,01	0,5	0,255
Уголь активированный, загрязненный ртутью при очистке сточных вод производства хлора и каустика ртутным методом	1	Очистка продуктов и отходящих газов в производстве хлора и каустика	-	0,01	0,08	0,045
Отходы термической регенерации из ртутьсодержащих отходов производства хлора и каустика ртутным методом	1	Установка термической регенерации ртути	-	0,12	1,0	0,56

2.3.4 Текущие уровни потребления ресурсов и эмиссии в окружающую среду при производстве твердого гидроксида натрия (едкого натра)

Производство твердого гидроксида натрия характеризуется низким уровнем эмиссий загрязняющих веществ в окружающую среду, низким сырьевым индексом технологии и высоким уровнем потреблением тепловой энергии, что связано со спецификой метода получения твердого едкого натра - выпариванием водных растворов едкого натра.

2.3.4.1 Потребление сырья, материалов и энергоресурсов в производстве твердого гидроксида натрия

В качестве основного сырьевого компонента в производстве используется натр едкий марки РР или марки РД, натр едкий очищенный, или раствор едкого натра, выпускаемый по иным техническим условиям (стандартам организации).

Расход основных видов сырья, материалов и энергоресурсов производства твердого гидроксида натрия на 1 т продукта (100 % NaOH) приведен ниже в таблице 2.38.

Таблица 2.38 - Расход сырья, материалов, энергоресурсов на производство 1 т твердого едкого натра (чешуированного или гранулированного) в пересчете на 100 % NaOH

Наименование	Единицы измерения	Расход на 1 тонну 100 % NaOH
		минимальный	максимальный
Натр едкий очищенный или натр едкий марки РР в пересчете на 100 % NaОН	кг	1001,0	1041,8
Сахар-песок	кг	0,049	0,058
Теплоноситель - дифенил (динил)	кг	0,18	0,20
Натрий азотисто-кислый	кг	-	0,066
Селитра калиевая техническая	кг	-	0,061
Водород технический	тм 3	0,35278	0,38512
Кислород газообразный технический, 95 %	тм 3	0,14909	0,16132
Природный газ	тм 3	0,1053	0,1242
Пар	Гкал	0,0084	0,30
Холод (июнь - сентябрь)	Гкал	-	8,0
Вода химочищенная или обессоленная (или речная)	м 3	25,7 (90)	71 (91)
Вода оборотная	м 3	108,4	150,9
Электроэнергия	тыс.	0,0408	0,0850
Воздух сжатый (осушенный)	нм 3	0,0079	8,6

Производство твердого едкого натра характеризуется низким сырьевым индексом, находящимся в пределах 1001,5-1042 кг/т (без учета расхода энергоносителей и воды).

2.3.4.2 Выход основных и попутных продуктов, энергоресурсов в производстве твердого гидроксида натрия

Производство твердого едкого натра не связано с образованием каких-либо попутных продуктов и энергоресурсов, что обусловлено особенностью технологического процесса производства.

2.3.4.3 Характеристика эмиссий в окружающую среду в производстве твердого гидроксида натрия (едкого натра)

Основные виды эмиссий в окружающую среду от данного производства приведены ниже в таблицах 2.39-2.41.

Основные выбросы загрязняющих веществ - оксид углерода, метана, гидроксида натрия - образуются соответственно на стадии нагрева теплоносителя (при сжигании природного газа) и на стадии кристаллизации (чешуирования или гранулирования) и фасовки твердого едкого натра.

Таблица 2.39 - Выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух в производстве твердого гидроксида натрия (едкого натра)

Источники выбросов	Наименование загрязняющего вещества	Метод очистки, обработки, повторного использования	Масса выбросов загрязняющих веществ после очистки в расчете на 1 тонну 100 % NaOH т продукции, кг/т
			минимальное значение	максимальное значение	среднее значение
Стадия нагрева теплоносителей (в составе дымовых газов)	Углерода оксид	-	0,053	0,3	0,16
	Метан	-	0,01	-	-
Стадия нагрева теплоносителей (в составе дымовых газов)	Азота диоксид	-	0,03	0,10	0,07
	Азота осид	-	0,01	0,02	0,012
Стадия кристаллизации (чешуирования, гранулирования) и стадия фасовки продукта	Натрия гидроксид, NaOH	-	0,001	0,12	0,07

Таблица 2.40 - Сбросы загрязняющих веществ в водный объект от производства твердого гидроксида натрия (едкого натра)

Источник сброса	Наименование загрязняющего вещества	Направление сбросов	Показатели сбросов загрязняющих веществ в расчете на 1 тонну 100 % NaOH, кг/т
			минимальное значение	максимальное значение	среднее значение
Сборник сточных вод	Сульфат-анион (сульфаты)	В централизованную систему водоотведения и на биологические очистные сооружения или в гидротехническое сооружение	-	1,31	-
	Хлорид-анион (хлориды)		-	5,22	-

Таблица 2.41 - Отходы производства и потребления в производстве твердого гидроксида натрия (едкого натра)

Наименование	Класс опасности	Источник образования	Способ утилизации, обезвреживания, размещения	Масса образующихся отходов производства в расчете на тонну продукции, кг/т
				минимальное значение	максимальное значение	среднее значение
Отходы производства основных органических химических веществ прочих (продукты разложения дифенильной смеси	1	Процесс разложения дифенильной смеси при производстве натра едкого	Термическое сжигание		0,9	0,53
Отходы солевых теплоносителей в виде нитрит-нитратных смесей	3	Замена неорганического теплоносителя	-		0,82	0,41

2.3.5 Текущие уровни потребления ресурсов и эмиссии в окружающую среду при производстве водорода, хлора и гидроксида калия мембранным методом электролиза

2.3.5.1 Потребление сырьевых материалов при производстве водорода, хлора и гидроксида калия мембранным методом электролиза

В качестве основного и единственного исходного сырья в производстве используется твердая соль калия - калий хлористый технический марки А.

В качестве ионообменной смолы на стадии ионообменной очистки раствора хлорида калия от ионов кальция и магния используется катионная ионообменная смола.

Выход продуктов по току электролиза составляет не менее 95 %.

В результате электролиза раствора хлорида калия получаются:

- электролитическая щелочь едкого кали (католит) с массовой долей КOH 30 %;

- электролитический хлор или хлоргаз, содержащий 98,3 % хлора, 1 % воды и 0,7 % кислорода;

- электролитический водород, содержащий 73 % водорода и 27 % воды.

В результате всего хлорщелочного производственного процесса получаются следующие товарные продукты или продукты, используемые на самом предприятии в смежных производствах:

- калия гидрат окиси технический];

- электролитический хлор или хлоргаз осушенный;

- жидкий хлор;

- электролитический водород осушенный.

В таблице 2.42 приведен удельный расход сырья, материалов и энергоресурсов на производство 1 т 100 %-ного гидроксида калия мембранным методом электролиза.

Таблица 2.42 - Расход сырья, материалов и энергоресурсов на производство 1 т 100 %-ного гидроксида калия мембранным методом электролиза

Наименование	Единицы измерения	Расход на 1 тонну 100 % КOH
		минимальный	максимальный
Калий хлористый технический или раствор KCl в пересчете на 100 % KCl	кг	1460	1480
Едкое кали жидкое в пересчете на 100 % КOH	кг	15,0	16,0
Карбонат калия гранулированный в пересчете на 100 %	кг	9,0	10,0
Карбонат бария в пересчете на 100 %	кг	10,3	11,5
Флокулянт (полиакриламид)	кг	0,01	0,017
Перекись водорода 35 %	кг	0,3	0,4
Кислота соляная синтетическая в пересчете на 100 % НCl	кг	21,8	25,0
Вода для растворения хлорида калия (вода речная отстоянная)	т	4,80	5,84
Альфа-целлюлоза	кг	0,13	0,14
Вода обессоленная	м 3	0,8	1,0
Вода оборотная (охлаждающая)	м 3	60	67
Электроэнергия постоянного тока		1550	1650
Электроэнергия переменного тока		45,2	60
Тепловая энергия в паре	ГДж	2,13	2,56
Воздух технологический	м 3	41,8	50,0
Сжатый воздух КИПиА	м 3	15,0	16,5
Азот газообразный технический	нм 3	5,5	12,5

Производство водорода, хлора и гидроксида калия мембранным методом электролиза характеризуется низким сырьевым индексом, находящимся в пределах 2315,5-2532 кг/т (без учета воды, используемой для растворения хлорида калия).

2.3.5.2 Характеристика эмиссий в окружающую среду в производстве водорода, хлора и гидроксида калия мембранным методом электролиза

Основные виды эмиссий в окружающую среду от данного производства приведены в таблицах 2.43-2.45.

Основные выбросы загрязняющих веществ, включая хлор и серную кислоту, образуются на стадии охлаждения, осушки, компримирования или сжижения хлора. Образующиеся промышленные выбросы подвергаются очистке от хлора с применением абсорбционных санитарных колонн.

Таблица 2.43 - Выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух в производстве водорода, хлора и гидроксида калия мембранным методом электролиза

Источники выбросов	Наименование загрязняющего вещества	Метод очистки, обработки, повторного использования	Масса сбросов ЗВ после очистки в расчете на 1 тонну 100 % КOH, кг/т
			минимальное значение	максимальное значение	среднее значение
Труба рассеивания, аэрационный фонарь	Хлор (производство хлора)	-	0,001	0,01	-
Емкости хранения едкого кали	Калия гидроксид, КOH (производство едкого кали)	-	0,02	0,08	-

Таблица 2.44 - Сбросы загрязняющих веществ в водный объект от производства водорода, хлора и гидроксида калия мембранным методом электролиза

Наименование загрязняющего вещества	Направление сбросов	Метод очистки или повторного использования	Масса сбросов ЗВ после очистки в расчете на 1 тонну 100 % КOH, кг/т
			минимальное значение	максимальное значение	среднее значение
Хлорид-анион (хлориды)	В централизованную систему водоотведения и на биологические очистные сооружения	-	1,0	110	55
	Сульфат-анион (сульфаты)	-	-	5	2,5

Таблица 2.45 - Отходы производства и потребления в производстве водорода, хлора и гидроксида калия мембранным методом электролиза

Наименование	Класс опасности	Источник образования	Способ утилизации, обезвреживания, размещения	Масса образующихся отходов производства в расчете на 1 тонну 100 % КOH, кг/т
				минимальное значение	максимальное значение	среднее значение
Шламовая суспензия (зашламованная вода)	4	Стадия очистки раствора хлорида калия	-	8350	9190	-
Шлам после пресс-фильтра	3	Стадия очистки рассола, фильтр-пресс	Нет	0,05	0,9	-
Отработанный песок после песочных фильтров	5	Песочные фильтры рассола	Нет	-	-	-
Отработанный активированный уголь	4	Фильтр дехлорирования рассола	Нет	-	-	-

2.3.6 Текущие уровни потребления ресурсов и эмиссии в окружающую среду при производстве синтетической соляной кислоты

2.3.6.1 Потребление сырьевых материалов при производстве синтетической соляной кислоты

В качестве двух основных сырьевых материалов в данном производстве используются хлоргаз или осушенный электролитический хлор или испаренный хлор и электролитический водород осушенный.

Выход продукта по хлору составляет около 100 %.

В результате производственного процесса получается один единственный продукт: кислота соляная синтетическая.

Производство синтетической соляной кислоты связано с очень низким уровнем потреблением электроэнергии и тепловой энергии, что обусловлено относительно незначительным количеством и низкой энергоемкостью основного технологического оборудования, потребляющего электроэнергию, и значительной экзотермичностью процесса синтеза хлорида водорода из водорода и хлора (184,7 кДж/моль).

В таблице 2.46 приведен удельный расход сырья, материалов и энергоресурсов на производство 1 т синтетической соляной кислоты в пересчете на 100 % HCl.

Таблица 2.46 - Расход сырья, материалов и энергоресурсов на производство 1 т синтетической соляной кислоты в пересчете на 100 % HCl

Наименование	Единицы измерения	Расход на 1 тонну 100 % HCl
		минимальный	максимальный
Водород технический марка А или Б (электролитический) в пересчете на 100 % H 2	кг (нм 3)	30,2 (326)	46,4 (516)
Хлор электролитический (хлоргаз) или хлор осушенный, или хлор абгазный, или хлор испаренный в пересчете на 100 %	кг	953,4	977,4
Вода обессоленная или	м 3	1,66	2,23
вода речная отстоянная	м 3	1,66	5,7
Натр едкий технический или натр едкий очищенный в пересчете на 100 % NaOH	кг	0,6	1,42
Электроэнергия 380 В	МДж	1,37	13,6
Тепловая энергия	МДж	0,00018	550
Вода оборотная	МДж	174	4847
Вода оборотная (охлаждающая)	м 3	60	150
Воздух технологический сухой	нм 3	10,1	35,8
Воздух КИПиА	нм 3	1,72	2,7
Азот газообразный	м 3	2,3	38,4

Производство соляной кислоты характеризуется низким сырьевым индексом, находящимся в пределах 1002,7-1023,8 кг на 1 т 100 % хлорида водорода (соляной кислоты), что обусловлено простотой химического процесса синтеза хлорида водорода, практически 100 %-ной конверсией исходных реагентов и практически 100 %-ным выходом целевого продукта по хлору.

2.3.6.2 Характеристика эмиссий в окружающую среду в производстве синтетической соляной кислоты

Основные виды эмиссий в окружающую среду от данного производства приведены в таблицах 2.47-2.48.

Основные выбросы загрязняющих веществ, включая хлор и хлористый водород, образуются на стадиях синтеза и абсорбции хлорида водорода. Образующиеся промышленные выбросы подвергаются очистке от хлора с применением абсорбционных санитарных колонн.

Отходы в данном производстве не образуются.

Образование сточных вод в данном производстве незначительно и в основном сводится к образованию хозяйственно-бытовых сточных вод, образующихся при деятельности персонала производства.

Таблица 2.47 - Выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух в производстве синтетической соляной кислоты

Источники выбросов	Наименование загрязняющего вещества	Метод очистки, обработки, повторного использования	Масса выбросов загрязняющих веществ после очистки в расчете на 1 тонну 100 % HCl, кг
			минимальное значение	максимальное значение	среднее значение
Печи синтеза хлорида водорода	Хлор	Абсорбция водой и нейтрализация раствором тиосульфата или гидросульфида натрия	0,0001	0,7	0,35
Абсорберы и санитарные колонны	Хлористый водород (гидрохлорид)	Абсорбция водой и нейтрализация раствором щелочи	0,005	1,7	0,85

Таблица 2.48 - Сбросы загрязняющих веществ в водный объект от производства синтетической соляной кислоты

Наименование загрязняющего вещества	Направление сбросов	Метод очистки или повторного использования	Показатели сбросов загрязняющих веществ в расчете на 1 тонну 100 % HCl, кг/т
			минимальное значение	максимальное значение	среднее значение
Хлорид-анион (хлориды)	В централизованную систему водоотведения и на биологические очистные сооружения	-	-	10,0	-
Сбросы в водный объект сточных вод от производства синтетической соляной кислоты отсутствуют.

2.3.7 Текущие уровни потребления ресурсов и эмиссии в окружающую среду при производстве жидкого хлора из анодного хлоргаза производства магния-сырца

2.3.7.1 Потребление сырьевых материалов при производстве жидкого хлора из анодного хлоргаза производства магния-сырца

Потребление сырьевых материалов при производстве жидкого хлора из анодного хлоргаза производства магния-сырца

В качестве основного сырьевого материала в данном производстве используются анодный хлоргаз.

В результате производственного процесса получается один единственный продукт: жидкий хлор.

В таблице 2.49 приведен удельный расход сырья, материалов и энергоресурсов на производство 1 т жидкого хлора.

Таблица 2.49 - Расход основных видов сырья, материалов и энергоресурсов на производство 1 т жидкого хлора

Наименование	Единицы измерения	Расход на 1 тонну жидкого хлора
		минимальный	максимальный
Анодный хлоргаз (в пересчете на 100 % Cl 2)	кг	1000,0	1010
Тетрахлорид титана	кг	3,0	6
Кислота серная	кг	5,5	11
Аммиак	кг	0,7	1,34
Электроэнергия		319	750
Сжатый воздух	нм 3	25	80,5
Артезианская вода	м 3	1,5	3,03
Речная вода	м 3	1,2	2,4
Оборотная вода	м 3	100,0	203

2.3.7.2 Характеристика эмиссий в окружающую среду при производстве жидкого хлора из анодного хлоргаза производства магния-сырца

Характеристика эмиссий в окружающую среду в производстве жидкого хлора из анодного хлоргаза производства магния-сырца

Основные виды эмиссий в окружающую среду от данного производства приведены в таблице 2.50.

В производстве образуются отходы различных видов загрязненных фильтровальных тканей, стоки не образуются.

Таблица 2.50 - Выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух в производстве жидкого хлора

Источники выбросов	Наименование загрязняющего вещества	Единицы измерения	Масса выбросов загрязняющих веществ после очистки
			минимальное значение	максимальное значение	среднее значение
Основное оборудование	Серная кислота	кг на 1 тонну жидкого хлора	0,004	0,006	0,005
	Аммиак	кг на 1 тонну жидкого хлора	0,005	0,007	0,006
	Хлор	кг на 1 тонну жидкого хлора	0,008	0,010	0,009
Узел разложения гипохлоритных пульп	Хлор	кг на 1 м 3 отработанных гипохлоритных пульп	0,0015	0,0017	0,0016