Свежий рассол, прежде всего, используют для поглощения аммиака из выхлопных газов. Около 75-80% рассола поступает из напорного бака 3 в промыватель воздуха фильтров (ПВФЛ) 4, где поглощается аммиак из воздуха, проходящего через фильтрующую ткань вакуум-фильтров и содержащего примерно 0,5-1% NH3. После ПВФЛ рассол идет во второй промыватель газа колонн (ПГКЛ-2) 7, где поглощается аммиак из отходящих газов отделения карбонизации, содержащих до 10% NH3. Остальные 20-25% свежего очищенного рассола из напорного бака 3 поступают в промыватель газа абсорбции (ПГАБ) 1, где поглощается аммиак из отходящих газов отделения абсорбции, содержащих до 5% NH3. Попутно поглощается некоторое количество углекислоты, содержащейся в выхлопных газах. Газ из ПВФЛ поступает на вакуум-насос 5, создающий разрежение на вакуум-фильтрах, и выбрасывается в атмосфер. Газ из ПГАБ также поступает на вакуум-насос 2. Он содержит не менее 75% СО2, поэтому вакуум-насос передает его на смешение с углекислым газом содовых печей и затем на-карбонизацию. Выхлопные газы из ПГКЛ-2выбрасывают в атмосферу.
Рис.8. Типовая технологическая схема отделения абсорбции:
1-промыватель газа абсорбции;
2,5-вакуум-насосы;
3-напорный бак;
4-промыватель воздуха фильтров;
6-холодильник газа дистилляции;
7-второй промыватель газа колонн; 8-сепаратор-брызгоуловитель;
9 - сборник амминизированного рассола; 1
0, 12-оросительные холодильники;
11-постамент (резервуар); 13-второй абсорбер;
14-первый абсорбер
Рассол после промывки выхлопных газов из ПГКЛ-2 и ПГАБ поступает на основную операцию — поглощение аммиака из газа дистилляции, осуществ-ляемое в две ступени — в первом абсорбере (АБ-1) 14 и во втором абсорбере (АБ-2) 13. Две ступени абсорбции вызываются необходимостью в промежуточном охлаждении рассола, нагревающегося от растворения и взаимодействия NH3 и СО2 и от конденсации водяного пара, поступающего с газом дистилляции, После первого абсорбера рассол, нагретый до температуры 60— 65° С, охлаждают до 28-32° С в оросительном холодильнике 12, после чего он поступает во второй абсорбер, где также нагревается примерно до 65° С и поэтому прежде, чем поступить в сборник аммонизированного рассола (САР) 9, вторично охлаждается в оросительном холодильнике 10. Чтобы обеспечить самотек рассола на оросительный холодильник, второй абсорбер и стоящие на нем аппараты расположены на постаменте — резервуаре 11.
Газ из отделения дистилляции сначала охлаждается и осушается в холодильнике газа дистилляции (ХГДС) 6 охлаждающей водой и затем, пройдя сепаратор - брызгоуловитель 8, противотоком к рассолу проходит последовательно второй и первый абсорберы, где аммиак поглощается почти целиком. Вместе с аммиаком из газа поглощается большая часть углекислоты. Непоглотившиеся газы идут в ПГАБ (1). При охлаждении газа дистилляции в ХГДС водяные пары конденсируются, образуя конденсат, содержащий до 150—200 н. д. аммиака и углекислоту. Аммиак из таких жидкостей, называемых «слабыми», регенерируют на отдельной установке. Получаемый при этом газ, содержащий NН3, CO2 и Н2О и охлажденный до 58—60° С, поступает обычно в первый абсорбер.
Карбонизация аммонизированного рассола
Процесс карбонизации (насыщения аммонизированного рассола диоксидом углерода), в результате которого образуется гидрокарбонат натрия, является основным процессом содового производства. В отделении карбонизации получают заданное количество содержащей гидрокарбонат натрия суспензии в виде непрерывного материального потока, передаваемого в отделение.
Качество суспензии определяется качеством содержащегося в ней продукта— гидрокарбоната натрия. Очень часто о качестве гидрокарбоната натрия судят по его фракционному составу. Определяющей оценкой качества суспензии является содержание остаточной влаги в гидрокарбонате натрия, полученном фильтрацией этой суспензии в стандартных условиях. Оценку работы карбонизационной колонны можно дать, используя безразмерный технический критерий оптимальности:
Θ = υс хссвяз(4.2-0.lωс)
υс –расход суспензии, выходящей из карбонизационной колонны, м3/с;
хссвяз – концентрация связанного аммиака в осветленной части суспензии, н.д.;
ωс – содержание остаточной влаги в гидрокарбонате натрия, %.
Чем выше производительность по гидрокарбонатy натрия и меньше остаточная влага в продукте, тем лучше работает карбонизационная колонна, т. е. необходимо стремиться к увеличению абсолютного значения критерия оптимальности.
В результате процесса карбонизации из раствора в осадок выпадает гидрокарбонат натрия, образующийся по реакции
NaCl + NH3 + СО2 + Н2О ↔ NaHCO3 + NH4C1.
Эта реакция характеризует только конечный результат взаимодействия хлорида натрия и гидрокарбоната аммония. В действительности процесс карбонизации протекает гораздо сложнее, и его механизм до настоящего времени окончательно не выяснен.
Процесс карбонизации ведут ступенчато. Вначале аммонизированный рассол обрабатывают газом известковых печей в колонне предварительной карбонизации (КЛИК), затем в первом промывателе газа колонн (ПГКЛ-1)— газами, отходящими из осадительных колонн, и, наконец, — в осадительных колоннах (КЛ),в нижнюю часть которых вводят смешанный газ (65—75 % СО2), а в среднюю часть —газ известково-обжигательных печей.
На первой стадии карбонизации большая часть диоксида углерода связывается в карбамат аммония
2NH3 + СО3 → NH2COONH4,
который затем гидролизуется
NH2COONH4 + Н2О ↔ NH4HCO3+NH3,
с образованием пересыщенного по НСОз- раствора. Затем из пересыщенного раствора кристаллизуется гидрокарбонат натрия, образующийся по реакции
NH4HCO3+ NaCl ↔ NaHCO3 + NH4Cl.
Процесс насыщения аммонизированного рассола диоксидом углерода является экзотермическим. Выделяющееся тепло реакции в конечной стадии процесса необходимо отвести, чтобы обеспечить необходимые степени карбонизации раствора и утилизации (использования) натрия.
Температурный режим карбонизационной колонны значительно влияет на процесс образования кристаллов гидрокарбоната натрия. Для получения крупных кристаллов гидрокарбоната натрия правильной формы, которые не забивают фильтрующую поверхность вакуум-фильтров и малорастворимы в процессе фильтрации, необходимо поддерживать сравнительно высокую температуру (60—72 °С) в зоне образования и в начальный период роста кристаллов. В процессе дальнейшего роста кристаллов температура уже не оказывает существенного влияния на их размер.
Процесс кристаллизации начинается с образования зародышей в виде очень мелких кристалликов гидрокарбоната натрия, из которых при поддержании нормального технологического режима образуются кристаллы в форме коротких цилиндров — «бочки». При ухудшении процесса кристаллизации образуются кристаллы, имеющие форму длинных цилиндров и склонные к образованию сростков в виде «снопов» (друзы). В этом случае выделяется большое количество мелочи в виде игольчатых кристаллов и бесформенных обломков. Такие кристаллы при фильтрации уплотняются и удерживают в образовавшихся мелких ячейках много влаги, т. е. увеличивается содержание остаточной влаги в гидрокарбонате натрия.
Технологическая схема отделения карбонизации
Аммонизированный рассол из сборника аммонизированного рассола (САР) поступает в колонну предварительной карбонизации (КЛПК), в которую подается также газ известковых печей, содержащий 32—36 % (об.) СО2 при обжиге мела и 38—40% (об.) СО2 при обжиге известняка. Из КЛПК жидкость при температуре 42-46°С направляется в первый промыватель газа колонн (ПГКЛ-1). Сюда же поступает газ из КЛПК и осадительных колонн. В ПГКЛ-1улавливается аммиак, отдутый карбонизующим газом из КЛПК.
За время прохождения жидкости через ПГКЛ-1 ее температура повышается на 5—8°С. Для дополнительного охлаждения жидкости после ПГКЛ-1 предусматривается теплообменник, откуда жидкость поступает в осадительную карбонизационную колонну. В нижнюю часть колонны подается смешанный газ (первый ввод), содержащий диоксид углерода 70-80% (об.), а в среднюю часть — газ известковых печей (второй ввод). Газ из осадителной карбонизационной колонны направляется в ПГКЛ-1, а суспензия—в отделение фильтрации.
Карбонизационные колонны работают сериями, чтобы обеспечить непрерывность потока суспензии, направляемого в отделение фильтрации. Наибольшее распространение получили серии, состоящие из четырех карбонизационных колонн, из которых три работают в качестве осадительных, а одна — колонна предварительной карбонизации.
Аппаратура отделения карбонизации
Карбонизационная колонна КЛ. Она является основным аппаратом отделения карбонизации. КЛ представляет собой цилиндрическую пустотелую колонну диаметром до 3 и высотой до 27 м, состоящую из ряда чугунных бочек или царг. Сверху через штуцер 5 и колонну поступает из ПГКЛ-1 подлежащий карбонизации раствор, а снизу через штуцер 2 и в середине через штуцер 9— углекислый газ. При работе колонна заполнена раствором до определенного постоянного уровня.
Рис.9. Карбонизационная колонна (диаметром 2680 мм):
1-бочка-база; 2-штуцер для входа газа;3-холодильная бочка;4-абсорбционная бочка;5-штуцеры для входа жидкости;6-сепарационные бочкм;7-штуцеры для выхода газа;8-барботажная колонна;9-штуцер для входа газа;10-штуцер для выхода суспензии.
Осуществлению принципа противотока может препятствовать продольное перемешивание жидкости газом по высоте колонны. Чтобы это перемешивание свести к минимуму, между отдельными бочками 4 колонны устанавливают пассеты, или барботажные тарелки 8.Тарелка состоит из днища 2 и перекрывающего его колпака 1.
Барботажные тарелки препятствуют продольному перемешиванию жидкости в колоне и обеспечивают равномерное распределение газа по сечению колонны и способствуют увеличению поверхности контакта между газом и жидкостью.
В верхней части колонны установлены две пустые сепарационные бочки 6, предназначенные для отделения увлекаемых газом брызг жидкости и имеющие водомерные стекла для наблюдения за уровнем жидкости в колонне. Сверху колонна закрыта крышкой, на которой находится штуцер 7 для выхода газа и для установки предохранительного клапана.
В основе карбонизационной колонны установлена бочка-база 1 со сферическим днищем и штуцерами 10 и 2, через которые выводится суспензия бикарбоната натрия и подается компрессором смешанный газ (1-го ввода).
Бочки и барботажные тарелки колонны изготавливают из чугуна. Тонкостенные трубки в холодильных бочках толщиной 6мм делают из углеродистой стали или из специального чугуна, содержащего 0,5% Ni,0,4% Mn,3,3% C и 0,4% Cr.
В отделении фильтрации осуществляют процесс разделения выходящей из карбонизационных колонн бикарбонатной суспензии на твердую и жидкую фазы. Твердая фаза-бикарбонат натрия — должен быть не только отделен от маточной жидкости, но и тщательно промыт. При промывке маточная жидкость, задержавшаяся между кристаллами бикарбоната, вытесняется водой, что снижает содержание хлоридов и углеаммонийных солей в отфильтрованном осадке. Для уменьшения влажности отфильтрованный бикарбонат дополнительно отжинают на фильтре.
Суспензии разделяют на твердую и жидкую фазы при помощи пористых перегородок, которыми служат шерстяная, хлопчатобумажная и стеклянная ткань, слой песка, гравия или кокса, пористая керамика и пр. Фильтрующей перегородкой является не только сама перегородка, но и находящийся на ней слой осадка. Поэтому по мере увеличения слоя осадка сопротивление прохождению жидкости возрастает пропорционально увеличению толщины слоя, пли, иначе говоря, пропорционально объему профильтрованной суспензии.
В содовой промышленности наиболее распространен способ фильтрации под разрежением. В этом случае давление над фильтрующей перегородкой равно атмосферному. При сохранении постоянства давлений над фильтрующей перегородкой и под ней скорость фильтрации, т. е. объем жидкости, проходящий через фильтрующую поверхность в единицу времени, непрерывно уменьшается, так как в процессе фильтрации толщина осадка на фильтрующей перегородке все время возрастает, следовательно, увеличивается ее сопротивление.
Полученные при фильтрации осадки делятся по своим свойствам на сжимаемые, у которых рыхлая структура частиц под влиянием давления деформируется с уменьшением размера пор и объема осадка, и несжимаемые, у которых размер пор между частицами, объем и пористость осадка в процессе фильтрации практически не изменяются. К первой группе осадков относятся аморфные и коллоидные, ко второй — осадки, имеющие кристаллическую структуру. Осадки бикарбоната натрия относятся ко второй группе.
На содовых заводах для разделения суспензии бикарбоната натрия применяют вращающиеся барабанные вакуум-фильтры, работающие под разрежением. Нормальная работа вакуум-фильтров в значительной степени зависит от размеров кристаллов бикарбоната натрия, поступающих на фильтрацию.
Технологическая схема отделения фильтрации
Суспензия бикарбоната натрия из мерников карбонизационных колонн поступает в коллектор 2, распределяющий ее по отдельным фильтрам. Из коллектора 2 суспензия самотеком подается в корыто 9 вакуум-фильтра, имеющее мешалку 1. Фильтрующий барабан 7 примерно на 1/3 погружен в суспензию NaHCO3, находящуюся в корыте 9. Для нормальной работы фильтра важно, чтобы высота погружения фильтрующего барабана в суспензию оставалась неизменной. Избыток суспензии из корыта 9 непрерывно через перелив перетекает в сборник 16 с мешалкой. Из сборника 16 насос 15 возвращает суспензию в коллектор2. Качающаяся мешалка 1 не позволяет частицам NaHCO3 оседать на дно корыта 9. Через фильтрующую ткань под влиянием вакуума внутрь барабана проходят жидкость, промывная вода и воздух.
Рис.10. Типовая технологическая схема отделения фильтрации:
1-мешалка; - распределитеьный коллектор; 3-корыто для распределения промывной воды;4-напорный бачок для промывной воды;5-трубопровод сжатого воздуха;6-отжимной валик;7-фильтрующий барабан;8-срезающий нож;9-корыто вакуум-фильтра;10-транспортер сырого бикарбоната;11- сепаратор;12-барометрическая труба;13-сборник фильтровой жидкости;14,15-насосы;16-сборник с мешалкой для суспензии.
Воздух, отфильтрованная жидкость и промывная вода из внутренней части барабана 7 идут в сепаратор 11, где воздух отделяется от жидкой фазы и идет на ПВФЛ.
Фильтрат из сепаратора 11 по барометрической трубе 12 идет в сборник фильтровой жидкости 13, откуда насосом 14 откачивается на дистилляцию.
При вращении барабана приставший к фильтрующей поверхности слой бикарбоната натрия попадает под отжимной валик 6 для ликвидации образующихся на поверхности осадка трещин, через которые могут попадать внутрь барабана воздух и промывная вода. После отжимного валика осадок промывается слабой жидкостью или водой, поступающей из напорного бачка 4 для промывной воды в корыто 3, распределяющее воду ровной струей по ширине барабана. Количество подаваемой на промывку воды регулируют при помощи крана, установленного между напорным бачком 4 и корытом 3. Промывная вода смешивается с фильтровой жидкостью внутри барабана и вместе с ней идет в сепаратор 11.
Промытый бикарбонат натрия вновь уплотняется вторым по направлению вращения барабана отжимным валиком 6, подсушивается просасываемым через слой осадка воздухом, подаваемым по трубопроводу 5, и срезается с фильтрующей ткани ножом 8 на транспортер 10, который подает сырой бикарбонат натрия в содовую печь.
Кальцинация - термическое разложение гидрокарбоната натрия – является заключительной стадией в производстве кальцинированной соды. Основным назначением отделения кальцинации является получение определенного количества кальцинированной соды в виде непрерывного материального потока.
Технический бикарбонат натрия должен иметь белый цвет. Появление окраски указывает на коррозию стальных аппаратов в отделениях абсорбции и карбонизации. Окрашивает осадок окись железа, попадающая в него в результате коррозии.
Процесс кальцинации можно показать уравнением:
2 NaHCO3(тв.)=Na2CO3(тв.)+СО2(газ)+Н2О(пар).
Кроме этой основной реакции при нагревании технического бикарбоната могут протекать дополнительные реакции:
(NH4)2CO3↔2NH3(газ)+СО2(газ)+Н2О(пар),
NH4 HCO3↔2NH3(газ)+СО2(газ)+Н2О(пар).
Хлористый аммоний взаимодействует при нагревании с бикарбонатом натрия по реакции
NH4Cl(раств.)+ NaHCO3 (тв)↔NaCl(тв)+ NH3(газ)+СО2(газ)+Н2О.
Карбамат натрия в присутствии воды при нагревании переходит в соду согласно реакции
2NaCO2NH2+ Н2О↔ Na2CO3(тв.)+СО2(газ)+2NH3(газ).
Таким образом, в результате кальцинации в твердой фазе остаются Na2CO3 и NaCl, а в газовую фазу переходят NH3, СО2 и Н2О.
Наличие влаги в гидрокарбонате усложняет аппаратурное оформление, так как влажный гидрокарбонат натрия малосыпуч, комкуется и налипает на стенки аппаратов. Последнее объясняется тем, что влага, представляющая собой насыщенный раствор NaHCO3, при контакте с горячей поверхностью интенсивно испаряется. Выделяющаяся твердая фаза, кристаллизуясь, образует плотно прилипающую к поверхности корку.
Твердый слой соды, обладающей низкой теплопроводностью, ухудшает теплопередачу, а в содовых печах, обогреваемых снаружи топочными газами, - приводит к перегреву и прогоранию стенки печи. Для борьбы с этим явлением влажный гидрокарбонат натрия смешивают с горячей содой (ретуром). При этом образуется новая твердая фаза – трона (NaHCO3· Na2CO3·2 Н2О). Свободная влага связывается в кристаллизационную, и продукт становится сыпучим.
При кальцинации бикарбоната натрия и троны в газовую фазу выделяются СО2, NH3 и водяные пары. Аммиак и углекислый газ должны бать возвращены в производство. Углекислый газ используют в процессе карбонизации аммонизированного рассола, для чего полезно иметь газ с высоким содержанием СО2.
Процесс кристаллизации можно разделить на три периода по времени. Первый период характерен быстрым подъемом температуры. Разложения бикарбоната н наблюдается, и все тепло расходуется на подогрев материала, удаление кристаллизационной воды из троны и разложение углеаммонийных солей. Второй период характеризуется постоянством температуры материала (t~125°С). Подводимое тепло расходуется на термическое разложение NaHCO3. третьем периоде температура реакционной массы начинает резко возрастать. Это говорит о том, что процесс разложения бикарбоната закончился и подводимое тепло расходуется на нагрев полученной соды. На практике для ускорения процесса разложения NaHCO3 температуру соды на выходе из печи держат в пределах 140 – 160°С.
Технологическая схема процесса кальцинации
Рис. 11. Схема отделения кальцинации:
1- паровой конденсатор; 2- питающий смеситель; 3.15 – ячейковые питатели; 4,10 – ленточные транспортеры; 5 – вибропитатель;6-течка-бункер; 7-плужковый сбрасыватель; 8,9,14,16-транспортеры; 11-циклон; 12-коллектор газа кальцинации; 13-сепаратор;17-сборник конденсата; 18-центробежные насосы; 19-сборник слабой жидкости; 20-холодильник газа кальцинации;21-редукционная охладительная установка (РОУ); 22-промыватель газа кальцинации;23-сборник промывной жидкости.
Отмытый па фильтрах влажный гидрокарбонат натрия с общего ленточного транспортера 10 с плужковым сбрасывателем 7 подается в бункер 6 вибропитателя 5, откуда вибропитателем и ленточным транспортером 4 через ячейковый питатель 3 подается в смеситель 2. В смеситель же поступает ретурная сода и сода, отделяемая от газов кальцинации в циклоне 11.
Подготовленную в смесителе трону направляют в межтрубное пространство барабана кальцинатора 1. В результате тепловой обработки троны получают кальцинированную соду и газы кальцинации. Кальцинированная сода через ячейковый питатель 15 выводится из кальцинатора и поступает па систему транспортеров 8, 9, 16. С наклонного транспортера 8 через питатель производится отбор соды в смеситель. Остальная сода транспортерами 9, 14 подается на склад.
Газы кальцинации удаляются из кальцинатора через смеситель 2, в котором с помощью компрессора создается вакуум. По пути к компрессору газы проходят сухую очистку в циклонах 11 и мокрую — в цеховом коллекторе газа кальцинации 12 и промывателе 22. Перед промывателем газы кальцинации охлаждаются в холодильнике 20.
На орошение в коллектор газа кальцинации подают так называемую слабую жидкость, образующуюся при конденсации водяных паров в холодильнике газов кальцинации. Эта жидкость, соприкасаясь с газом, поглощает частично аммиак и содовую пыль, стекая после этого в сборник 19.
В холодильнике 20 газ проходит сверху вниз по межтрубному пространству, а в трубках противотоком движется охлаждающая вода. Для предупреждения закристаллизовывання трубок холодильника и лучшей промывки газа от содовой пыли межтрубное пространство орошается слабой жидкостью. В промывателе газ орошается водой, при этом он дополнительно охлаждается и полностью отмывается от соды и аммиака.
Для обогрева кальцинатора подают водяной пар высокого давления. Перед подачей в кальцинатор он проходит редукционную охладительную установку (РОУ), где его температура снижается до 270°С, а давление — до 3 МПа. В трубках кальцинатора пар конденсируется, отдавая тепло кальцинируемому материалу. Конденсат из кальцинатора выводится в сборник конденсата 17 и далее в расширители, где преобразуется в пар низкого давления.
Технологическая схема отделения кальцинации соды при использовании содовых печей с ретурным питанием аналогична рассмотренной. При использовании печей с безретурным питанием влажный гидрокарбонат натрия подается в барабан печи специальным забрасывателем. Смешение его с содой происходит внутри печи, поэтому из технологической схемы исключается смеситель, и упрощается транспортирование соды.
Содержание Na2CO3 и примесей в соде зависит от состава исходного гидрокарбоната натрия и температуры процесса; последняя определяется обычно температурой выгружаемой соды.
Температурный режим в печах обусловлен как условиями проведения процесса, так и продолжительностью термообработки материала в этих аппаратах. При коэффициенте заполнения барабана 0,3 пребывание материала в содовой ретурной печи составляет около часа, в паровом кальцинаторе — 20—25 мин. Повышение температуры кальцинации в безретурных печах обусловлено, очевидно, комкообразованием при смешении влажного гидрокарбоната натрия с содой. В этих условиях повышение температуры необходимо для завершения процесса кальцинации во всей массе крупных гранул.
Из технологического цикла производства кальцинированной соды аммиачным способом выводятся дистиллерная суспензия, которую можно разделить на осветленную жидкость и твердый шлам; твердые шламы после стадии рассолоочистки; газообразные вещества.
Если газовые выбросы содержат вещества в пределах предельно допустимых норм, их выводят в атмосферу. Однако осветленную дистиллерную жидкость и твердые шламы необходимо перерабатывать в продукты, полезные для хозяйственной деятельности человека. В связи с этим осветленную дистиллерную жидкость и шламы следует рассматривать не как отходы содового производства, а как вторичные материальные ресурсы (BMP).
В литературе широкое распространение получили термины «безотходная» и «малоотходная» технология получения того или иного продукта.
При создании малоотходной, или экологически рациональной, технологии стремятся обеспечить потребность в данном продукте наиболее полным использованием природных ресурсов (материальных и энергетических), т. е. предусматривается организация переработки вторичных материальных ресурсов и исключение вредных выбросов в атмосферу и водоемы, а также максимальное сокращение потерь тепла в окружающую среду.
К настоящему времени определились следующие основные направления в создании экологически рациональных технологических процессов:
1)разработка технологических систем и водооборотных циклов с выводом жидких отходов и выбросом вредных газов, допускаемых пределах для данного региона;
2)переработка вторичных материальных ресурсов (BMP) в полезные продукты;
3)снижение потерь тепла в окружающую среду за счет утилизации вторичных энергоресурсов (ВЭР);
4)создание территориально-промышленных комплексов с замкнутой структурой материальных потоков сырья и отходов
Малоотходный комплекс производства кальцинированной соды имеет две системы водооборота, потребляющие около 18,0 м3 свежей воды на производство 1 т соды, около 2 м3 воды на стадию фильтрации шлама из дистиллерной суспензии, а кроме того, примерно 18 м3 расходуется на другие технологические нужды (всего 38 м3 на 1 т соды).
Потребление свежей воды может быть сокращено за счет следующего:
а) применения шламов дистилляции с концентрацией хлорид - ионов 8% (т. е. без промывки на стадии фильтрации) для получения полезных продуктов. В этом случае на гашение извести будут направлены слабоминерализованные стоки, а не промывные воды фильтрации шлама (потребление воды сокращается на 2,0 м3/т соды):
б) ликвидации стока, выводимого из водооборотной системы производства соды па рассолопромысел для растворения соли, и выведение стока из водооборотной системы хлорида кальция для специальной очистки. В этом случае потребление воды сокращается примерно па 9,0 м3/т соды;
в) очистки от взвешенных веществ, оксида и диоксида углерода слабоминерализованного стока после известкового цеха; сток может далее направляться на повторное использование; вэтом случае потребление воды сокращается примерно на 8,5 м3/т соды;
г) использования условно чистого конденсата в водооборотной системе хлорида кальция с экономией воды около 6 м3/т соды.
После завершения выполняемых сейчас исследовательских работ можно ожидать снижения потребления свежей воды примерно до 10 мэ на 1 т соды с созданием предпосылок реализации бессточной схемы производства. Последнее предполагает использование для подпитки оборотной системы водоснабжения поверхностных сточных вод (ливневые и талые воды), объем которых зависит от расположения предприятия, климатических условий и занимаемой площади; в среднем этот объем составляет 0,3—0,6 м3/т соды.
Производство хлорида кальция
При создании малоотходного комплекса производства соды предусматривается внедрение высокоэффективной технологии переработки осветленной дистеллерной жидкости, которая может либо перерабатываться с получением хлорида кальция, либо после соответствующей подготовки закачиваться в нефтяные скважины.
Дистиллерная жидкость представляет собой водный раствор минеральных солей, основными компонентами которого являются хлорид кальция (10—14 %) и хлорид натрия {5—7%). Описываемый ниже способ получения хлорида кальция с одновременным выделением хлорида натрия основан на концентрировании водного раствора этих солей.
Применение получаемого хлорида кальция в народном хозяйстве основано на его высокой гигроскопичности, т. е. способности поглощать из воздуха значительные количества влаги и легко растворяться в воде; пониженной по сравнению с водой температуре замерзания и повышенной температуре кипения концентрированных растворов.
Основными потребителями хлорида кальция являются химическая промышленность (производство синтетического каучука, флотационные процессы и др.), холодильная техника, строительство (увеличивает скорость схватывания бетона), цветная металлургия (изготовление кальцийсодержащих сплавов баббитов), обработка руд для предотвращения смерзания, текстильная промышленность и другие отрасли народного хозяйства.
Основным потребителем попутно получаемого хлорида натрия является сельское хозяйство (приготовление комбикормов и кормосмесей), иногда NaCl возвращают в голову процесса для получения соды.
Закачка дистеллерной жидкости в нефтяные скважины
Второй вариант утилизации дистиллерной жидкости — использование ее после специальной подготовки для закачки в нефтяные скважины. Если производство соды расположено в районе добычи нефти, то этот вариант обладает следующими преимуществами:
исключается потребность нефтепромыслов в свежей воде;
увеличивается нефтеотдача за счет использования жидкости с большей плотностью;
отпадает необходимость затраты большого количества тепла для испарения воды в производстве хлорида кальция при выделении солей, содержащихся в дистиллерной жидкости;
возможность использования для подготовки жидкости накопители — «белые моря», — традиционно располагающиеся возле каждого завода, производящего соду аммиачным способом.
Способ подготовки дистиллерной жидкости, используемой для закачки, включает следующие стадии:
отстой дистиллерной суспензии в накопителе «белое море»;
разбавление осветленной дистиллерной жидкости водой с целью снятия пересыщения по гипсу;
карбонизация разбавленной дистиллерной жидкости газом известковых печей в присутствии ретурного шлама;
отстаивание и транспортирование прокарбонизованной дистиллерной жидкости. Очистка газа от вредных выбросов атмосферу
Выше, при описании технологической схемы получения извести, были описаны системы, позволяющие сократить выбросы пыли до предельно допустимых норм. Однако до настоящего времени серьезной проблемой было сокращение (исключение) выбросов в атмосферу токсичных газов: оксида углерода и диоксида серы, которые образуются в количестве 27 кг СО и 5,6 кг SO2 на 1 т соды. Для этой цели разработан аппарат регенеративного типа для дожигания токсичных газов, состоящий из двух реакционных камер, сообщающихся между собой через камеру сгорания. В камере сгорания происходит интенсивная турбулизация потока технологического газа, содержащего токсичные горючие компоненты и незначительное количество (1—2%) кислорода. Интенсивная турбулизация обеспечивает предварительное дожигание примесей (в частности, смолистых соединений) на развитой нагретой поверхности перед подачей газовой смеси на катализатор. В качестве катализатора применяют боксит, на поверхности которого происходит беспламенное сжигание оксида углерода, сероводорода и других токсичных горючих примесей при температуре 750—800°С. Процесс проводят в нестационарном режиме при периодических изменениях направления подачи в реакционные камеры обезвреживаемого газа с низкой температурой. Наилучшим является режим, при котором не расходуется природный газ, а необходимые температуры в зонах поддерживают за счет тепла, выделяющегося при дожигании газов.
Аппарат испытан в процессе обезвреживания оксида углерода в отходящие газах известково-обжигательных печей. При содержании в технологическом газе 1,5—2,3% СО аппарат работает в автотермическом режиме. Отходящие газы представляют собой вторичные энергетические ресурсы.
Схема производства соды аммиачным способом
1-напорный бак; 2-абсорбер; 3-карбонизационная (осадительная) колонна; 4-холодильник; 5-фильтр; 6-колонна дистилляции (дистиллятор); 7-содовая печь (сушилка); 8-компрессор; 9-промыватель газа известковообжиговых печей; 10-известковообжиговя печь; 11-аппарат для гашения извести.
1. Зайцев И.Д., Гаткач Г.А., Стоев Н.Д. «Производство соды». – М.: «Химия»,1986г.
2. Сасс – Тисовский Б.А.«Производство соды». – Л.: «Ленхимсектор», 1932г.
3. Шокин И.Н., Крашенников С.А. «Технология кальцинированной соды и очищенного бикарбоната натрия». – М.: «Высшая школа», 1969 г.
4. «Общая химическая технология и основы промышленной экологии». Под ред. Ксензенко. – М.: «КолосС», 2003г.
Страницы: 1, 2, 3, 4
