Considerații tehnice de proiectare, logica echilibrului materialului, integrarea în aval și cerințele de siguranță pentru instalațiile de clor captiv-la scară mică-alcaline.
Uzina NaOH 5 TPD necesită proiectare integrată a procesului
O fabrică de clor-alcali cu membrană echivalent NaOH-5 TPD este un sistem de producție chimică-la scară mică, dar proiectarea sa inginerească implică mai mult decât simpla selectare a unui electrolizor capabil să producă 5 tone de sodă caustică pe zi. Electroliza membranei produce simultan trei fluxuri primare: hidroxid de sodiu, clor și hidrogen. Prin urmare, instalația trebuie proiectată în jurul echilibrului material complet al acestor produse. Pentru o instalație de consum captiv-, NaOH poate fi furnizat direct procesului din aval, în timp ce clorul și hidrogenul generat pot fi transformate în acid clorhidric și hipoclorit de sodiu în funcție de cerințele de consum real ale amplasamentului.
Reacția electrochimică de bază:2NaCl + 2H₂O → 2NaOH + Cl₂ + H₂
Echilibrul materialelor determină capacitatea de clor și hidrogen
Folosind relația stoechiometrică teoretică, producerea a 5 tone de echivalent NaOH 100% pe zi corespunde la aproximativ 4,43 tone de clor și 0,126 tone de hidrogen pe zi. Cifrele reale de producție vor varia în funcție de eficiența curentă, tensiunea celulei, condițiile de funcționare, performanța membranei și pierderile de proces. Această relație este critică atunci când se dimensionează secțiunile de sinteză a HCI și hipoclorit de sodiu deoarece echipamentele din aval trebuie să fie capabile să consume continuu clorul generat de electrolizoare.
Înainte de selectarea echipamentului, cumpărătorul trebuie să definească în mod clar dacă capacitatea declarată de 5 TPD se referă la 100% echivalent NaOH, o concentrație specifică de soluție de NaOH sau o altă bază de producție.
Electroliza cu membrană este unitatea de producție de bază
Secțiunea de electroliză membranară transformă saramura purificată în sodă caustică, clor și hidrogen. Un sistem tipic include prepararea și purificarea saramurului, circulația saramură purificată, electrolizoare cu membrană, redresoare DC, echipamente de separare a gazului-lichidelor, circulație caustică și instrumente de proces. Membrana de schimb-ionic separă compartimentele anodului și catodic, permițând în același timp ionilor selectați să treacă prin membrană.
Notă critică de calitate:Menținerea unei calități adecvate a saramurii este deosebit de importantă, deoarece calciul, magneziul și alte impurități pot afecta funcționarea membranei și pot crește cerințele de întreținere. În consecință, secțiunea de purificare a saramură ar trebui considerată o parte integrantă a instalației de clor-alcali, mai degrabă decât un sistem de utilități auxiliare.
Aproape-Depozitarea cu clor aproape de zero modifică configurația instalației
Cerința pentru depozitarea practic zero a clorului influențează semnificativ aranjamentul general al procesului. În loc să producă clor pentru depozitare pe termen lung-și transport ulterior, clorul generat de electrolizor ar trebui direcționat continuu către punctele de consum din aval. În această configurație, instalația poate folosi clorul pentru sinteza HCl și producerea de hipoclorit de sodiu minimizând în același timp stocul de clor în vrac.
Un proiect ingineresc practic poate necesita în continuare volum limitat de reținere-procesului, echipament de control al presiunii și capacitate de tratare de urgență, dar sistemul nu depinde de stocarea-de clor pe scară largă. Această abordare necesită o coordonare strânsă între capacitatea electrolizatorului și cererea instantanee de clor a unităților din aval.
Sinteza HCl folosește atât clorul, cât și hidrogenul
Sinteza acidului clorhidric oferă o cale importantă pentru consumul de subproduși ai electrolizei membranei. Hidrogenul și clorul generate de electrolizor pot fi combinate în funcție de reacțieCI2 + H2 → 2HCI, urmată de absorbția în apă pentru a obține acid clorhidric la concentrația necesară.
Din perspectiva unei instalații integrate, acest aranjament este atractiv deoarece atât clorul, cât și hidrogenul pot fi utilizate în loc să fie tratate ca fluxuri separate de deșeuri. Cu toate acestea, capacitatea de producție de HCl, concentrația țintă de acid, condițiile de funcționare și rata de consum în aval trebuie definite înainte de selectarea echipamentului de sinteză, absorbție, răcire și circulație a HCI.
Hipocloritul de sodiu oferă o a doua cale de consum de clor
Producția de hipoclorit de sodiu oferă o altă metodă de consum a clorului direct la locul de producție. Clorul reacționează cu hidroxidul de sodiu diluat pentru a forma hipoclorit de sodiu, clorură de sodiu și apă. Deoarece procesul de clor-alcalin produce deja NaOH, o parte din fluxul caustic poate fi alocată secțiunii NaOCl în conformitate cu specificațiile necesare pentru produs.
Designul acestei unități depinde de capacitatea necesară de NaOCl,{0}}concentrația de clor disponibilă, concentrația de NaOH, temperatura de reacție, cerințele de răcire și timpul de depozitare a produsului. Acești parametri ar trebui să fie specificați separat, mai degrabă decât să presupunem că capacitatea NaOCl este determinată automat de cifra NaOH de 5 TPD.
Bilanțul de materiale integrat conectează întreaga fabrică
O configurație adecvată a procesului poate fi organizată în jurul unui flux continuu de material: saramură purificată intră în electrolizoarele cu membrană, NaOH este trimis la consum captiv sau la concentrare ulterioară, hidrogenul este direcționat către sinteza HCI, iar clorul este împărțit între sinteza HCI și producția de hipoclorit de sodiu.
Alocarea clorului ar trebui să se bazeze pe cererea reală de HCl și NaOCl, mai degrabă decât să maximizeze pur și simplu producția oricărui produs. Sistemul de control al procesului trebuie, de asemenea, să coordoneze electrolizorul și unitățile din aval, astfel încât variațiile în cererea de HCl sau NaOCl să nu creeze o acumulare necontrolată de clor.
Siguranța clorului trebuie inclusă în proiectarea de bază
Un concept de depozitare aproape de -zero clor-nu înseamnă că echipamentul de siguranță pentru clor poate fi eliminat. Clorul gazos va mai exista în interiorul conductelor de proces, al separatoarelor și al echipamentelor din aval în timpul funcționării normale. Prin urmare, instalația ar trebui să ia în considerare detectarea clorului, direcționarea controlată a gazului, reglarea presiunii, oprirea de urgență, ventilația și absorbția sau spălarea de urgență a clorului.
Sistemul de urgență ar trebui proiectat în funcție de scenarii credibile de funcționare și oprire, inclusiv deplasări ale echipamentelor din aval și pierderea consumului normal de clor. Obiectivul este de a preveni o întrerupere într-o unitate din aval să creeze o condiție nesigură în secțiunea de electroliză.
Specificațiile de achiziție trebuie să definească instalația completă
Înainte de a pregăti o ofertă tehnică, cumpărătorul trebuie să furnizeze concentrația necesară de NaOH, capacitatea și concentrația de producție de HCl, capacitatea de hipoclorit de sodiu și{0}}concentrația de clor disponibil, orele de funcționare, programul anual de funcționare, calitatea sării, calitatea apei, alimentarea cu energie electrică, condițiile amplasamentului și modelul de consum în aval.
Acești parametri afectează dimensionarea electrolizoarelor, a sistemului de purificare a saramurului, a redresorului DC, a echipamentului de separare a gazelor, a unității de sinteză a HCI, a reactorului NaOCl, a sistemului de răcire, a rezervoarelor de produs și a sistemelor de siguranță.
