Электролиз Соляной Кислоты - ТиссенКрупп Индастриал
advertisement
1 Электролиз Соляной Кислоты Экологически Чистое Производство Хлора s - neer s.com е i r и ан Eng inee в з e g n на rin ое Chlo ine-e в r о е н hde -chlo ш U На pp hde Kru pp-u n e u yss enkr h T yss h w.t w w ThyssenKrupp Uhde 2 Содержание 1.Профиль компании 2 2.Многолетний опыт Uhde 4 3. Увеличивающийся переизбыток нарушает равновесие на рынке соляной кислоты 6 4. Зачем и как восстанавливать хлор из соляной кислоты 8 5. Преимущества Uhde в области электролиза соляной кислоты 10 6. Мембранный электролиз с применением деполяризованных кислородных катодов (ODC) 12 7. Диафрагменный электролиз 16 8. Услуги в области технологии 20 9. Услуги для наших клиентов 22 Главный офис Uhde, Дортмунд, Германия 3 1. Профиль компании Компания Uhde была основана в 1921 году и входит в технологический сегмент группы предприятий ThyssenKrupp. Имея в своем распоряжении более чем 5600 высококвалифицированных сотрудников и международную сеть дочерних предприятий и филиалов, инжиниринговый подрядчик Uhde, имеющий головной офис в Дортмунде, успешно спроектировала и построила более 2000 установок по всему миру. Uhde получила признание на международном уровне благодаря успешному воплощению принципа «Инжиниринг с идеями», предлагая своим заказчикам экономически выгодные и высокотехнологичные решения. Профессиональный опыт, комплексный подход, инжиниринг высочайшего качества, а также безупречное соблюдение сроков – все это позволяет отвечать постоянно возрастающим требованиям, предъявляемым к процессам и прикладным технологиям в сфере химической технологии, энергосбережения и защиты окружающей среды. В области электролиза соляной кислоты Uhde предлагает запатентованную технологию, которую представляют на рынке фирмы Uhde и Uhdenora (UHDN), совместное предприятие с фирмой Industrie De Nora). Обе фирмы – Uhde и Uhdenora - проводят расширенные научно-исследовательские изыскания с целью обеспечить своих заказчиков по всему миру наилучшим качеством в области планирования, проектирования, строительства и послепродажного обслуживания установок электролиза. Общей целью является оптимизация технологии и дальнейшее сокращение энергопотребления. Uhde и Uhdenora предлагают свой опыт в области электролиза соляной кислоты и хлорщелочного электролиза, накопленный в течение десятилетий. Эти предприятия построили больше 220 установок электролиза по всему миру. Технологический опыт и гибкость по отношению к рыночным условиям позволяют компаниям Uhde и Uhdenora эффективно соответствовать широкому диапазону требований заказчиков. 4 2. Многолетний опыт Uhde Более 50 лет мы активно работаем в сфере технологии электролиза в разных странах по всему миру. В зависимости от пожеланий заказчиков мы можем построить новую установку, расширить существующую и перевести диафрагменную или ртутную установку (получение хлора и каустика) на мембранную технологию. У нас работают более 100 высококвалифицированных и опытных инженеров в отделе электролиза, и вы можете быть уверены, что наши установки электролиза самого лучшего качества. Мы предлагаем широкий спектр поставок и услуг для удовлетворения разнообразных потребностей наших заказчиков: это и масштабный проект «под ключ» по фиксированной цене и технико-экономическое обоснование. Рисунки 1 и 2 отображают не имеющую себе равных историю успеха фирмы Uhde в виде итоговых данных по заключенным контрактам по технологии хлор-щелочного электролиза и электролиза соляной кислоты. В настоящее время в хлор-щелочном секторе мембранная технология является исключительно востребованным процессом. Суммарно контракты Uhde в данной области достигли почти 19 млн тонн/год каустической соды в 2012 г., что эквивалентно выработке 16,85 млн тонн хлора в год. В электролизе соляной кислоты общее количество заключенных контрактов (мощность) составляет одну десятую данной цифры и сопровождается значительными темпами роста. На протяжении всей истории нашей компании в сфере производства хлора основное внимание мы уделяли тесному взаимодействию с нашими заказчиками. С самого начала мы объединяли наши высокоэффективные электролитические ячейки с всесторонним знанием всей технологической цепочки, включая начало и конец производственного цикла. Фактически Uhde это единственная компания в мире, которая комбинирует проектирование и поставку оборудования для строительства установок электролиза соляной кислоты и хлор-щелочного электролиза с поставкой электролитических ячеек. Кроме того, наш спектр услуг включает в себя также установки ДХЭ/ВХМ и ПВХ, позволяющие заказчикам перерабатывать полученный хлор. Предлагая спектр услуг из одних рук, Uhde является партнером, на которого вы можете положиться. Рисунок 1 Общее число заключенных контрактов по установкам хлор-щелочного электролиза [млн. тонн NaOH в год 100%] Рисунок 2 Общее число заключенных контрактов по установкам электролиза соляной кислоты [млн. тонн Cl2 в год 100%] kali Capacity Chlor-Alkali [Mio. tpy Capacity NaOH[Mio. 100 %] tpy NaOH 100 %] HCl Capacity [Mio. HCl tpy Capacity Cl 2 100 [Mio. %] tpy Cl 2 100 %] 20 2.0 2.0 1.5 1.5 1.0 1.0 0.5 0.5 16 12 8 2 0 988 1992 1988 1996 1992 2000 1996 2004 2000 2008 2004 2012 2008 UHDE/UHDN UHDE/UHDN Суммарное количество Суммарное заключенных количество контрактов заключенных по установкам контрактов с по установкам с применением мембранной применением технологии мембранной технологии 0 2012 0 1988 1992 1988 1996 1992 2000 1996 2004 2000 2008 2004 2012 2008 UHDE/UHDN UHDE/UHDN Суммарное количество Суммарное заключенных количество контрактов заключенных контрактов 5 Клиент: Bayer MaterialScience Расположение: Каоджин, Китай Мощность: 215,000 т / год Cl2 Технология: ODC Пуск в производство: 2008 6 3. Увеличивающийся переизбыток нарушает равновесие на рынке соляной кислоты 7 Хлор, несомненно, один из самых важных продуктов базовой химии. Общепризнанно, что самая большая доля хлора, производимого в индустриальных странах сегодня, получается путем хлор-щелочного электролиза. Основное количество произведенного в мире хлора используется для хлорирования органических соединений. В таких процессах только часть хлора остается в продукте, а остальная часть преобразуется в хлористый водород и далее в соляную кислоту, т.е. в раствор соляной кислоты. Например, в производстве изоцианата путем фосгенирования соответствующего амина значительная доля реакционного хлора преобразуется в хлористый водород. В связи с прогнозируемым увеличением производственных мощностей возникшее затруднительное положение нарастает (рисунок 3). Не всегда можно найти применение соляной кислоте. Например, сокращение спроса на винилхлорид-мономер (ВХМ) или поливинилхлорид (ПВХ) не идет на пользу поставкам соляной кислоты для процессов прямого оксихлорирования. В общем, поскольку рынок соляной кислоты насыщен и не растет, как необходимо, это сказывается на рыночной цене соляной кислоты. Поэтому зачастую выбор делается не в пользу ее продажи. В связи с ростом осознания и важности экологических проблем и восприимчивости к вопросам воздействия на окружающую среду, сброс на очистные сооружения с дополнительным потреблением каустической соды не является приемлемым решением (рисунок 4). В этом случае хлор можно восстанавливать из хлористого водорода путем электролиза и возвращать его в процесс вместо получения хлора путем хлор-щелочного электролиза или его транспортировки, что связано с массой ограничений, существующих в разных странах. Электролиз соляной кислоты является тем самым альтернативным источником получения хлора. Cl 2 Мощность (килотонн в год) Переработка Продукт HCl - Побочный продукт 8,000 Продажа/Использование Сброс на очистные сооружения Повторное использование 6,000 MDI Рисунок 4 Альтернативы использования соляной кислоты 4,000 2,000 TDI 2006 2011 2016 Рисунок 3 На графике показано развитие мировых мощностей производства диизоцианата толуола (TDI) и метилдифенилдиизоцианата (MDI) c 2006 году и прогноз на следующие несколько лет. Исходя из растущих мощностей и соответствующего избытка HCl, необходимо экологически рациональное технологическое решение. источник: HIS Global Inc. 8 4.Зачем и как восстанавливать хлор из соляной кислоты Хлор используется в качестве окислителя во многих органических процессах, а хлористый водород часто образуется как побочный или промежуточный продукт таких процессов. Восстановление хлора из хлористого водорода или соляной кислоты имеет ряд преимуществ: • Ответственный подход в целом, в отношении экологической устойчивости, разумного использования ресурсов и экологической ответственности. • Бизнес становится независимым от цен на хлор и соляную кислоту. • Возможность сократить использование традиционных установок хлор-щелочного электролиза, требующих значительно более высоких инвестиционных затрат. • Данный подход интересен для регионов с высокой потребностью в хлоре или с избытком каустической соды (NaOH); проектирование установки хлор-щелочного электролиза не является целесообразным в таких регионах из-за увеличения выработки NaOH на рынках, уже насыщенных данным продуктом. • Устраняются риски, связанные с транспортировкой хлора (в качестве альтернативы) • Нет затрат, связанных с нейтрализацией или утилизацией соляной кислоты. Uhde предлагает два разных процесса электролиза соляной кислоты для восстановления хлора из хлористого водорода: • Технология мембранных электролизеров, в которой используется кислородо-деполяризованный катод (ODC) и • Технология диафрагменных электролизеров 9 Клиент: Yantai Juli Расположение: Лайян, Китай Мощность: 100,000 т/год Cl2 Технология: ODC Пуск в производство: 2011 В обоих процессах в качестве сырья используется соляная кислота. Это значит, что в присутствии безводного хлористого водорода первой стадией является процесс абсорбции. Далее можно размещать стадии очистки или кондиционирования. Принцип ODC основан на деполяризации кислорода на катоде. Деполяризованный кислород далее образует воду путем реакции с ионами водорода, которые образуются в соляной кислоте, подаваемой в анодный отсек. Здесь ионы хлорида данной соляной кислоты превращаются в хлор путем анодного окисления. Реакция на катоде энергоэффективна и происходит при меньшем чем в традиционном диафрагменном электролизе напряжении на ячейке. Процесс с использованием ODC экономит около 30% обычного потребления энергии и, таким образом, сокращает косвенные выбросы двуокиси углерода в процессе производства. Следует учитывать, что в отличие от диафрагменного процесса, водород не образуется. Также нужно отметить, что хлор, полученный по технологии ODC, имеет очень высокую чистоту. В традиционном диафрагменном процессе ячейки состоят из двух электродов, разделенных диафрагмой. В оба отсека в качестве питания подается раствор кислоты. Процесс заключается в рецикле соляной кислоты на анолит и католит. Отдельные ячейки аналогичным образом собраны в биполярный электролизер типа фильтр-пресса. Реакция на аноде ячейки показана на рисунке выше (ионы хлорида окисляются, образуя хлор). На катоде образуется водород путем разложения воды, который после соответствующего кондиционирования можно использовать в качестве топлива или сырья для процессов гидрирования. 10 5. Преимущества Uhde в области электролиза соляной кислоты Процессы электролиза соляной кислоты Uhde представляют собой проверенные технологии. В настоящее время уже введены в эксплуатацию или заключены контракты на установки по производству хлора общей мощностью более 1,600,000 метрических тонн в год. Есть много причин для такого успеха. Технологическая компетентность отражается в исключительной надежности и готовности к эксплуатации, которые сопровождаются оптимальным удобством обслуживания и абсолютной безопасностью. Важные аспекты данных технологий, указанные ниже, дают представление о возможностях Uhde: Знания в сфере применения материалов Одним из наиболее значимых факторов является механическая надежность, а также максимальная долговечность используемых материалов даже в условиях высококоррозионных процессов. Гибкость процесса и широкий диапазон рабочих характеристик Электролизер соляной кислоты прост в эксплуатации. Можно легко и быстро регулировать производительность процесса электролиза соляной кислоты в зависимости от потребностей в начале и в конце производственной цепочки. Электролизеры соляной кислоты фирмы Uhde предлагают широкий диапазон рабочих характеристик и максимальную гибкость процесса, что является ключевым фактором для поиска оптимальных решений для условий, преобладающих на площадке. Техническое обслуживание – удобство эксплуатации Дополнительно к этому модульная концепция электролизера гарантирует оптимальную гибкость технического обслуживания и, в результате, максимальную продолжительность эксплуатации. Сеть обслуживания заказчиков по всему миру Концепция глобального технического обслуживания похожа на технологию хлорщелочного электролиза, т.е. заказчики могут рассчитывать на надежную глобальную сеть сервисного обслуживания. Знакомство с лабораторными и испытательными установками Кроме того, Uhde тесно сотрудничает с Bayer Material Science (BMS) в области лабораторных и испытательных установок. Заказчики могут воспользоваться преимуществом заглянуть в мир исследований, разработок, оптимизации компонентов и контроля качества. Клиент: Bayer MaterialScience Расположение: Брунсбюттель, Германия Мощность: 20,000 т/год Cl2 Технология: ODC Пуск в производство: 2003 11 12 6. Мембранный электролиз с применением деполяризованных кислородных катодов (ODC) 6.1 Процесс электролиза на деполяризованном кислородном катоде (ODC) Данная инновационная технология была разработана и применена в промышленных масштабах фирмами Uhde, Uhdenora и их партнерами Bayer MaterialScience (BMS) и Industrie Dе Nora. Принцип технологии заключается в первоначальной деполяризации кислорода, который затем реагирует с ионами водорода, проникающими через мембрану с катодной стороны ячейки. НА ODC генерация водорода подавляется, что ведет к снижению рабочего напряжения примерно на 1 вольт по сравнению со стандартной реакцией генерации водорода и соответственно к экономии электроэнергии. Электролиз В анодную камеру подается 14 вес. % раствор соляной кислоты. Происходит анодное окисление с образованием хлора путем потребления соляной кислоты. На выходе обедненная соляная кислота восстанавливается вместе с хлором в коллекторе электролизера. Образующийся хлор отделяется от обедненного раствора соляной кислоты и собирается в коллекторе хлора. Выходящий раствор соляной кислоты направляется в емкость анолита. Некоторая часть воды, а также ионы Н+ и Cl- направляются через мембрану в катодное отделение (рисунок 6). В катодную камеру подается кислород. На ODC происходит катодное восстановление кислорода, который реагирует с ионами Н+, поступающими из анодной камеры, и образуется вода. Кислород, выходящий из катодной камеры, подается на установку рециркуляции кислорода. Кислая вода, образовавшаяся в катодном отсеке, также возвращается в процесс. Электролизер работает при избыточном давлении 200 мбар (изб) на анодной стороне, обеспечивая оптимальный контакт между мембраной и ODC. Давление в анодном и катодном отсеках регулируется автоматически. При повышении давления в анодной камере происходит сдувка влажного газообразного хлора в систему очистки отходящих газов. Также предусмотрен автоматический регулятор давления катода, позволяющий направлять кислород в систему очистки отходящих газов в случае повышения давления. Циркуляция анолита Обедненная соляная кислота из анодной камеры поступает в емкость анолита. Отсюда она перекачивается обратно в электролизер, а небольшая часть данного потока направляется назад в систему абсорбции соляной кислоты. Концентрация соляной кислоты, подаваемой в электролизер, регулируется автоматически путем смешивания 37 вес. % раствора соляной кислоты из системы абсорбции с обедненной циркулирующей соляной кислотой. Теплообменники обеспечивают надлежащую температуру подачи соляной кислоты на всех этапах процесса. Электролиз HCl-ODC Хранение HCl O2 Фильтрация HCl HCl – газ Абсорбция HCl Система анолита Рецикл О2 Хранение обедненной HCl Дехлорирование HCl Система католита H2O Сточные воды NaOH Очистка хлора Дехлорирование абгазов абгазов Cl2 потребителю NaOCl Рисунок 5 Блок-схема – Электролиз соляной кислоты с применением ODC 13 Система католита Небольшая часть газообразного кислорода из катодной камеры электролизера при регулировании давления сдувается в систему очистки отходящих газов во избежание накопления азота и следовых концентраций других загрязнителей в контуре кислорода. Основное количество кислорода с катода можно возвращать в процесс через установку рециркуляции кислорода, в которой происходит удаление водорода для сведения до минимума общего потребления кислорода. До подачи в катодную камеру электролизера рециркулируемый кислород смешивается со свежим кислородом. Кислый конденсат, образовавшийся на катоде, может направляться на очистные сооружения или возвращаться обратно в систему анолита. Абсорбция Целью данного процесса является кондиционирование безводного газообразного хлорида водорода. В соответствии с данной концепцией в качестве абсорбента используется либо деминерализованная вода, либо 12,5 вес% раствор соляной кислоты для получения 37 вес% раствора соляной кислоты при температуре 30-35°С. Безводный газообразный хлорид водорода подается в колонну с катодом в виде падающей пленки, где температура регулируется съёмом тепла абсорбции. Теплопередачу в трубках абсорбера нужно регулировать по толщине пленки жидкости. Минимальное проникновение обеспечивается постоянной циркуляцией жидкости в диапазоне 25-100%. Сырая кислота абсорбера хранится в буферной емкости, часть потока перекачивается в абсорбер циркуляционными насосами. Поскольку следует учитывать органические компоненты и хлор, часть циркулирующей жидкости проходит очистку в десорбере. 37 вес % соляная кислота, образующаяся в отстойнике, постоянно выводится и хранится после фильтрования, которое включает в себя, например, активированные угольные фильтры. Отходящий из десорбера газ содержит много органических компонентов и хлор, поэтому должен пройти очистку в газопромывной колонне. Очистка продукта После охлаждения и фильтрования влажного газообразного хлора он либо направляется непосредственно на установку потребителя, либо сушится и компримируется перед подачей обратно к потребителю хлора для закрытия контура рецикла хлора, или сжижается для хранения в емкостях. Поскольку содержание кислорода в хлоре ниже 20 вес. ppm, хлор можно направлять непосредственно конечным потребителям, т.е. секция сжижения и выпарки хлора не требуется. O2 HCI + Cl 2 Механизм реакции + O2 H H2O Анод: 4 HCIaq 4 H+ + 4 e- + 2 Cl2 Катод: 4 H+ + 4 e- + O2 Итого: 4 HCIaq + 02 2 H2O 2 Cl2 + 2 H2O O2+ HCI aq HCI Анод ODC Мембрана Рисунок 6 Функциональный принцип электролиза соляной кислоты с применением ODC 14 6.2 Функциональное описание элемента ODC Анодная реакция в ячейке, оснащенной ODC, происходит следующим образом: соляная кислота подается в анодный отсек; ионы хлора окисляются на аноде, в то время как ионы водорода мигрируют через ионообменную мембрану в катодную камеру. В диафрагменной ячейке анодная реакция происходит аналогично. В противоположность анодному отсеку, реакция в катодном отсеке в ячейке ODC и реакция в диафрагменной ячейке значительно отличаются друг от друга. При использовании ODC кислород, подаваемый на катод, подвергается катодной деполяризации и вступает в реакцию с ионами водорода, мигрирующими через мембрану, с образованием воды. На выходе излишек кислорода и вода выводятся. Существуют два источника воды: вода, получаемая в ходе побочной реакции на катоде, и вода, проходящая через мембрану вместе с ионами водорода и небольшим количеством кислоты (рисунок 7). дифференциальным давлением. От 20 до 90 элементов могут быть последовательно соединены и прижаты друг к другу, образуя одну стойку. Прокладки между мембраной и половинами корпуса обеспечивают герметичность фильтрпресса. Обычно две рамы соединены последовательно, образуя один электролизер. 6.4 Технические данные Рабочие данные Плотность тока до 5 кА/м² Потребляемая мощность 1070 кВт*ч/т Cl2 при 5 кА/м2 Потребление кислорода 175 Нм³ / т Cl2 Активная площадь на элемент2.5 м² Срок службы: – Мембрана прим. 8 лет – ODC прим. 4 года – Анодное покрытие прим. 4 года – Катодное покрытие прим. 4 года 6.3 Элементы и конфигурация электролизера Биполярный мембранный электролизер имеет полностью металлическую конструкцию и построен по принципу фильтр-пресса. Анодный отсек изготовлен из сплава титана, а анодная сетка изготовлена из титанового сплава со специальным покрытием и приварена непосредственно к корпусу отсека. Между двумя камерами расположена мембрана. Мембрана прижата к кислородо-деполяризованному катоду (ODC) дифференциальным давлением между двумя отсеками. ODC прижат к токопроводящей катодной сетке тем же Рисунок 7 Функции ODC Мембрана + Качество сырья и продукта Соляная кислота, подаваемая в электролизер: – Концентрация: 14 % (вес.) – Общее содержание органических веществ, таких как хлоробензол ≤ 2 ppm (вес.) отличных от хлоробензола ≤ 1 ppm (вес.) Хлор (после осушки): – Cl2 ≥ 99.8 % (об.) – H2 ≤ 20 ppm (вес.) – H2O ≤ 10 ppm (вес.) – O2 ≤ 20 ppm (вес.) ODC – Распределитель Cl 2 Углеродный тканевый фильтр Анолит Cl H + Слой катализатора Газовая диффузия 15 Примерно 70 элементов производят 10000 тонн хлора в год. Обычно два модуля соединены последовательно, образуя один электролизер. Два показанных на рисунке электролизера производят примерно 50000 тонн хлора в год. Рисунок 8 Электролизер ODC – биполярный элемент С левой стороны показан анод, а с правой стороны катод. На данной секции биполярного элемента промышленного масштаба также показана токопроводящая сетка анода и катода. Ниже представлен полный вид элемента. 16 7. Диафрагменный электролиз Клиент: CUF-QI Расположение: Эстарреха, Португалия Capacity: 40000 тонн Cl2 в год Технология: Диафрагменная технология Пуск в производство: 2008 17 7.1 Процесс диафрагменного электролиза Процесс электролитического разложения раствора соляной кислоты с применением диафрагменной технологии был совместно разработан бывшей фирмой Hoechst AG, Bayer AG и Uhde GmbH. Данное сотрудничество было продолжено фирмами Bayer MaterialScience, Uhdenora и Uhde. Процесс включает в себя линии рецикла соляной кислоты на анолит и католит, секцию абсорбции, очистки продукта и электролизер. Элементы ячейки состоят из двух графитовых электродов, разделенных диафрагмой из ПВХ или ПВХ/ ПВДФ. Отдельные элементы ячейки собраны аналогично биполярному электролизеру типа фильтр-пресса. Циклы соляной кислоты Концентрированный раствор соляной кислоты подается в электролизер в диапазоне температур 65-70°С. В процессе есть рециклы соляной кислоты на анолит и католит. В два отсека поступает питающий раствор кислоты разной концентрации – в анодный отсек поступает 23 вес.%, а в катодный – 21 вес.%. Внутри ячейки образуются хлор и водород. Из обоих отсеков ячейки выходит обедненная соляная кислота с концентрацией 17 вес.%. Линия рецикла кислоты на анолит проходит через анодные камеры, соединенные параллельно, а линия рецикла кислоты на католит аналогичным образом проходит через катодные камеры. Все твердые примеси удерживаются фильтрами, а баланс тепла процесса поддерживается с помощью теплообменников. Часть потока сырьевой кислоты 17 вес.% отводится на католит, концентрируется добавкой хлорида водорода до прибл. 28 вес.% в секции абсорбции и возвращается назад в оба электролитических цикла. Абсорбция Установка абсорбции работает как адиабатический процесс. Здесь истощенная кислота, образуемая в процессе электролиза, течет в направлении, противоположном поднимающемуся газообразному хлориду водорода, увеличивая концентрацию кислоты прибл. до 28 вес.%. Тепло, высвобождаемое в процессе, рассеивается при испарении воды внутри колонны. В связи с относительно низким парциальным давлением хлористого водорода газ почти полностью поглощается разбавленным раствором соляной кислоты, так что в верхней части абсорбционной колонны высвобождается практически чистый водяной пар. Водяной пар далее конденсируется в охладителе и возвращается в колонну. Все органические примеси, присутствующие в хлористом водороде, обычно удаляются с парами в верхней части колонны. Если в питающем газе присутствует большое количество примесей, целесообразно, чтобы данные примеси были частично удалены до поступления в секцию абсорбции с помощью специальных мер, например, путем мокрой очистки, охлаждения и конденсации. Очистку концентрированного раствора соляной кислоты можно также выполнять адсорбцией с использованием активированного угля. Очистка продукта После того, как мокрый газообразный хлор охлажден и отфильтрован, он либо подается непосредственно на установку потребителя, либо сушится и компримируется, либо перед прямой подачей потребителю хлора для закрытия контура рецикла хлора, либо перед сжижением для хранения в емкостях. Рисунок 9 Блок-схема – Диафрагменный электролиз соляной кислоты Хранение HCl Диафрагменный электролиз HCl Фильтрация HCl газ HCl H2O NaOH Абсорбция HCl Хранение обедненной HCl Дехлорирование отработавшего газа NaOCl Система анолита Cl2 Система католита H2 NaOH Дехлорирование HCl H2 SO4 Очистка хлора Хлор - потребителю Cl 2 Разложение NaOCl Na2SO4 + H2O Охлаждение водорода Мокрая очистка водорода Водород – потребителю 18 7.2. Описание функций диафрагменной ячейки Соляная кислота подается в анодный отсек; ионы хлорида окисляются на аноде, в то время как ионы водорода проходят через ионообменную мембрану и мигрируют в катодную камеру. Соляная кислота выходит обедненной с 23% до 17%. На катод подается соляная кислота. Ионы хлорида мигрируют в анодную камеру, где образуется хлор. На катоде образуется водород, который выходит из ячейки. Соляная кислота выходит обедненной с 21 до 17%. 7.3. Конструкция диафрагменной ячейки Электролизер состоит из 36 элементов (35 обычных элемента и 2 концевые рамы), собранных по типу пресс-фильтра. Разложение соляной кислоты происходит на вертикальных биполярных графитовых электродах, которые соединены последовательно, образуя электролитические элементы, разделенные диафрагмами. Диафрагма работает как разделительное устройство между анодным и катодным отсеком отдельного элемента. Эффективность диафрагмы как разделительного устройства между анодным и катодным отсеками определяет текущую эффективность отдельного элемента. Диафрагма почти непроницаема для газов, в то время как жидкость и ионы могут свободно проходить, обеспечивая высокую плотность тока в процессе. Газообразный хлор высвобождается на анодной стороне, а водород на катодной стороне. Для улучшения выпуска газа электроды снабжены большим количеством вертикальных пазов. Отдельные электроды вставлены в рамы из синтетического материала, устойчивого к воздействию соляной кислоты и хлора. Диафрагмы сделаны из специального ПВХ или ПВХ/ПВДФ материала. 7.4. Технические данные Рабочие данные Плотность тока Потребляемая мощность Активная площадь на ячейку Количество ячеек на электролизер Срок службы: – Диафрагма – Графитовый электрод до 5 кА/м² 1670 кВт-ч/т Cl2 при 5 кА/м² 2.5 м² до 36 прим. 4 года прим. 10 лет Качество сырья и продукции Раствор соляной кислоты, используемой в качестве сырья для цеха электролиза: – Концентрация: ≥ 23 / 21 % (вес.) – Общее содержание органических веществ ≤ 1 ppm (вес.) – O2 ≤ 1 ppm (вес.) Хлор (после сушки): – Cl2 ≥ 99.5 % (об.) – H2 ≤ 0.5 % (об.) – H2O ≤ 10 ppm (вес.) – O2 ≤ 200 ppm (вес.) Рисунок 10 Функциональный принцип диафрагменного электролиза соляной кислоты Анод Катод Диафрагма Cl 2 x Слабая кислота HCI прибл. 17 % H+ Cl Анолит Питающая HCl прибл. 23% x x x x x x x x Cl x x x x x x x x x H+ x x x x x x x x x x x x x H2 Cl - Механизм реакции Слабая кислота HCl прибл. 17% Анод: 2 CI- Cl2 + 2 e- Катод: 2 H+ + 2 e- + H Католит Питающая HCl прибл. 21% Общее: 2 HCIaq H2 Cl2 + H2 19 Рама Рама Католит+ H2 Прокладки Католитическая камера Анолит+ Cl2 Католит+ H2 Анолит + Cl2 Анолит + Cl2 Католит + H 2 Католит + H2 Анолит+ Один из электролизеров, размещенных в CUF-QI, Португалия Cl2 Прокладки Диафрагма Графитовые пластины Католитическая Анолитикамера ческая камера Диафрагма Графитовые пластины Вход католита Анолитическая камера Вход Вход католита анолита Вход анолита Рисунок 11 Диафрагменная ячейка – поперечное сечение и отдельный элемент 20 8. Услуги в области технологии Обслуживание наших заказчиков в области электролиза не прекращается после завершения строительства и пуска установки, а включает в себя также следующее: • Посещения экспертов • Совещания по обмену технической информацией • Симпозиумы по хлору • Оптимизация работы установки • Полный спектр услуг по техническому обслуживанию электролизера • Бенчмаркинг • Поддержка по замене мембраны/повторному нанесению покрытия • Замена диафрагм/электродов •Реконструкции • Поставка запасных частей В ходе регулярных посещений наши эксперты держат заказчиков в курсе последних технических разработок и возможностей реконструкции. Организуя технические совещания и симпозиумы, например, симпозиум по хлору, который проводится каждые 3 года в главном офисе Uhde в Германии, мы содействуем активному общению между заказчиками, партнерами и нашими специалистами. Это позволяет нашим заказчикам получить преимущества от новых разработанных технологий, способствует обмену опытом, а также информацией о поиске и устранении неисправностей. Уровень 3: Дистанционный текущий контроль состояния (RCM) Уровень 2: Uhde EvaluatorTM Процесс обучения делится на занятия в классе и обучение на площадке Мы отслеживаем, анализируем и оптимизируем работу установки в течение всего срока ее службы, применяя Uhde Integrator™, собственную интегрированную систему анализа эксплуатационных показателей, которая включает три разных уровня: Уровень 1: Уровень 1: Uhde AdministratorTM, Uhde ScanTM • Программа управления элементами Uhde Administrator™ Данная программа используется для управления компонентами ячейки, для регистрации и анализа данных при сборке электролизера, а также рабочих характеристик. • Терминал сбора данных Uhde Scan™ Данное устройство считывает информацию по отсеках 21 электролитической ячейки со штрих-кода и передает эту информацию в Uhde Administrator™. Оно также предлагает формы для документирования и управления. Уровень 2: • Анализатор отдельного элемента Uhde Evaluator™ Данная система проверяет и обеспечивает защиту напряжений элемента ячейки, а также анализирует рабочие параметры мембраны и покрытия. Уровень 3: • Дистанционный контроль состояния Данные, полученные с помощью Uhde Evaluator™, могут быть направлены в Uhde путем автоматической передачи данных для дальнейшего анализа нашими специалистами в Германии. 22 9. Услуги для наших клиентов 23 Uhde специализируется на предоставлении своим клиентам широкого спектра услуг и оказании поддержки в успешном ведении бизнеса. Имея международную сеть дочерних предприятий, аффилированных компаний и опытных региональных представителей, которые получают отличную поддержку из нашего главного офиса, Uhde обладает идеальной квалификацией для достижения этой цели. Важное значение Uhde отводит общению с клиентами на ранней стадии для того, чтобы объединить их цели и знания с нашим опытом. Если возможно, мы предоставляем нашим потенциальным заказчикам возможность посетить построенные нами действующие установки, чтобы они могли лично убедиться в их безупречной работе, простом техобслуживании и длительном сроке бесперебойной работы. Мы стремимся строить наши деловые отношения на доверии, которое оказывают нам наши клиенты. Uhde предоставляет полный спектр услуг подрядчика по проектированию, закупке и строительству (ЕРС), начиная с технико-экономического обоснования, через концепции финансирования и управление проектом до ввода в эксплуатацию блоков и установок с нуля. Наш широкий спектр услуг включает: • Технико-экономическое обоснование/выбор технологии • Управление проектом • Организация финансовых схем • Управление финансами, благодаря глубоким знаниям локальных законов, постановлений и налоговых правил • Исследования окружающей среды • Лицензирование, включая базовое/рабочее проектирование • Энергоресурсы/ОЗХ/инженерные коммуникации • Услуги по закупке/проведению инспекций/транспортные услуги • Строительно-монтажные работы • Ввод в промышленную эксплуатацию • Обучение рабочего персонала с помощью тренажера для операторов • Поддержка при эксплуатации установки/техническое обслуживание установки • Дистанционное управление системой контроля и оптимизации рабочих характеристик (телесервис) Политика Uhde направлена на обеспечение наивысшего качества при выполнении проектов. Мы работаем в разных странах мира с одинаковым стандартом качества, который сертифицирован согласно DIN/ISO 9001/EN29001. Мы поддерживаем контакт с нашими клиентами, и после окончания проекта. Партнерство – это наш девиз. Мы организуем и проводим технические симпозиумы, создавая возможность обмена информацией и опытом среди клиентов, партнеров, эксплуатирующих организаций и наших специалистов. На таких встречах клиенты могут знакомиться с новыми разработками и обмениваться информацией по устранению неполадок. Мы хотим развивать наши деловые отношения и узнавать больше о будущих целях наших клиентов. Наш послепродажный сервис включает регулярные консультационные визиты, в ходе которых мы информируем заказчика о новейших разработках или о возможностях модернизации. Uhde предлагает концепции установок, которые разработаны с точным учетом специфических требований заказчика и компетентность международного уровня. Более подробную информацию Вы можете получить на нашем сайте: www.thyssenkrupp-industrial-solutions.com или www.tkisrus.com 24 ООО "ТиссенКрупп Индастриал Солюшнс (РУС)" 606010, РФ, Дзержинск, пр-т Ленина, 48 Тел +7 (8313) 350 330 · Факс +7 (8313) 350 334 www.tkisrus.com
