Технология безотходного производства кальцинированной соды с применением мембранной технологии | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 23 ноября, печатный экземпляр отправим 27 ноября.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Рубрика: Химия

Опубликовано в Молодой учёный №48 (234) ноябрь 2018 г.

Дата публикации: 29.11.2018

Статья просмотрена: 220 раз

Библиографическое описание:

Балевская Я. Д. Технология безотходного производства кальцинированной соды с применением мембранной технологии // Молодой ученый. — 2018. — №48. — С. 9-12. — URL https://moluch.ru/archive/234/54259/ (дата обращения: 14.11.2019).



Традиционное производство соды аммиачным методом приводит к образованию огромных количеств жидких отходов — дистиллерной жидкости — и их утилизация является актуальной задачей в химической промышленности. Проведена разработка безотходного производства кальцинированной соды. Для получения диоксида углерода предлагается заменить блок добычи и обжига известняка на установку мембранного газоразделения для его выделения из дымовых газов, а для регенерации аммиака использовать гидроксид натрия вместо известкового молока. Такое решение позволит предотвратить выбросы СО2 в окружающую среду, а вместо жидких отходов получится раствор хлорида натрия, который повторно будет использован на производстве. Кроме того, значительно снизится потребление воды, хлорида натрия, электроэнергии и топлива. Первичный технико-экономический анализ свидетельствует о рентабельности такого производства.

Ключевые слова: кальцинированная сода, аммиачный метод, дистиллерная жидкость, дымовые газы, мембранная технология, мембранное газоразделение.

На сегодняшний день в химической промышленности наиболее широко используемым методом производства кальцинированной соды является метод Сольве или аммиачный метод. В основе аммиачного метода лежит следующая реакция [1, 2]:

NaCl + NH3 + CO2 + H2O  NaHCO3 + NH4Cl, (1)

В связи с тем, что диоксид углерода плохо растворяется в воде в отсутствии аммиака, сначала проводят аммонизацию рассола хлорида натрия в отделении абсорбции с частичным поглощением СО2, при этом аммиак переходит в связанную форму ((NH4)2CO3, NH4HCO3, NH4Cl, NH4СООNН2, NH4OH). Поскольку аммиак в производстве находится в постоянном рецикле, его регенерацию проводят с помощью термического разложения солей (при температурах 70–100 С). Однако хлорид аммония не разлагается при данных температурах и в традиционном производстве его утилизируют известковым молоком Ca(OH)2. На этой же стадии образуется главный отход производства — раствор CaCl2 или дистиллерная жидкость:

2NH4Cl + Ca(OH)2 = 2NH3 + 2H2O + CaCl2. (2)

На тонну полученной соды образуется около 9–10 м3 дистиллерной жидкости (суспензии), содержащей около 100 г/л CaCl2, 50 г/л NaCl, Ca(OH)2 и CaCО2 [3]. Из этого потока, как правило, выделяются твердые частицы, а жидкая фаза сбрасывается в виде жидких стоков. Этот сбросной поток содержит, в основном, хлориды кальция и натрия [4]. Сброс этих отходов в водоемы приводит к чрезмерной их минерализации и повышению жесткости, тем самым нанося вред окружающей среде.

В связи с постоянными ужесточениями требований экологической безопасности и нерациональным использованием материальных ресурсов эта проблема приобретает все большую актуальность в мире. Разрабатываются методы утилизации этих отходов, но ввиду большого их количества они продолжают сливаться в близлежащие водоемы или складироваться в шламонакопителях (прудах-отстойниках или «белых морях»).

Автором данной статьи была выполнена разработка и технико-экономический анализ безотходного производства кальцинированной соды аммиачным методом (рисунок 1).

C:\Users\yanny\Desktop\Новый точечный рисунок (3).bmp

Рис. 1. Организационно-функциональная структура производства кальцинированной соды из дымовых газов

Углекислый газ для производства предлагается получать из дымовых газов (вместо традиционной добычи и обжига известняка), которые частично имеются на традиционных производствах в качестве продукта сгорания топлива в печи кальцинирования соды, и которые частично можно забирать у ближайших производств или ТЭЦ, что значительно снизит выбросы диоксида углерода в окружающую среду. Снижение его выбросов в атмосферу служит дополнительным преимуществом данной технологии. Выделять углекислый газ можно, используя мембранные методы газоразделения [5–7].

Отличие приведенной технологической схемы от традиционной в замене блока обжига известняка на мембранный: дымовые газы конденсируются, затем охлаждаются и поступают на блок мембранного разделения, пермеат после которого содержит около 40 об. % СО2 и направляется в отделение карбонизации в противоточные абсорбционные колонны. Сегодня на рынке имеются мембраны с высокой селективностью разделения пары газов CO2/N2 [8, 9]. Традиционные методы выделения СО2 абсорбцией не используются из-за низкой его концентрации в дымовых газах и больших потоков газа, то есть установки для выделения СО2 должны быть масштабными и энергоемкими.

Использование мембранного газоразделения для выделения диоксида углерода из дымовых газов приведет к образованию побочного продукта — технического азота (97 об. %). Его можно использовать для систем пожаротушения, для продувки резервуаров и трубопроводов, их испытаний.

Поскольку в данной технологической схеме исключается необходимость добычи и обжига известняка и, соответственно, приготовления из CaO известкового молока Ca(OH)2 для разложения хлорида аммония, то целесообразно произвести замену гидроксида кальция на гидроксид натрия NaOH:

NH4Cl + NaOH = NaCl + H2O + NH3. (3)

Благодаря этому техническому решению продуктом реакции, вместо огромного количества жидких отходов, выбрасываемых в пруды-отстойники или шламонакопители, является раствор хлорида натрия, который в полном объеме повторно можно направить в производство. При этом осуществляется значительная экономия на потреблении воды, покупке хлорида натрия. Значительно снижается потребление электроэнергии и топлива ввиду отсутствия цеха обжига известняка.

Предварительный технико-экономический анализ предложенной технологии показал, что построенное по предложенной технологии предприятие окупится за 4,5 года.

Итак, благодаря использованию данной технологии, на предприятии будут отсутствовать как жидкие, так и газообразные отходы, которые при традиционной технологии составляют около 420 м3 диоксида углерода и 10 м3 дистиллерной жидкости в год на каждую тонну произведенной соды. Благодаря отсутствию необходимости в добыче известняка и потребления хлорида натрия, такое производство можно разместить вдали от крупных природных месторождений, в непосредственной близости к крупным заводам-потребителям кальцинированной соды.

Литература:

  1. Коробочкин В. В., Горлушко Д. А., Фролова И. В. Производство карбоната натрия: учебное пособие. // Томский политехнический университет. — Томск: изд-во томского политехнического университета, 2010.
  2. Зайцев И. Д., Ткач Г. А., Стоев Н. Д. Производство соды. М.: Химия, 1986. 312 с.
  3. Быковский Н. А., Пучкова Л. Н., Фанакова Н. Н. Исследование токсичности дистиллерной жидкости аммиачно-содового производства различными тест-объектами. // Экология и промышленность России, 2015. — т. 19. № 10. — С. 48–51.
  4. Даминев Р. Р., Насыров Р. Р., Шарипов А. К. Повышение экологической безопасности производства кальцинированной соды. // Башкирский химический журнал, 2008. Том 15, № 7. С. 28–30.
  5. Adams. D. Flue gas treatment for CO2 capture. // IEA clean coal center, 2010. — P. 61.
  6. Ho M. T., Allison G. W., Wiley D. E. Reducing the Cost of CO2 Capture from Flue Gases Using Membrane Technology. // Ind. Eng. Chem. Res, 2008. — № 47. — P. 1562–1568.
  7. Khalilpour R., Mumford K., Zhai H., Abbas A., Stevens G., Rubin E. S. Membrane-based carbon capture from flue gas: a review. // Journal of cleaner production. — 2014. — P. 1–15.
  8. Merkel. T.C., Lin H., Wei X., Baker R. Power plant post-combustion carbon dioxide capture: An opportunity for membranes. // Journal of membrane science. — 2010. — № 359. — P. 126–139.
  9. He X., Hagg M. Energy efficient process for CO2 capture from flue gas with novel fixed-site-carrier membranes. // Energy procedia. — 2014. — № 63. — P. 174–185.
Основные термины (генерируются автоматически): кальцинированная сода, аммиачный метод, известковое молоко, мембранное газоразделение, обжиг известняка, окружающая среда, производство, безотходное производство, предложенная технология, углекислый газ.


Похожие статьи

Утилизация отхода производства каустической соды...

При производстве каустической соды имеет место образование отхода — сульфатного рассола, содержащего хлорид, сульфат и гидроксид натрия. Данный отход в настоящее время не находит квалифицированного применения и является источником загрязнения окружающей...

Разработка автоматизированной системы управления процессом...

Длительность обжига извести зависит от температуры обжига, размеров кусков известняка и

Таким образом, предлагаемая установка для обжига извести позволяет за счет частичного

Этот метод допустим в данном процессе. Расчет будет производиться для нагревательного...

Аммиачный метод переработки сточных вод...

Данная технология основана на реакции гидролиза карбамида с образованием аммиака и углекислого газа в кислой среде

Таким образом, аммиачный способ переработки горнопромышленных сточных вод обеспечивает рациональное использование компонентов...

Анализ концентрации и тенденций к консолидации на российском...

Объем производства кальцинированной соды российскими предприятиями в абсолютном и относительном выражении, 2012 г.

На мировом рынке соды действуют крупные корпорации, располагающие свои производства в различных странах мира.

Анализ технологического процесса производства газопродуктов...

Анализ технологического процесса производства газопродуктов с целью разработки безотходныхтехнологий. Уринов Аброрбек Ахрорович, С обретением Республики Узбекистан суверенитета, была поставлена задача по достижению топливно-энергетической независимости.

Схема экологически безопасного газохимического комплекса...

В настоящей статье рассматривается принципиальная схема экологически безопасного ГХК, обеспечивающая практически безотходную переработку серосодержащего природного газа. Основным назначением ГХК является очистка углеводородного сырья от сернистых...

Использование отходов предприятий черной и цветной...

В нашей стране много лет применяется безотходная технология по производству содопродуктов и цемента на базе комплексного

Из каждых 4 т нефелинового концентрата и 15 т известняка получают без отходов 1 т глинозема, 1 т содопродуктов и 10 т цемента.

Исследование возможности использования карбонатного шлама...

Исследовано влияние карбонатного шлама, образующегося при химической очистке воды для паровых котлов, и измельченного отсева дробления известнякового щебня на свойства шпаклевок. Установлено, что из-за высокой водопотребности шлам может применяться в...

О возможности комплексного использования доломитов...

Известно, что механизм обжига, а затем и спекания известняка, доломитов

Полученные данные хорошо согласуется c исследованиями процесса обжига известняка и доломитов других

1. Исследования состава доломита, которые были проведены различными методами...

Похожие статьи

Утилизация отхода производства каустической соды...

При производстве каустической соды имеет место образование отхода — сульфатного рассола, содержащего хлорид, сульфат и гидроксид натрия. Данный отход в настоящее время не находит квалифицированного применения и является источником загрязнения окружающей...

Разработка автоматизированной системы управления процессом...

Длительность обжига извести зависит от температуры обжига, размеров кусков известняка и

Таким образом, предлагаемая установка для обжига извести позволяет за счет частичного

Этот метод допустим в данном процессе. Расчет будет производиться для нагревательного...

Аммиачный метод переработки сточных вод...

Данная технология основана на реакции гидролиза карбамида с образованием аммиака и углекислого газа в кислой среде

Таким образом, аммиачный способ переработки горнопромышленных сточных вод обеспечивает рациональное использование компонентов...

Анализ концентрации и тенденций к консолидации на российском...

Объем производства кальцинированной соды российскими предприятиями в абсолютном и относительном выражении, 2012 г.

На мировом рынке соды действуют крупные корпорации, располагающие свои производства в различных странах мира.

Анализ технологического процесса производства газопродуктов...

Анализ технологического процесса производства газопродуктов с целью разработки безотходныхтехнологий. Уринов Аброрбек Ахрорович, С обретением Республики Узбекистан суверенитета, была поставлена задача по достижению топливно-энергетической независимости.

Схема экологически безопасного газохимического комплекса...

В настоящей статье рассматривается принципиальная схема экологически безопасного ГХК, обеспечивающая практически безотходную переработку серосодержащего природного газа. Основным назначением ГХК является очистка углеводородного сырья от сернистых...

Использование отходов предприятий черной и цветной...

В нашей стране много лет применяется безотходная технология по производству содопродуктов и цемента на базе комплексного

Из каждых 4 т нефелинового концентрата и 15 т известняка получают без отходов 1 т глинозема, 1 т содопродуктов и 10 т цемента.

Исследование возможности использования карбонатного шлама...

Исследовано влияние карбонатного шлама, образующегося при химической очистке воды для паровых котлов, и измельченного отсева дробления известнякового щебня на свойства шпаклевок. Установлено, что из-за высокой водопотребности шлам может применяться в...

О возможности комплексного использования доломитов...

Известно, что механизм обжига, а затем и спекания известняка, доломитов

Полученные данные хорошо согласуется c исследованиями процесса обжига известняка и доломитов других

1. Исследования состава доломита, которые были проведены различными методами...

Задать вопрос