способ переработки дистиллерной жидкости аммиачно-содового производства

Формула изобретения

Способ переработки дистиллерной жидкости аммиачно-содового производства, отличающийся тем, что дистиллерную жидкость обрабатывают гидроксидом натрия при мольном соотношении CaCl₂:NaOH, равном 1:2÷2,25, получающийся при этом осадок гидроксида кальция отфильтровывают, а фильтрат, состоящий из хлорида натрия, подвергают электрохимической переработке в двухкамерном электролизере с катионообменной мембраной при плотности тока 350÷1400 А/м² с получением гидроксида натрия и хлора, причем фильтрат загружают в анодную камеру электролизера.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к области переработки дистиллерной жидкости, образующейся в производстве кальцинированной соды по аммиачному методу. На 1 т кальцинированной соды после регенерации аммиака образуется до 9 м³ дистиллерной жидкости, содержащей около 100 г/л CaCl₂, около 50 г/л NaCl и другие примеси (Д.А.Кузнецов и др. Общая химическая технология. - М., Высшая школа, 1970. - 344 с., стр.141).

Известен способ получения безводного пероксида кальция, где в качестве исходного сырья используют дистиллерную жидкость - отход производства кальцинированной соды, включающий 82,13÷142,07 г/л CaCl₂, 45,26÷68 г/л NaCl, 0,407÷1,78 г/л Са(ОН)₂, 0,46÷0,624 г/л СаСО₃, 0,784÷1,21 г/л Na₂SO₄, а также раствор аммиака и пероксид водорода (пат. 2341449, Россия, МПК С01В 15/043. Способ получения безводного пероксида кальция / Е.И.Бахонина, И.Х.Бикбулатов, А.Ю.Бакиев, P.P.Даминев, P.P.Насыров, Ф.Р.Опарина (Россия). Уфимский государственный нефтяной технический университет. - № 2007119247/15; заявлено 23.05.2007).

К недостаткам этого способа можно отнести необходимость использования таких реагентов как, пероксид водорода и раствор аммиака. Кроме того, в производстве пероксида кальция по этому методу образуется значительное количество сточных вод, содержащих хлориды аммония и натрия.

Известен способ переработки дистиллерной жидкости - использование ее после подготовки для закачки в нефтяные скважины с целью поддержания пластового давления. Подготовка дистиллерной жидкости включает следующие операции:

- разбавление дистиллерной жидкости водой для снятия пересыщения по гипсу;

- карбонизация дистиллерной жидкости газом известковых печей в присутствии ретурного шлама;

- отстаивание и транспортирование прокарбонизованной дистиллерной жидкости для закачки в нефтяной пласт (И.Д.Зайцев, Г.А.Ткач, Н.Д.Стоев. Производство соды. - М., Химия, 1986. - 312 с., стр.198-201).

К недостаткам этого способа следует отнести необходимость расположения производства соды в районе добычи нефти.

Наиболее близким к заявляемому, т.е. прототипом, является способ переработки дистиллерной жидкости с получением хлорида кальция. В дистиллерную жидкость после карбонизации и отстоя добавляют затравку из активного ангидрита CaSO₄ для предотвращения инкрустирования теплопередающих поверхностей выпарной батареи. Осветленная дистиллерная жидкость с затравкой подается в первую выпарную батарею, где упаривается до содержания 18% CaCl ₂. Частично упаренная и осветленная от затравки дистиллерная жидкость направляется на вторую выпарную установку, где концентрируется до 38% по Cal₂. При этом выделяется основная масса NaCl. Суспензия NaCl в 38% растворе CaCl₂ после отстоя центрифугируется и твердый NaCl направляется потребителям или возвращается в производство соды. Осветленный 38% раствор CaCl ₂ подается на вакуум-кристаллизационную установку, где концентрируется до 40% по CaCl₂, причем в твердую фазу выделяется добавочное количество NaCl. Осветленный 40% раствор CaCl₂ подается в выпарной аппарат, где упаривается до состояния плава (72% CaCl₂). Плав CaCl₂ после чешуирования, сушки и прокалки представляет собой готовую продукцию. Расходные нормы для получения 1 т хлорида кальция (67% CaCl₂) составляют:

дистиллерная жидкость, м3	7,3
газ известковых печей, м3	96,6
вода оборотная, м3	162
пар, ГДж	16,4
электроэнергия, МДж	410

(Г.А.Ткач, В.П.Шапорев, В.М.Титов. Производство соды по малоотходной технологии. - Харьков, ХГПУ, 1998. - 429 с., стр.359-368).

К основным недостаткам прототипа следует отнести многостадийность производства, сложное технологическое оборудование, использование газа известковых печей и большие энергозатраты. Так, на переработку 1 м³ дистиллерной жидкости по этой технологии необходимо 13,2 м ³ газа известковых печей и 2,31 ГДж энергии.

Предлагаемое изобретение решает техническую задачу - упрощение способа переработки дистиллерной жидкости, снижение энергозатрат на переработку и получение гидроокиси кальция, гидроокиси натрия и хлора в качестве товарных продуктов.

Сущность изобретения заключается в том, что дистиллерную жидкость согласно изобретению обрабатывают гидроксидом натрия при мольном отношении CaCl₂:NаОН, равном 1:2÷2,25 (преимущественно 1:2), получающийся при этом осадок гидроксида кальция отфильтровывают, а фильтрат, состоящий из хлорида натрия, подвергают электрохимической переработке в двухкамерном электролизере с катионообменной мембраной при плотности тока 350÷1400 А/м² с получением гидроксида натрия и хлора, причем фильтрат загружают в анодную камеру электролизера.

Способ переработки дистиллерной жидкости осуществляется следующим образом. Дистиллерную жидкость обрабатывают гидроксидом натрия. При этом хлорид кальция переходит в гидроксид кальция и выпадает в осадок

CaCl ₂+2NaOH Са(ОН)₂+2NaCl.

Фильтрат, полученный при выделении гидроксида кальция и содержащий хлорид натрия, помещают в анодную камеру двухкамерного электролизера с катионообменной мембраной К (см. фиг.1). В катодную камеру для создания начальной электропроводности помещают 0,1 н. раствор гидроксида натрия. В электрическом поле, создаваемом в электролизере, при подаче напряжения на электроды происходит перенос катионов Na⁺ из анодной камеры через катионообменную мембрану в катодную камеру электролизера. В катодной камере происходит разложение воды с выделением газообразного водорода и образованием ионов ОН^-

2H₂O+2е Н₂+2OH^-.

В результате этого в катодной камере происходит концентрирование гидроксида натрия в количестве, большем, чем необходимо на обработку хлорида кальция. В анодной камере разлагаются ионы Cl^-

2Cl^--2е Cl₂

с образованием газообразного хлора. Таким образом, в анодной камере электролизера происходит извлечение из фильтрата хлорида натрия.

В результате переработки 1 м³ дистиллерной жидкости можно получить в виде товарных продуктов:

гидроксид кальция, кг	66,7
гидроксид натрия, кг	34,2
хлор, кг	94,3

Пример 1

К 100 мл дистиллерной жидкости, получающейся в производстве кальцинированной соды на Стерлитамакском ОАО «Сода» и содержащей 105,6 г/л хлорида кальция и 50,5 г/л хлорида натрия, добавляют гидроксид натрия и после осаждения гидроксида кальция определяют концентрацию хлорида кальция в осветленной жидкости.

Результаты опытов представлены в таблице 1.

Таблица 1
Мольное отношение CaCl2:NaOH	1:1,75	1:2	1:2,25
Концентрация CaCl2, г/л	26,4	0,51	0,47

Из результатов, приведенных в таблице 1, видно, что при обработке дистиллерной жидкости гидроксидом натрия кальций в виде гидроксида выпадает в осадок. Остающееся в растворе содержание хлорида кальция зависит от количества добавленной щелочи. При этом увеличение мольного отношения CaCl₂:NaOH более чем 1:2 не приводит к заметному понижению концентрации хлорида кальция в осветленной части дистиллерной жидкости.

Пример 2

Через анодную камеру двухкамерного электролизера с катионообменной мембраной марки МК-40 прокачивают раствор, полученный из дистиллерной жидкости после добавления в нее гидроксида натрия при мольном отношении CaCl₂:NaOH, равном 1:2, и выделения из него хлорида кальция в виде гидроокиси. В катодную камеру перед опытом заливают 0,1 н. раствор гидроксида натрия. Процесс электрохимической переработки проводят при комнатной температуре в течение 6 часов при различных токовых нагрузках.

Результаты опытов представлены в таблице 2.

Таблица 2
Плотность тока, А/м2	Концентрация NaOH, г/л	Выход по току, %	Затраты электроэнергии, ГДж/м3
357	492	63,3	1,42
714	490	65,1	1,65
1074	500	62,4	1,98
1429	510	64,5	2,00

Из данных, представленных в таблице 2, видно, что в катодной камере электролизера образуется гидроксид натрия с концентрацией 490÷510 г/л. Выход по току гидроксида натрия колеблется в пределах 62,4÷65,1%, не обнаруживая зависимости от плотности тока. Затраты электроэнергии на обработку 1 м³ дистиллерной жидкости увеличиваются с возрастанием токовой нагрузки на электролизере и изменяются от 1,42 до 2,00 ГДж/м³. При увеличении плотности тока выше 1429 А/м² происходит значительный разогрев растворов в электролизере и резкое повышение энергозатрат, поэтому увеличение плотности тока выше 1429 А/м² нежелательно.

Использование предлагаемого способа переработки дистиллерной жидкости аммиачно-содового производства по сравнению с существующим имеет следующие преимущества:

а) уменьшение энергозатрат на переработку дистиллерной жидкости;

б) получение гидроксида кальция, гидроксида натрия и хлора в виде товарных продуктов;

в) получение воды, очищенной от хлоридов кальция и натрия.