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Il gas di scarto di cloro prodotto come sottoprodotto nel cloro-alcali I gas di scarico dell'industria cloro-alcali sono altamente corrosivi e tossici. Se non trattati efficacemente, comportano seri rischi per l'ambiente e la salute umana. Attualmente, la maggior parte delle aziende chimiche cloro-alcali utilizza il metodo di assorbimento con soda caustica per il trattamento dei gas di scarico. Il sistema di trattamento dei gas di scarico richiede miglioramenti significativi nella progettazione del sistema, nel controllo del processo, nella gestione dei fluidi e nell'ammodernamento delle apparecchiature. Queste misure mirano a migliorare la stabilità operativa del sistema e le prestazioni ambientali, fornendo alle aziende cloro-alcali un percorso tecnico praticabile per ottenere un trattamento efficiente dei gas di scarico contenenti cloro e il riutilizzo delle risorse derivanti dai sottoprodotti.
Durante il funzionamento di celle di elettrolisi alcalinaIl cloro gassoso saturo umido a 85-90 °C viene generato continuamente e deve essere raffreddato e compresso prima di poter essere utilizzato come materia prima industriale. L'equazione di reazione principale per il processo di assorbimento con soluzione alcalina, che è attualmente lo standard industriale, è: 2NaOH + Cl₂ → NaClO + NaCl + H₂O. Questo processo utilizza una soluzione di idrossido di sodio per assorbire il cloro gassoso, generando una soluzione di ipoclorito di sodio con applicazioni commerciali, raggiungendo così il duplice obiettivo di trattare i gas di scarico e produrre sottoprodotti.
Considerando le condizioni operative della produzione cloro-alcalina, l'attuale sistema di trattamento ad assorbimento di soluzioni cloro-alcaline presenta quattro problematiche principali che incidono direttamente sull'efficacia del controllo ambientale e sulla sicurezza della produzione, come descritto di seguito:
| Problema | Descrizione | Impatto e rischi |
| Efficienza insufficiente della torre di assorbimento | Durante le fasi transitorie di avvio e arresto, il volume della torre di assorbimento e la densità di nebulizzazione risultano insufficienti, e la capacità delle pompe di circolazione e degli scambiatori di calore è limitata, con conseguenti reazioni di assorbimento incomplete. | In caso di incidente, grandi quantità di gas cloro che fuoriescono non possono essere gestite efficacemente, il che indebolisce le capacità di intervento in caso di emergenza e può portare a incidenti per la sicurezza e l'ambiente. |
| Fluttuazioni significative nel sistema di scarico | La concentrazione e la portata dei gas di scarico contenenti cloro fluttuano significativamente a causa dei processi a monte; l'efficienza di assorbimento diminuisce drasticamente quando la concentrazione della soluzione alcalina è insufficiente; l'ipoclorito di sodio si decompone ad alte temperature, rilasciando calore e ossigeno, creando un circolo vizioso. | L'instabilità dell'efficienza di assorbimento del cloro comporta rischi di non conformità agli standard di trattamento e di perdite di cloro: il sistema è soggetto a perdita di controllo, con conseguenti incidenti di sicurezza. |
| Durezza dell'acqua eccessivamente elevata | L'acqua di produzione/circolazione non addolcita diluisce la soluzione alcalina; gli ioni di calcio e magnesio presenti nell'acqua dura reagiscono formando sali insolubili. L'evaporazione dell'acqua e le reazioni esotermiche causano la precipitazione dei sali, che si accumulano negli scambiatori di calore, nei sistemi di nebulizzazione e in altri componenti. | L'efficienza dello scambio termico diminuisce e il consumo di acqua di raffreddamento aumenta significativamente: nei casi più gravi, le tubature si ostruiscono, causando arresti imprevisti del sistema; ciò incrementa i costi di manutenzione e le perdite dovute ai tempi di inattività. |
| Problemi di corrosione dei materiali delle condotte | Le tubature in acciaio al carbonio che trasportano cloro sono soggette a una grave corrosione da parte del cloro gassoso umido; anche in ambienti asciutti, il funzionamento prolungato può portare alla formazione di cloruro ferrico a causa della temperatura e delle sollecitazioni. L'idrolisi del cloruro ferrico produce idrossido ferrico, che entra nella torre di assorbimento e fa sì che l'ipoclorito di sodio diventi rosso. | Riduzione del contenuto di cloro disponibile e della stabilità di stoccaggio; la corrosione delle condotte riduce la durata utile delle apparecchiature e, nei casi più gravi, provoca incidenti dovuti a perdite. |
Per ovviare ai suddetti difetti di produzione, abbiamo sviluppato un piano di miglioramento tecnico sistematico e mirato, basato sui principi di processo e sulle caratteristiche operative delle apparecchiature, al fine di migliorare in modo completo la stabilità, la sicurezza e l'efficienza di utilizzo delle risorse del sistema di trattamento dei gas di scarico.
È stato aggiunto un serbatoio di stoccaggio di ipoclorito di sodio ad alta pressione per alimentare continuamente la torre di assorbimento secondaria con il liquido di assorbimento tramite flusso per gravità, consentendo una reazione secondaria completa con il cloro gassoso residuo. Questa configurazione estende il tempo di contatto gas-liquido, migliora l'efficienza di assorbimento del cloro, riduce il consumo di alcali, inibisce la decomposizione dell'ipoclorito di sodio, stabilizza il potenziale redox e garantisce la qualità del prodotto. Il tradizionale processo di assorbimento a singolo stadio di fine linea è stato aggiornato a un sistema di serbatoi di stoccaggio tampone con un notevole dislivello, integrando molteplici funzioni come il tamponamento di emergenza, la reazione profonda e l'alimentazione a pressione costante. Sfruttando il sistema DCS per ottenere un controllo intelligente automatizzato, è stato implementato un sistema operativo a doppia modalità: "trattamento omogeneo durante la normale produzione" e "sfiato di emergenza in caso di incidente". Ciò rafforza la capacità del sistema di rispondere alle fluttuazioni operative e agli incidenti improvvisi, trasformando il trattamento dei gas di scarico da un processo passivo di fine linea a un modello integrato di controllo attivo del processo e recupero delle risorse.
Il limite inferiore per la concentrazione della soluzione alcalina circolante (NaOH) è stato esplicitamente innalzato da un ampio valore empirico a non meno del 6,0%, migliorando così la capacità tampone chimica del sistema e la tolleranza ai guasti operativi. Durante l'implementazione, un analizzatore di concentrazione alcalina online (o un pHmetro/conduttimetro ad alta precisione) è installato sul tubo di uscita principale della pompa di circolazione dell'alcali (in una sezione con temperatura stabile e miscelazione uniforme). I segnali di misurazione vengono trasmessi in tempo reale tramite un segnale 4-20 mA al sistema DCS. Il programma della sala di controllo confronta continuamente il valore misurato con il valore target impostato di ≥6,0% e implementa un meccanismo di risposta di sicurezza a due livelli: un allarme acustico e visivo viene attivato quando la concentrazione si avvicina al valore target; se scende ulteriormente al di sotto del limite inferiore, il programma di rifornimento di alcali viene attivato automaticamente, aprendo proporzionalmente la valvola di rifornimento di alcali concentrato al 32%. Se il sistema è dotato di un dispositivo di diluizione con acqua pura, la valvola di diluizione viene regolata simultaneamente per evitare fluttuazioni significative della concentrazione. Dopo che l'integratore alcalino è stato miscelato dalla pompa di circolazione, viene nuovamente misurato dallo strumento in linea, formando un sistema di controllo a circuito chiuso fino a quando la concentrazione non ritorna nell'intervallo specificato.
La fonte d'acqua per la preparazione e il rifornimento dell'alcali nel sistema di trattamento dei gas di scarico viene completamente sostituita dall'acqua di processo contenente minerali con acqua purificata avente una conduttività <10 μS/cm e una concentrazione totale di ioni calcio e magnesio ≤0,50 mg/L. Ciò elimina Ca²⁺, Mg²⁺ e altri ioni alla fonte, prevenendo la formazione di incrostazioni come CaCO₃ e Mg(OH)₂ su superfici come i distributori di nebulizzazione.
1) Realizzazione di una rete di tubazioni dedicata per acqua pura: le tubazioni, realizzate in UPVC, PPH o acciaio inox 316L, sono collegate all'uscita dell'acqua di prodotto degli impianti di osmosi inversa o scambio ionico, isolando fisicamente il sistema dal sistema di produzione dell'acqua. Un conduttimetro e un flussometro online sono installati all'ingresso della rete di tubazioni. I dati vengono caricati in tempo reale nel sistema DCS; quando la conducibilità supera il limite, il sistema interrompe automaticamente l'erogazione dell'acqua e attiva un allarme, garantendo che la qualità dell'acqua di reintegro rispetti costantemente gli standard.
2) Miscelazione precisa e prevenzione delle incrostazioni: il serbatoio di preparazione della soluzione alcalina utilizza una valvola di controllo elettrica collegata a un misuratore di portata massica per miscelare automaticamente e con precisione l'acqua purificata con soda caustica liquida al 32%. Al serbatoio di circolazione è aggiunto un ramo di acqua di reintegro micro-continuo, interconnesso con i parametri di livello, temperatura e cristallizzazione. Il sistema DCS regola dinamicamente il volume dell'acqua di reintegro in base alla differenza di temperatura dello scambiatore di calore, alla caduta di pressione dello spruzzo e alla portata di circolazione, mantenendo i sali in uno stato di sottosaturazione. Ciò consente una prevenzione continua e a bassa intensità delle incrostazioni, evita le perturbazioni causate dai tradizionali lavaggi ad alto volume e stabilizza la distribuzione dello spruzzo, l'efficienza del trasferimento di calore e le condizioni operative della pompa di circolazione, estendendo così i cicli di funzionamento continuo.
Il funzionamento stabile ed efficiente dell'unità di trattamento dei gas di scarico di cloro è una garanzia fondamentale per una produzione conforme e uno sviluppo sostenibile nell'industria cloro-alcalina, e ha un impatto anche sull'ambiente circostante, sulla salute e sulla sicurezza pubblica. Per ovviare alle carenze dei tradizionali processi di assorbimento con soluzioni caustiche, misure di ottimizzazione, come l'aggiunta di un sistema tampone elevato, l'ottimizzazione dei parametri di controllo automatizzato, l'ammodernamento del sistema di approvvigionamento di acqua purificata e l'implementazione di misure di prevenzione alla fonte di incrostazioni e corrosione, possono risolvere efficacemente le problematiche produttive esistenti. Queste misure consentono un trattamento efficiente e conforme delle emissioni di gas di cloro, migliorano la qualità dei sottoprodotti e garantiscono un funzionamento stabile del sistema a lungo termine, raggiungendo così un trattamento efficiente delle emissioni di gas di cloro nell'industria chimica cloro-alcalina.
Domande frequenti:
1. Chi siamo?
La nostra sede si trova ad Anhui, in Cina, e operiamo dal 2011. Vendiamo nel Sud-est asiatico, in Nord America, nell'Europa orientale e nell'Asia meridionale.
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