СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ХЛОРА, КАУСТИЧЕСКОЙ СОДЫ И ВОДОРОДА Российский патент 2014 года по МПК C25B1/46 

Настоящее изобретение относится к способу производства хлора, гидроксида щелочного металла и водорода и устройству для осуществления такого способа.

Производство хлора как такового хорошо изучено. Хлор может быть произведен электролизом раствора хлорида натрия (рассола), при этом в качестве побочных продуктов образуются гидроксид натрия и водород. В другом известном способе хлор получают электролизом раствора хлорида калия, в качестве побочных продуктов образуются едкое кали (гидроксид калия) и водород. Такие способы производства хлора обычно осуществляют на установках крупномасштабного производства хлора; им свойственны недостатки, к которым относятся большое количество технологических стадий, использование большого числа единиц оборудования, потребность в большом внимании управляющего персонала и частое техническое обслуживание. В этом отношении отмечено, что типичная установка крупномасштабного производства хлора состоит из отдельных блоков для хранения и манипулирования солью; для производства и обработки рассола; множества стадий удаления из рассола щелочных осадков; множества одновременно работающих электролитических ячеек; стадий охлаждения и сушки хлора; стадий сжатия и сжижения хлора; хранения, отгрузки и распределения жидкого хлора; перегрузки, выпаривания, хранения, отгрузки и распределения гидроксида щелочного металла; и обработки, перегрузки, сжатия, хранения, отгрузки и распределения водорода.

Например, патент US 4190505 относится к способу электролиза хлорида натрия, содержащего комплекс цианида железа, в электролитической ячейке, разделенной на анодную камеру и катодную камеру катионообменной мембраной, и использованию хлорида натрия, содержащего комплекс цианида железа, в качестве исходного материала. Комплекс цианида железа удаляют посредством стадии окислительного разложения, на которой может быть использован любой окислитель, общеизвестный в данной области, в том числе, например, хлор, гипохлорит натрия, пероксид водорода, хлорат натрия, хромат калия и перманганат калия. Хлор и/или гипохлорит натрия являются наиболее предпочтительными. В этом патенте описана технологическая схема типичного устройства, включающего электролитическую ячейку с катодной камерой и резервуаром для католита, где водный раствор каустической соды циркулирует между указанной катодной камерой и резервуаром для католита. В указанном резервуаре для католита католит разделяют на водный раствор каустической соды и водород. Анолит циркулирует между анодной камерой и резервуаром для анолита. Газообразный хлор, отделенный от анолита, отводят, водный раствор хлорида натрия уменьшенной концентрации направляют в башню обесхлоривания. Для разбавления водного раствора хлорида натрия, отбираемого из башни обесхлоривания, вводят дополнительную воду. Указанный разбавленный раствор затем подают в резервуар для растворения хлорида натрия. Насыщенный водный раствор хлорида натрия подогревают, пропуская через теплообменник, и дополнительно нагревают паром в резервуаре окислительного разложения до 60°С или выше. После охлаждения этот раствор направляют в реакционный резервуар, где осуществляют его обработку добавками, такими как карбонат натрия, каустическая сода и т.д. Обработанный раствор затем последовательно проходит через фильтр и башню с хелатной смолой, где происходит удаление ионов кальция, ионов магния, ионов железа или других оставшихся растворенными в водном растворе хлорида натрия соединений и уменьшение их содержания до 0,1 части на миллион. Очищенный таким образом, по существу, насыщенный водный раствор хлорида натрия подают в резервуар для анолита.

Способ и устройство, соответствующие US 4190505, являются примером способа и устройства, отличающихся сложностью и потребностью в большом числе единиц оборудования. Следовательно, нужно большое внимание управляющего персонала и частое техническое обслуживание. Помимо сложности таких способов крупномасштабного производства отмечено, что существенную часть производимого хлора необходимо транспортировать по трубопроводу, по железной дороге или грузовым автотранспортом. В настоящее время такая транспортировка железнодорожным или автотранспортом обсуждается с точки зрения соответствующей охраны и безопасности. То есть явно ощущается потребность в небольших установках для производства хлора, пригодных для производства хлора, предназначенного к использованию на месте. В этом отношении отмечено, что к существующим сейчас установкам для мелкомасштабного производства хлора относятся небольшие установки для производства хлора на основе ртути, которые подлежат переоборудованию или закрытию в обозримом будущем из-за сопутствующих угроз здоровью и окружающей среде.

Обычные способы производства хлора путем мембранного электролиза, обычно осуществляемые на установках для крупномасштабного производства хлора (производство примерно от 100000 до 200000 тонн хлора в год), теоретически могут быть применены и в малом масштабе только для того, чтобы удовлетворить местный спрос. Однако, как только что было указано, такие способы сопряжены с использованием большого числа единиц оборудования, необходимостью пристального внимания управляющего персонала и частого технического обслуживания. Следовательно, если, например, в год нужно производить только около 5000-20000 тонн хлора, сложно осуществить такой способ рентабельно.

Ввиду этого задачей настоящего изобретения является обеспечение способа производства хлора, который экономически целесообразен при осуществлении на малотоннажной, предпочтительно, находящейся на месте потребления, установке для производства хлора. Еще одним объектом настоящего изобретения является обеспечение устройства для осуществления способа, соответствующего настоящему изобретению, автоматизированного до такой степени, что оно пригодно для дистанционного управления и требует минимального непосредственного внимания и поддержки. Неожиданно было обнаружено, что первая задача может быть решена путем использования определенной последовательности технологических стадий, составляющих простой процесс, пригодный для осуществления путем дистанционного управления. Следовательно, настоящее изобретение относится к способу производства хлора, гидроксида щелочного металла и водорода, каковой способ включает следующие стадии:

(а) приготовление рассола путем растворения источника хлорида щелочного металла в воде;

(b) удаление из рассола, полученного на стадии (а), щелочного осадка в присутствии пероксида водорода или в присутствии, самое большее, 5 мг/л активного хлора посредством фильтра из активированного угля и получение готового рассола;

(с) обработка, по меньшей мере, части готового рассола, полученного на стадии (b), на стадии ионообмена;

(d) обработка, по меньшей мере, части рассола, полученного на стадии (с), на стадии электролиза;

(е) выделение, по меньшей мере, части хлора, гидроксида щелочного металла, водорода и рассола, полученных на стадии (d);

(f) обработка, по меньшей мере, части рассола, полученного на стадии (d), на стадии обесхлоривания, осуществляемой в присутствии пероксида водорода; и

(g) рециркулирование, по меньшей мере, части обесхлоренного рассола, полученного на стадии (f), на стадию (а).

Преимущества способа настоящего изобретения заключаются в том, что он обеспечивает адекватное решение вопроса транспортировки и не требует использования ртути, в то же время предусматривает меньше технологических стадий, меньше единиц оборудования, более низкие давления, меньше внимания со стороны управляющего персонала и меньше технического обслуживания по сравнению с обычными способами производства хлора. Таким образом, благодаря настоящему изобретению, получен способ эффективного производства хлора, экономически рентабельный даже при осуществлении в малом масштабе. Следовательно, настоящее изобретение представляет собой значительное усовершенствование относительно известных способов производства хлора. Предпочтительно, хлорид щелочного металла является хлоридом натрия или хлоридом калия. Более предпочтительно, хлорид щелочного металла представляет собой хлорид натрия.

Соответственно, стадию (а) осуществляют в резервуаре или контейнере, где имеется источник хлорида щелочного металла, в каковой резервуар или контейнер добавляют воду. Этот контейнер, например, может представлять собой бетонный контейнер, на который нанесена пластиковая оболочка. Рассол, полученный в этом резервуаре или контейнере, затем выводят из резервуара и направляют на стадию (b). Другими словами, в соответствии с настоящим изобретением, хранение соли интегрировано в солерастворитель, тогда как в известных способах хранение соли и растворение соли обычно проходит в разных блоках. Отмечается, что термин «источник хлорида щелочного металла», используемый в настоящем документе, означает все источники соли, в которых более 95% вес. составляет хлорид щелочного металла. Такая соль надлежащим образом содержит более 99% вес. хлорида щелочного металла. Предпочтительно, эта соль содержит более 99,5% вес. хлорида щелочного металла, тогда как соль, содержащая более 99,9% вес. хлорида щелочного металла, является более предпочтительной (весовые проценты основаны на содержании сухого хлорида щелочного металла, хотя всегда присутствуют следовые количества воды). Еще более предпочтительно, источник хлорида щелочного металла представляет собой особо чистый хлорид щелочного металла, наиболее предпочтительно, особо чистый хлорид натрия вакуумной очистки или другой источник хлорида натрия аналогичной чистоты. Предпочтительно, источник хлорида щелочного металла не содержит комплекса цианида железа, такого как ферроцианид калия, феррицианид калия, ферроцианид натрия, феррицианид натрия, так как они могут оказывать отрицательное влияние на энергопотребление процесса электролиза. Однако, если бы такой комплекс цианида железа неизбежно присутствовал в источнике хлорида щелочного металла, он бы не окислялся активным хлором, поскольку активный хлор уже был удален до того, как мог бы вступить в контакт с комплексом цианида железа.

Рассол, полученный на стадии (а), предпочтительно, содержит, по меньшей мере, 200 г/л хлорида щелочного металла. Более предпочтительно, рассол содержит 300-310 г/л хлорида щелочного металла, наиболее предпочтительно, рассол представляет собой насыщенный раствор хлорида щелочного металла. Стадия (а) надлежащим образом может быть осуществлена при температуре самое большее 80°С. С другой стороны, температура на стадии (а) надлежащим образом может быть, по меньшей мере, комнатной температурой. Предпочтительно, стадию (а) осуществляют при температуре в диапазоне от 20 до 80°С. Вообще, стадию (а) осуществляют при атмосферном давлении, хотя могут быть приложены более высокие давления, как ясно специалистам в данной области. Отмечается, что источник хлорида щелочного металла, предпочтительно, подбирают так, чтобы не было необходимости в обработке рассола, приготовленного на стадии (а) на обычной стадии очистки рассола, как, например, описано в US 4242185, до его направления на стадию (b). Другими словами, в настоящем изобретении, предпочтительно, отсутствует стадия очистки рассола, на которой рассол смешивают с обычно используемыми веществами для очистки рассола, такими как, например, фосфорная кислота, карбонаты щелочных металлов, бикарбонаты щелочных металлов, фосфаты щелочных металлов, кислые фосфаты щелочных металлов или их смеси.

Температура на стадии (b) надлежащим образом может составлять самое большее 80°С. С другой стороны, температура может составлять, по меньшей мере, 20°С. Предпочтительно, стадию (b) осуществляют при температуре в диапазоне от 20 до 80°С. Давление на стадии (b) надлежащим образом составляет, по меньше мере, 2 бар абс., предпочтительно, по меньшей мере, 4 бар абс. С другой стороны, давление на стадии (b) надлежащим образом составляет самое большее 10 бар абс., предпочтительно, самое большее 6 бар абс. Давление на стадии (b), предпочтительно, соответствует диапазону от 2 до 10 бар абс., более предпочтительно, диапазону от 4 до 8 бар абс. На стадии (b) щелочной осадок удаляют из рассола, полученного на стадии (а), в присутствии пероксида водорода или в присутствии, самое большее, 5 мг/л активного хлора при помощи фильтра из активированного угля, полученный раствор выделяют. В соответствии с настоящим изобретением, количество ионов щелочных металлов может быть значительно уменьшено относительно их количества в рассоле, полученном на стадии (а). В такой щелочной осадок входит, например, гидроксид железа, гидроксид алюминия, гидроксид магния и другие гидроксиды металлов. Количество Fe³⁺, присутствующее в рассоле, на стадии (b) может быть уменьшено до количества в диапазоне от 10 до 200 мкг/л, тогда как количество Mg²⁺, присутствующее в рассоле, на стадии (b) может быть уменьшено до количества в диапазоне от 300 до 1000 мкг/л. На стадии (b) фильтр из активированного угля также может быть использован для химического разложения и/или удаления следов пероксида водорода и/или для удаления следов хлора, все еще присутствующего в рассоле после стадии (f). Таким образом, ионообменная смола, используемая на стадии (с), может быть надлежащим образом предохранена. В этом отношении наблюдается, что в известных способах такие следовые количества удаляют при помощи последовательности из двух обычных фильтров, например, относящихся к фильтрам намывного типа или мембранного типа. Угольные фильтры иногда используют в способах производства хлора. Например, в US 4242185 описано, что активированный уголь или активированный древесный уголь может быть использован для разложения остаточного хлора в рециркулируемом потоке обедненного рассола. Однако неожиданно было обнаружено, что при использовании в соответствии с настоящим изобретением угольный фильтр также значительно уменьшает количество ионов щелочных металлов относительно количества в рассоле, полученном на стадии (а).

Соответственно, любой фильтр из активированного угля может быть использован в соответствии с настоящим изобретением. Предпочтительно, используемый активированный уголь может представлять собой гранулированный активированный уголь на основе промытого кислотой ископаемого угля или активированный уголь с повышенной каталитической активностью, чтобы гарантировать, что пероксид водорода и необязательно любой активный хлор будут полностью разрушены и не смогут воздействовать на ионообменную смолу, используемую на стадии (с). Соответственно, количество рассола, которое может быть пропущено через фильтр за час, лежит в диапазоне от 1 до 30 объемов фильтра/час, предпочтительно, в диапазоне от 8 до 15 объемов фильтра/час.

Отмечается, что стадия физического обесхлоривания (например, при помощи башни обесхлоривания) может не использоваться в способе настоящего изобретения.

На стадии (с) осуществляют ионообменную обработку с целью уменьшения количества щелочноземельных металлов, присутствующих в рассоле, до диапазона частей на миллиард. Количество ионов М²⁺ (М=металл), таких как ионы Ca²⁺ и Mg²⁺, может быть уменьшено до значения в диапазоне от 0 до 20 частей на миллиард, тогда как количество ионов стронция может быть уменьшено до уровня менее 50 частей на миллиард. Соответственно, на стадии ионообмена используют две или более ионообменных колонны, каковые ионообменные колонны могут быть использованы поочередно. В указанных колоннах могут быть использованы известные ионообменные смолы, предпочтительно, ионообменные хелатные смолы, такие как, например, Lewatit® TP208 или Abmerlite® IRC748. Соответственно, количество рассола, которое может быть пропущено через каждую из ионообменных колонн, лежит в диапазоне от 10 до 40 объемов колонны/час, предпочтительно, от 15 до 30 объемов колонны/час. Температура на стадии (с) надлежащим образом может составлять самое большее 80°С. С другой стороны, стадия (с) надлежащим образом может быть проведена при температуре, по меньшей мере, 20°С. Предпочтительно, стадию (с) осуществляют при температуре в диапазоне от 20 до 80°С. Стадия (с) надлежащим образом может быть проведена при давлении самое большее 8 бар абс., предпочтительно, самое большее 5 бар абс., более предпочтительно, самое большее, 3,5 бар абс. С другой стороны, стадия (с) надлежащим образом может быть проведена при давлении, по меньшей мере, 1 бар абс., предпочтительно, по меньшей мере, 2,5 бар абс. Предпочтительно, стадию (с) осуществляют при давлении в диапазоне от 1 до 5 бар абс., более предпочтительно, в диапазоне от 2,5 до 3,5 бар абс.

На стадии (d), по меньшей мере, часть рассола, полученного на стадии (с), подвергают обработке на стадии электролиза, на каковой стадии образуются хлор, гидроксид щелочного металла и водород. Транспорт рассола со стадии (а) до стадии (d) может быть с успехом осуществлен только одним насосом. Между стадией (с) и стадией (d) в рассол, полученный на стадии (с), предпочтительно, добавляют соляную кислоту. Стадию мембранного электролиза в соответствии с настоящим изобретением надлежащим образом осуществляют, используя только один электролизер вместо двух или более электролизеров, как в случае обычных способов производства хлора. Электролизер на стадии (d) может представлять собой любой тип электролизера, который обычно используют на стадии мембранного электролиза. Например, пригодный электролизер описан в ЕР1766104(А1). Стадию (d) надлежащим образом осуществляют при температуре, самое большее 95°С, предпочтительно, самое большее 90°С. С другой стороны, стадию (d) надлежащим образом осуществляют при температуре, по меньшей мере, 50°С, предпочтительно, по меньшей мере, 85°С. Предпочтительно, стадию (d) осуществляют при температуре в диапазоне от 50 до 95°С, предпочтительно, при температуре в диапазоне от 80 до 90°С. Стадию (d) надлежащим образом осуществляют при давлении самое большее 2 бар абс., предпочтительно, самое большее, 1,5 бар абс. С другой стороны, стадию (d) надлежащим образом осуществляют при давлении, по меньшей мере, 1 бар абс. Предпочтительно, стадию (d) надлежащим образом осуществляют при давлении в диапазоне от 1 до 2 бар абс., предпочтительно, при давлении в диапазоне от 1,0 до 1,5 бар абс.

На стадии (е) способа настоящего изобретения, по меньшей мере, часть хлора, гидроксида щелочного металла, водорода и рассола после стадии (d) выделяют. Предпочтительно, большую часть хлора, гидроксида щелочного металла, водорода и рассола после стадии (d) выделяют на стадии (е). С этой целью установка для электролиза, используемая на стадии (d), должна иметь выходное отверстие для хлора, выходное отверстие для гидроксида щелочного металла, выходное отверстие для водорода и выходное отверстие для рассола.

По меньшей мере, часть рассола, извлеченного на стадии (е), обрабатывают на стадии обесхлоривания. Предпочтительно, большую часть рассола, более предпочтительно, весь рассол, извлеченный на стадии (е), обрабатывают на стадии обесхлоривания (f). Предпочтительно, стадия обесхлоривания представляет собой стадию химического обесхлоривания, которое осуществляют при помощи пероксида водорода. Предпочтительно, помимо пероксида водорода в рассол, извлеченный на стадии (е), также добавляют раствор хлорида щелочного металла (рассол). Стадия (f), в соответствии с настоящим изобретением, имеет преимущество, заключающееся в том, что обесхлоривание может быть осуществлено с использованием только одной стадии химического обесхлоривания, тогда как в известных способах производства хлора необходимы стадии и физического, и химического обесхлоривания. В известных способах удаление хлора из рассола обычно проводят за две стадии, например на первой стадии путем вакуумного обесхлоривания или отгонки воздухом, а затем на стадии химического обесхлоривания, где обычно применяют сульфит натрия или бисульфит натрия. Однако сульфиту или бисульфиту натрия присущ недостаток, заключающийся в том, что они вступают в реакцию с хлором с образованием хлорида натрия и сульфата натрия, каковой сульфат натрия затем нужно удалять из рассола физическими способами, например посредством нанофильтрации с последующим удалением и/или осаждением сульфата натрия. Рассол, подлежащий обесхлориванию на стадии (f), надлежащим образом содержит 200 г/л хлорида натрия, предпочтительно, самое большее 220 г/л хлорида натрия. С другой стороны, рассол, подлежащий обесхлориванию на стадии (f), надлежащим образом содержит, по меньшей мере, 160 г/л хлорида натрия, предпочтительно, по меньшей мере, 200 г/л хлорида натрия. На стадии (f) подлежащий обесхлориванию рассол, предпочтительно, содержит 160-240 г/л хлорида натрия, более предпочтительно, 200-220 г/л хлорида натрия.

Стадию (f) надлежащим образом осуществляют при температуре, самое большее, 95°С, предпочтительно, самое большее 90°С. С другой стороны, стадию (f) надлежащим образом осуществляют при температуре, по меньшей мере, 50°С, предпочтительно, по меньшей мере, 85°С. Предпочтительно, стадию (f) осуществляют при температуре в диапазоне от 50 до 95°С, более предпочтительно, при температуре в диапазоне от 85 до 90°С. Стадию (f) надлежащим образом осуществляют при давлении, самое большее, 3-6 бар абс., предпочтительно, самое большее 2,5 бар абс. С другой стороны, стадию (f) надлежащим образом осуществляют при давлении, по меньшей мере, 1 бар абс., предпочтительно, по меньшей мере, 1,2 бар абс. Предпочтительно, стадию (f) осуществляют при давлении в диапазоне от 1 до 3 бар абс., более предпочтительно, при давлении в диапазоне от 1,2 до 2,5 бар абс.

В способе настоящего изобретения, по меньшей мере, часть обесхлоренного рассола, полученного на стадии (f), на стадии (g) рециркулируют на стадию (а). Предпочтительно, более 50% обесхлоренного рассола, полученного на стадии (f), на стадии (g) рециркулируют на стадию (а). Более предпочтительно, весь обесхлоренный рассол, полученный на стадии (f), на стадии (g) рециркулируют на стадию (а).

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения пероксид водорода используют на стадии обесхлоривания в таком количестве, что рассол, рециркулируемый на стадии (g), содержит, самое большее, 5 мг пероксида водорода на литр указанного рассола, более предпочтительно, самое большее, 3 мг пероксида водорода на литр указанного рассола, наиболее предпочтительно, самое большее, 1 мг пероксида водорода на литр указанного рассола. В другом предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения пероксид водорода используют на стадии обесхлоривания в таком количестве, что рассол, рециркулируемый на стадии (g), содержит, самое большее, 5 мг активного хлора на литр указанного рассола, более предпочтительно, самое большее, 3 мг активного хлора на литр указанного рассола, наиболее предпочтительно, самое большее, 1 мг активного хлора на литр указанного рассола (при этом содержание активного хлора отражает общую концентрацию хлорсодержащих окислителей, присутствующих в растворе).

Главным преимуществом способа настоящего изобретения является то, что его можно осуществить, используя дистанционное управление, что позволяет значительно уменьшить затраты времени и внимания управляющего персонала. Следовательно, настоящий способ, предпочтительно, осуществляют, используя дистанционное управление. Кроме того, этот способ пригоден для осуществления в малом масштабе. Следовательно, этот способ обычно осуществляют на установке маломасштабного производства хлора максимальной производительностью 3000-20000 метрических тонн хлора в год, предпочтительно, 10000-17000 метрических тонн хлора в год.

Неожиданно было обнаружено, что вторая задача изобретения решается путем использования особого устройства с дистанционным управлением.

Следовательно, настоящее изобретение также относится к управляемому с помощью компьютера устройству для осуществления способа, соответствующего настоящему изобретению, в которое входит резервуар (2) для источника хлорида щелочного металла; фильтрующий элемент (7), сообщающийся с резервуаром; ионообменный элемент (9), сообщающийся с фильтрующим элементом; электролитический элемент (11), сообщающийся с ионообменным элементом, в каковом электролитическом элементе имеется выходное отверстие для хлора (12), выходное отверстие для гидроксида щелочного металла (14), выходное отверстие для водорода (13) и выходное отверстие для рассола (15); первый насос (5) для транспортировки рассола из резервуара в электролитический элемент; необязательно второй насос (18) для транспортировки обесхлоренного рассола из электролитического элемента в резервуар; один или более из указанных элементов снабжены одним или более датчиком для наблюдения за одним или более параметром процесса, таким как температура, давление, напряжение или сила тока, каковые датчики соединены с одним или более первым компьютером, каковой первый компьютер связан с одним или более вторым компьютером в центре управления посредством сети передачи данных, каковой центр управления удален от электролитического элемента. Указанный первый компьютер(ы) представляет(ют) собой компьютер(ы), который(е) осуществляет(ют) управление и обеспечение безопасности устройства. Предпочтительно, указанный первый компьютер(ы) расположен(ы) в непосредственной близости от электролизера, то есть там же, где устройство. Указанный второй компьютер(ы), производящий(е) наблюдение и анализ параметров процесса и управление осуществлением способа настоящего изобретения, предпочтительно, при участии одного или более квалифицированного оператора устройства для производства хлора, расположен(ы) в центре управления, удаленном от устройства. Центр управления может быть удален от устройства (то есть установки электролиза), но все же находится на той же производственной площадке, что и само устройство. Однако в предпочтительном варианте осуществления изобретения центр управления находится на другой площадке, которая может быть расположена в той же стране, но также может находиться в другой стране или даже на другом континенте. Предпочтительно, центр управления находится на производственной площадке крупной традиционной установки электролиза. Таким образом, установка находится под наблюдением и управлением квалифицированных операторов производства хлора, таким образом гарантируется бесперебойная и безотказная подача хлора туда, где он нужен. Сеть передачи данных, посредством которой соединены первый и второй компьютеры, например, может представлять собой Интернет. В качестве альтернативы, эта сеть передачи данных может представлять собой экстрасеть или интрасеть.

Указанные датчики указанных элементов (т.е. фильтровального элемента, ионообменного элемента и/или указанного электролитического элемента) являются частью системы наблюдения, обычно используемой в области диспетчерского управления работой электролитической установки. Пригодная система наблюдения, например, описана в US 6591199.

Резервуар (2) и/или электролизер (11), предпочтительно, оборудованы, по меньшей мере, одной фотовидеокамерой и аппаратурой для измерения плотности для наблюдения за осуществлением стадии (а). Указанная(ые) фотовидеокамера(ы) и аппаратура для измерения плотности, предпочтительно, также соединены с указанным первым компьютером(ами) и далее, через сеть передачи данных, соединены с указанным вторым компьютером(ами) центра управления. Устройство с компьютерным управлением для осуществления способа, соответствующего настоящему изобретению, предпочтительно, представляет собой установку маломасштабного производства хлора с максимальной производительностью 3000-20000 метрических тонн хлора в год, более предпочтительно, 10000-17000 метрических тонн хлора в год. Указанное устройство, предпочтительно, является настолько компактным, насколько это возможно. Отмечается, что в устройстве, соответствующем настоящему изобретению, наиболее предпочтительно, отсутствует элемент для физического обесхлоривания (например, башня обесхлоривания).

На фиг.1 схематически показано осуществление способа настоящего изобретения.

По каналу (1) хлорид щелочного металла подают в резервуар (2) и хранят в нем, этот хлорид щелочного металла растворяют посредством воды, которую подают в резервуар (2) по каналу (3), и/или обедненного рассола, который подают в резервуар (2) по каналу (19). Соль, предпочтительно, подают в резервуар (2) непосредственно из грузовика, железнодорожного вагона или с ленточного транспортера. Полученный таким образом рассол выводят из резервуара (2) по выпускному каналу (4) и направляют в насос (5) для транспортировки рассола по каналу (6) в первый фильтр (7) из активированного угля. Рассол, полученный после первого фильтра (7) из активированного угля, затем направляют по каналу (8) в ионообменные колонны (9), после которых рассол подают в электролизер (11) по каналу (10). В канале (10) к рассолу добавляют соляную кислоту по каналу (22). В электролизере рассол преобразуют в хлор, водород, раствор хлорида щелочного металла и обедненный раствор хлорида щелочного металла. По меньшей мере, часть хлора, полученного в электролизере (11), отводят по каналу (12), по меньшей мере, часть полученного водорода отводят по каналу (13), по меньшей мере, часть гидроксида щелочного металла отводят по каналу (14). Полученный обедненный раствор хлорида щелочного металла отводят из электролизера (11) по каналу (15) и подают/направляют на хранение в резервуар (16). Из резервуара (16) поток обедненного раствора хлорида щелочного металла затем подают по каналу (17), необязательно через насос (18), предназначенный для транспортировки обедненного раствора хлорида щелочного металла по каналу (19), в резервуар (2). Наличие насоса (18) не является обязательным. Также возможно и, по существу, предпочтительно направлять поток обедненного раствора хлорида щелочного металла из электролизера (11) по каналу (17) в резервуар (2) самотеком. В канале (17) к рассолу добавляют гидроксид щелочного металла по каналу (20) и пероксид водорода по каналу (21) с целью химического обесхлоривания рассола. Резервуар (2), угольный фильтр (также именуемый фильтровальный элемент) (7), ионообменные колонны (также именуемые ионообменные элементы) (9), электролизер (также именуемый электролитический элемент) (11) и/или резервуар (16) оборудованы одним или более датчиком для наблюдения за одним или более параметром процесса, таким как температура, давление, напряжение или сила тока. Указанные датчики соединены с одним или более первым компьютером, указанный первый компьютер посредством сети передачи данных связан с одним или более вторым компьютером, находящимся в центре управления, каковой центр управления удален от электролитического элемента.

Преимуществом устройства с компьютерным управлением для осуществления способа, соответствующего настоящему изобретению, является его компактность, поскольку пара технологических стадий, осуществляемых в обычных способах электролиза, исключены, и теперь процесс проводят на более простом оборудовании.

Изобретение относится к способу производства хлора, гидроксида щелочного металла и водорода и устройству с компьютерным управлением для осуществления заявленного способа, при этом способ включает следующие стадии: (а) приготовление рассола путем растворения источника хлорида щелочного металла в воде; (b) удаление из рассола, полученного на стадии (а), щелочного осадка в присутствии пероксида водорода или в присутствии, самое большее, 5 мг/л активного хлора посредством фильтра из активированного угля и получение готового рассола; (с) обработка, по меньшей мере, части готового рассола, полученного на стадии (b), на стадии ионообмена; (d) обработка, по меньшей мере, части рассола, полученного на стадии (с), на стадии электролиза; (е) выделение, по меньшей мере, части хлора, гидроксида щелочного металла, водорода и рассола, полученных на стадии (d); (f) обработка, по меньшей мере, части рассола, полученного на стадии (е), на стадии обесхлоривания, осуществляемой в присутствии пероксида водорода; и (g) рециркулирование, по меньшей мере, части обесхлоренного рассола, полученного на стадии (f), на стадию (а). Технический результат заключается в обеспечении экономически целесообразного способа производства хлора, автоматизированного до такой степени, что оно пригодно для дистанционного управления и требует минимального непосредственного внимания и поддержки. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ производства хлора, гидроксида щелочного металла и водорода, каковой способ включает следующие стадии:
(а) приготовление рассола путем растворения источника хлорида щелочного металла в воде;
(b) удаление из рассола, полученного на стадии (а), щелочного осадка в присутствии пероксида водорода или в присутствии, самое большее, 5 мг/л активного хлора посредством фильтра из активированного угля и получение готового рассола;
(с) обработка, по меньшей мере, части готового рассола, полученного на стадии (b), на стадии ионообмена;
(d) обработка, по меньшей мере, части рассола, полученного на стадии (с), на стадии электролиза;
(е) выделение, по меньшей мере, части хлора, гидроксида щелочного металла, водорода и рассола, полученных на стадии (d);
(f) обработка, по меньшей мере, части рассола, полученного на стадии (е), на стадии обесхлоривания, осуществляемой в присутствии пероксида водорода; и
(g) рециркулирование, по меньшей мере, части обесхлоренного рассола, полученного на стадии (f), на стадию (а).

2. Способ по п.1, в котором стадию (а) осуществляют в резервуаре, в котором имеется источник хлорида щелочного металла, в каковой резервуар добавляют воду, и полученный таким образом рассол затем выводят из резервуара.

3. Способ по п.1 или 2, в котором рассол, приготовленный на стадии (а), представляет собой насыщенный раствор хлорида натрия.

4. Способ по п.1 или 2, в котором стадию (а) осуществляют при температуре в диапазоне от 20 до 80 °С.

5. Способ по п.1 или 2, в котором стадию (b) осуществляют при температуре в диапазоне от 20 до 80 °С и давлении в диапазоне от 1 до 10 бар абс.

6. Способ по п.1 или 2, в котором стадию (с) осуществляют при температуре в диапазоне от 20 до 80 °С и давлении в диапазоне от 1 до 10 бар абс.

7. Способ по п.1 или 2, в котором стадию (d) осуществляют при температуре в диапазоне от 80 до 90 °С и давлении в диапазоне от 1,0 до 2 бар абс.

8. Способ по п.1 или 2, в котором стадию (f) осуществляют при температуре в диапазоне от 80 до 90 °С и давлении в диапазоне от 1 до 3 бар абс.

9. Способ по п.1 или 2, в котором рассол на стадии (f) содержит 170-240 г/л хлорида щелочного металла.

10. Способ по п.1 или 2, в котором хлорид щелочного металла представляет собой хлорид натрия, а гидроксид щелочного металла представляет собой гидроксид натрия, или хлорид щелочного металла представляет собой хлорид калия, а гидроксид щелочного металла представляет собой гидроксид калия.

11. Устройство с компьютерным управлением для осуществления способа по любому из пп.1-10, в которое входит резервуар для источника хлорида щелочного металла; фильтрующий элемент, сообщающийся с этим резервуаром; ионообменный элемент, сообщающийся с фильтрующим элементом; электролитический элемент, сообщающийся с ионообменным элементом, в каковом электролитическом элементе имеется выходное отверстие для хлора, выходное отверстие для гидроксида щелочного металла, выходное отверстие для водорода и выходное отверстие для рассола; первый насос для транспортировки рассола из резервуара в электролитический элемент; необязательно второй насос для транспортировки обесхлоренного рассола из электролитического элемента в резервуар; один или более из указанных элементов снабжены одним или более датчиком для наблюдения за одним или более параметром процесса, таким как температура, давление, напряжение или сила тока, каковые датчики соединены с одним или более первым компьютером, каковой первый компьютер связан с одним или более вторым компьютером в центре управления посредством сети передачи данных, каковой центр управления удален от электролитического элемента.