3.1.1.1 Phương pháp công nghệ:
- Sản xuất xút 32% NaOH theo phương pháp điện phân nước muối trong thùng điện phân có màng trao đổi ion. Quá trình điện phân xảy ra theo phương trình phản ứng:
2NaCl + 2H2O → 2NaOH + Cl2 + H2
- Sản xuất axit clohydric HCl 32% từ khí Cl2 và H2 sinh ra trong quá trình điện phân sản xuất xút như trên: Khí H2 và Cl2 được đưa qua hệ thống tổng hợp, phản ứng tạo khí HCl xảy ra theo phương trình phản ứng:
H2 + Cl2 → 2 HCl
Khí HCl sau đó được hấp thụ bằng nước vô khoáng và tạo thành dung dịch axit clohydric nồng độ 32% HCl.
3.1.1.2 Sơ đồ dây chuyền sản xuất:
Phụ lục 1: Sơ đồ khối dây chuyền sản xuất của Nhà máy Hóa Chất Biên Hòa
a. Dây chuyền điện phân:
Dây chuyền điện phân gồm 6 công đoạn sản xuất chính là: công đoạn xử lý nước muối sơ cấp; công đoạn xử lý nước muối thứ cấp; công đoạn điện phân; công đoạn xử lý nước muối nghèo; công đoạn điều dụng xút và công đoạn điều dụng khí Clo và Hydro.
Công đoạn xử lý nước muối sơ cấp và thứ cấp:
Nguyên liệu muối từ kho chứa được đưa vào thiết bị hòa tan bằng băng tải. Nước muối đi từ dưới lên, qua cột muối đạt nồng độ bão hòa 310g/l. Tiếp đó, các ion Ca2+, Mg2+, SO42- có ảnh hưởng xấu đến quá trình điện phân, được phản ứng tạo kết tủa với Na2CO3, BaCl2, NaOH theo phản ứng:
Ca2+ + Na2CO3 → CaCO3↓ + 2Na+ Mg2+ + NaOH → Mg(OH)2↓ + 2Na+
Kết tủa cùng với cặn tạp chất không tan được tách loại khỏi nước muối nhờ thiết bị lắng trong. Sau khi lắng trong, nước muối được đưa tới khâu xử lý nước muối thứ cấp. Tại đây, các cặn không tan còn sót lại sau quá trình lắng trong được tách loại sau khi đi qua các thiết bị lọc nến, sử dụng chất trợ lọc xenlulo. Sau đó, nước muối được trung hòa, gia nhiệt và khử các ion hòa tan như Ca2+, Mg2+, Al3+… còn lại trong dung dịch dưới dạng vết (ppb) nhờ cột trao đổi ion. Nước muối sau khi ra khỏi cột trao đổi ion có độ tinh khiết rất cao sẽ được đưa lên thùng cao vị nước muối trước khi cấp vào thùng điện giải.
Công đoạn điện phân
Hệ thống điện phân hoạt động theo công nghệ màng trao đổi ion. Thùng điện phân hiện hữu đang sử dụng là hai kiểu thùng: Thùng lưỡng cực (bioplar element) 36DD 350 từ năm 1996 và kiểu thùng đơn (single element) BM 2.7 từ năm 2005 do hãng UHDENORA của ITALY chế tạo. Mỗi thùng lưỡng cực gồm 36 ngăn lưỡng cực, một mặt Anod và một Catod, các ngăn lưỡng cực được lắp nối tiếp nhau giống như thiết bị lọc ép. Giữa các ngăn, một màng trao đổi ion sẽ phân chia hai gian Anod và Catod thành hai phần riêng biệt.
Thùng đơn được cấu thành từ 34 ngăn (cell) riêng biệt, mỗi ngăn là một thành phần điện phân đầy đủ gồm anod, catod, màng trao đổi ion, các không gian anod và catod. Các ngăn riêng biệt được kết nối, xiết chặt vào nhau bằng các thanh giằng (tie-rod)
Một hệ thống đường ống phân phối nước muối vào từng ngăn Anod, nước vô khoáng vào từng ngăn Catod. Dưới tác dụng của dòng một chiều, ion Na+ di chuyển qua màng, kết hợp với ion OH- thành NaOH, ion Cl- phóng điện trên điện cực Anod tạo thành khí Cl2, ion H+ phóng điện trên bề mặt Catod tạo thành khí H2.
Phản ứng điện phân diễn ra như sau:
2NaCl + 2H2O → 2NaOH + Cl2 + H2↑ Một hệ thống tuần hoàn nhằm đảm bảo dung dịch xút ra khỏi bình đạt nồng độ 32%NaOH; nước muối ra khỏi bình còn nồng độ 220g/l được gọi là nước muối nghèo, được đưa tới công đoạn tiếp theo để xử lý.
Trong quá trình điện phân đồng thời với phản ứng chính tạo thành sản phẩm xút, khí Clo và Hydro còn xảy ra một số phản ứng phụ tạo các ion không mong muốn như ClO-, ClO3-. Các ion này tồn tại trong nước muối nghèo ra khỏi thùng điện phân và có hại đối với quá trình tái bão hòa nước muối do đó cần phải được xử lý theo các bước sau đây:
Dùng Axít HCl phân hủy ClO3-, ClO- thành Cl2:
HCl + HClO → Cl2 ↑ + H2O.
6HCl + NaClO3 → 3Cl2↑ + 3NaCl + H2O Khí Cl2 được tách ra khỏi dung dịch nước muối bằng cách giảm áp suất riêng phần trên bề mặt dung dịch trong một tháp đệm làm việc ở áp suất chân không.
Cột than hoạt tính (hoặc dung dịch Natri Sunfit 10%Na2SO3) sẽ loại bỏ hoàn toàn lượng Cl2 còn sót lại trong nước muối theo phản ứng:
2Cl2 + 2H2O → O2 + 4 HCl Hoặc: Na2SO3 + H2O + Cl2 → Na2SO4 + 2HCl.
Công đoạn điều dụng xút:
Dung dịch xút nồng độ 32%NaOH sau khi ra khỏi thùng điện phân được đưa tới một thùng chứa trung gian, từ thùng chứa này, phần chủ yếu được bơm về kho chứa thành phẩm, một phần được cung cấp cho các nơi để sản xuất xút 45%, 50%, sử dụng nội bộ, … Ngoài ra, còn có một hệ thống gồm bồn chứa, bơm, bộ giải nhiệt làm nguội để cung cấp xút loãng khi khởi động lại dây chuyền.
Công đoạn điều dụng khí Clo và Hydro:
Khí Clo, Hydro ra khỏi thùng điện phân sẽ được làm nguội, điều chỉnh áp suất thích hợp bảo đảm cho hệ thống luôn làm việc áp suất âm đối với Clo và dương đối với Hydro. Quạt đẩy đưa Clo đến các dây chuyền tiếp theo sản xuất các sản phẩm gốc Clo.
b. Hệ thống tổng hợp axít HCl:
Khí Cl2, H2 sau khi ra khỏi thùng điện phân có nhiệt độ khoảng 85oC bão hoà hơi nước sẽ được làm nguội xuống 35oC, tách một phần hàm ẩm trước khi đưa qua công đoạn tổng hợp HCl (một phần khí Cl2 đuợc đưa sang công đoạn hóa lỏng Cl2). Hệ thống tổng hợp HCl gồm hai công đoạn chủ yếu: giai đoạn đốt cháy hỗn hợp khí Cl2, H2 tạo hơi HCl, công đoạn hấp thu hơi HCl bằng nước vô khóang và dung dịch axít loãng tạo dung dịch sản phẩm HCl 32%. Ngoài ra, còn có công đoạn hấp thụ
khí dư tạo dung dịch axít loãng và tuần hoàn trở lại hệ thống như đã mô tả ở trên. Hệ thống được sử dụng các ejector hơi để tạo chân không đưa hỗn hợp khí H2 và Cl2 vào tháp tổng hợp.
Sản phẩm axit clohydric nồng độ có thể thay đổi từ 32- 35%HCl tùy theo yêu cầu sử dụng, nhiệt độ khoảng 40-45oC được bơm vào các bồn thành phẩm.