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Das als Nebenprodukt entstehende Chlorabgas Chloralkali Die Abgase der Chloralkali-Industrie sind hochkorrosiv und toxisch. Werden sie nicht wirksam behandelt, stellen sie ein ernsthaftes Risiko für die Umwelt und die menschliche Gesundheit dar. Derzeit nutzen die meisten Chloralkali-Unternehmen die Natronlauge-Absorptionsmethode zur Abgasreinigung. Das Abgasreinigungssystem erfordert entsprechende Verbesserungen in den Bereichen Systemdesign, Prozesssteuerung, Medienmanagement und Anlagenmodernisierung. Diese Maßnahmen zielen darauf ab, die Betriebsstabilität und Umweltverträglichkeit des Systems zu verbessern und Chloralkali-Unternehmen einen praktikablen technischen Weg zur effizienten Behandlung von Chlorabgasen und zur Verwertung von Nebenprodukten zu eröffnen.
Während des Betriebs von Alkali-ElektrolysezellenBei der kontinuierlichen Erzeugung von gesättigtem, feuchtem Chlorgas mit einer Temperatur von 85–90 °C muss dieses vor seiner Verwendung als industrieller Rohstoff gekühlt und komprimiert werden. Die Kernreaktionsgleichung für das derzeit branchenübliche Absorptionsverfahren mit alkalischer Lösung lautet: 2 NaOH + Cl₂ → NaClO + NaCl + H₂O. Dieses Verfahren nutzt Natriumhydroxidlösung zur Absorption von Chlorgas und erzeugt Natriumhypochloritlösung mit kommerziellen Anwendungen. Dadurch werden die beiden Ziele der Abgasreinigung und der Gewinnung von Nebenprodukten erreicht.
Unter Berücksichtigung der Betriebsbedingungen der Chloralkali-Produktion steht das bestehende Absorptionsbehandlungssystem für Chloralkali-Lösungen vor vier zentralen Problemen, die sich unmittelbar auf die Effektivität der Umweltkontrolle und die Produktionssicherheit auswirken, wie nachfolgend detailliert beschrieben:
| Ausgabe | Beschreibung | Auswirkungen und Risiken |
| Unzureichende Absorptionsturm-Effizienz | Bei kurzzeitigen An- und Abfahrvorgängen sind das Volumen des Absorptionsturms und die Sprühdichte unzureichend, und die Kapazität der Umwälzpumpen und Wärmetauscher ist begrenzt, was zu unvollständigen Absorptionsreaktionen führt. | Im Falle eines Unfalls können große Mengen austretenden Chlorgases nicht effektiv bewältigt werden, was die Notfallmaßnahmen schwächt und zu Sicherheits- und Umweltvorfällen führen kann. |
| Erhebliche Schwankungen im Abgassystem | Die Chlor-Abgaskonzentration und der Chlor-Volumenstrom schwanken aufgrund vorgelagerter Prozesse erheblich; die Absorptionseffizienz sinkt stark ab, wenn die Konzentration der Alkalilösung nicht ausreicht; Natriumhypochlorit zersetzt sich bei hohen Temperaturen, wobei Wärme und Sauerstoff freigesetzt werden, wodurch ein Teufelskreis entsteht. | Eine instabile Chlorabsorptionseffizienz birgt das Risiko der Nichteinhaltung von Behandlungsstandards und von Chlorlecks: Das System ist anfällig für Kontrollverlust, was zu Sicherheitsvorfällen führen kann. |
| übermäßig hohe Wasserhärte | Unenthärtetes Produktions-/Umlaufwasser verdünnt die Alkalilösung; Calcium- und Magnesiumionen im harten Wasser reagieren zu unlöslichen Salzen. Wasserverdunstung und exotherme Reaktionen führen zur Ausfällung von Salzen, die sich in Wärmetauschern, Sprühsystemen und anderen Komponenten ablagern. | Die Wärmeaustauscheffizienz sinkt, und der Kühlwasserverbrauch steigt deutlich an: In schweren Fällen verstopfen die Rohrleitungen, was zu ungeplanten Systemstillständen führt; dies erhöht die Wartungskosten und die Ausfallzeiten. |
| Probleme mit der Materialkorrosion von Rohrleitungen | Kohlenstoffstahlrohre, die Chlor transportieren, sind starker Korrosion durch feuchtes Chlorgas ausgesetzt; selbst in trockener Umgebung kann der Langzeitbetrieb aufgrund von Temperatur und Belastung zur Bildung von Eisen(III)-chlorid führen. Die Hydrolyse von Eisen(III)-chlorid erzeugt Eisen(III)-hydroxid, das in den Absorptionsturm gelangt und Natriumhypochlorit rot färbt. | Verringerter Gehalt an verfügbarem Chlor und verminderte Lagerstabilität; Korrosion an Rohrleitungen verkürzt die Lebensdauer der Anlagen und führt in schweren Fällen zu Leckageunfällen. |
Um die zuvor genannten Produktionsmängel zu beheben, haben wir einen systematischen und zielgerichteten technischen Verbesserungsplan entwickelt, der auf Prozessprinzipien und Betriebseigenschaften der Anlagen basiert und darauf abzielt, die Stabilität, Sicherheit und Ressourceneffizienz des Abgasreinigungssystems umfassend zu verbessern.
Ein hochgefüllter Natriumhypochlorit-Lagertank wurde installiert, um die Absorptionsflüssigkeit kontinuierlich per Schwerkraft in den Sekundärabsorptionsturm einzuleiten und so eine vollständige Sekundärreaktion mit Restchlorgas zu ermöglichen. Diese Konstruktion verlängert die Gas-Flüssigkeits-Kontaktzeit, verbessert die Chlorabsorptionseffizienz, reduziert den Alkaliverbrauch, hemmt die Zersetzung von Natriumhypochlorit, stabilisiert das Redoxpotential und sichert die Produktqualität. Der herkömmliche einstufige Endabsorptionsprozess wurde zu einem Pufferspeichersystem mit signifikantem Höhenunterschied weiterentwickelt, das mehrere Funktionen wie Notfallpufferung, Tiefenreaktion und Konstantdruckzufuhr integriert. Durch die Nutzung des Prozessleitsystems (DCS) zur automatisierten intelligenten Steuerung wurde ein Dual-Mode-Betriebssystem etabliert: „Homogenbehandlung im Normalbetrieb“ und „Notableitung im Störfall“. Dies stärkt die Reaktionsfähigkeit des Systems auf Betriebsschwankungen und plötzliche Störungen und wandelt die Abgasreinigung von einer passiven Endrohrbehandlung in ein integriertes Modell aktiver Prozesssteuerung und Ressourcenrückgewinnung um.
Die untere Grenze für die Konzentration der zirkulierenden Alkalilösung (NaOH) wurde von einem breiten empirischen Wert auf mindestens 6,0 % angehoben. Dadurch werden die chemische Pufferkapazität und die Fehlertoleranz des Systems verbessert. Zur Implementierung wird ein Online-Alkalikonzentrationsanalysator (oder ein hochpräzises pH-Meter/Leitfähigkeitsmessgerät) am Hauptauslassrohr der Alkaliumwälzpumpe (in einem Bereich mit stabiler Temperatur und gleichmäßiger Durchmischung) installiert. Die Messsignale werden in Echtzeit über ein 4–20-mA-Signal an das Prozessleitsystem (DCS) übertragen. Das Leitstandprogramm vergleicht den Messwert kontinuierlich mit dem Zielwert von ≥ 6,0 % und implementiert einen zweistufigen Sicherheitsmechanismus: Ein akustischer und optischer Alarm ertönt, sobald sich die Konzentration dem Zielwert nähert. Fällt sie weiter unter die untere Grenze, wird automatisch das Alkalinachfüllprogramm aktiviert und das Nachfüllventil für die 32%ige Alkalilösung proportional geöffnet. Ist das System mit einer Reinstwasserverdünnungseinrichtung ausgestattet, wird das Verdünnungsventil gleichzeitig angepasst, um signifikante Konzentrationsschwankungen zu vermeiden. Nachdem das Alkalizusatzmittel von der Umwälzpumpe vermischt wurde, erfolgt eine erneute Messung durch das Online-Instrument. Dadurch entsteht ein geschlossener Regelkreis, bis die Konzentration wieder im vorgegebenen Bereich liegt.
Die Wasserquelle für die Alkaliaufbereitung und -nachfüllung im Abgasreinigungssystem wird vollständig von mineralhaltigem Prozesswasser durch gereinigtes Wasser mit einer bestimmten Leitfähigkeit ersetzt. <10 μS/cm und eine Gesamtkonzentration an Calcium- und Magnesiumionen von ≤0,50 mg/L. Dadurch werden Ca²⁺, Mg²⁺ und andere Ionen an der Quelle eliminiert, wodurch die Bildung von Ablagerungen wie CaCO₃ und Mg(OH)₂ auf Oberflächen wie Sprühverteilern verhindert wird.
1) Aufbau eines separaten Reinstwasserleitungsnetzes: Rohrleitungen aus UPVC, PPH oder Edelstahl 316L werden an den Produktwasserauslass von Umkehrosmose- oder Ionenaustauscheranlagen angeschlossen und trennen das System physisch vom Produktionswassersystem. Am Eingang des Leitungsnetzes sind ein Leitfähigkeits- und ein Durchflussmesser installiert. Die Daten werden in Echtzeit an das Prozessleitsystem (DCS) übermittelt. Überschreitet die Leitfähigkeit den Grenzwert, unterbricht das System automatisch die Wasserzufuhr und löst einen Alarm aus. So wird sichergestellt, dass die Wasserqualität des Speisewassers stets den Standards entspricht.
2) Präzises Mischen und Kalkvermeidung: Der Behälter zur Herstellung der Alkalilösung ist mit einem elektrischen Regelventil und einem Massendurchflussmesser ausgestattet, um gereinigtes Wasser automatisch und präzise mit 32%iger flüssiger Natronlauge zu mischen. Ein mikrokontinuierlicher Zusatzwasserzweig, der mit Füllstand, Temperatur und Kristallisationstrends gekoppelt ist, ist in den Umwälzbehälter integriert. Das Prozessleitsystem (DCS) passt die Zusatzwassermenge dynamisch an die Temperaturdifferenz des Wärmetauschers, den Sprühdruckabfall und die Umwälzrate an und hält die Salze so in einem untersättigten Zustand. Dies gewährleistet eine kontinuierliche, schonende Kalkvermeidung, vermeidet Störungen durch herkömmliche Spülvorgänge mit hohem Volumen und stabilisiert Sprühverteilung, Wärmeübertragungseffizienz und Betriebsbedingungen der Umwälzpumpe, wodurch die Dauerbetriebszyklen verlängert werden.
Der stabile und effiziente Betrieb der Chlorgasabgasreinigungsanlage ist eine zentrale Voraussetzung für die Einhaltung der Vorschriften und die nachhaltige Entwicklung der Chloralkali-Industrie und hat zudem Auswirkungen auf die umliegende Umwelt sowie die öffentliche Gesundheit und Sicherheit. Um die Schwächen herkömmlicher Absorptionsverfahren mit Natronlauge zu beheben, können Optimierungsmaßnahmen – wie der Einbau eines erhöhten Puffersystems, die Optimierung der automatisierten Steuerungsparameter, die Modernisierung der Reinstwasserversorgung und die Prävention von Ablagerungen und Korrosion direkt an der Quelle – bestehende Produktionsherausforderungen wirksam lösen. Diese Maßnahmen ermöglichen eine effiziente und vorschriftsmäßige Behandlung der Chlorgasemissionen, verbessern die Qualität der Nebenprodukte und gewährleisten einen langfristig stabilen Systembetrieb. Dadurch wird eine effiziente Behandlung der Chlorgasemissionen in der Chloralkali-Industrie erreicht.
Häufig gestellte Fragen:
1. Wer sind wir?
Wir sind in Anhui, China, ansässig, seit 2011 tätig und verkaufen nach Südostasien, Nordamerika, Osteuropa und Südasien.
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