Quy trình sản xuất xút NaOH

QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN
XUẤT XÚT

1

1


QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT XÚT
(CÔNG TY TNHH MTV HÓA CHẤT CƠ BẢN MIỀN NAM)
Nhà máy Hóa chất Biên Hòa, KCN Biên Hòa I, TP Biên Hòa, Tỉnh Đồng
Nai thuộc Công ty TNHH MTV hóa chất cơ bản Miền Nam có công suất sản xuất
xút 30.000 tấn/năm, trong đó:
- Sản xuất dung dịch NaOH (quy về 100%):

30.000 tấn/năm

- Axít HCl (32%):

75.000 tấn/năm

Các sản phẩm khác Silicat và các sản phẩm gốc clo
1. Quy trình công nghệ sản xuất

1.1. Phương án sản xuất
a) Phương án sản xuất xút
Phương pháp sản xuất xút (NaOH) theo phương pháp điện phân dung dịch
NaCl trong thùng điện phân có màng trao đổi ion, Catod bằng Niken hoạt hóa và
Anode bằng Titan hoạt hóa. Quá trình điện phân xảy ra theo phương trình sau:
b) Phương án sản xuất clo lỏng
Sản xuất clo lỏng từ khi Clo của quá trình điện phân, tách ẩm bằng axít

Sulphuric (H2SO4), sau đó nén lên áp suất cao (2-3 bar) và làm lạnh xuống nhiệt độ
thích hợp (từ -15OC đến -20OC). Khí Clo sẽ hóa lỏng và được bảo quản trong bình chịu
áp lực ở nhiệt độ bình thường.
c) Phương án sản xuất axít HCl
Dung dịch axít HCl 32% được sản xuất bằng đốt Cl 2 và H2 trong tháp tổng hợp
bằng vật liệu cácbon, sau đó dùng nước vô khoáng để hấp thu HCl sinh ra tạo thành
dung dịch axít HCl. Phương trình phản ứng như sau:
Khí Clo sinh ra được hấp thu bằng nước vô khoáng, tạo thành dung dịch HCl:
1.2. Quy trình công nghệ dây chuyền điện phân sản xuất xút
Dây chuyền điện phân gồm 6 công đoạn sản xuấtc hính 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 dung xút và công đoạn đeều dụng khí
2

2


Clo và Hydro. Sơ đồ quy trình côgn nghệ sản xuất xút được trình bày trong hình sau:

Nước muối

Thiết bị trao đổi nhiệt nước muối

Bình điện phân
NaOH Catholyte

Khí H2 và Cl2

Bồn chứa Catholyte

Bơm tuần hoàn dung dịch catholyte NaOH
NaOH Thành phẩm
Thiết bị trao đổi nhiệt Catholyte

Bồn trộn NaOH với nước vô khoáng

Hình 1 : Sơ đồ quy trình công nghệ điện phân
Thuyết minh quy trình côgn nghệ:
a) 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 310 g/l, tiếp đó ion Ca 2+,
Mg2+, SO42- có ảnh hưởng xấu đến quá trình điện phân, được phản ứng kết tủa với
Na2CO3, BaCl2, NaOH theo phản ứng:

3

3


Kết tủa cùng với cặn tạp chất không tan được tách 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 Ca 2+, Mg2+, Al3+… còn lại trong dung dịch
dưới dạng vết (ppm) nhờ cột trao đổi ion. Nước muối sau khi ra khỏi cột trao đổi ion
có độ tinh khiết rất cao sẽ được đưa vào thùng cao vị nước muối trước khi cấp vào
thùng điện giải.
b) 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 02 kiểu thùng: Thùng lượng cực (biophar element) 36

DD 350 từ những 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 02 gian Anod
và Catod thành 02 phần riêng biệt.
Thùng đơn được cấu thành 34 ngăn (cell) riêng biệt, mỗi ngăn có 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- và 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:

4

4


Một hệ thống tuần hoàn giúp cho nồng độ dung dịch xút ra khỏi đạt nồng độ
32% NaOH, nước muối ra khỏi bình còn nồng độ 220 g/l được gọi là nước muối
nghèo, được đưa tới công đoạn tiếp theo để xử lý.
c) Công đoạn xử lý nước muối nghèo
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:

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% Na 2SO3) sẽ loại bỏ hoàn
toàn lượng Cl2 còn sót lại trong nước muối theo phản ứng.

d) 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 bồn chứa, bơm, bộ giải nhiệt làm nguội
để cung cấp xút loãng khi khởi động lại dây chuyền.
e) Công đoạn điều dụng khí Clo và Hydro
5

5


Khí Clo và 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.
1.3. Quy trình công nghệ sản xuất axít HCl
Sơ đồ quy trình công nghệ tổng hợp axít HCl được trình bày như sau:

Hơi nước

Thiết bị
ngưng

Tháp

tụ hơi

hấp thụ

HCl

Tháp
tổng

Hệ thống hơi HCl

khí
thừa

hợp,
hấp thu

Hệ thống hơi HCl

axít

HCl thành phẩm
Khí Hydro

Khí Nitơ

Khí Clo

Hình 2 : Sơ đồ quy trình công nghệ tổng hợp axít HCl

6

6


Khí Cl2, H2 sau khi ra khỏi thùng điện phân có nhiệt độ khoảng 85 OC bão hòa
hơi nước sẽ được làm nguội xuống 35 OC, tách 1 phần hàm ẩm trước khi qua công đoạn
tổng hợp HCl (một phần khí Cl2 được đưa qua công đoạn hóa lỏng Cl2). Hệ thống tổng
hợp HCl gồm 02 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 khoáng và dung dịch axít loãng tạo
dung dịch sản phẩm HCl 32%.
Ngoài ra, công đoạn hấp thu khí dư tạo dung dịch axít loãng và tuần hoàn trở lại
hệ thống. Hệ thống được sử dụng ejector hơi đẻ tạo chân không đưa hỗn hợp khí H 2 và
Cl2 vào tháp tổng hợp.
Sản phẩm axít HCl có nồng độ thay đổi từ 32 – 35% HCl tùy theo yêu cầu sử
dụng, nhiệt độ khoảng 40 -45OC được bơm vào bồn thành phẩm.

3. Danh mục máy móc, thiết bị
Bảng 2:Danh mục máy móc thiết bị
STT

Tên máy móc, thiết bị

Đặc tính kỹ thuật

Số

Xuấ

lượn

t xứ

g
I
1

Công đoạn điện phân
Thùng điện phân màng trao

- 34 ngăn điện cực

đổi ion kiểu đơn cực

- tải 13 KA

2

Nhậ
p
khẩu

-

Khung đỡ, thiết bị ép ngăn điện

Vật liệu CS/Cu

1 bộ

Ngăn điện cực Anod, Catod,

Anod-tian, Catot –niken,

68

màng trao đổi ion đệm kín

garket-PTFE;

cực và hệ thanh dẫn giữa các
ngăn

-

7

7


-

Ống nối mền
Đường ống chính

Mật độ dòng: ô,ô KA/m2
Vật liệu PTFE
Nước muối: PP/FRP

1 bộ
1bộ

Dịch Anod: FPR
Xút: PP
2

Dụng cụ đo lường tại chỗ
Phụ tùng cho phòng điện phân

Dịch catot: PP/FPR
Đo nhiệt độ và đo áp suất
Nhậ
p
khẩu

Hệ thống giám sát hiệu điện

Trạm kết nối cầu chì và các

thế ngăn cho 68 ngăn

điện trở 02 cầu

1 bộ

Thiết bị giám sát PLC
Bộ khuếch đại cách ly
Hiển thị điện kế zero và
dòng

Hệ thống điện thế cho 68 ngăn Hộp kết nối tại chỗ gồm

1 bộ

các trạm cầu trì nối với
cáp tín hiệu của từng ngăn
đơn, đặt gần bình điện
Bộ vận hành an toàn cho bình
3

phân
Thủy tinh Plexi

điện phân
Hệ thống hoàn dịch Catot

1 bộ
1 bộ

Nhậ
p
khẩu

4

Thiết bị trao đổi nhiệt dịch

Kiểu tấm; 362 kW; vật

catot

Phòng bảo trì bình điện phân

liệu Niken

1
Nhậ
p
khẩu

5

Mỡ bôi trơn Molycote BR2
Hệ thống đo lường điều khiển

5 kg
Nhậ
8

8


p
khẩu
Hệ thống giám sát và điều
khiển trung tâm

Dụng cụ đo lường điều khiển
6

gắn tại hiện trường

Hệ thống đường ống và van

Tủ điều khiển PLC, các
thiết bị giám sát từ xa, các
bộ điều khiển, truyền tín
hiệu … các van điều khiển
on – off, tủ điều khiển cho
hệ thống lọc nước muối
Áp kế, lưu lượng kế, đo
mức, đo nhiệt độ

1 bộ

1 bộ
01 bộ

Nhậ
p
khẩu

II
01

Công đoạn nước muối
Xử lý Clo và Clorat trong
nước muối
Tháp khử Clo, đệm

Đệm

V = 1,2 m3,

1

Φ800xH2.100; vật liệu:

p

Titan, đặt đứng
V = 0,5 m3, vật liệu

khẩu
Nhậ

1

PVDF
Bơm dịch Anolyte

02

p
3

Q = 40 m /h; H = 40 m

2

khẩu
Nhậ

H2O; N = 7,5, vật liệu

p

Titan

khẩu

Bão hòa và xử lý nước muối
sơ cấp
Bơm nước muối sơ cấp

03

Nhậ

Lọc nước muối
Bồn chứa có khuấy trộn

Q = 50 m3/h; H = 40 m

1

Nhậ

H2O; N = 7,5, vật liệu

p

Titan

khẩu

V = 1 m3, Φ 1000 x

1

Nhậ

H1.200; vật liệu :

p

PVC+FRP, đặt đứng.

khẩu

Khuấy trộn kiểu tuốc
9

9


bin/bánh răng, cánh
khuấy, tốc độ n = 60
Bồn trợ lọc có khuấy trộn

vòng/phút, N=1,1kW.
V = 2 m3, Φ 1200 x

1

Nhậ

H1.600; vật liệu :

p

PVC+FRP, hình trụ, đặt

khẩu

đứng. Khuấy trộn kiểu
tuốc bin/bánh răng, cánh
khuấy, tốc độ n = 60
Thiết bị lọc nước muối

vòng/phút, N=1,5kW.
Kiểu lọc nến, V = 7m3; Φ

1

Nhậ

1400 x H4.800; vật liệu:

p

Thép lót cao su. Bộ lọc

khẩu

vật liệu bằng than graphít,
Bơm lớp phủ cho thiết bị lọc

Bồn ổn áp khí nén

04

Tinh chế muối
Thiết bị gia nhiệt nước muối

Cột trao đổi ion

F = 21m3;
Bơm ly tấm, 60 m3/h, H =

2

Nhậ

25m.c.l – 7,5 kW, vật

p

liệu: AISI 316/PTFE
1 m3; Φ 900 x H1.500;

khẩu

Nhậ

1

vật liệu: Thép các bon,

p

hình trụ, đứng

khẩu

Kiểu tấm, 650 kW, vật

1

Nhậ

liệu: Titan/Pd

p

V = 4m3; Φ 900 x

khẩu
Nhậ

2

H1.500; vật liệu: Thép lót

p

cao su.

khẩu

Nhựa trao đổi ion 1,75
m3. Các bộ lọc nước muối
vật liệu bằng
10

10


05

Bộ trộn NaOH và nước vô

PP/Hastelloy C
Kiểu tĩnh, ND 50, 11

khoáng

m3/h, vật liệu AISI 316

p

Bộ trộn axit HCl và nước vô

Kiểu tĩnh, ND 50, Q =

khẩu
Nhậ

khoáng

7m3/h, vật liệu

p

FRP/PVDF

khẩu

Nước muối cấp
Thiết bị trao đổi nhiệt nước

Kiểu tấm, 409 kW, vật

muối

liệu Titan/Pd

1

1

1

Nhậ

Nhậ
p
khẩu

III
1

Hệ thống axít
Tháp tổng hợp và hấp thu HCl

Thiết bị hình trụ, đặt

1

đứng, Φ1250 x H18.300
2

3

Tháp hấp thụ khí thừa

Thiết bị ngưng tụ hơi HCl

Thiết bị hình trụ, đặt
đứng, Φ510 x H5.500
Thiết bị hình trụ, đặt
đứng, Φ510 x H5.500

Nhậ
p

1

khẩu
Nhậ
p

1

khẩu
Nhậ
p
khẩu

IV
1

2

3

Các thiết bị phụ trợ khác
Tháp giải nhiệt nước cooling

Thiết bị làm nguội nước,

tower

kiểu tháp đệm, lưu lượng:

tron

6700 l/p

g

Kiểu ly tấm, trục ngang,

nước
Mua

Bơm nước làm nguội

Máy phát điện

2

2

Mua

Q = 400 m3/h; H = 30m

tron

H2O, 56kW, vật liệu thép

g

cácbon
Công suất 1.000 kVA,

nước
Mua

1

220/380V, 3 pha, 50Hz,

tron

1500 vòng/phút

g
11

11


4

Biến động thực tế

Công suất 2.000 kVA,

2

22/0,4kV, 3 pha

nước
Mua
tron
g
nước

4. Nguyên, nhiên, vật liệu
Định mức tiêu hao nguyên nhiên vật liệu và các sản phẩm được trình bày trong
bảng sau:
Bảng 3: Định mức tiêu hao nguyên nhiên vật liệu cho 1 tấn sản phẩm
STT
I

Nguyên liệu
Định mức tiêu hao cho 1 tấn xút qui

II

về 100% NaOH
Muối nguyên liệu 98%
Xút-NaOH 31,5%
Soda-Na2CO3, 98%
Axít-HCl 31,5%
Bari Clorua- BaCl2 100%
Natri Sulfit Na2SO3 100%
Chất trợ lắng
Nhựa trao đổi ion
Than hoạt tính
Nước vô khoáng

Nước thủy cục
Màng menbrane
Nitơ khí
Dầu FO
Điện
Định mức tiêu hao cho 1 tấn xút 32%
NaOH
Muối nguyên liệu 98%
Xút-NaOH 31,5%
Soda-Na2CO3, 98%
Axít-HCl 31,5%
Bari Clorua- BaCl2 100%
Natri Sulfit Na2SO3 100%

Đơn vị

kg
kg
kg
kg
kg
kg
kg

Định mức

KWh

1.700
150

7
105
8
1,6
0,01
0,05
0,32
2
6
0,013
0,42
72
2.463

kg
kg
kg
kg
kg
kg

544
48
2,24
33,6
2,56
0,512

lít

kg
m3
m3
m3
m3

Lít

12

12


III

IV

Chất trợ lắng
Nhựa trao đổi ion
Than hoạt tính
Nước vô khoáng
Nước thủy cục
Màng menbrane
Nitơ khí
Dầu FO
Điện
Định mức tiêu hao cho 1 tấn Clo lỏng
Clo khí
Axít H2SO4 97%
Freon

Điện
Định mức tiêu hao cho 1 tấn axít HCl
32%
Clo khí
Nitơ khí
Dầu FO
Điện
Nước thủy cục
Nước vô khoáng

kg
lít

kg
m3
m3
m3
m3

Lít
KWh

kg
kg
kg

0,03
0,016
0,102
0,64

1,92
0,004
0,134
23,04
788,16

KWh

1.050
60
0,1
460

Kg
m3
Lít
KWh
m3
m3

325
,06
1,2
35
1,5
0,8

13

13