книги / Развитие химической промышленности в СССР (1917-1980). Т. 2 Развитие отдельных отраслей химической промышленности

развития хлорной промышленности в СССР сопровождался разработкой технологии и организацией производства многих новых хлорпродуктов.

Вгоды первой пятилетки было организовано производство бертолето­ вой соли, хлористой серы, продуктов хлорирования бензола, начато строи­ тельство цехов хлористого алюминия, трихлорэтилена и др., расширено производство жидкого хлора, соляной кислоты.

Вгоды второй пятилетки вошли в строй новые цеха и увеличилась выработка хлора и каустической соды, пущены первые производства хло­ ристого алюминия, гипохлорита кальция и синтетической соляной кисло­ ты, новые установки сжижения хлора и производства хлорной извести.

Русские ученые и инженеры внесли большой вклад в развитие элек­ трохимической науки. Достаточно указать на работы академика В. В. Пет­ рова по электролизу воды, ряда неорганических и органических соедине­ ний, академика Б. С. Якоби по гальванопластике, инженеров Ф. Вощука

пН. Глухова, сконструировавших первые в мире электролизеры для по­ лучения хлора и каустической соды и др.

Из-за отсутствия подготовленных технических кадров в восстанови­ тельный период и в начале первой пятилетки развитие хлорной промыш­ ленности базировалось на использовании импортной техники. Электроли­ зеры Грисгейм—Электрон старой конструкции применялись в Советском Союзе на заводах в Славяпске и Рубежном до 1927 г., а затем были за­ менены электролизерами Сименс—Биллитера, после того как этот тип электролизеров был испытан на Березниковском содовом заводе.

Две установки для производства хлора были оборудованы в тот пе­ риод вертикальными электролизерами типа «Кребс» с диафрагмой.

Одновременно усиленно проводилась подготовка научных и инженер­ ных кадров в области электрохимии, развивались научно-исследователь­ ские, конструкторские и проектные работы по электрохимическим произ­ водствам в ГИПХе, Гипрохиме и других научно-исследовательских и проектных институтах. Исследовались электрохимические процессы, изу­ чались повые типы электродов и диафрагм, разрабатывались технология

иконструкции электролизеров.

В1925 г. был включен в работу цех электролиза в Самаре, оборудо­ ванный цилиндрическими электролизерами, модернизированными совет­ скими специалистами, и уже в начале 30-х годов была разработана со­ ветская конструкция электролизера Х-2 па нагрузку 1 кА, которая по своим показателям находилась на уровне наиболее экономичных в то время иностранных конструкций. Начппая с этого времени производство хлора и каустической соды в Советском Союзе в основном осуществлялось с использованием электролизеров советских конструкций. В 1930—1931гг. был введен в действие ряд хлорных заводов, оборудованных этими элект­ ролизерами.

Е дальнейшем была проведена работа по увеличению мощности элект­ ролизера Х-2 за счет установки в нем второго дополнительного катода. С 1937 г. на заводах начинает использоваться модернизированная конст­ рукция электролизера Х-3 на нагрузку 1,5 кА. Применение электролизе­ ров Х-3 вместо Х-2 позволило затем во время Великой Отечественной войны увеличить мощности действующих цехов электролиза на 30—50%. Интенсификация электролизера Х-3 продолжалась за счет установки до­ полнительных катодов без изменения габаритов аппарата. Эта работа полу­ чила свое завершение в конструкции электролизера БГК-12 на нагрузку

2,2 кА [13]. Новые электролизеры, а также усовершенствования других технологических стадий производственного процесса, разработанные со­ ветскими специалистами, были использованы для развития производства хлора и каустической соды в 30—40-х годах.

В середине 30-х годов в Советском Союзе* начались работы по произ­ водству графитированиых анодов. До того времени производство электро­ литического хлора основывалось на импорте анодов из США и Германии. Работы велись на Днепровском электродном заводе и завершились пол­ ным успехом. Уже с конца 30-х годов оказалось возможным на всех за­ водах постепенно внедрить советские графитировапные аноды, по каче­ ству пе уступавшие импортным образцам. В тот же период на Ярослав­ ском асбестовом заводе удалось добиться больших успехов в производстве листовой асбестовой диафрагмы.

В 1927 г. была ликвидирована устаревшая конструкция электролизе­ ров Грисгейм—Электрой, в 1928 г. прекращено производство хлора по химическому методу на Бондюжском заводе, а с внедрением новых кон­ струкций электролизеров Сименс—Биллитера, Кребса и отечественных цилиндрических осуществлен переход с периодического процесса на не­ подвижном электролите на непрерывный режим работы с проточным электролитом. Это обеспечило значительное повышение концентрации электрощелочи и выхода по току, снижение удельных затрат электроэнер­ гии и анодных материалов, облегчение труда рабочих по обслуживанию, улучшение санитарных условий в цехе и более эффективное использова­ ние площади цеха электролиза.

Переход от цементной диафрагмы на листовую асбестовую открыл воз­ можность конструировать более компактные цилиндрические электроли­ зеры со значительным уменьшением межэлектродного расстояния и более высокими показателями их работы. Новые типы электролизеров позволя­ ли получать более концентрированную щелочь и снизить затраты пара на упарку щелоков, благодаря большей компактности они экономили производственные площади. Так, при оборудовании цеха электролизерами Грисгейм—Электрой на мощность 1 т/сут хлора требовалось в цехе электролиза, включая проходы между электролизерами, 350 м2 площади пола, в то время как для отечественных конструкций цилиндрических электролизеров — только 39,3 м2. Применение новых типов электролизе­ ров обеспечило значительное сокращение капитальных вложении па строительство цехов электролитического хлора и позволило увеличить мощность хлорных цехов действующих заводов в Славяиске и Рубежпом. В электролизерах новых типов получали концентрированный хлор с меньшим содежанием углекислоты, что имело большое значение для по­ лучения хлорной извести с более высоким содержанием активного хло­ ра, а также* для производства жидкого хлора и других хлорпродуктов.

К 1941 г. в Советском Союзе уже была создана мощная хлорная про­ мышленность, выпускавшая электролитическую каустическую соду и хлор, а также широкий ассортимент хлорпродуктов, обеспечивающих удовлетворение потребностей народного хозяйства и обороны страны.

Во время Великой Отечественной войны хлорной промышленности был нанесен огромный ущерб. Более одной трети всех мощностей хлорной промышленности было выведено из строя. Часть предприятий была эвакуирована в восточные районы страны, где выпускали продукцию не­ обходимую для обороны. Была проведена работа по расширению про-

пзводства каустической соды, хлора и хлорпродуктов в восточных райо­ нах страны. Общая выработка хлорной промышленности в 1946 г. была несколько ниже довоенного уровня 1940 г.

В послевоенные годы хлорная промышленность развивалась быстры­ ми темпами. Это объясняется, тем, что се продукция находит широкое применение в отраслях техники, определяющих важные направления тех­ нического процесса. Чистая каустическая сода и разнообразные хлорпродукты широко используются в производстве синтетических полимер­ ных материалов, пластических масс, в реактивной технике, в производ­ стве ядохимикатов, растворителей и др. Динамика роста производства каустической соды (1 0 0 %-нощ в тыс. т) показана ниже [14]:

Если в 1913 г. электролитическим методом получали только ~20% всего производства каустической соды, то к 1980 г. этим методом было выработано основное ее количество.

Продукция хлорной промышленности выросла как за счет расширения и реконструкции существовавших хлорных заводов, так и в результате строительства новых хлорных предприятий. Число действующих хлорпых заводов в десятой пятилетке достигло 30. Среди них крупные хлорные установки, вырабатывающие более* 250 тыс. т хлора/год: ПО «Капролак­ там» в Дзержинске, Калушское ПО «Хлорвинил», Стерлитамакское ПО «Каустик» и др. [15].

Быстрое развитие хлорной промышленности в послевоенпые годы ба­ зировалось на совершенствовании техники производства, увеличении мощности заводов и сопровождалось расширением ассортимента хлор­ продуктов. Этому способствовало создание в научно-исследовательских и проектных институтах, а также на основных предприятиях прикладной электрохимии творческих коллективов, успешно решавших задачи разви­ тия производства и совершенствования его технического уровня.

В период первых пятилеток типовые мощности хлорных заводов со­ ставляли 5 и 10 тыс. т каустической соды в год. В послевоенный период цехи диафрагменного электролиза строились мощностью в 65—70, а в по­ следнее время 200—300 тыс. т каустической соды в год. Непрерывно укрупнялись производственные* агрегаты и создавались новые типы элек­ тролизеров.

Для реконструкции действующих цехов и строительства новых в пер­ вые послевоенные годы были использованы цилиндрические электролизе­

сосажденной диафрагмой.

Входе работ по созданию новой техники хлорной промышленности в

СССР проведены оригинальные исследовательские, конструкторские, проектные и опытные работы, обеспечившие переход хлорной промышлен­ ности на новую, более высокую ступень техники и технологии. Подготов­ лены, а затем стали успешно внедряться в промышленность новые кон­ струкции электролизеров и новые приемы работы на них.

В области электролиза с диафрагмой изучался метод нанесения на катод асбестовой диафрагмы с целью конструирования максимально уп-

были установлены на Днепродзержинском химическом комбинате и на других предприятиях хлорной промышленности.

Крупным шагом в повышении уровня техники хлорного производства была разработка, а затем внедрение в промышленность малоизнашивающихся анодов (МИА) с активным слоем из смеси окислов рутения и ти­ тана, наносимых на титановую основу анода. Они получили название ОРТА [16]. Применение ОРТА позволило интенсифицировать процесс электролиза и осуществить дальнейшее увеличение мощности электроли­ зеров. Электролизеры с такими анодами па нагрузку 50 и 100 кА стали использоваться при строительстве всех хлорных производств, работающих но способу электролиза с фильтрующей диафрагмой. Этими электроли­ зерами оборудованы производства хлора на Калушском, Первомайском и других химических заводах. Интенсивно осуществляется также пере­ вод действующих цехов на новые аноды. В конце десятой пятилетки око­ ло 35% производимого хлора в нашей стране получали на электролизе­ рах с анодами ОРТА, доля которых в общем производстве хлора подни­ мется в одиннадцатой пятилетке до 70%. Применение мощных электролизеров с малоизнашпвающпмися анодами позволило снизить удельные затраты электрической энергии, резко сократить трудовые за­ траты на обслуживание и ремонт электролизеров и улучшить технико-эко­ номические показатели производства.

Работа по дальнейшему усовершенствованию техники электролиза про­ должается. Разрабатываются новые типы диафрагм с длительным сроком службы, проходят испытания конструкции электролизеров с проточной диафрагмой и биполярным включением электродов; разрабатываются конструкции электролизеров с ионообменными мембранами с целью получения чистой каустической соды без применения ртути с высокими технико-экономическими показателями.

Современные советские конструкции электролизеров успешно исполь­ зуются для развития производства хлора также в социалистических стра­ нах —в Румынии, Венгрии, Польше, Болгарии и др.

Ртутным методом в России в 1913 г. производилось около 60—65% общей выработки хлора. После Октябрьской революции производство хлора развивалось преимущественно по методу с диафрагмой. Единст­ венная установка по производству хлора и каустической соды по методу с ртутным катодом сохранялась на Донецком содовом заводе, оборудован­ ном стальными бетонированными электролизерами с платиновыми анода­ ми. Впоследствии платиновые аноды были заменены анодами из графи­ товых стержней и в таком виде производство действовало до 1941 г.; в связи с временной оккупацией Донбасса оно было прекращено.

После освобождения Донбасса производство па Донецком содовом за­ воде как морально устаревшее не было восстановлено, и развитие электро­ лиза с ртутным катодом шло в дальнейшем на более совершенной техни­ ческой базе.

Новые цехи ртутного электролиза, введенные в эксплуатацию после 1945 г., оборудовались стальными гуммированными электролизерами на пагрузку 15 кА при плотности тока 2,5—3,0 кА/м\ Большая работа, прове­ денная коллективом научных работников, конструкторов и проектиров­ щиков совместно с сотрудниками заводов, позволила успешно решить вопросы интенсификации производства и поднять нагрузку па электро­ лизеры до 30 кА, повысив плотность тока до 5—6 кА/м2.

Благодаря ряду технических усовершенствований интенсификация электролиза не сопровождалась увеличением расхода электроэнергии и напряжения па электролизере.

После окончания войны для оборудования вновь строящихся цехов были разработаны электролизеры Р-30 на нагрузку 30 кА с плотностью тока 5,0—6,0 кА/м2. Такими электролизерами было оборудовано несколь­ ко цехов в пашей стране и цех в Венгрии.

Большая потребность народного хозяйства, особенно вискозной про­ мышленности, в чистой каустической соде обусловила необходимость дальнейшего роста производства по методу электролиза с ртутным като­ дом. В 60-х годах для строительства была принята типовая мощность завода около 1 0 0 тыс. т каустической соды в год, п для оснащения таких заводов разработаны советские конструкции электролизеров с ртутным катодом на нагрузку в 100 кА. Этими электролизерами было оборудовано три цеха. В последние годы стали применять конструкцию электролизе­ ров СДМ па нагрузку до 200 кА, разработанных в СССР совместно со специалистами ГДР. На двух заводах было использовано оборудование фирм «Кребс» и «Де-Нора» [7, с. 184].

После окончания Великой Отечественной войны в стране не было про­ изводства чистой каустической соды, по благодаря вводу новых цехов доля электролиза с ртутпым катодом в электрохимическом производстве каустической соды возросла до 13% в 1958 г. и до 34% в 1965 г. В 1970 г. она составила 33,3% и снизилась в 1980 г. до 32%.

За прошедшие годы была разработана и применена новая техника для всех стадий производственного процесса получения хлора и каусти­ ческой соды и осуществлена перестройка производства на основе более совершенной технологии.

Новые хлорные производства, как правило, размещаются вблизи при­ родных запасов соли. Хлорная промышленность все в большей степени переходит на использование дешевого сырья в виде рассолов, получаемых подземным растворением соли, пли искусственных рассолов. Стоимость получаемых рассолов примерно в 1 0 раз дешевле, чем прп использова­ нии твердой соли. Резко сократилось число предприятий, работающих на привозной поваренной соли.

Подготовка и очистка рассола полностью переведены на непрерывный процесс с осветлением растворов в разного типа осветлителях, в том чи­ сле и со шламовым фильтром. Для интенсификации процесса осветлепия применяются флокулянты, в частности гидролизованпый полиакриламид. Фильтрация рассола проводится на автоматических насыпных фильтрах или на фильтрах Келли.,

Для охлаждения хлора стали широко применять титановые холодиль­ ники; для перекачки и компримирования —турбокомпрессоры и винто­ вые компрессоры на 0,3—1,2 МПа. Для очистки хлора от загрязняющих его аэрозолей широко применяется фильтрование влажного и сухого хло­ ра через фильтры из стекловолокнистой композиции, а также электро­ фильтры. Высокая степень осушки хлора до остаточного содержания не более 60—100 мг Н20 /м3 позволяет снизить процессы коррозии па ста­ дии компримирования, транспорта и потребления хлора. Разработаны и осуществлены в промышленности схемы двухступенчатого снижения хло­ ра с высоким коэффициентом сжижения, близким к 99%. Хлорные пред­ приятия оснащены современными мощными выпарными системами для

Электролиз воды в первой половине XX в. получил большое* развитие в странах, богатых гидроэлектроэнергией, для нужд производства синте­ тического аммиака и других целей. В СССР, Италии, скандинавских и других странах созданы крупные установки по электролизу воды [17]. Однако успехи в области производства водорода из природного газа и углеродсодержащего сырья привели к тому, что для крупных потреби­ телей водорода в химической и нефтехимической промышленности в на­ стоящее время применяют главным образом водород, полученный хими­ ческими способами или в процессе пиролиза нефтяных фракций.

Разработка процесса электролиза воды в нашей стране была начата в годы первых пятилеток в связи со строительством Чирчикского электро­ химического комбината для синтеза аммиака и производства азотпых удобрений. Для получения водорода было решено использовать электро­ лиз воды на базе электроэнергии гидроэлектростанций на реке Чпрчик. Предстояло создать самое крупное в то время в мире производство водо­ рода электрохимическим методом с потреблением 120 мВт электроэнер­ гии. К тому времени на различных заводах нашей страны имелись не­ большие установки электролиза воды мощностью по несколько киловатт, оборудованные устаревшими зарубежными конструкциями электролизе­ ров. Необходимо было заново разработать теорию и технологию, конст­ рукцию электролизера большой мощности и организовать производство оборудования на отечественных заводах.

Благодаря применению щелочных электролитов, разработке методов изготовления высокоустойчивых диафрагм, изоляторов, прокладочных ма­ териалов, конструкции электродов и других деталей электролизера, а так­ же способов защиты их от коррозии, удалось создать конструкцию фильтр-

с мощностью до 3500—4000 кВт. В электролизерах были полностью автоматизированы схемы питания водой и регулирование давления, температуры и других параметров. Электролизеры работали без ремонта в течение 5—10 лет. Производство электролизеров было налажено на киевском машиностроительном заводе «Большевик».

Опытная модель электролизера из 56 ячеек была испытана в 1936— 1937 гг. па опытном заводе «Чирчикстрой», а в 1940 г. были включены под нагрузку первые серии электролизеров ФВ-500 в цехе электролиза Чирчикского электрохимического комбината. Во время Великой Отечест­ венной войны цех электролиза этого комбината бесперебойно снабжал производство аммиака водородом, азотной кислоты —кислородом, внеся свой вклад в общее дело победы над врагом. За разработку конструкции электролизера ФВ-500 и освоение процесса электролиза в промышленно­ сти группе специалистов (А. И. Колосков, Л. М. Якименко, Л. Ш. Генин, П. И. Соколов, В. Г. Хомяков) была присуждена Государственная пре­ мия СССР.

В 1940—1941 гг. был разработан проект организации производства тяжелой воды в цехе электролиза па одном из заводов. Тяжелая вода предназначалась для использования в иаучпых исследованиях. Мощность установки небольшая — 8 кг/год. В связи с началом войны проект не был реализован. В 1944 г. начались работы по организации производства тяжелой воды в промышленных масштабах. Была принята оригинальная отечественная схема [18] с пизкимп затратами тепловой энергии. Конст-