Общие сведения о технологии производства йода
Йод в мировой практике извлекают из солевых растворов (природные воды и попутные воды нефтяных и газовых месторождений), массовая концентрация йода в которых составляет 9-300 г/м3. //
Все способы извлечения йода можно разделить на две группы в зависимости от того, в каком виде йод извлекают из воды: в виде йодида или в виде элементарного йода. Йод из промышленных вод можно выделить в виде осадков йодидов различных металлов. Известны также способы выделения йодида из маломинерализованных вод с помощью анионообменных смол. Ни один из этих способов широкого применения не имеет из-за сложностей технологии и аппаратуры, высокой стоимости реагентов, низкого выхода продукта.
Все наиболее распространенные способы извлечения йода из промышленных вод, применяемые в мировой практике, включают предварительное окисление йодида до элементарного йода. Из множества известных способов извлечения элементарного йода из промышленных вод наиболее широко применяются способы воздушной десорбции, а также адсорбции активированным углем и ионообменными смолами. Выбор способа извлечения йода определяется, главным образом, массовой концентрацией йода в промышленной воде и её температурой.
На выбор конкретной аппаратурно-технологической схемы процесса извлечения в рамках выбранного способа влияют химический состав промышленной воды (щелочность, галогенопоглощаемость, общая минерализация, содержание щелочноземельных элементов, сульфатов, железа и др.), содержание механических примесей и нефти, условия сброса отработанной воды, конкретные технико-экономические и географические особенности района строительства производства.
Воздушно-десорбционный способ извлечения йода из промышленных вод
Способ основан на достаточно высокой упругости паров йода над промышленной водой, содержащей элементарный йод, что позволяет осуществить процесс десорбции йода из воды потоком воздуха.
Технологическая схема производства включает следующие стадии:
· подкисление промышленной воды минеральной кислотой (соляной, серной) для подавления гидролиза;
· окисление йодида до элементарного йода (хлором, гипохлоритом, нитритом);
· десорбция йода из воды воздухом;
· абсорбция йода из воздуха абсорбентом, содержащим химически активный компонент (диоксид серы, сульфит натрия, щелочь);
· кристаллизация йода из абсорбента (хлором, бихроматом, бертолетовой солью, кислотой, перекисью водорода);
· обезвоживание и очистка йода.
Основу промышленных установок составляют насадочные башни десорбции и абсорбции йода, через которые вентилятором продувается поток воздуха. Конструкции башен, массообменных насадок, оросителей и брызгоотбойников в этих башнях весьма разнообразны.
Воздушно-десорбционный способ по сравнению с другими прост и менее трудоемок, позволяет легко автоматизировать технологический процесс, обеспечивает самое высокое качество продукции, аппаратура высокопроизводительна и компактна. Отечественный и зарубежный опыт эксплуатации йодных производств показал, что при концентрации йода в воде 20-60 г/м3 воздушно-десорбционный способ экономичнее других при переработке промышленных вод с температурой выше 30-35ºС, т.к. при повышении температуры увеличивается упругость йода над водой, сокращается требуемый расход воздуха и, соответственно, электроэнергии на процесс извлечения йода. Для вод с более высокой концентрацией йода воздушно-десорбционный способ экономически оправдан и при более низкой температуре воды.
Воздушно-десорбционный способ производства йода наиболее широко применяется в мировой практике. Таким способом получают весь йод в США, большую часть йода в Японии и в странах СНГ. В последние годы на этот способ переходит и Чили – крупнейший поставщик йода на мировой рынок.
Угольно-адсорбционный способ извлечения йода из промышленных вод
Основан на способности активированных углей адсорбировать элементный йод из водных растворов.
Принципиальная технологическая схема производства также включает стадии подкисления воды, окисления йодида, кристаллизации, обезвоживания и очистки йода. В отличие от схемы производства йода воздушно-десорбционным способом вместо стадий воздушной десорбции и абсорбции йода здесь имеются стадии адсорбции йода активированным углем и десорбции йода с углей раствором щелочи при нагревании.
Основу промышленных установок составляют адсорберы йода, в которых осуществляется безнапорная фильтрация промышленной воды с йодом через слой зернистого угля.
Угольно-адсорбционный способ характеризуется низкой производительностью и, соответственно, большим объемом аппаратуры, сложностью автоматизации процесса, высокой трудоемкостью, низким качеством продукции.
Ионообменный способ извлечения йода из промышленных вод
Основан на высокой адсорбционной емкости отдельных ионообменных смол по йоду (до 350-400 кг/м3). Принципиальная схема производства не отличается от схемы производства угольно-адсорбционным способом. В разных странах в промышленности используются различные ионообменные смолы, в странах СНГ обычно применяются аниониты АМП и АВ-17х8.
Основные аппараты – адсорберы – значительно более производительные, чем при угольно-адсорбционном способе, за счет использования напорной фильтрации через стационарный слой ионита или техники взвешенного слоя, поэтому количество адсорберов и производственные площади резко сокращаются.
Ионнообменный способ обеспечивает хорошее качество готового продукта, возможность автоматизации процесса, а также возможность проведения процесса извлечения йода при пониженной кислотности промышленной воды, и в некоторых случаях и при щелочной воде.
Экономически ионообменный способ производства йода оправдан при низкой температуре промышленной воды, при повышенных температурах процесс адсорбции протекает хуже, возрастают потери йода. В промышленном масштабе ионообменный способ производства йода применяют в Болгарии, на некоторых заводах Японии, на Ново-Нефтечалинском йодобромном заводе в Азербайджане.
Воздушная десорбция йода
Промышленная вода с места ее добычи поступает в емкость , откуда насосом подается в десорбер . Для подкисления воды и окисления иодида на всас насоса подают серную кислоту и хлорированную воду. Элементарный йод отдувают в десорбере воздухом, подаваемым вентилятором в противоток стекающей по насадке воде. Йодовоздушная смесь по нисходящему газоходу поступает в абсорбер , где йод поглощают сорбентом из емкости , подаваемым насосом . Абсорбцию и восстановление йода осуществляют раствором сульфита натрия или диоксидом серы, получаемым путем сжигания серы в печи, продуваемой воздухом. Абсорбент поступает в газоход после десорбера .
Отработанная вода из десорбера направляется на нейтрализацию, либо на производство брома. От напорного коллектора насоса сорбент поступает на кристаллизацию йода в кристаллизатор . Для поддержания водного баланса в циркуляционную емкость подается пресная вода, объем которой зависит от времени года и погодных условий. Отработанный воздух из абсорбера через газоход выбрасывается в атмосферу.
Кристаллизация йода
Режим работы кристаллизатора – периодический. Выделение йода из сорбента осуществляется хлором. Для создания в кристаллизаторе избыточной кислотности предусматривается дозировка серной кислоты.Реакционная масса перемешивается жатым воздухом. После выделения йода смесь отстаивается для осаждения кристаллов йода в коническом днище. После осаждения кристаллов суспензия сливается на нутч-фильтр .
Влажные кристаллы йода, отфильтрованные на нутч-фильтре , промываются пресной водой, затем подсушиваются просасываемым воздухом. Маточные растворы и промывные воды после нутч-фильтра направляются на извлечение йода на узел воздушной десорбции.
Йод-паста выгружается в передвижной контейнер и транспортируется на сублимационную очистку.