Proponiamo oggi la descrizione della progettazione di un impianto di Calcio Cloruro con particolare attenzione alle fasi di fattibilità e Front End. Tra i tanti utilizzi, il calcio cloruro viene sempre più frequentemente utilizzato nei periodi invernali come antigelo su strade e autostrade.
Il calcio cloruro può derivare come sottoprodotto del processo Solvay che ha avuto il grosso pregio di produrre la soda a basso costo, utilizzata per la produzione di detergenti, oppure si ottiene a partire dall’elettrolisi del sodio cloruro per poi seguire con la reazione tra carbonato di calcio e acido cloridrico:

2 NaCl + 2 H2O → Cl2 + H2 + 2 NaOH
CaCO3 + 2 HCl → CaCl2 + H2O + CO2
Questa pubblicazione si occupa della progettazione e costruzione “epc”, di un impianto di calcio cloruro a partire da questa seconda reazione e in particolare descrive la prima fase del progetto e cioè la fattibilità e una parte della progettazione “Front End”.
Lo stabilimento è stato commissionato da una società privata dell’est europeo e la progettazione ha riguardato oltre che l’impianto di processo anche tutto lo stabilimento: dagli uffici operativi e direzionali degli stoccaggi di materie prime, i magazzini dei prodotti finiti, le filling lines e tutte le utilities.

Il lavoro è stato condotto da una società di ingegneria in qualità di main contractor in partnership con altre società di ingegneria proprietarie dei relativi processi in qualità di “e,p”.

Le quantità di prodotti finiti oggetto dell’impianto sono:
calcium chloride 27.000 Ton/Year
caustic soda 32% 50.000 Ton/Year
sodium hypochlorite 18% 11.000 Ton/Year

Le materie prime in input sono:
salt NaCl 24,000 Ton/Year
calcium carbonate 24,000 Ton/Year
HCl al 32% 45,000 Ton/Year

Descrizione del processo
Le materie prime in polvere che vengono scaricate sfuse da autotreni, sono stoccate in silos di capacità adeguata e asservono i relativi reparti di processo attraverso trasporti meccanici.

Le sezioni principali dell’impianto di calcio cloruro sono le seguenti:
1) Impianto di Elettrolisi e produzione di cloro-soda (sezione licenziata)
2) Impianto di sintesi di acido cloridrico
3) Impianto di produzione di sodio ipoclorito (sezione licenziata)
4) Impianto di produzione di calcio cloruro

Nella prima sezione, il sodio cloruro in polvere, dai sili di stoccaggio, viene dosato con acqua demineralizzata e subisce una serie di passaggi per trasformarsi in soluzione satura al 30% c.a.
La soluzione satura di sodio cloruro, passa poi in miscelatori a pale dove viene additivata con sali per la precipitazione delle impurità (calcio carbonato).
La salamoia viene ulteriormente chiarificata e filtrata su filtri a pressa e su un filtro a carbone finale per rimuovere l’acqua ossigenata usata nel processo di declorazione.
Prima di entrare nelle celle elettrolitiche, la soluzione satura subisce un trattamento di addolcimento per togliere calcio e magnesio.
Le celle elettrolitiche sono composte da anodo in titanio e catodo in nichel isolati da una membrana semimpermeabile, capace di diffondere solo ioni sodio e acqua.
Nelle celle avviene la reazione elettrolitica grazie alla corrente continua con il quale viene alimentato il circuito.
La soluzione satura di sale entra nell’anodo e dopo il processo di idrolisi il cloro caldo prodotto lascia le celle e viene inviato alla sezione di sintesi dell’acido cloridrico.
Al catodo delle celle invece, vengono prodotti idrogeno gassoso e sodio idrato al 32% attraverso la combinazione dello ione sodio che si combina con lo ione ossidrile.

Sezione impianto di raffreddamento e lavaggio di idrogeno
L’idrogeno proveniente dal collettore catodico della camera elettrolitica, saturo di vapore acqueo, viene fatto scorrere in una torre di raffreddamento dove il gas viene lavato e raffreddato per condensare il vapore acqueo.
L’idrogeno raffreddato viene inviato all’unità di sintesi dell’acido cloridrico.

Sezione impianto di sintesi dell’acido cloridrico
Dal collettore anodico della camera elettrolitica, il cloro,dopo aver subìto un raffreddamento in scambiatori di calore montati in serie, viene condensato e poi purificato dalle impurezze per poter essere essicato.
Il cloro gassoso viene sintetizzato in un impianto dedicato passando in un forno integrato a un assorbitore a film cadente con colonna di abbattimento scrubber.
Cloro e idrogeno vengono alimentati al forno formando HCl.
L’acqua demineralizzata necessaria per l’assorbimento per la produzione di acido cloridrico, fluisce in controcorrente al flusso di gas attraverso lo scrubber nella colonna di assorbimento.

Sezione impianto di sintesi dell’ipoclorito di sodio
Questa sezione di impianto lavora anch’essa in continuo. E’ previsto un tank con pompe di rilancio per permettere alla soluzione di ipoclorito fresco,raffreddato da acqua refrigerata, di riciclare attraverso un eiettore. Il cloro gassoso e liquefatto derivante dalla compressione viene alimentato all’eiettore, dove viene assorbito da una soluzione diluita di soda caustica.
I gas non assorbiti come azoto, ossigeno e idrogeno sono evacuati.
La soluzione di ipoclorito prodotta viene trasferita ai serbatoi di stoccaggio.

Sezione impianto di produzione di calcio cloruro
Questo impianto è stato progettato per produrre 27.000 tonnellate all’anno di cloruro di calcio con una purezza del 99 % .
Le materie prime alimentate all’unità sono:
Acido cloridrico al 32 % proveniente da una unità di conversione elettrolitica a monte
“cloro-soda” .
Acqua demi utilizzata nell’assorbimento di acido gassoso.
Calcare al 99,5% di purezza rettificato a 200 micron

Altri prodotti chimici necessari sono:
Latte di calce al 7-10 %

Utilities necessarie per un impianto di calcio cloruro:
Vapore saturo al minimo barg 10
acqua di raffreddamento a 30 ° C
Aria strumento a 5 barg min e punto di rugiada a -20 ° C
Potenza elettrica (potenza installata 150 kw )
Gas naturale a bassa pressione (portata massima necessaria 250 Sm3 / h )

L’unità produrrà come sottoprodotto circa 900-950 kg / h di biossido di carbonio al 95 % di saturazione acqua a temperatura ambiente .
L’anidride carbonica potrà essere recuperata, compressa ed essiccata, in impianto dedicato, per lo stoccaggio in bombole di gas tecnico.
Il prodotto finito di calcio cloruro è disponibile come polvere secca pronta per essere stoccato e confezionato in filling lines di big-bags e sacchi di varie pezzature.

Le emissioni gassose dell’unità sono:
Le emissioni dell’essicatore (1500 Sm3 / h di gas di combustione aria e vapore acqueo)
L’ emissione di liquido è ridotto a 0,1 l/h contenente circa 2 g /l di cloruro di sodio .

Descrizione generale dell’impianto di calcio cloruro
La progettazione meccanica delle diverse sezioni dell’impianto, come del resto anche tutto l’impianto a monte, è orientata alla costruzione di skid preassemblati e testati salvo alcune parti che dovranno essere montate separatamente.
Questo per facilitare i lavori di interconnessione on site e per facilitarne il trasporto.
L’impianto è stato progettato per il funzionamento continuo, con un fattore di servizio di 7,80 h/y.
La supervisione del processo è centralizzata nella sala di controllo e sarà comandato da un DCS.

L’ acido cloridrico viene alimentata ai reattori da un serbatoio di compensazione di 50 m3 attraverso una pompa centrifuga e il flusso è controllato da un circuito di controllo di flusso.
Il calcare, già macinato a dimensione di 200 micron, è alimentato da un silos di stoccaggio in una tramoggia temporanea da un trasportatore meccanico . La tramoggia ha una capacità di 50 m3.
Una rotocella fornisce il calcare al primo reattore .
La portata di alimentazione è calcolata e controllata in rapporto costante con il flusso dell’acido.

Reazione
Nei reattori la reazione tra l’acido e calcare avviene in fase liquida con una grande
sviluppo di anidride carbonica gassosa .
Il gas viene instradato fuori dai reattori da un sistema di sfiati chiuso, mentre l’impasto ( soluzione acquosa acida e polvere) sfiora dal primo al secondo reattore, dove il processo si completa.
La reazione produce, oltre ai prodotti finiti una grande quantità di calore:

2 HCl + CaCO3 = CaCl2 + H2O + CO2 + calore

Il calore prodotto è più di un milione di kjoule e deve essere rimosso al fine di evitare un
massiccia evaporazione di acido.
Questa rimozione viene fornita da due scambiatori di calore raffreddati con acqua.
Due pompe di riciclo forniscono il flusso necessario al sistema per garantire il controllo di raffreddamento.
Ogni reattore è provvisto di un agitatore in modo da garantire il contatto intimo delle fasi reagenti disomogenee.
In ogni reattore la concentrazione di calcare è mantenuta superiore al rapporto stechiometrico , allo scopo di consumare totalmente l’acido e quindi ridurne la concentrazione nei reattori.
La fase liquida in uscita dal reattore è un liquore a circa il 40 % w / w di calcio cloruro, con una fase solida dispersa di calcare.
Questo impasto liquido viene alimentato con una pompa in un idrociclone dove il calcare è separato per decantazione e riciclato ai due reattori .
L’overflow dell’idrociclone (quasi liquore trasparente) passa alla sezione di neutralizzazione .
L’anidride carbonica evacuata dai reattori viene lavata con acqua demineralizzata in una colonna impaccata per eliminare il gas acido evaporato e ridurre il vapore acqueo; il lavaggio dell’acqua è riciclata con una pompa.
Il decantato ricco di carbonato ritorna al primo reattore.

Neutralizzazione e chiarificazione- impianto di calcio cloruro
Il liquore lasciando il secondo reattore viene scaricato per gravità nel serbatoio di neutralizzazione dove si ha la correzione del pH aggiungendo una soluzione al 10 % di latte di calce.
Il serbatoio di neutralizzazione è dotato di agitatore e sistema di controllo automatico del pH.
Dopo la neutralizzazione al liquore viene aggiunto un flocculante e il tutto viene scaricato per gravità in un chiarificatore.
In questa apparecchiatura i solidi sospesi residui sono regolati .
Il liquore viene sfiorato in un buffer mentre la parte solida decantata passa al primo reattore attraverso una pompa volumetrica.

Essiccazione del prodotto - Impianto di calcio cloruro
Il liquore immagazzinato nel serbatoio tampone viene ripreso da una pompa centrifuga e riscaldato attraverso uno scambiatore di calore prima di passare all’atomizzatore.
Il calore necessario per evaporare l’acqua è apportato da un bruciatore a gas naturale che fornisce aria calda all’essiccatore.
Il calcio cloruro in polvere è recuperato sul fondo dell’apparecchio.
Il controllo della temperatura dell’essiccatore è un parametro fondamentale per ottenere la cristallizzazione corretta della polvere che viene scaricata in una tramoggia di servizio
Da quì viene ripresa con un trasporto pneumatico in fase densa ad alta pressione e inviato in un silos di stoccaggio per raggiungere definitivamente le filling lines.
L’aria di scarico dall’essicatore viene filtrata in un filtro a maniche, così che la polvere decanta nuovamente nell’essiccatore mentre l’aria pulita viene aspirata da un ventilatore ed espulsa in atmosfera.