Kalsiumin massavirtaustase natriumboorihydridin tuotannossa

Abstract

Opinnäytetyön tarkoituksena oli selvittää natriumboorihydridin tuotannon kalsiumtase Kemira Chemicalsin Äetsän toimipisteen hienokemikaalitehtaalla TIV1. Kalsiumin tiedetään kertyvän tuotannossa käytettäviin prosessilaitteisiin ja mahdollisesti aiheuttavan prosessihäiriöitä. Kalsiumtaseen määrittämiseksi tuotannon osaprosessien massavirtaustase määritettiin massavirtausmittausten perusteella. Lisäksi tuotannon eri vaiheista otettiin näytteitä, joista määritettiin niiden kalsiumpitoisuus. Kalsiumtase pystyttiin laskemaan saatujen tulosten perusteella.

Työssä tehtyjen mittausten perusteella kalsiumin määrä tuotannossa vaihteli merkittävästi kuukauden mittaisen seurantajakson aikana. Suurimmillaan tuotannon erotusprosesseihin tulevan kalsiumin massavirtaus oli 400 ± 100 grammaa kalsiumia tunnissa ja pienimmillään 120 ± 30 grammaa tunnissa. Erotusprosesseihin tulevan kalsiumin massavirtauksen keskiarvo tarkastelujakson aikana oli noin 290 ± 70 grammaa tunnissa.

Määritysten perusteella tuotantoprosessin ulkopuolelta joko raaka-aineiden mukana tulevan tai prosessilaitteisiin kertyneen kalsiumin osuus erotusprosesseihin päätyvän kalsiumin määrästä on suurin yksittäinen kalsiumin määrään vaikuttava tekijä. Tuotantoprosessin ulkopuolisen kalsiumin määrä vaihteli tarkastelujakson aikana 300 ± 100 grammasta kalsiumia tunnissa -30 ± 30 grammaan kalsiumia tunnissa. Prosessin ulkopuolelta tulevan kalsiumin massavirtaus oli työn aikana keskimäärin 130 ± 70 grammaa tunnissa. Lisäksi erotusprosesseihin tuleva liuos sisälsi keskimäärin prosessivedestä lähtöisin olevaa kalsiumia 110 ± 20 grammaa tunnissa ja kiertoliuoksessa kiertävää kalsiumia 50 ± 10 grammaa tunnissa.

Työssä havaittiin, että tuotannossa käytettävän prosessiveden sisältämä kalsium muodostaa suuren osan erotusprosessien kalsiumkuormasta. Prosessivettä puhdistamalla tuotantolaitteistossa kiertävien liuoksien kalsiumpitoisuutta saataisiin todennäköisesti laskettua. Lisäksi työssä havaittiin, että osassa tuotannon erotusprosesseja keskipakolingoille syötettävän liuoksen koostumus vaihtelee merkittävästi. Syöttöliuoksen tasalaatuisempi koostumus todennäköisesti parantaisi erotusprosessin käytettävyyttä.

The Kemira Chemicals Fine Chemical plant TIV-1 in Äetsä, Finland produces liquid sodium borohydride solution. Impurities from raw materials in the production process accumulate in the production equipment and may cause process disturbances. The most notable of these impurities is calcium.

The purpose of this study was to specify the total amount of calcium circulating in the production process. Calcium levels were determined in multiple points of production over a period of one month, focusing on the separation processes. To calculate the mass flow rate of the calcium the mass flow rates of fluids in the process were also determined using data collected from various mass flow meters.

It was found that the calcium content of process fluids and the mass flow rate of the calcium varied greatly during the period of this study. The highest mass flow rates of calcium were measured at the start of the study, when it was calculated that 400 ± 100 g/h of calcium entered the separation processes. Of this, 300 ± 100 g/h came from sources outside the process, i.e. from raw materials. The lowest calcium levels were measured at the end of the study, when 120 ± 30 g/h of calcium of which -30 ± 30 g/h from outside sources entered the separation processes. Mean values of calcium mass flow were 290 ± 70 g/h and 130 ± 70 g/h respectively.

It was also found that the process water used in the production has relatively high calcium content. Of the calcium entering the separation process on average 110 ± 20 g/h came from process water. On average 50 ± 10 g/h was determined to come from mineral oil circulating in the production process.

As the calcium levels in the process varied greatly, it was not possible to determinate unambiguous mass flow balance for calcium in sodium borohydride production. Nevertheless, the results clearly show that the calcium separation process can remove substantial amounts of calcium from the circulating mineral oil. Calcium levels could be even lower, if an apparatus to remove calcium from process water was introduced. The composition of the fluid feed to the calcium separation process could also be improved. By controlling the composition of the fluid feed, better separation results could be achieved.