Bir klor-alkali bitkisinin ana üretim süreçleri ve ilkeleri nelerdir?

1. Klor-alkali endüstrisinin temel üretim sürecine genel bakış

2. İyon membran elektroliz işleminin ilkeleri ve ekipmanı

3. Diyafram yönteminin ve cıva yönteminin geçmişi ve sınırlamaları

4. Yan ürün tedavisi ve kaynak geri dönüşümü

5. Süreç optimizasyonu ve enerji tasarrufu teknolojisi ilerlemesi

6. Çevresel zorluklar ve temiz üretim teknolojisi

1. Çekirdek üretim süreçlerine genel bakış 

Klor-alkali bitkileri, temel kimya endüstrisinin bir temel taşı olan sodyum klorür (NaCl) çözeltisinin elektrolizi yoluyla kostik soda (NaOH), klor (Cl₂) ve hidrojen (H₂) üretir. Küresel klor-alkali kapasitesinin% 90'ından fazlasıİyon değişim membran işlemiaşamalı olarak kullanan geri kalanlardiyaframVecıva hücresiyöntemler.

2. İyon değişim membran işleminin ilkeleri ve ekipmanı

Çekirdek mekanizma

Sülfonik asit fonksiyonel grupları olan florokarbon zincirlerinin bir omurgasını içeren perflorlu iyon değişim membranları, korozyona ve kimyasal bozunmaya karşı üstün direnç gösterir, yüksek asidik (anot) ve alkalin (katot) ortamlarında bile stabil performans korur. Membran verimliliğini daha da optimize etmek için, işlem, demir ve silika gibi iz safsızlıklarını alt PPB seviyelerine azaltan, böylece membran kirlenmesini ve operasyonel ömrü%20-30 oranında artıran çift aşamalı filtrasyon ve iyon kromatografisi gibi gelişmiş tuzlu su ön işlem sistemlerini içerir. Ek olarak, elektroliz sisteminin entegre tasarımı, anot-katod boşluğunun 2 mm'den daha az bir şekilde düzenlenmesine izin verir, ohmik direnci en aza indirir ve enerji tüketimini geleneksel tasarımlara kıyasla% 5-8 daha da düşürür. Son olarak, işlem 50 ppm'nin altındaki tutarlı bir sodyum klorür içeriği ile sürekli yüksek saflıkta kostik soda üretimini sağlar, bu da aşağı akış tuzdan arındırma adımlarına olan ihtiyacı ortadan kaldırır ve ilaç, elektronik ve gıda işleme endüstrilerinde zorunlu uygulamalar için idealdir.

Anahtar ekipman

Elektrolizler: Bipolar ve monopolar tiplerde sınıflandırılır. Bipolar elektrolizler yüksek voltajlı seri olarak çalışır, ancak daha az alan kaplarken, monopolar olanlar yüksek akım gerektiren bağımsız doğrultuculara paralel olarak çalışırlar. Modern "sıfır GAP" tasarımları elektrot aralığını azaltır<1 mm for further energy savings.

Tuzlu su arıtma sistemleri: Membran bazlı sülfat çıkarma (örn., Ruipu tuzlu trenlama sistemi) ve Şelatlama Reçine Adsorpsiyonu Ca²⁺ ve Mg²⁺'yi azaltır<1 ppm, extending membrane lifespan.

Klor ve hidrojen arıtma birimleri: Klor soğutulur (12-15 derece) ve PVC üretimi için sıkıştırmadan önce% 98 H₂SO₄ ile kurutulur; Hidrojen soğutulur, sıkıştırılır ve hidroklorik asit sentezi veya yakıt olarak kullanılır.

3. Tarihsel bağlam ve diyafram ve cıva süreçlerinin sınırlamaları

Diyafram yönteminin süreç prensibi ve tarihsel uygulaması
Diyafram elektrolizer, anot ve katot odaları arasında fiziksel bir bariyer olarak gözenekli bir asbest diyaframı kullanır. Temel prensip, üretilen Cl₂ ve H₂ gazların karıştırılmasını önlerken elektrolitin (NaCl çözeltisinin) geçmesine izin vermek için diyaframın gözenek boyutu seçiciliğini (yaklaşık 10 ~ 20 mikron) kullanmaktır. Anotta Cl⁻, Cl₂ (2cl⁻ - 2 e⁻ → cl₂ ↑) üretmek için elektronları kaybeder; Katotta H₂o, H₂ ve OH⁻ (2h₂o + 2 e⁻ → h₂ ↑ + 2 oh⁻) üretmek için elektronlar kazanır ve OH⁻ naOH oluşturmak için na⁺ ile birleşir. Asbest diyaframı Na⁺'nın ters göçünü tamamen bloke edemediğinden, katotta üretilen NaOH çözeltisi, sadece% 10 ~ 12 konsantrasyonu ile yaklaşık% 1 NaCl içerir ve endüstriyel ihtiyaçları karşılamak için buharlaşma ile% 30'dan fazla konsantre edilmesi gerekir. Bu süreç, 20. yüzyılın ortalarından ortasına kadar yaygın olarak kullanılmıştır. Çin bir zamanlar temel kimyasal hammadde sıkıntısı sorununu çözmek için bu teknolojiye güveniyordu, ancak çevre bilincinin iyileştirilmesi ile doğal kusurları yavaş yavaş ortaya çıktı.

Diyafram yönteminin ölümcül kusurları ve eliminasyon süreci
Diyafram yönteminin üç temel dezavantajı nihayetinde kapsamlı değişimine yol açtı:
Yüksek enerji tüketimi ve düşük verimlilik: Asbest diyaframının yüksek direnci nedeniyle, hücre voltajı 3.5 ~ 4.5V kadar yüksektir ve ton alkali başına güç tüketimi 3000 ~ 3500 kWh'dir, bu da iyon membran yönteminden% 40 ~ 70 daha yüksektir. Sadece düşük elektrik fiyatlarına sahip alanlar için uygundur;

Yetersiz ürün saflığı: NaCl içeren seyreltik alkali çözeltisi, süreç maliyetini artıran ve üst düzey alanlarda (alümina çözünmesi gibi) yüksek saflık NaOH talebini karşılayamayan ek buharlaşma ve tuzdan arındırma gerektirir;
Asbest Kirliliği Krizi: Asbest lifleri üretim sürecinde hava ve atık suya kolayca salınır. Uzun süreli maruziyet akciğer kanseri gibi hastalıklara yol açar. Uluslararası Kanser Araştırmaları Ajansı (IARC), 1987 gibi erken bir tarihte bir sınıf I kanserojen olarak listeledi. 2011 yılında Çin, tüm diyafram kostik soda bitkilerinin 2015 yılına kadar ortadan kaldırılacağını belirten "endüstriyel yapı ayarlaması için yönergeleri" revize etti.

Merkür Elektrolizi Süreci: Merkür Toksisitesi Yüksek saflıkta gizli tehlikeler
Merkür yönteminin teknik özellikleri ve tarihsel değeri
Merkür yöntemi, bir zamanlar cıva katodunun benzersiz özellikleri nedeniyle yüksek saflıkta kostik soda üretmek için bir "üst düzey işlem" idi. İlkesi Merkür'ü mobil katot olarak kullanmaktır. Elektroliz işlemi sırasında Na⁺ ve cıva sodyum amalgam (Na-Hg alaşımı) oluşturur ve daha sonra sodyum amalgam, doğrudan evapasyon ve konsantrasyon olmadan kullanılabilen% 50 yüksek konsantrasyon NaOH (Na-Hg + H₂o → NaOH + H₂ ↑ + Hg) üretmek için reaksiyona girer. Bu sürecin önemli avantajı, çıkış NAOH'un son derece saf olmasıdır (NaCl içeriği<0.001%), which is particularly suitable for industries such as pharmaceuticals and chemical fibers that have strict requirements on alkali purity. In the middle of the 20th century, this process was widely adopted in Europe, America, Japan and other countries. The Japanese chlor-alkali industry once relied on the mercury method to occupy 40% of the global high-end caustic soda market.

Merkür Kirliliği felaketi ve küresel yasak süreci
Merkür yönteminin ölümcül kusuru, Merkür'ün geri dönüşü olmayan kirliliğidir:
Merkür buharı dalgalanması: cıva elektroliz sırasında buhar şeklinde kaçar ve çalışma ortamındaki cıva konsantrasyonu genellikle düzinelerce kez standartları aşar, bu da işçiler arasında sık sık cıvıltı zehirlenmesi olaylarına neden olur (1956'da Japonya'da cıva kirliliğinden kaynaklanan minamata hastalığı olayı;

Atıksu deşarjı tehlikeleri: Su gövdesine girdikten sonra metilcercury'ye dönüştürülen ve ekosisteme zarar vermek için gıda zincirinden zenginleştirilen her ton Naoh için 10-20 gram cıvalar kaybedilir;
Geri dönüşümde zorluk: Merkür damıtma ile geri kazanılabilmesine rağmen, uzun süreli operasyon hala toprakta aşırı cıva içeriğine yol açar ve iyileştirme maliyeti yüksektir. Minamata Sözleşmesi'nin (2013) yürürlüğe girmesiyle, dünyadaki ülkelerin% 90'ından fazlası 2020 yılına kadar cıva yöntemini aşamalı olarak kaldırma sözü verdi. Dünyanın en büyük klor-alkali üreticisi olarak, Çin 2017'de cıva sürecini tamamen yasakladı ve endüstrinin "Mercury-Caustic Soda" kirlilik zincirini tamamen kesti ve endüstrinin tek bir membranı tamamen destekledi. Bugün, Hindistan ve Pakistan gibi sadece birkaç ülke hala cıva üretim kapasitesinin% 5'inden daha azını koruyor ve şiddetli uluslararası çevre baskısı ile karşı karşıya.

4. Yan ürün yönetimi ve kaynak geri dönüşümü

Klorun yüksek değerli kullanımı

Temel kimyasallar: PVC üretiminde (klor talebinin% 30-40'ı) ve propilen oksit sentezinde kullanılır.

Üst düzey uygulamalar: Yarıiletken aşındırma komutları için elektronik sınıf klor (% 99.999'dan daha büyük veya% 99.999'a eşit), endüstriyel sınıf klor fiyatının 5-8 katı.

Acil tedavi: Kazara Cl₂, iki aşamalı bir Naoh yıkayıcıda (% 15-20 konsantrasyon) emilir ve emisyonları sağlar<1 mg/m³.

Hidrojen geri kazanımı ve kullanım

Hidroklorik asit sentezi: Turşu ve farmasötikler için HCL üretmek için Cl₂ ile reaksiyona girdi.

Yeşil enerji: Saflaştırılmış hidrojen yakıt hücrelerini veya amonyak sentezini, bir bitki hidrojen entegrasyonu yoluyla karbon ayak izini% 60 azaltır.

Güvenlik kontrolü: Hidrojen boru hatları, patlamaları önlemek için gerçek zamanlı H₂\/Cl₂ saflık izlemesi ile alev tutukluları ve basınç tahliye cihazlarını içerir.

5. Süreç optimizasyonu ve enerji tasarrufu teknolojileri

Oksijen Katot Teknolojisi

İlke: Hidrojen evriminin oksijen azaltma ile değiştirilmesi, hücre voltajını {0}} ile düşürür. 8–1.0 V, enerji tüketimini düşürerek<1500 kWh/ton NaOH while co-producing hydrogen peroxide (H₂O₂).

Başvuru: Pekin Kimya Teknolojisi Üniversitesi 50, 000- Ton\/Yıllık tesis% 30 güç tasarrufu sağladı.

Yüksek akım yoğunluklu elektrolizörler

İlerleme: Akım yoğunluğunun 4 ka\/m²'den 6 ka\/m²'ye çıkarılması, Asahi Kasei (Japonya) ve Thyssenkrupp (Almanya) tarafından ticarileştirilen kapasiteyi%30 artırır.

Dijital dönüşüm

Akıllı Kontrol Sistemleri: AI algorithms optimize current efficiency to >% 96 ve membran ömrünü tahmin ediyor<5% error, reducing costs by ¥80/ton at one plant.

AI ile çalışan muayene: Hangzhou bazlı kimyasal bitkiler, klor tesislerini denetlemek için AI donanımlı robotlar kullanır ve Teflon tüpü tıkanmalarını tespit etmede% 99,99 doğruluk elde eder.

6. Çevresel Zorluklar ve Temiz Üretim Teknolojileri

Atık su arıtma

Klorlama: Vakum Kelorinasyonu (kalan Cl₂<50 ppm) and ion exchange recover NaCl with >% 95 yeniden kullanım.

Sıfır sıvı deşarjı (ZLD): Çok etkili buharlaşma (MVR), Sincan ve Shandong'da uygulanan endüstriyel tuzu kristalleştirir.

Egzoz gazı tedavisi

Sülfürik asit sis kontrolü: Electrostatic precipitators (>% 99 verimlilik) ve ıslak ovma GB 16297-2025 emisyon standartlarını karşılamaktadır.

Merkür Kirliliğini Önleme: Yunnan tuzu ve Haohua Yuhang, cıva içermeyen katalizör Ar-Ge için devlet finansmanı alarak düşük mercur katalizörleri desteklenir.

Katı Atık Yönetimi

Membran geri dönüşümü: Closed-loop recovery of precious metals (titanium, ruthenium) achieves >% 98 verimlilik.

Tuzlu çamur kullanımı:% 100 kapsamlı karbür cürufu kullanımı ile inşaat malzemelerinde veya depolama alanlarında kullanılır.