Які основні виробничі процеси та принципи рослини хлоро-алкалі?

1. Огляд основного виробничого процесу хлор-алкалії

2. Принципи та обладнання процесу електролізу іонної мембрани

3. Історія та обмеження методу діафрагми та методу ртуті

4. Лікування побічним продуктом та переробка ресурсів

5. Оптимізація процесів та економія енергозберігаючих технологій

6. Екологічні проблеми та технології чистого виробництва

1. Огляд основних виробничих процесів 

Хлор-алкильські рослини виробляють їдку соду (NaOH), хлор (CL₂) та водневий (H₂) через електроліз розчину хлориду натрію (NaCl), наріжного каменю основної хімічної промисловості. Понад 90% глобальної потужності хлор-алкалії використовуютьПроцес мембрани іонообміну, з рештою, використовуючи фейсдіафрагмаіклітина ртутіметоди.

2. Принципи та обладнання процесу мембрани іонообміну

Основний механізм

Мембрани з перфторупованими іонами, що містять основу фторуглерових ланцюгів з функціональними групами сульфонової кислоти, виявляють велику стійкість до корозії та хімічної деградації, підтримуючи стабільні показники навіть у висококисливих (анодах) та лужних (катодних) середовищах. Для подальшої оптимізації ефективності мембран процес включає вдосконалені системи попередньої обробки розсолу, такі як подвійна стадія фільтрація та іонна хроматографія, які зменшують домішки, такі як залізо та кремнезем, до рівня субпПБ, тим самим запобігаючи забрудненню мембран та розширення оперативного життя на 20–30%. Крім того, інтегрована конструкція системи електролізу дозволяє точно регулювати проміжок анод-катод менше ніж 2 мм, мінімізуючи ОМС-опір і подальше зниження споживання енергії на додаткові 5–8% порівняно зі звичайними конструкціями. Нарешті, процес дозволяє безперервне виробництво їдкої соди з високою чистотою з постійним вмістом хлориду натрію нижче 50 проміле, усуваючи необхідність етапів опріснення нижче за течією та робить його ідеальним для вимогливих застосувань у фармацевтичних препаратах, електроніці та промисловості харчових продуктів.

Ключове обладнання

Електролізатори: Класифіковано на біполярні та монополярні типи. Біполярні електролізатори працюють послідовно з високою напругою, але займають менше місця, тоді як монополярні проходять паралельно з високим струмом, що потребує незалежних випрямляторів. Сучасні конструкції "нульова га" зменшують відстань електродів до<1 mm for further energy savings.

Системи очищення розсолу: Видалення сульфату на основі мембрани (наприклад, система переробки розсолу Руїпу) та адсорбція хелатури, зменшують Ca²⁺ та Mg²⁺ до<1 ppm, extending membrane lifespan.

Одиниці обробки хлору та водню: Хлор охолоджується (12–15 градусів) і сушить 98% h₂so₄ перед стисненням для виробництва ПВХ; Водень охолоджується, стискається і використовується для синтезу соляної кислоти або як паливо.

3. Історичний контекст та обмеження діафрагми та ртутних процесів

Принцип процесу та історичне застосування методу діафрагми
Електролізер діафрагми використовує пористу діафрагму азбесту як фізичний бар'єр між анодними та катодними камерами. Основний принцип полягає у використанні селективності розмірів пор діафрагми (близько 10 ~ 20 мкм), щоб дозволити проходити електроліт (розчин NaCl), запобігаючи змішуванню генерованих газів CL₂ та H₂. На аноді CL⁻ втрачає електрони для генерування CL₂ (2Cl⁻ - 2 E⁻ → Cl₂ ↑); На катоді h₂o отримує електрони, щоб генерувати H₂ і OH⁻ (2H₂O + 2 E⁻ → H₂ + 2 OH⁻), а OH⁻ поєднується з Na⁺, щоб утворити NaOH. Оскільки діафрагма азбесту не може повністю заблокувати зворотну міграцію Na⁺, розчин NaOH, що виробляється в катоді, містить близько 1% NaCl, з концентрацією лише 10 ~ 12%, і його потрібно зосередити більше 30% випаровуванням для задоволення промислових потреб. Цей процес широко використовувався в середині до кінця 20 століття. Китай колись покладався на цю технологію, щоб вирішити проблему дефіциту основної хімічної сировини, але з вдосконаленням екологічної обізнаності його притаманні дефекти поступово були викриті.

Смертельні дефекти та процес елімінації методу діафрагми
Три основні недоліки методу діафрагми врешті -решт призвели до його всебічної заміни:
Високе споживання енергії та низька ефективність: завдяки високій стійкості діафрагми азбесту, напруга клітини досягає 3,5 ~ 4,5 В, а споживання електроенергії на тонну лугу на 3000 ~ 3500 кВт · год, що на 40 ~ 70% вище, ніж метод іонної мембрани. Він підходить лише для районів з низькими цінами на електроенергію;

Недостатня чистота продукту: розведений лужний розчин, що містить NaCl, потребує додаткового випаровування та опріснення, що збільшує вартість процесу і не може задовольнити попит на високу чистоту NaOH у полях високого класу (наприклад, розчинення глинозему);
Криза забруднення азбесту: азбестові волокна легко випускаються у повітря та стічні води під час виробничого процесу. Довгострокове опромінення призводить до таких захворювань, як рак легенів. Міжнародне агентство з досліджень раку (IARC) перераховувало його як канцероген класу І класу ще в 1987 році. У 2011 році Китай переглянув "рекомендації щодо коригування промислової структури", які чітко зазначали, що всі діафрагми їдкої соди будуть усунені до 2015 року, загалом понад 5 мільйонів тонн\/рік виробничих потужностей.

Процес електролізу ртуті: токсичність ртуті прихована небезпека, що стоїть за високою чистотою
Технічні характеристики та історична цінність методу ртуті
Метод ртуті колись був "високим процесом" для виробництва придурливої ​​соди з високою чистотою завдяки унікальним властивостям катода ртуті. Його принцип полягає у використанні ртуті як мобільного катода. Під час процесу електролізу Na⁺ і ртуть утворюють амальгаму натрію (сплав Na-HG), а потім амальгама натрію реагує з водою, щоб генерувати 50% висококонцентраційну NaOH (Na-HG + H₂O → NaOH + H₂ ↑ + Hg), яку можна використовувати безпосередньо без випаровування та концентрації. Важлива перевага цього процесу полягає в тому, що вихідний NaOH надзвичайно чистий (вміст NaCl<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.

Катастрофа забруднення ртуті та процес глобальної заборони
Фатальний недолік методу ртуті - це незворотне забруднення ртуті:
Вплатильність ртуті: Меркурій втікає у вигляді пари під час електролізу, а концентрація ртуті в робочому середовищі часто перевищує стандарт за десятки разів, що призводить до частого інциденту отруєння ртуттю серед працівників (наприклад, інциденту хвороби Мінамата в 1956 році, що було спричинено забрудненням ртуті);

Небезпека розряду стічних вод: приблизно 10-20 грам ртуті втрачається для кожної тонни NaOH, яка перетворюється на метиллітуру після потрапляння в водойму, і збагачена через харчовий ланцюг, щоб заподіяти шкоду екосистемі;
Труднощі в переробці: Хоча ртуть можна відновити шляхом дистиляції, довгострокова операція все ще призводить до надмірного вмісту ртуті в ґрунті, а вартість відновлення висока. З набуттям набуття конвенції Мінамата (2013) понад 90% країн світу пообіцяли припинити метод ртуті до 2020 року. Як найбільший у світі виробник хлор-Алкалі, Китай повністю заборонив процес ртуті в 2017 році, повністю відрізавши ртуть-кустичний ланцюжок "забруднення" та сприяє трансформації промисловості до єдиного процесу мембрану. Сьогодні лише кілька країн, таких як Індія та Пакистан, все ще зберігають менше 5% виробничих потужностей ртуті та стикаються з сильним міжнародним тиском на навколишнє середовище.

4. Управління побічним продуктом та переробка ресурсів

Високоцінне використання хлору

Основні хімічні речовини: Використовується у виробництві ПВХ (30–40% попиту на хлор) та синтезу оксиду пропілену.

Програми високого класу: Електронний хлор (більший або дорівнює 99,999% чистоти) для напівпровідникових команд в 5–8 разів перевищує ціну на хлор промислового класу.

Екстрене лікування: Випадковий CL₂ поглинається у двоступеневому скрубері NaOH (концентрація 15–20%), забезпечуючи викиди<1 mg/m³.

Відновлення та використання водню

Синтез соляної кислоти: Реагував з CL₂, щоб виробляти HCL для марикацій та фармацевтичних препаратів.

Зелена енергія: Очищене водневе паливо паливні елементи або синтез аміаку, при цьому одна рослина зменшує вуглецевий слід на 60% через інтеграцію водню.

Контроль безпеки: Трубопроводи з водню включають арештатори полум'я та пристрої для зняття тиску, з моніторингом чистоти H₂\/CL в режимі реального часу для запобігання вибухів.

5. Оптимізація процесів та енергозберігаючі технології

Технологія кисневого катода

Принцип: Заміна еволюції водню на зниження кисню знижує напругу клітин на {{0}}. 8–1,0 В, зменшення споживання енергії до<1500 kWh/ton NaOH while co-producing hydrogen peroxide (H₂O₂).

Застосування: Пекінський університет хімічної технології 50, 000- тонна\/рік рослина досягла 30% економії електроенергії.

Електролізери високої щільності

Просування: Збільшення щільності струму з 4 ка\/м² до 6 ка\/м² збільшує потужність на 30%, комерціалізується Асахі Касей (Японія) та Thyssenkrupp (Німеччина).

Цифрова трансформація

Інтелектуальні системи управління: AI algorithms optimize current efficiency to >96% і прогнозують термін експлуатації мембрани з<5% error, reducing costs by ¥80/ton at one plant.

Інспекція, що працює на AI: Хімічні рослини на основі Ханчжоу використовують роботи, оснащені AI, для огляду об'єктів хлору, досягаючи 99,99% точності при виявленні блокування тефлонової трубки.

6. Екологічні проблеми та чисті технології виробництва

Очищення стічних вод

Дехлоринація: Вакуумне дехлорування (залишковий CL₂<50 ppm) and ion exchange recover NaCl with >95% повторне використання.

Нульовий рідкий розряд (ZLD): Багатоефективне випаровування (MVR) кристалізує промислову сіль, реалізовану в Сіньцзяні та Шаньдуні.

Очищення вихлопних газів

Контроль туману сірчаної кислоти: Electrostatic precipitators (>99% ефективність) та мокрого очищення відповідають стандартам викидів GB 16297-2025.

Профілактика забруднення ртуті: Просунуті каталізатори з низькою мережею, при цьому соль Юньнань та Хаоуа Юханг отримують державне фінансування на науково-дослідні роботи без ртуті.

Поводження з твердими відходами

Переробка мембрани: Closed-loop recovery of precious metals (titanium, ruthenium) achieves >98% ефективність.

Використання соляного мулу: Використовується в будівельних матеріалах або обкладинках сміттєзвалища зі 100% всебічним використанням карбідного шлаку.