Aké sú hlavné výrobné procesy a princípy závodu chlorika?

1. Prehľad základného výrobného procesu odvetvia chlori-alkali

2. Princípy a vybavenie procesu elektrolýzy iónovej membrány

3. História a obmedzenia metódy bránice a metóda ortuti

4. Liečba vedľajších produktov a recyklácia zdrojov

5. Optimalizácia procesu a pokrok technológie úspory energie

6. Environmentálne výzvy a čisté výrobné technológie

1. Prehľad základných výrobných procesov 

Rastliny chlori-alali produkujú žieravé sódy (NaOH), chlór (CL₂) a vodík (H₂) prostredníctvom elektrolýzy roztoku chloridu sodného (NaCl), základného chemického priemyslu. Viac ako 90% globálnej kapacity chlori-alkáli sa zamestnávaproces membrány iónov, so zostávajúcimi pomocou postupného postupubránicaaortuťová bunkametódy.

2. Zásady a vybavenie procesu membrány iónovej výmeny

Hlavný mechanizmus

Perfluórované membrány výmeny iónov s chrbticou fluórovaných reťazcov s funkčnými skupinami kyseliny sulfónovej vykazujú vynikajúcu rezistenciu voči korózii a chemickej degradácii, udržiavajúc stabilný výkon aj vo vysoko kyslých (anódových) a alkalických (katódových) prostrediach. Aby sa ďalej optimalizovala účinnosť membrány, proces zahŕňa pokročilé systémy predbežného ošetrenia soľných slastiev, ako je dvojstupňová filtrácia a iónová chromatografia, ktorá znižuje stopovú nečistoty, ako je železo a oxid kremičitý, na hladiny sub-PPB, čím sa bránia membránovému znečisteniu a rozširuje prevádzkovú životnosť o 20–30%. Integrovaný návrh elektrolýzneho systému navyše umožňuje presnú reguláciu medzery anode-katódovej medzery na menej ako 2 mm, čo minimalizuje OHMIC odpor a ďalej znižuje spotrebu energie o ďalších 5–8% v porovnaní s konvenčnými návrhmi. Nakoniec tento proces umožňuje nepretržitú produkciu vysokokvalitnej žieravej sódy s konzistentným obsahom chloridu sodného pod 50 ppm, čo eliminuje potrebu následných krokov odsoľovania a robí ju ideálnou pre náročné aplikácie vo farmaceutikách, elektronike a priemysle spracovania potravín.

Kľúčové vybavenie

Elektrolyzéry: Klasifikované do bipolárnych a monopolárnych typov. Bipolárne elektrolyzéry pracujú v sérii s vysokým napätím, ale zaberajú menej priestoru, zatiaľ čo monopolárne fungujú paralelne s vysokým prúdom vyžadujúcim nezávislé usmerňovače. Moderné návrhy „nulovej medzery“ znižujú rozstup elektród do<1 mm for further energy savings.

Čistenie soľanky: Odstránenie síranov na báze membrány (napr<1 ppm, extending membrane lifespan.

Jednotky na úpravu chlóru a vodíka: Chlór je ochladený (12–15 stupňov) a sušený 98% H₂so₄ pred kompresiou pre produkciu PVC; Vodík je ochladený, stlačený a používa sa na syntézu kyseliny chlorovodíkovej alebo ako palivo.

3. Historický kontext a obmedzenia procesov membrány a ortuti

Princíp procesu a historické použitie metódy membrány
Elektrolyzer membrány používa pórovitú azbestskú membránu ako fyzickú bariéru medzi anódami a katódovými komorami. Základným princípom je použitie selektivity veľkosti pórov membrány (asi 10 ~ 20 mikrónov), aby umožnil prejsť elektrolyt (roztok NaCl), pričom zabránil miešaniu generovaných plynov CL₂ a H₂. V anóde stráca CL⁻ elektróny, aby vygeneroval CL₂ (2CL⁻ - 2 e⁻ → cl₂ ↑); V katóde zisky H₂o získava elektróny na generovanie H₂ a OH⁻ (2H₂o + 2 E⁻ → H₂ ↑ + 2 OH⁻) a OH⁻ sa kombinujú s Na⁺, aby sa vytvorili NaOH. Pretože azbestská membrána nemôže úplne blokovať spätnú migráciu NA⁺, roztok NaOH produkovaný v katóde obsahuje asi 1% NaCl s koncentráciou iba 10 ~ 12% a musí sa sústrediť na viac ako 30% odparovaním, aby sa uspokojilo priemyselné potreby. Tento proces sa široko používal v polovici až neskorého 20. storočia. Čína sa kedysi spoliehala na túto technológiu na vyriešenie problému nedostatku základných chemických surovín, ale so zlepšením environmentálneho povedomia sa jej prirodzené chyby postupne vystavovali.

Fatálne defekty a proces eliminácie metódy membrány
Tri základné nevýhody metódy bránice nakoniec viedli k jej komplexnej výmene:
Vysoká spotreba energie a nízka účinnosť: V dôsledku vysokej odolnosti azbestovej membrány je napätie buniek až 3,5 ~ 4,5 V a spotreba energie na tonu alkálie je 3000 ~ 3500 kWh, čo je 40 ~ 70% vyššia ako metóda iónovej membrány. Je vhodný iba pre oblasti s nízkymi cenami elektrickej energie;

Nedostatočná čistota produktu: Zriedené alkalické roztok obsahujúce NaCl potrebuje ďalšie odparovanie a odsoľovanie, ktoré zvyšuje náklady na procesy a nemôže uspokojiť dopyt po vysokom čistote NAOH v špičkových poliach (napríklad rozpustenie hlinitého);
Kríza znečistenia azbestu: Vlákna azbestu sa počas výrobného procesu ľahko uvoľnia do vzduchu a odpadovej vody. Dlhodobá expozícia vedie k chorobám, ako je rakovina pľúc. Medzinárodná agentúra pre výskum rakoviny (IARC) ju uvádzala ako karcinogén triedy I už v roku 1987. V roku 2011 Čína revidovala „usmernenia pre úpravu priemyselnej štruktúry“, čo jasne uviedlo, že všetky membránové kapacity kapacity sódy by boli odstránené do roku 2015, s celkovým počtom zatvorenia kapacity kapacity výroby.

Proces ortuťovej elektrolýzy: Toxicita ortuti skryla nebezpečenstvo za vysokou čistotou
Technické vlastnosti a historická hodnota metódy ortuti
Metóda ortuti bola kedysi „špičkovým procesom“ na výrobu vysokokvalitnej žieravej sódy kvôli jedinečným vlastnostiam katódy Mercury. Jeho princípom je používať ortuť ako mobilnú katódu. Počas procesu elektrolýzy tvoria Na⁺ a ortuť sodný amalgam (zliatina Na-Hg) a potom amalgam sodný reaguje s vodou za vzniku 50% vysokej koncentrácie NaOH (Na-Hg + H₂o → NaOH + H₂ ↑ + Hg), ktoré sa môže použiť priamo bez odparovania a koncentrácie. Výhodnou výhodou tohto procesu je, že výstup NAOOH je mimoriadne čistý (obsah 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.

Ortuťová katastrofa a proces globálneho zákazu
Smrteľnou chybou metódy ortuti je nezvratné znečistenie ortuti:
Vrcholy ortuťovej pary: ortuť unikne vo forme pary počas elektrolýzy a koncentrácia ortuti v pracovnom prostredí často presahuje štandard desiatky krát, čo vedie k častým incidentom otravy ortuti medzi pracovníkmi (ako napríklad incident v Minamate v Japonsku v roku 1956, čo bolo spôsobené znečistením ortuti);

Riziká výbojov odpadovej vody: asi 10-20 Gramy ortuti sa stratia pre každú tonu vyrobenú tonu NaOH, ktorá sa po vstupe do vodného tela premieňa na metylmercury a obohacuje sa cez potravinový reťazec, aby poškodil ekosystém;
Ťažkosti s recykláciou: Aj keď sa ortuť môže obnoviť destiláciou, dlhodobá prevádzka stále vedie k nadmernému obsahu ortuti v pôde a náklady na nápravu sú vysoké. Po vstupe do platnosti Minamata Convention (2013) sa viac ako 90% krajín na svete zaviazalo, že do roku 2020 zaviedlo metódu ortuti, ako najväčší výrobca chloriho na svete, Čína v roku 2017 úplne zakázala proces ortuti v roku 2017, čím sa úplne prerušila „ortuťová kaustická sóda na svete a propagovala transformáciu priemyslu na jediný proces Ion membrány. Dnes si len niekoľko krajín, ako sú India a Pakistan, stále zachováva menej ako 5% výrobnej kapacity ortuti a čelí vážnemu medzinárodnému životnému tlaku.

4. Správa vedľajších produktov a recyklácia zdrojov

Využitie vysokej hodnoty chlóru

Základné chemikálie: Používa sa pri produkcii PVC (30–40% dopytu po chlóru) a syntéze propylénoxidu.

High-end: Chlór elektronického stupňa (väčší alebo rovný 99,999% čistoty) pre príkazy na leptanie polovodičov 5–8-násobok ceny chlóru priemyselného stupňa.

Pohotovostná liečba: Náhodný CL₂ sa absorbuje v dvojstupňovej prabeni NaOH (koncentrácia 15–20%), čo zabezpečuje emisie<1 mg/m³.

Výťažok a využitie vodíka

Syntéza kyseliny chlorovodíkovej: Reagoval s CL₂, aby sa vytvoril HCl pre morenia a farmaceutiká.

Zelená energia: Purifikovaný vodík podporuje palivové články alebo syntézu amoniaku, pričom jedna rastlina znižuje uhlíkovú stopu o 60% prostredníctvom integrácie vodíka.

Kontrola bezpečnosti: Vodíkové potrubia zahŕňajú zastavovacie prostriedky a zariadenia na zmiernenie tlaku, pričom monitorovanie čistoty H₂\/CL₂ v reálnom čase, aby sa zabránilo výbuchom.

5. Optimalizácia procesu a technológie úspory energie

Technológia kyslíka

Zásada: Nahradenie vývoja vodíka redukciou kyslíka znižuje napätie buniek {0}}. 8–1,0 V, čím sa zníži spotreba energie na energiu<1500 kWh/ton NaOH while co-producing hydrogen peroxide (H₂O₂).

Aplikácia: 50, Peking University of Chemical Technology's 50, 000- ton\/rok dosiahla 30% úspory energie.

Elektrolytizér s vysokou hustotou

Pokrok: Zvyšujúca sa hustota prúdu zo 4 ka\/m² na 6 ka\/m² zvyšuje kapacitu o 30%, komercializovaná Asahi Kasei (Japonsko) a Thyssenkrupp (Nemecko).

Digitálna transformácia

Inteligentné riadiace systémy: AI algorithms optimize current efficiency to >96% a predpovedať membránovú životnosť s<5% error, reducing costs by ¥80/ton at one plant.

Kontrola poháňaná AI: Chemické rastliny založené na Hangzhou používajú roboty vybavených AI na kontrolu zariadení chlóru a dosahujú 99,99% presnosť pri detekcii blokovania teflónových trubíc.

6. Environmentálne výzvy a čisté výrobné technológie

Čistenie odpadu

Dechlorácia: Vákuová dechlorácia (zvyškový CL₂<50 ppm) and ion exchange recover NaCl with >95% opätovné použitie.

Nulový výtok kvapaliny (ZLD): Viacúčelové odparovanie (MVR) kryštalizuje priemyselnú soľ, implementovanú v Xinjiang a Shandong.

Ošetrenie výfukových plynov

Kontrola hmly kyseliny sírovej: Electrostatic precipitators (>99% účinnosť) a mokré čistenie spĺňajú gb 16297-2025 Emisné normy.

Prevencia znečistenia ortuti: Katalyzátory s nízkym mercury sú podporované, pričom Yunnan Salt a Haohua Yuhang dostávajú štátne financovanie výskumu a vývoja katalyzátora bez ortuti.

Nakladanie s pevným odpadom

Recyklácia membrány: Closed-loop recovery of precious metals (titanium, ruthenium) achieves >Účinnosť 98%.

Využívanie soli: Používa sa v stavebných materiáloch alebo krytoch skládok, s 100% komplexným využitím trosky z karbidu.