English
suomi
Türkçe
عربي 
bosanski
Lietuvių
slovenčina
українська
Català
русский 
한국어
Gaeilgenah Éireann
1. Pregled temeljnega proizvodnega procesa industrije klor-alkali
2. načela in oprema procesa elektrolize ionske membrane
3. Zgodovina in omejitve metode diafragme in metode živega srebra
4. Zdravljenje s stranskimi proizvodi in recikliranje virov
5. Optimizacija procesov in napredek tehnologije za varčevanje z energijo
6. okoljski izzivi in čista proizvodna tehnologija
1. pregled temeljnih proizvodnih procesov
Rastline klor-alkali proizvajajo kavstično sodo (NaOH), klor (CL₂) in vodik (H₂) z elektrolizo raztopine natrijevega klorida (NACL), temeljni kamen osnovne kemične industrije. Več kot 90% globalne zmogljivosti klor-alkaliMembranski postopek za izmenjavo ionov, s preostalimi uporabidiafragmainMerkurska celicametode.
2. načela in oprema postopka membrane za izmenjavo ionov
Jedro mehanizma
Perfluorirane membrane za izmenjavo ionov, ki vsebujejo hrbtenico fluoroogljikovih verig s funkcionalnimi skupinami sulfonske kisline, kažejo vrhunsko odpornost na korozijsko in kemično razgradnjo, kar ohranja stabilno delovanje tudi v zelo kislih (anoda) in alkalinskih (katodnih) okoljih. Za nadaljnjo optimizacijo učinkovitosti membrane postopek vključuje napredne sisteme predobdelave slanice, kot sta dvostopenjska filtracija in ionska kromatografija, ki zmanjšujejo nečistoče v sledovih, kot sta železo in silicijev dioksid, na ravni PPB, s čimer prepreči izpuščanje membrane in razširitev operativnega življenja za 20–30%. Poleg tega integrirana zasnova elektroliznega sistema omogoča natančno regulacijo vrzeli anode-katode na manj kot 2 mm, kar zmanjšuje ohmično odpornost in nadaljuje znižanje porabe energije za dodatnih 5–8% v primerjavi z običajnimi zasnovi. Nazadnje postopek omogoča neprekinjeno proizvodnjo kavstične sode z visoko čistočo z dosledno vsebnostjo natrijevega klorida pod 50 ppm, kar odpravi potrebo po korakih razsoljevanja na nižji stopnji in postanejo idealne za zahtevne aplikacije v farmacevtskih izdelkih, elektroniki in industrijah predelave hrane.
Ključna oprema
Elektrolizatorji: Razvrščeno v bipolarne in monopolarne vrste. Bipolarni elektrolizatorji delujejo zaporedno z visoko napetostjo, vendar zasedajo manj prostora, medtem ko monopolarni delujejo vzporedno z visokim tokom, ki zahtevajo neodvisne usmernike. Sodobni modeli "ničelne vrzeli" zmanjšujejo razmik elektrod na<1 mm for further energy savings.
Sistemi za čiščenje slanice: Odstranjevanje membranskega sulfata (npr<1 ppm, extending membrane lifespan.
Enote za čiščenje klora in vodika: Klor se ohladi (12–15 stopinj) in posuši z 98% H₂SO₄ pred stiskanjem za proizvodnjo PVC; Vodik se ohladi, stisne in uporablja za sintezo klorovodikove kisline ali kot gorivo.
3. Zgodovinski kontekst in omejitve procesov diafragme in živega srebra
Načelo procesa in zgodovinska uporaba metode diafragme
Diafragm elektrolizator uporablja porozno azbestno diafragmo kot fizično pregrado med anodno in katodno komoro. Ključno načelo je, da uporabite selektivnost velikosti pore diafragme (približno 10 do 20 mikronov), da se elektrolit (raztopina NaCl) prehaja skozi, hkrati pa prepreči mešanje ustvarjenih plinov Cl₂ in H₂. Na anodi CL⁻ izgubi elektrone, da ustvari Cl₂ (2cl⁻ - 2 e⁻ → Cl₂ ↑); Na katodi H₂o pridobi elektrone, da ustvari H₂ in OH⁻ (2H₂o + 2 e⁻ → H₂ ↑ + 2 OH⁻), OH⁻ pa se kombinira z Na⁺, da tvori NaOH. Ker azbestna diafragma ne more popolnoma blokirati obratne migracije NA⁺, raztopina NaOH, proizvedena na katodi, vsebuje približno 1% NaCl, koncentracija le 10 ~ 12% in jo je treba koncentrirati na več kot 30% z izhlapevanjem, da zadovoljijo industrijske potrebe. Ta postopek se je široko uporabljal sredi do konca 20. stoletja. Kitajska se je nekoč zanašala na to tehnologijo, da bi rešila problem pomanjkanja osnovnih kemičnih surovin, vendar so bili z izboljšanjem okoljske ozaveščenosti postopoma izpostavljene njegove prirojene napake.
Smrtne napake in postopek izločanja metode diafragme
Tri jedrne pomanjkljivosti metode diafragme so na koncu privedle do njene celovite zamenjave:
Visoka poraba energije in nizka učinkovitost: Zaradi visoke odpornosti azbestne membrane je napetost celice do 3,5 ~ 4,5 V, poraba energije na tono alkalije pa je 3000 ~ 3500 kWh, kar je 40 ~ 70% večje od metode ionske membrane. Primerno je le za območja z nizkimi cenami električne energije;
Nezadostna čistost izdelka: razredčena raztopina alkalij, ki vsebuje NACL, potrebuje dodatno izhlapevanje in razsoljevanje, kar poveča stroške procesa in ne more zadosti povpraševanju po NAOH na visoki ravni na vrhunskih poljih (kot je raztapljanje glinice);
Kriza onesnaževanja azbesta: Azbestna vlakna se med proizvodnim postopkom zlahka sprostijo v zrak in odpadno vodo. Dolgotrajna izpostavljenost vodi do bolezni, kot je pljučni rak. Mednarodna agencija za raziskave o raku (IARC) jo je navedla kot rakotvornik razreda I že leta 1987. Leta 2011 je Kitajska revidirala "Smernice za prilagoditev industrijske strukture", kar je jasno navedeno, da bodo vse diafragme kavstične sode odpravljene do leta 2015, s skupno več kot 5 milijonov ton proizvodne zmogljivosti.
Proces elektrolize živega srebra: Toksičnost živega srebra Skrita nevarnosti za visoko čistostjo
Tehnične značilnosti in zgodovinska vrednost metode živega srebra
Metoda živega srebra je bila nekoč "vrhunski postopek" za proizvodnjo kavstične sode visoke čistosti zaradi edinstvenih lastnosti katode živega srebra. Njeno načelo je uporabljati živo srebro kot mobilno katodo. Med postopkom elektrolize Na⁺ in Merkur tvorita natrijev amalgam (zlitina Na-HG), nato pa natrijev amalgam reagira z vodo, da ustvari 50% visoko koncentracijo NaOH (Na-HG + H₂O → NaOH + H₂ ↑ + Hg), ki jih je mogoče uporabiti brez izhlapevanja in koncentracije. Pomembna prednost tega procesa je, da je izhodna NaOH izjemno čista (vsebnost 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.
Živo srebro nesreča onesnaževanje in postopek globalne prepovedi
Usodna napaka metode živega srebra je nepovratno onesnaževanje živega srebra:
Hlapne hlapnosti živega srebra: Živo srebro pobegne v obliki hlapov med elektrolizo, koncentracija živega srebra v delovnem okolju pa pogosto presega standard za več desetkrat, kar povzroči pogoste incidente za zastrupitve z živo srebro med delavci (na primer incident bolezni Minamata na Japonskem leta 1956;
Nevarnosti odvajanja odpadne vode: približno 10-20 gramov živega srebra se izgubi za vsako tono NaOH, ki se po vstopu v vodno telo pretvori v metil živo srebro in obogateno skozi prehransko verigo, da škodi ekosistemu;
Težave pri recikliranju: Čeprav je živo srebro mogoče obnoviti z destilacijo, dolgoročno delovanje še vedno vodi do prekomerne vsebnosti živega srebra v tleh, stroški sanacije pa so visoki. Z začetkom veljavnosti konvencije Minamata (2013) se je več kot 90% držav na svetu zavezalo, da bodo do leta 2020 opravljale metodo živega srebra. Kitajska je v letu 2017 Kitajska v letu 2017 popolnoma prepovedala proces, ki je v celoti, kar je v celoti prekinilo "membransko kavstično sodno verigo. Danes le nekaj držav, kot sta Indija in Pakistan, še vedno obdržijo manj kot 5% proizvodne zmogljivosti živega srebra in se soočajo s hudim mednarodnim okoljskim pritiskom.
4. Upravljanje s stranskimi proizvodi in recikliranje virov
Uporaba klora z visoko vrednostjo
Osnovne kemikalije: Uporablja se v proizvodnji PVC (30–40% povpraševanja po kloru) in sintezi propilen oksida.
Aplikacije višjega cenovnega razreda: Elektronski klor (večji ali enak 99,999% čistosti) za poveljstva polprevodniških jedkanic 5–8-krat večja cena klora v industrijskem razredu.
Nujno zdravljenje: Napačni CL₂ se absorbira v dvostopenjskem čistilniku NaOH (15–20% koncentracije), kar zagotavlja emisije<1 mg/m³.
Obnovitev in uporaba vodika
Sinteza klorovodikove kisline: Reagiral s CL₂, da bi ustvaril HCl za kisline in farmacevtske izdelke.
Zelena energija: Prečiščena vodikova goriva goriva ali sinteza amoniaka, pri čemer ena rastlina z integracijo vodika zmanjša ogljični odtis za 60%.
Varnostni nadzor: Vodikovi cevovodi vključujejo oddajnike plamena in naprave za pomoč pri tlaku, s spremljanjem čistosti H₂\/CL₂ v realnem času, da se prepreči eksplozije.
5. Optimizacija procesov in tehnologije varčevanja z energijo
Tehnologija kisikove katode
Načelo: Zamenjava evolucije vodika z zmanjšanjem kisika znižuje napetost celice s {{0}}}. 8–1.0 V, zmanjšanje porabe energije na<1500 kWh/ton NaOH while co-producing hydrogen peroxide (H₂O₂).
Aplikacija: 50, 000-} tona\/leto obrat na Peking University of Chemical Technology je dosegel 30% prihranka energije.
Elektrolizatorji z visoko gostoto
Napredovanje: Povečanje gostote toka s 4 ka\/m² na 6 Ka\/m² povečuje zmogljivost za 30%, komercializirala Asahi Kasei (Japonska) in Thyssenkrupp (Nemčija).
Digitalna preobrazba
Inteligentni krmilni sistemi: AI algorithms optimize current efficiency to >96% in napovedujte življenjsko dobo membrane z<5% error, reducing costs by ¥80/ton at one plant.
Pregled na AI: Kemične rastline, ki temeljijo na Hangzhou, uporabljajo robote, opremljene z AI, za pregled klora in dosežejo 99,99-odstotno natančnost pri odkrivanju blokad teflonske cevi.
6. okoljski izzivi in čiste proizvodne tehnologije
Čiščenje odpadne vode
Decloriranje: Vakuumsko dekloriranje (preostali CL₂<50 ppm) and ion exchange recover NaCl with >95% ponovna uporaba.
Ničelni izpust tekočine (zld): Izhlapevanje z več učinki (MVR) kristalizira industrijsko sol, ki se izvaja v Xinjiangu in Shandongu.
Obdelava izpušnih plinov
Nadzor žveplove kisline: Electrostatic precipitators (>99 -odstotna učinkovitost) in mokri čistilniki izpolnjujejo GB 16297-2025 emisijske standarde.
Preprečevanje onesnaževanja živega srebra: Spodbujajo se katalizatorji z nizko živo srebro, Yunnan Salt in Haohua Yuhang pa prejemata državna sredstva za raziskave in razvoj brez živega srebra.
Upravljanje s trdnimi odpadki
Recikliranje membrane: Closed-loop recovery of precious metals (titanium, ruthenium) achieves >98 -odstotna učinkovitost.
Uporaba soli: Uporablja se v gradbenih materialih ali odlagališčih, s 100 -odstotno celovito izkoriščanje žlindre karbida.