X'inhuma l-proċessi u l-prinċipji ewlenin tal-produzzjoni ta 'impjant ta' chlor-alkali?

1. Ħarsa ġenerali lejn il-proċess ewlieni tal-produzzjoni tal-industrija tal-klor-alkali

2. Prinċipji u tagħmir tal-proċess tal-elettroliżi tal-membrana tal-joni

3. L-Istorja u l-Limitazzjonijiet tal-Metodu tad-Dijaframma u l-Metodu tal-Merkurju

4. Trattament tal-prodott sekondarju u riċiklaġġ tar-riżorsi

5. L-Ottimizzazzjoni tal-Proċess u l-Progress tat-Teknoloġija li Jiffranka l-Enerġija

6. Sfidi Ambjentali u Teknoloġija tal-Produzzjoni Nadifa

1. Ħarsa ġenerali lejn il-proċessi tal-produzzjoni ewlenin 

Pjanti tal-klor-alkali jipproduċu soda kawstika (NaOH), klorin (CL₂), u idroġenu (H₂) permezz tal-elettroliżi tas-soluzzjoni tas-sodju klorur (NaCl), pedament tal-industrija kimika bażika. Aktar minn 90% tal-kapaċità globali tal-klor-alkali timpjegaProċess tal-membrana tal-iskambju tal-joni, bil-bqija tuża l-fażi gradwaliDijaframmauċellola tal-merkurjumetodi.

2. Prinċipji u tagħmir tal-proċess tal-membrana tal-iskambju tal-joni

Mekkaniżmu ewlieni

Il-membrani tal-iskambju tal-joni perfluworinati, li jinkludu sinsla tal-ktajjen tal-fluworokarbon bi gruppi funzjonali tal-aċidu sulfoniku, juru reżistenza superjuri għall-korrużjoni u d-degradazzjoni tal-kimika, u jżommu prestazzjoni stabbli anke f'ambjenti aċidużi ħafna (anodu) u alkalina (katode). Biex tkompli tiġi ottimizzata l-effiċjenza tal-membrana, il-proċess jinkorpora sistemi avvanzati ta 'trattament minn salmura, bħal filtrazzjoni fi stadju doppju u kromatografija tal-joni, li jnaqqsu l-impuritajiet ta' traċċi bħall-ħadid u s-silika għal livelli ta 'sub-PPB, u b'hekk jipprevjenu l-fouling tal-membrana u jestendu l-ħajja operattiva b'20-30%. Barra minn hekk, id-disinn integrat tas-sistema ta 'l-elettroliżi jippermetti regolazzjoni preċiża tad-distakk anodi-katodju għal inqas minn 2 mm, li timminimizza r-reżistenza ohmika u tkompli tnaqqas il-konsum ta' enerġija b'5-8% addizzjonali meta mqabbla ma 'disinji konvenzjonali. Fl-aħħarnett, il-proċess jippermetti produzzjoni kontinwa ta 'soda kawstika ta' purità għolja b'kontenut konsistenti ta 'klorur tas-sodju taħt il-50 ppm, li telimina l-ħtieġa għal passi ta' desalinizzazzjoni 'l isfel u tagħmilha ideali għal applikazzjonijiet eżiġenti fl-industriji farmaċewtiċi, elettronika, u l-ipproċessar tal-ikel.

Tagħmir ewlieni

Elettrolizers: Klassifikati f'tipi bipolari u monopolari. Elettrolizers bipolari joperaw f'serje b'vultaġġ għoli iżda jokkupaw inqas spazju, filwaqt li dawk monopolari jimxu b'mod parallel ma 'kurrent għoli li jeħtieġ rettifikaturi indipendenti. Id-disinji moderni ta '"żero-gap" inaqqsu l-ispazjar tal-elettrodi għal<1 mm for further energy savings.

Sistemi ta 'purifikazzjoni tas-salmura: Tneħħija tas-sulfat ibbażata fuq il-membrana (eż. Sistema ta 'raffinar tas-salmura Ruipu) u adsorbiment ta' reżina ċelanti jnaqqsu ca²⁺ u mg²⁺ għal<1 ppm, extending membrane lifespan.

Unitajiet ta 'trattament tal-klorin u l-idroġenu: Il-klorin huwa mkessaħ (12-15 grad) u mnixxef b'98% h₂so₄ qabel il-kompressjoni għall-produzzjoni tal-PVC; L-idroġenu huwa mkessaħ, ikkompressat, u użat għas-sinteżi tal-aċidu idrokloriku jew bħala fjuwil.

3. Kuntest storiku u limitazzjonijiet ta 'proċessi ta' dijaframma u merkurju

Il-prinċipju tal-proċess u l-applikazzjoni storika tal-metodu tad-dijaframma
L-elettrolizer tad-dijaframma juża dijaframma poruża ta 'l-asbestos bħala barriera fiżika bejn l-anodu u l-kmamar tal-katodi. Il-prinċipju ewlieni huwa li tuża s-selettività tad-daqs tal-pori tad-dijaframma (madwar 10 ~ 20 mikron) biex tippermetti li tgħaddi l-elettrolit (soluzzjoni NaCl), filwaqt li tipprevjeni l-gassijiet iġġenerati Cl₂ u H₂ milli jitħalltu. Fl-anodu, Cl⁻ jitlef l-elettroni biex jiġġenera Cl₂ (2Cl⁻ - 2 E⁻ → Cl₂ ↑); Fil-katodu, H₂O jikseb elettroni biex jiġġenera h₂ u oh⁻ (2h₂o + 2 e⁻ → h₂ ↑ {+ 2} OH⁻), u OH⁻ jgħaqqad ma 'Na⁺ biex jifforma NaOH. Minħabba li d-dijaframma ta 'l-asbestos ma tistax timblokka kompletament il-migrazzjoni b'lura ta' Na⁺, is-soluzzjoni NaOH prodotta fil-katodu fiha madwar 1% NaCl, b'konċentrazzjoni ta '10 ~ 12% biss, u jeħtieġ li tkun ikkonċentrata għal aktar minn 30% bl-evaporazzjoni biex tissodisfa l-bżonnijiet industrijali. Dan il-proċess intuża ħafna fis-seklu 20 sa tard. Ladarba ċ-Ċina bbażat ruħha fuq din it-teknoloġija biex issolvi l-problema ta 'nuqqas ta' materja prima bażika kimika, iżda bit-titjib tal-għarfien ambjentali, id-difetti inerenti tagħha kienu esposti gradwalment.

Difetti fatali u proċess ta 'eliminazzjoni tal-metodu tad-dijaframma
It-tliet żvantaġġi ewlenin tal-metodu tad-dijaframma eventwalment wasslu għas-sostituzzjoni komprensiva tiegħu:
Konsum għoli ta 'enerġija u effiċjenza baxxa: Minħabba r-reżistenza għolja tad-dijaframma ta' l-asbestos, il-vultaġġ taċ-ċellula huwa għoli daqs 3.5 ~ 4.5V, u l-konsum ta 'enerġija għal kull tunnellata ta' alkali huwa 3000 ~ 3500 kWh, li huwa 40 ~ 70% ogħla mill-metodu tal-membrana tal-joni. Huwa adattat biss għal żoni bi prezzijiet baxxi tal-elettriku;

Purità tal-prodott insuffiċjenti: is-soluzzjoni alkali dilwita li fiha NaCl teħtieġ evaporazzjoni addizzjonali u desalinizzazzjoni, li żżid l-ispiża tal-proċess u ma tistax tissodisfa d-domanda għal NaOH ta 'purità għolja fl-oqsma high-end (bħal dissoluzzjoni tal-alumina);
Kriżi ta 'tniġġis ta' l-asbestos: Il-fibri ta 'l-asbestos jiġu rilaxxati faċilment fl-arja u fl-ilma tad-drenaġġ matul il-proċess ta' produzzjoni. L-esponiment fit-tul iwassal għal mard bħall-kanċer tal-pulmun. L-Aġenzija Internazzjonali għar-Riċerka dwar il-Kanċer (IARC) elenkatha bħala karċinoġen tal-Klassi I sa mill-1987. Fl-2011, iċ-Ċina rrevediet il- "Linji Gwida għall-Aġġustament tal-Istruttura Industrijali", li ddikjarat b'mod ċar li l-pjanti kollha tas-soda kawstika tad-dijaframma se jiġu eliminati sal-2015, b'total ta 'aktar minn 5 miljun tunnellata ta' l-għeluq.

Proċess ta 'Elettrolisi tal-Merkurju: Tossiċità tal-Merkurju Perikli moħbija wara purità għolja
Karatteristiċi tekniċi u valur storiku tal-metodu tal-merkurju
Il-metodu tal-merkurju darba kien "proċess high-end" għall-produzzjoni ta 'soda kawstika ta' purità għolja minħabba l-proprjetajiet uniċi tal-katodu tal-merkurju. Il-prinċipju tiegħu huwa li tuża Merkurju bħala katodu mobbli. Matul il-proċess ta 'l-elettroliżi, Na⁺ u Merkurju jiffurmaw amalgama tas-sodju (liga Na-Hg), u mbagħad l-amalgama tas-sodju tirreaġixxi bl-ilma biex tiġġenera 50% NaOH ta' konċentrazzjoni għolja (Na-Hg + H₂O → NaOH + H₂ ↑ ↑ + HG), li tista 'tintuża direttament mingħajr l-evaporazzjoni u l-konċentrazzjoni. Il-vantaġġ sinifikanti ta 'dan il-proċess huwa li l-output NaOH huwa estremament pur (kontenut ta' 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.

Diżastru tat-Tniġġis tal-Merkurju u Proċess ta 'Projbizzjoni Globali
Id-difett fatali tal-metodu tal-merkurju huwa t-tniġġis irreversibbli tal-merkurju:
Volatilizzazzjoni tal-fwar tal-merkurju: Il-merkurju jaħrab fil-forma ta 'fwar waqt l-elettroliżi, u l-konċentrazzjoni tal-merkurju fl-ambjent tax-xogħol ħafna drabi taqbeż l-istandard minn għexieren ta' drabi, li tirriżulta f'inċidenti ta 'avvelenament ta' merkurju frekwenti fost il-ħaddiema (bħalma huma l-inċident tal-marda ta 'Minamata fil-Ġappun fl-1956 fl-1956, li kien ikkawżat mit-tniġġis tal-merkurju);

Perikli ta 'kwittanza tad-drenaġġ: Madwar 10-20 grammi ta' merkurju jintilfu għal kull tunnellata ta 'NaOH prodott, li huwa kkonvertit fil-metilmerkurju wara li jidħol fil-ġisem tal-ilma, u arrikkit mill-katina tal-ikel biex jagħmel ħsara lill-ekosistema;
Diffikultà fir-riċiklaġġ: Għalkemm il-merkurju jista 'jiġi rkuprat bid-distillazzjoni, l-operazzjoni fit-tul xorta twassal għal kontenut eċċessiv ta' merkurju fil-ħamrija, u l-ispiża tar-rimedjazzjoni hija għolja. Bid-dħul fis-seħħ tal-Konvenzjoni ta 'Minamata (2013), aktar minn 90% tal-pajjiżi fid-dinja wiegħdu li jwaqqfu l-metodu tal-merkurju sal-2020. Bħala l-akbar produttur tad-dinja tal-klor-alkali, iċ-Ċina pprojbixxiet kompletament il-proċess tal-merkurju fl-2017, li tnaqqas kompletament il-katina ta' tniġġis tal-merkurju "-kawżi" u tippromwovi l-membrana waħda. Illum, ftit pajjiżi biss bħall-Indja u l-Pakistan għadhom iżommu inqas minn 5% tal-kapaċità tal-produzzjoni tal-merkurju u jiffaċċjaw pressjoni ambjentali internazzjonali severa.

4. Ġestjoni tal-prodott sekondarju u riċiklaġġ tar-riżorsi

Użu ta 'valur għoli tal-klorin

Kimiċi bażiċi: Użat fil-produzzjoni tal-PVC (30-40% tad-domanda tal-klorin) u s-sinteżi tal-ossidu tal-propilene.

Applikazzjonijiet high-end: Klorin ta 'grad elettroniku (akbar minn jew daqs 99.999% purità) għal kmandi ta' inċiżjoni semikondutturi 5-8 darbiet il-prezz tal-klorin ta 'grad industrijali.

Trattament ta 'emerġenza: Cl₂ aċċidentali huwa assorbit fi scrubber ta 'NaOH f'żewġ stadji (konċentrazzjoni ta' 15-20%), li jiżgura l-emissjonijiet<1 mg/m³.

Irkupru u Użu ta 'l-Idroġenu

Sintesi ta 'aċidu idrokloriku: Irreaġixxa ma 'CL₂ biex tipproduċi HCL għall-pickling u l-farmaċewtiċi.

Enerġija Ekoloġika: Fjuwil tal-idroġenu purifikat taċ-ċelloli tal-fjuwil jew sinteżi ta 'l-ammonja, b'impjant wieħed li jnaqqas il-marka tal-karbonju b'60% permezz ta' integrazzjoni ta 'l-idroġenu.

Kontroll tas-sigurtà: Il-linji tal-pajpijiet tal-idroġenu jinkorporaw arresters tal-fjammi u apparat ta 'serħan mill-pressjoni, b'ħin ta' monitoraġġ ta 'purità H₂ \/ CL₂ f'ħin reali biex jipprevjeni l-isplużjonijiet.

5. Ottimizzazzjoni tal-Proċess u Teknoloġiji li jiffrankaw l-enerġija

Teknoloġija tal-katodu tal-ossiġnu

Prinċipju: Is-sostituzzjoni tal-evoluzzjoni tal-idroġenu bit-tnaqqis tal-ossiġnu tbaxxi l-vultaġġ taċ-ċellula b '{{{0}}. 8–1.0 V, tnaqqas il-konsum tal-enerġija għal<1500 kWh/ton NaOH while co-producing hydrogen peroxide (H₂O₂).

Applikazzjoni: Beijing University of Chemical Technology's 50, 000- Ton \/ sena impjant kiseb 30% iffrankar ta 'enerġija.

Elettrolizers ta 'densità ta' kurrent għoli

Avvanz: Żieda fid-densità tal-kurrent minn 4 ka \/ m² sa 6 ka \/ m² tagħti spinta lill-kapaċità bi 30%, kummerċjalizzata minn Asahi Kasei (il-Ġappun) u Thyssenkrupp (il-Ġermanja).

Trasformazzjoni Diġitali

Sistemi ta 'kontroll intelliġenti: AI algorithms optimize current efficiency to >96% u tbassar ħajja tal-membrana bi<5% error, reducing costs by ¥80/ton at one plant.

Spezzjoni li taħdem bl-AI: Impjanti kimiċi bbażati fuq Hangzhou jużaw robots mgħammra bl-AI biex jispezzjonaw il-faċilitajiet tal-klorin, u jiksbu 99.99% eżattezza fl-iskoperta ta 'imblukkar tat-tubi tat-Teflon.

6. Sfidi Ambjentali u Teknoloġiji tal-Produzzjoni Nadif

Trattament tad-Drenaġġ

Deklorinazzjoni: Deklorinazzjoni bil-vakwu (cl₂ residwu<50 ppm) and ion exchange recover NaCl with >95% użu mill-ġdid.

Żero Kwittanza ta 'Likwidu (ZLD): Evaporazzjoni b'ħafna effetti (MVR) tikkristallizza l-melħ industrijali, implimentat f'Xinjiang u Shandong.

Trattament tal-gass tal-egżost

Kontroll taċ-ċpar tal-aċidu sulfuriku: Electrostatic precipitators (>Effiċjenza ta '99%) u l-iscrubbing imxarrab jissodisfaw l-istandards ta 'emissjoni GB 16297-2025.

Prevenzjoni tat-tniġġis tal-merkurju: Katalizzaturi ta 'merkurju baxx huma promossi, bil-melħ Yunnan u Haohua Yuhang jirċievu finanzjament mill-istat għal katalist R&D ħieles mill-merkurju.

Ġestjoni tal-iskart solidu

Riċiklaġġ tal-membrana: Closed-loop recovery of precious metals (titanium, ruthenium) achieves >Effiċjenza ta '98%.

Użu ta 'ħama tal-melħ: Użat fil-materjali tal-kostruzzjoni jew għata tal-miżbla, b'100% użu komprensiv ta 'gagazza tal-karbur.