Melyek a klór-aláli növény fő termelési folyamata és alapelvei?

1. A klór-aláli iparág alaptermelési folyamatának áttekintése

2.

3. A membrán módszer és a higany módszer története és korlátai

4. melléktermékkezelés és erőforrás-újrahasznosítás

5. A folyamat optimalizálása és az energiatakarékos technológia fejlődése

6. Környezeti kihívások és tiszta termelési technológia

1. Az alaptermelési folyamatok áttekintése 

A klór-lúgos növények maró szóda (NaOH), klór (CL₂) és hidrogén (H₂) nátrium-klorid (NaCl) oldat elektrolízisével, az alapvető vegyipar sarokkövével termelnek. A globális klór-licáli kapacitás több mint 90% -a alkalmazza aioncserélési membrán folyamat, a fennmaradó szakaszban a szakaszonkéntdiafragmaéshiganysejtmód.

2.

Alapmechanizmus

A perfluorozott ioncserélő membránok, amelyek szulfonsav funkcionális csoportokkal rendelkező fluorokarbon láncok gerincét tartalmazzák, kiváló ellenállást mutatnak a korrózióval és a kémiai lebomlással szemben, fenntartva a stabil teljesítményt még erősen savas (anód) és alkalin (katód) környezetben is. A membrán hatékonyságának további optimalizálása érdekében a folyamat magában foglalja a fejlett sóoldat-kezelő rendszereket, például a kettős stádiumú szűrést és az ionkromatográfiát, amelyek csökkentik a nyomkövetési szennyeződéseket, mint például a vas és a szilícium-dioxid, az al-PPB szintre, ezáltal megakadályozva a membrán szennyeződését és meghosszabbítva az operatív élettartamot 20–30%-kal. Ezenkívül az elektrolízis rendszer integrált kialakítása lehetővé teszi az anód-katód-rés pontos szabályozását kevesebb, mint 2 mm-re, minimalizálva az ohmikus ellenállást, és további 5–8% -kal csökkenti az energiafogyasztást a hagyományos mintákhoz képest. Végül, a folyamat lehetővé teszi a nagy tisztaságú maró szóda folyamatos előállítását, amelynek folyamatos nátrium-klorid-tartalma 50 ppm alatt van, kiküszöbölve a sótalanítási lépések szükségességét, és ideálisvá teszi a gyógyszerkészítmények, az elektronika és az élelmiszer-feldolgozóiparban történő alkalmazások igénylését.

Kulcsszereplő berendezés

Elektrolizerek: Bipoláris és monopoláris típusokba sorolva. A bipoláris elektrolizerek sorban működnek nagy feszültséggel, de kevesebb helyet foglalnak el, míg a monopolárisok párhuzamosan futnak a nagy árammal, független egyenirányítókhoz. A modern "Zero-GAP" minták csökkentik az elektród távolságát<1 mm for further energy savings.

Sóoldat tisztító rendszerek: Membrán alapú szulfát eltávolítása (pl.<1 ppm, extending membrane lifespan.

Klór- és hidrogénkezelő egységek: A klór hűtött (12–15 fok) és 98% H₂SO₄ -val szárítva a PVC -termelés kompressziója előtt; A hidrogént hűtik, sűrítik és sósav -szintézishez vagy üzemanyagként használják.

3. A membrán és a higany folyamatok történelmi kontextusa és korlátai

A membrán módszer folyamat alapelve és történelmi alkalmazása
A membrán elektrolizátor porózus azbeszt membránot használ az anód és a katódkamrák közötti fizikai gátként. Az alapelv az, hogy a membrán pórusméret -szelektivitását (kb. 10 ~ 20 mikron) használja, hogy az elektrolit (NaCl oldat) áthaladjon, miközben megakadályozza a generált CL₂ és H₂ gázok keverését. Az anódon a Cl⁻ elveszíti az elektronokat, hogy cl₂ -t generáljon (2cl⁻ - 2 e⁻ → cl₂ ↑); A katódon a H₂O elektronokat nyer, hogy H₂ -t és OH⁻ -t generáljon (2H₂O + 2 E⁻ → H₂ ↑ ↑ + 2 oh⁻), és Oh⁻ Na⁺ -val kombinálódik, hogy NaOH képződjön. Mivel az azbeszt membrán nem tudja teljesen blokkolni a Na⁺ fordított migrációját, a katódban előállított NaOH -oldat körülbelül 1% NaCl -t tartalmaz, csak 10 ~ 12% koncentrációval, és az ipari igények kielégítése érdekében több mint 30% -ra kell koncentrálni. Ezt a folyamatot széles körben alkalmazták a 20. század közepén és későjén. Kína egykor erre a technológiára támaszkodott az alapvető kémiai alapanyagok hiányának megoldására, ám a környezeti tudatosság javításával a velejáró hibáit fokozatosan kitették.

A membrán módszer végzetes hibái és eliminációs folyamata
A membrán módszer három alapvető hátránya végül az átfogó cserehöz vezetett:
Magas energiafogyasztás és alacsony hatékonyság: Azbeszt membránjának magas ellenállása miatt a cellák feszültsége akár 3,5 ~ 4,5 V -os, és az alkálna tonnánkénti energiafogyasztása 3000 ~ 3500 kWh, ami 40 ~ 70% -kal magasabb, mint az ionmembrán módszer. Csak az alacsony villamosenergia -árakra alkalmas területekre alkalmas;

Nem elegendő termék tisztaság: A NaCl-t tartalmazó híg lúgos oldat további párolgást és sótalanítást igényel, ami növeli a folyamatköltséget, és nem képes kielégíteni a magas tisztaságú NAOH iránti igényt a csúcskategóriás területeken (például alumínium-oxid-oldat);
Azbesztszennyezés -válság: Az azbesztszálak könnyen felszabadulnak a levegőbe és a szennyvízbe a gyártási folyamat során. A hosszú távú expozíció olyan betegségekhez vezet, mint a tüdőrák. A Nemzetközi Rákkutatási Ügynökség (IARC) már 1987 -ben az I. osztályú karcinogénként sorolta be. 2011 -ben Kína felülvizsgálta az „ipari szerkezetek kiigazításának útmutatásait”, amely egyértelműen kijelentette, hogy az összes diafragmai maró -szódaüzem 2015 -re megszűnik, összesen több mint 5 millió tonna/év termelési kapacitása.

Merkúr elektrolízis folyamat: A higanytoxicitás rejtett veszélyek a nagy tisztaság mögött
A higany módszer műszaki jellemzői és történelmi értéke
A higany módszer egykor "csúcskategóriás folyamat" volt a magas tisztaságú maró szóda előállításához, a higany katód egyedi tulajdonságai miatt. Alapelv az, hogy a Mercury -t mobil katódként használja. Az elektrolízis eljárása során a Na⁺ és a higany nátrium amalgámot (Na-HG ötvözet) képeznek, majd a nátrium amalgám reagál a vízzel, hogy 50% -os nagy koncentrációs NaOH-t (Na-Hg + H₂O → NaOH + H₂ ↑ + Hg) generáljon, amelyet közvetlenül meg lehet használni beavatkozás és koncentráció nélkül. Ennek a folyamatnak az a jelentős előnye, hogy a NAOH kimeneti kimeneti (NaCl -tartalom<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.

Higanyszennyezés katasztrófa és globális tilalmi folyamat
A higany módszer végzetes hibája a higany visszafordíthatatlan szennyezésének:
Higanygőz illékonyodása: A higany gőz formájában menekül az elektrolízis során, és a munkakörnyezetben a higanykoncentráció tucatnyi alkalommal meghaladja a standardot, ami gyakori higanymérgezési eseményeket eredményez a munkavállalók körében (például a Minamata betegség 1956 -ban történt eseménye, amelyet a higanyszennyezés okozott);

Szennyvízkibocsátási veszélyek: Körülbelül 10-20 gramm higany elveszik minden előállított NaOH tonnában, amelyet metil -higanymá alakítanak át, miután beléptek a víztestbe, és az élelmiszerláncon keresztül gazdagodnak, hogy károsítsák az ökoszisztémát;
Az újrahasznosítás nehézsége: Bár a higany desztillációval visszanyerhető, a hosszú távú működés továbbra is túlzott higanytartalomhoz vezet a talajban, és a kármentesítés költsége magas. A Minamata-egyezmény (2013) hatálybalépésével a világ országának több mint 90% -a ígéretet tett arra, hogy 2020-ig fokozatosan megszünteti a Mercury módszert. A világ legnagyobb klór-lúgos termelőjeként Kína teljes mértékben betiltotta a higany folyamatot 2017-ben, teljesen levágva a "higany-kauszt szóda" szennyeződés láncát, és az ipari átalakulást az egységes membránvá alakította. Manapság csak néhány ország, például India és Pakisztán, továbbra is a higanytermelési kapacitás kevesebb, mint 5% -át tartja fenn, és súlyos nemzetközi környezeti nyomáson kell szembenéznie.

4. melléktermékkezelés és erőforrás-újrahasznosítás

Nagy értékű klór felhasználása

Alapvető vegyi anyagok: PVC -termelésben (a klórigény 30–40% -a) és a propilén -oxid szintézisben használják.

Csúcskategóriás alkalmazások: Elektronikus minőségű klór (nagyobb vagy egyenlő 99,999% tisztasággal) félvezető maratási parancsokhoz az ipari minőségű klór árának 5–8-szorosa.

Vészhelyzeti kezelés: A véletlen CL₂ felszívódik egy kétlépcsős NaOH-súrolóban (15–20% koncentráció), biztosítva a kibocsátást<1 mg/m³.

Hidrogén visszanyerés és felhasználás

Sósav -szintézis: CL₂ -vel reagálva HCL előállítása a pácoláshoz és a gyógyszerekhez.

Zöld energia: Tisztított hidrogén üzemanyagok üzemanyagcellák vagy ammónia szintézis, egy növény pedig 60% -kal csökkenti a szénlábnyomot a hidrogénintegráció révén.

Biztonsági ellenőrzés: A hidrogén csővezetékek beépítik a lángszervezőket és a nyomáscsökkentő eszközöket, valós idejű H₂/CL₂ tisztaságfigyeléssel a robbanások megelőzése érdekében.

5. A folyamat optimalizálása és az energiatakarékos technológiák

Oxigén katód technológia

Alapelv: A hidrogén evolúciójának helyettesítése az oxigéncsökkentéssel csökkenti a sejtfeszültséget {0}}. 8–1,0 V, csökkentve az energiafogyasztást<1500 kWh/ton NaOH while co-producing hydrogen peroxide (H₂O₂).

Alkalmazás: Pekingi Vegyi Technológiai Egyetem 50, 000- tonnás üzemi üzem 30% -os energiatakarékosságot ért el.

Nagyáramú sűrűségű elektrolizerek

Haladás: Az áram sűrűségének növelése 4 ka/m² -ről 6 ka/m² -re növeli a kapacitást 30%-kal, Asahi Kasei (Japán) és Thyssenkrupp (Németország) forgalmazása.

Digitális átalakulás

Intelligens vezérlőrendszerek: AI algorithms optimize current efficiency to >96% és előrejelzi a membrán élettartamát<5% error, reducing costs by ¥80/ton at one plant.

AI-alapú ellenőrzés: Hangzhou-alapú vegyi növények AI-felszerelt robotokat használnak a klór létesítmények ellenőrzésére, elérve a 99,99% -os pontosságot a teflon cső eltömődésének észlelésében.

6. Környezeti kihívások és tiszta termelési technológiák

Szennyvízkezelés

Deklórítás: Vákuum dechlorination (maradék cl₂<50 ppm) and ion exchange recover NaCl with >95% újrafelhasználás.

Nulla folyadékkibocsátás (ZLD): A többhatású párolgás (MVR) kristályosítja az ipari sót, amelyet Xinjiangban és Shandongban valósítanak meg.

Kipufogógáz -kezelés

Kénsav -ködvezérlés: Electrostatic precipitators (>99% -os hatékonyság) és a nedves súrolás megfelel a GB 16297-2025 kibocsátási szabványoknak.

Higanyszennyezés megelőzése: Az alacsony merészségű katalizátorokat előmozdítják, a Yunnan Salt és a Haohua Yuhang állami finanszírozást kapnak a higanymentes katalizátor K + F-hez.

Szilárd hulladékkezelés

Membrán újrahasznosítás: Closed-loop recovery of precious metals (titanium, ruthenium) achieves >98% -os hatékonyság.

Sósiszap felhasználása: Építőanyagokban vagy hulladéklerakókhoz használják, a karbid salak 100% -ban átfogó felhasználásával.