English
Deutsch
Español
Čeština
România limbi
Svenska
Français
Cymraeg
hrvatski
ไทย
українська
Български
1. Oversikt over kjerneproduksjonsprosessen til klor-alkali-industrien
2. Prinsipper og utstyr for ionemembranelektrolyseprosessen
3. Historie og begrensninger for membranmetoden og kvikksølvmetoden
4. BY-produktbehandling og resirkulering av ressurser
5. Prosessoptimalisering og energisparende teknologi Progress
6. Miljøutfordringer og ren produksjonsteknologi
1. Oversikt over kjerneproduksjonsprosesser
Klor-alkaliske planter produserer kaustisk brus (NaOH), klor (CL₂) og hydrogen (H₂) gjennom elektrolyse av natriumklorid (NaCl) -løsning, en hjørnestein i den grunnleggende kjemiske industrien. Over 90% av den globale klor-alkaliske kapasiteten sysselsetterionebyttermembranprosess, med de resterende ved å bruke utfasenMembranogKvikksølvcellemetoder.
2. Prinsipper og utstyr for ionebyttermembranprosessen
Kjernemekanisme
De perfluorerte ionebyttermembranene, med en ryggrad i fluorokarbonkjeder med sulfonsyrefunksjonelle grupper, viser overlegen motstand mot korrosjon og kjemisk nedbrytning, og opprettholder stabil ytelse selv i svært sure (anode) og alkaliske (katode) miljøer. For ytterligere å optimalisere membraneffektiviteten inkluderer prosessen avanserte forbehandlingssystemer, for eksempel dobbeltstadium filtrering og ionekromatografi, som reduserer sporforurensninger som jern og silika til sub-PPB-nivåer, og dermed forhindrer membranforbindelse og forlengende driftsliv med 20–30%. I tillegg muliggjør den integrerte utformingen av elektrolysesystemet presis regulering av anode-katodegapet til mindre enn 2 mm, og minimerer ohmisk motstand og senker energiforbruket ytterligere med ytterligere 5–8% sammenlignet med konvensjonelle design. Til slutt muliggjør prosessen kontinuerlig produksjon av kaustisk brus med høy renhet med et konsistent natriumkloridinnhold under 50 ppm, og eliminerer behovet for nedstrøms avsaltingstrinn og gjør det ideelt for å kreve bruksområder i legemiddel, elektronikk og matbehandlingsindustri.
Nøkkelutstyr
Elektrolysere: Klassifisert i bipolare og monopolare typer. Bipolare elektrolysere opererer i serie med høy spenning, men okkuperer mindre plass, mens monopolare løper parallelt med høy strøm som krever uavhengige likerettere. Moderne "null-gap" design reduserer elektrodeavstanden til<1 mm for further energy savings.
Saltrensingssystemer: Membranbasert sulfatfjerning (f.eks<1 ppm, extending membrane lifespan.
Klor- og hydrogenbehandlingsenheter: Klor er avkjølt (12–15 grader) og tørket med 98% H₂SO₄ før komprimering for PVC -produksjon; Hydrogen er avkjølt, komprimert og brukes til saltsyresyntese eller som drivstoff.
3. Historisk kontekst og begrensninger i membran- og kvikksølvprosesser
Prosessprinsippet og historisk anvendelse av membranmetoden
Membranens elektrolyzer bruker en porøs asbest -membran som en fysisk barriere mellom anoden og katodekamrene. Kjerneprinsippet er å bruke porestørrelsesselektiviteten til mellomgulvet (ca. 10 ~ 20 mikron) for å la elektrolytten (NaCl -løsningen) passere gjennom, samtidig som de genererte CL₂ og H₂ -gassene blandes. Ved anoden mister Cl⁻ elektroner for å generere Cl₂ (2Cl⁻ - 2 E⁻ → Cl₂ ↑); Ved katoden får H₂O elektroner for å generere H₂ og Oh⁻ (2H₂o + 2 E⁻ → H₂ ↑ + 2 oh⁻), og Oh⁻ kombineres med Na⁺ for å danne NaOH. Fordi asbest -membranen ikke helt kan blokkere den omvendte migrasjonen av Na⁺, inneholder NaOH -løsningen produsert ved katoden omtrent 1% NaCl, med en konsentrasjon på bare 10 ~ 12%, og må konsentreres til mer enn 30% ved fordampning for å imøtekomme industrielle behov. Denne prosessen ble mye brukt på midten av slutten av 1900-tallet. Kina stolte en gang på denne teknologien for å løse problemet med mangel på grunnleggende kjemiske råvarer, men med forbedring av miljøbevissthet ble dens iboende feil gradvis utsatt.
Fatale defekter og eliminasjonsprosess av mellomgulvmetoden
De tre kjerne -ulempene med mellomgulvmetoden førte til slutt til dens omfattende erstatning:
Høyt energiforbruk og lav effektivitet: På grunn av den høye motstanden til asbestmembranen, er cellespenningen så høy som 3,5 ~ 4,5V, og strømforbruket per tonn alkali er 3000 ~ 3500 kWh, som er 40 ~ 70% høyere enn ionemembranmetoden. Det er bare egnet for områder med lave strømpriser;
Utilstrekkelig produktrenhet: Den fortynnede alkaliløsningen som inneholder NaCl trenger ytterligere fordampning og avsalting, noe som øker prosesskostnadene og ikke kan dekke etterspørselen etter NaOH med høy renhet i high-end-felt (for eksempel aluminiumoksyddoppløsning);
Asbestforurensningskrise: Asbestfibre frigjøres lett ut i luften og avløpsvann under produksjonsprosessen. Langvarig eksponering fører til sykdommer som lungekreft. International Agency for Research on Cancer (IARC) listet det som en karsinogen i klasse I allerede i 1987. I 2011 reviderte Kina "Retningslinjene for justering av industriell struktur", som tydelig uttalte at alle membran -kaustiske brusanlegg ville bli eliminert av 2015, med totalt mer enn 5 millioner tonn\/år av produksjonen.
Kvikksølvelektrolyseprosess: Kvikksølvoksisitet skjult farer bak høy renhet
Tekniske egenskaper og historisk verdi av kvikksølvmetoden
Kvikksølvmetoden var en gang en "high-end prosess" for å produsere kaustisk brus med høy renhet på grunn av de unike egenskapene til kvikksølvkatoden. Prinsippet er å bruke kvikksølv som en mobil katode. Under elektrolyseprosessen danner Na⁺ og kvikksølvnatrium amalgam (Na-Hg-legering), og deretter reagerer natriumamalgamet med vann for å generere 50% høykonsentrasjon NaOH (Na-Hg + H₂O → NaOH + H₂ ↑ + Hg), som kan brukes direkte uten fordamping og konsentrasjon. Den betydelige fordelen med denne prosessen er at output NaOH er ekstremt ren (NaCl -innhold<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.
Kvikksølvforurensningskatastrofe og global forbudsprosess
Den fatale feilen ved kvikksølvmetoden er den irreversible forurensningen av kvikksølv:
Folumatilisering av kvikksølvdamp: Kvikksølv slipper unna i form av damp under elektrolyse, og kvikksølvkonsentrasjonen i arbeidsmiljøet overstiger ofte standarden med dusinvis av ganger, noe som resulterer i hyppige kvikksølvforgiftningshendelser blant arbeidere (slik som minamatasykdommen i Japan i 1956, som var forårsaket av Mercury Pollution);
Farer for avløpsvann: om 10-20 gram kvikksølv går tapt for hvert tonn produsert NaOH, som blir omdannet til metylkvikksølv etter å ha kommet inn i vannlegemet, og beriket gjennom næringskjeden for å skade økosystemet;
Vanskeligheter med resirkulering: Selv om kvikksølv kan gjenvinnes ved destillasjon, fører langtidsdrift fremdeles til overdreven kvikksølvinnhold i jorden, og kostnadene for sanering er høye. Med en kraft i MINAMATA-konvensjonen (2013), har mer enn 90% av landene i verden lovet å fase ut kvikksølvmetoden innen 2020. Som verdens største klor-alkali-produsent, forbød Kina ensom for kvikksølvsprosessen i 2017, og fullstendig kuttet av "Mercury-Caustic Soda". I dag beholder bare noen få land som India og Pakistan fortsatt mindre enn 5% av produksjonskapasiteten til kvikksølv og står overfor alvorlig internasjonalt miljøtrykk.
4. Biproduktstyring og gjenvinning av ressurser
Utnyttelse av høy verdi av klor
Grunnleggende kjemikalier: Brukt i PVC -produksjon (30–40% av etterspørselen om klor) og propylenoksydsyntese.
High-end applikasjoner: Elektronisk klor (større enn eller lik 99.999% renhet) for halvlederets etsekommandoer 5–8 ganger prisen på industriell klasse klor.
Nødbehandling: Utilsiktet CL₂ blir absorbert i en to-trinns NaOH-skrubber (15–20% konsentrasjon), og sikrer utslipp<1 mg/m³.
Hydrogengjenvinning og utnyttelse
Saltsyresyntese: Reagerte med CL₂ for å produsere HCl for sylting og legemidler.
Grønn energi: Renset hydrogen drivstoff brenselceller eller ammoniakksyntese, med ett plante som reduserer karbonavtrykk med 60% gjennom hydrogenintegrasjon.
Sikkerhetskontroll: Hydrogenrørledninger inneholder flammearrestører og trykkavlastningsinnretninger, med sanntids H₂\/Cl₂-renhetsovervåking for å forhindre eksplosjoner.
5. Prosessoptimalisering og energisparende teknologier
Oksygen katodeteknologi
Prinsipp: Erstatte hydrogenutvikling med oksygenreduksjon senker cellespenningen med {{0}}. 8–1.0 V, reduserer energiforbruket til<1500 kWh/ton NaOH while co-producing hydrogen peroxide (H₂O₂).
Søknad: Beijing University of Chemical Technology's 50, 000- tonn\/år plante oppnådde 30% strømsparing.
Elektrolysere med høy strøm-tetthet
Forfremmelse: Å øke strømtettheten fra 4 ka\/m² til 6 ka\/m² øker kapasiteten med 30%, kommersialisert av Asahi Kasei (Japan) og Thyssenkrupp (Tyskland).
Digital transformasjon
Intelligente kontrollsystemer: AI algorithms optimize current efficiency to >96% og forutsi membran levetid med<5% error, reducing costs by ¥80/ton at one plant.
AI-drevet inspeksjon: Hangzhou-baserte kjemiske planter bruker AI-utstyrte roboter for å inspisere kloranlegg, og oppnå 99,99% nøyaktighet ved å oppdage teflonrørblokkeringer.
6. Miljøutfordringer og rene produksjonsteknologier
Avløpsvannbehandling
Dechlorination: Vakuumdeklorering (gjenværende CL₂<50 ppm) and ion exchange recover NaCl with >95% gjenbruk.
Null væskeutladning (ZLD): Multi-Effect fordampning (MVR) krystalliserer industrisalt, implementert i Xinjiang og Shandong.
Avgassbehandling
Svovelsyre Mist Control: Electrostatic precipitators (>99% effektivitet) og våt skrubbing Møt GB 16297-2025 Utslippsstandarder.
Forebygging av kvikksølvforurensning: Katalysatorer med lav Mercury blir fremmet, med Yunnan Salt og Haohua Yuhang som mottar statlig finansiering for Mercury-Free Catalyst FoU.
Håndtering av fast avfall
Membrangjenvinning: Closed-loop recovery of precious metals (titanium, ruthenium) achieves >98% effektivitet.
Utnyttelse av saltslam: Brukes i konstruksjonsmaterialer eller deponiomslag, med 100% omfattende utnyttelse av karbidslagg.