Jakie są główne procesy produkcyjne i zasady zakładu chlor-alkali?

1. Przegląd podstawowego procesu produkcji przemysłu chlor-alkalia

2. Zasady i wyposażenie procesu elektrolizy błony jonowej

3. Historia i ograniczenia metody przepony i metody rtęci

4. Obróbka produktów ubocznych i recykling zasobów

5. Optymalizacja procesu i postęp technologii oszczędzania energii

6. Wyzwania środowiskowe i czyste technologie produkcyjne

1. Przegląd podstawowych procesów produkcyjnych 

Rośliny chlor-alkaliczne wytwarzają sodę kaustyczną (NaOH), chlor (CL₂) i wodór (H₂) poprzez elektrolizę roztworu chlorku sodu (NaCl), kamienie podstawowego podstawowego przemysłu chemicznego. Ponad 90% globalnej zdolności chlor-alkalia zatrudniaProces błony jonowej, z pozostałymi za pomocą wycofaniamembranaIKomórka rtęcimetody.

2. Zasady i wyposażenie procesu błony jonowej

Podstawowy mechanizm

Perfluorowane błony wymiany jonowej, zawierające kręgosłup łańcuchów fluorowęglowych z grupami funkcjonalnymi kwasu sulfonowego, wykazują doskonałą odporność na korozję i degradację chemiczną, utrzymując stabilną wydajność nawet w wysoce kwaśnych (anodowych) i alkaliinie (katodowej). Aby dodatkowo zoptymalizować wydajność błony, proces obejmuje zaawansowane systemy wstępne obróbki solanki, takie jak filtracja dwustopniowa i chromatografia jonów, które zmniejszają śladowe zanieczyszczenia, takie jak żelazo i krzemionka do poziomów sub-ppb, zapobiegając w ten sposób zanieczyszczenia błony i przedłużanie życia operacyjnego o 20–30%. Ponadto zintegrowana konstrukcja systemu elektrolizy pozwala na precyzyjną regulację szczelin anod-katodą do mniej niż 2 mm, minimalizując oporność omowa i dalsze obniżenie zużycia energii o dodatkowe 5–8% w porównaniu z konwencjonalnymi projektami. Wreszcie, proces umożliwia ciągłą produkcję sody żrąceńskiej o wysokiej czystości o spójnej zawartości chlorku sodu poniżej 50 ppm, eliminując potrzebę dalszych kroków odsalania i sprawiając, że jest idealny do wymagania zastosowań w branży farmaceutyki, elektroniki i przetwarzania spożywczego.

Kluczowy sprzęt

Elektrolizery: Sklasyfikowane do typów dwubiegunowych i monopolarnych. Dwubiegunkowe elektrolizery działają szeregowo z wysokim napięciem, ale zajmują mniej przestrzeni, podczas gdy jednocześnie monopolarne działają równolegle z wysokim prądem wymagającym niezależnych prostowników. Nowoczesne projekty „zero-gap” zmniejszają odstępy elektrody do<1 mm for further energy savings.

Systemy oczyszczania solanki: Usuwanie siarczanu na bazie błony (np. System rafinacji solanki Ruipu) i adsorpcja żywicy chelatowej zmniejszają ca²⁺ i mg²⁺<1 ppm, extending membrane lifespan.

Jednostki oczyszczania chloru i wodoru: Chlor jest chłodzony (12–15 stopni) i suszony z 98% h₂so₄ przed kompresją do produkcji PVC; Wodór jest chłodzony, ściskany i stosowany do syntezy kwasu chlorowodorowego lub jako paliwo.

3. Kontekst historyczny i ograniczenia procesów przepony i rtęci

Zasada procesu i historyczne zastosowanie metody przepony
Elektrolizer przepony wykorzystuje porowatą przeponę azbestową jako barierę fizyczną między komorami anodowymi i katodowymi. Główną zasadą jest zastosowanie selektywności wielkości porów przepony (około 10 ~ 20 mikronów), aby umożliwić przechodzenie elektrolitu (roztwór NaCl), jednocześnie zapobiegając mieszaniu wygenerowanych gazów Cl₂ i H₂. W anodzie Cl⁻ traci elektrony, aby wygenerować Cl₂ (2cl⁻ - 2 e⁻ → Cl₂ ↑); W katodzie H₂O zyskuje elektrony do wygenerowania H₂ i OH⁻ (2H₂O + 2 e⁻ → H₂ ↑ + 2 OH⁻), a OH⁻ łączy się z Na⁺, tworząc naoh. Ponieważ przepona azbestowe nie może całkowicie zablokować odwrotnej migracji Na⁺, roztwór NaOH wytwarzany w katodzie zawiera około 1% NaCl, ze stężeniem tylko 10 ~ 12% i należy skoncentrować się do ponad 30% przez odparowanie w celu zaspokojenia potrzeb przemysłowych. Proces ten był szeroko stosowany w połowie do końca XX wieku. Chiny kiedyś polegały na tej technologii, aby rozwiązać problem braku podstawowych surowców chemicznych, ale wraz z poprawą świadomości środowiskowej ich nieodłączne wady były stopniowo narażone.

Śmiertelne wady i proces eliminacji metody przepony
Trzy podstawowe wady metody przepony ostatecznie doprowadziły do ​​jej kompleksowej wymiany:
Wysokie zużycie energii i niska wydajność: ze względu na wysoką odporność przepony azbestowej napięcie komórkowe jest tak wysokie, jak 3,5 ~ 4,5 V, a zużycie energii na tonę alkalii wynosi 3000 ~ 3500 kWh, czyli o 40 ~ 70% wyższą niż metoda błony jonowej. Jest odpowiedni tylko dla obszarów o niskich cenach energii elektrycznej;

Niewystarczająca czystość produktu: rozcieńczone rozwiązanie alkaliczne zawierające NaCl wymaga dodatkowego odparowania i odsalania, co zwiększa koszt procesu i nie może zaspokoić popytu na OOH o wysokiej czystości w dziedzinach wysokiej klasy (takich jak rozpuszczanie glinu);
Kryzys zanieczyszczenia azbestu: Włókna azbestowe można łatwo zwalniać do powietrza i ścieków podczas procesu produkcyjnego. Długoterminowa ekspozycja prowadzi do chorób takich jak rak płuc. Międzynarodowa Agencja ds. Badań nad Rakiem (IARC) wymieniła go jako rakotwórczy klasy I już w 1987 r. W 2011 r. Chiny zrewidowały „wytyczne dotyczące dostosowania struktury przemysłowej”, co wyraźnie stwierdzono, że wszystkie przepaściowe sody sodowe zostaną wyeliminowane do 2015 r., Z całą liczbą ponad 5 milionów ton rocznie.

Proces elektrolizy rtęci: toksyczność rtęci ukryte niebezpieczeństwa stojące za wysoką czystością
Charakterystyka techniczna i wartość historyczna metody rtęci
Metoda rtęci była kiedyś „wysokiej klasy procesem” do wytwarzania sody żrącego o wysokiej czystości ze względu na unikalne właściwości katody rtęci. Jego zasadą jest użycie rtęci jako mobilnej katody. Podczas procesu elektrolizy Na⁺ i rtęci tworzą amalgamat sodu (stop Na-HG), a następnie amalgamat sodu reaguje z wodą, aby wytworzyć 50% wysoko stężenia NaOH (Na-HG + H₂O → NaOH + H₂ ↑ + Hg), które można zastosować bezpośrednio bez odparowania i koncentracji. Istotną zaletą tego procesu jest to, że wyjściowa NaOH jest wyjątkowo czysta (zawartość 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.

Katastrofa zanieczyszczenia rtęci i globalny proces zakazu
Śmiertelną wadą metody rtęci jest nieodwracalne zanieczyszczenie rtęci:
Odpięzienie pary rtęci: rtęć ucieka w postaci pary podczas elektrolizy, a stężenie rtęci w środowisku pracy często przekracza standard o kilkadziesiąt razy, co powoduje częste incydenty zatrucia rtęcią wśród pracowników (takie jak incydent na chorobę w Minamata w Japonii w 1956 r., Które było spowodowane zanieczyszczeniami rtęci);

Zagrożenia z rozładowania ścieków: około 10-20 gramy rtęci są utracone na każdą tonę wytwarzanej NaOH, która jest przekształcana w metylogęt po wejściu do zbiornika wodnego i wzbogacone przez łańcuch pokarmowy, aby zaszkodzić ekosystemowi;
Trudność w recyklingu: Chociaż rtęć można odzyskać przez destylację, długoterminowa operacja nadal prowadzi do nadmiernej zawartości rtęci w glebie, a koszt naprawy jest wysoki. Po wejściu w życie konwencji Minamata (2013), ponad 90% krajów na świecie zobowiązało się do wycofania metody rtęci do 2020 r. Jako największy na świecie producent chlor-alkalia, Chiny całkowicie zakazały procesu rtęci w 2017 r., Całkowicie odcinając rtęć sody „soda z napojami rtęciowymi” i promować transformację branży do jednej membranowej membranowej. Dziś tylko kilka krajów, takich jak Indie i Pakistan, nadal zachowuje mniej niż 5% zdolności produkcyjnych rtęci i napotyka poważną międzynarodową presję środowiskową.

4. Zarządzanie produktem ubocznym i recykling zasobów

Wykorzystanie chloru o wysokiej wartości

Podstawowe chemikalia: Zastosowane w produkcji PVC (30–40% zapotrzebowania na chlor) i syntezy tlenku propylenu.

Zastosowania wysokiej klasy: Chlor klasy elektronicznej (większa lub równa 99,999% czystości) dla dowództw półprzewodników 5–8-krotności ceny chloru klasy przemysłowej.

Leczenie awaryjne: Przypadkowy cl₂ jest wchłaniany w dwustopniowym płukanie NaOH (stężenie 15–20%), zapewniając emisję<1 mg/m³.

Odzyskiwanie i wykorzystanie wodoru

Synteza kwasu chlorowodorowego: Reagował z Cl₂, aby wyprodukować HCL dla marynowania i farmaceutyków.

Zielona energia: Oczyszczony wodór paliwa ogniwa paliwowe lub syntezę amoniaku, a jedna roślina zmniejsza ślad węglowy o 60% poprzez integrację wodoru.

Kontrola bezpieczeństwa: Rurociągi wodoru zawierają zatrzymania płomienia i urządzenia do złagodzenia ciśnienia, z monitorowaniem czystości H₂\/Cl₂ w czasie rzeczywistym w celu zapobiegania eksplozjom.

5. Optymalizacja procesu i technologie oszczędzania energii

Technologia katody tlenowej

Zasada: Zastąpienie ewolucji wodoru redukcją tlenu obniża napięcie komórek przez {{0}}. 8–1,0 V, zmniejszając zużycie energii do<1500 kWh/ton NaOH while co-producing hydrogen peroxide (H₂O₂).

Aplikacja: Peijing University of Chemical Technology 50, 000- Ton\/rok osiągnął 30% oszczędności mocy.

Elektrolizy o wysokiej gęstości

Postęp: Zwiększenie gęstości prądu z 4 ka\/m² do 6 ka\/m² zwiększa pojemność o 30%, komercjalizowane przez Asahi Kasei (Japonia) i Thyssenkrupp (Niemcy).

Cyfrowa transformacja

Inteligentne systemy sterowania: AI algorithms optimize current efficiency to >96% i przewiduj żywotność błony z<5% error, reducing costs by ¥80/ton at one plant.

Inspekcja napędzana AI: Rośliny chemiczne oparte na Hangzhou wykorzystują roboty wyposażone w AI do kontroli urządzeń chloru, osiągając 99,99% dokładności w wykrywaniu blokad rur teflonowych.

6. Wyzwania środowiskowe i czyste technologie produkcyjne

Oczyszczanie ścieków

Dekhlorowanie: Dekhlorowanie próżniowe (resztkowe cl₂<50 ppm) and ion exchange recover NaCl with >95% ponownego użycia.

Zero zrzutu cieczy (ZLD): Parowanie wielu efektów (MVR) krystalizuje sól przemysłową, wdrożoną w Xinjiang i Shandong.

Obróbka gazu spalinowego

Kontrola mgły siarkowej: Electrostatic precipitators (>99% wydajność) i mokre szorowanie spełniają standardy emisji GB 16297-2025.

Zapobieganie zanieczyszczeniu rtęci: Promowane są katalizatory o niskiej zawartości praw, a sól Yunnan i Haohua Yuhang otrzymują finansowanie państwowe dla rtęciowych badań i rozwoju katalizatora.

Zarządzanie odpadami stałymi

Recykling membrany: Closed-loop recovery of precious metals (titanium, ruthenium) achieves >98% wydajność.

Wykorzystanie szlamu solnego: Stosowane w materiałach budowlanych lub składowiskach, ze 100% kompleksowym wykorzystaniem żużli z węglika.