Mullistava natriumhydroksidin tuotanto: innovaatiot, jotka lisäävät tehokkuutta, kestävyyttä ja uusia sovelluksia 2000-luvulla

Natriumhydroksidi (NaOH), joka tunnetaan myös nimellä kaustinen sooda, on kemiallinen perusraaka-aine, jota käytetään laajasti paperinvalmistuksessa, pesuaineissa, öljyssä ja kaasussa, jätteenkäsittelyssä, tekstiileissä, vedenkäsittelyssä, elintarviketeollisuudessa ja muilla teollisuudenaloilla12. Natriumhydroksidin tärkein tuotantomenetelmä on kloori-alkalimenetelmä, joka sisältää suolavesiliuoksen elektrolyysin elektrolyysikennossa natriumhydroksidin, kloorin ja vedyn tuottamiseksi. Natriumhydroksidikoneistolla tarkoitetaan laitteita, joita käytetään natriumhydroksidin tuottamiseen kloori-alkalimenetelmällä, mukaan lukien järjestelmä, joka koostuu elektrolyysikennoista, elektrodeista, virtalähteistä, suodattimista, jäähdyttimistä, varastosäiliöistä, pumpuista, putkistoista, instrumenteista jne.

Natriumhydroksidikoneiden kehityshistoria voidaan jäljittää 1800-luvulle, jolloin natriumhydroksidin valmistukseen käytettiin pääasiassa elohopeaelektrodimenetelmää ja kalvomenetelmää. Näiden kahden menetelmän haitat ovat se, että elohopeaelektrodimenetelmä aiheuttaa elohopeasaastetta ja kalvomenetelmä saa natriumhydroksidin sisältämään enemmän suolaa ja kloridia, mikä vaikuttaa tuotteen laatuun. Näiden ongelmien ratkaisemiseksi natriumhydroksidin kalvonvalmistustekniikka alkoi ilmestyä luvun puolivälissä, toisin sanoen käyttämällä elektrolyyttikennossa erityistä ioninvaihtokalvoa anodin ja katodin erottamiseen. että natriumhydroksidi ja kloorikaasu voivat kulkea katodista ja anodista vastaavasti. ulosvirtausta, mikä parantaa tuotteen puhtautta ja sähköenergian hyödyntämistä. Tällä hetkellä kalvomenetelmästä on tullut natriumhydroksidikoneiden valtavirtatekniikka, jonka osuus on yli 80 % maailmanlaajuisesta natriumhydroksidin tuotantokapasiteetista.

Natriumhydroksidikoneiden markkinakysyntä riippuu pääasiassa natriumhydroksidin kulutuksesta ja hinnasta sekä kloorin ja vedyn sivutuotteiden hyödyntämisestä. Maailmanlaajuisen natriumhydroksidimarkkinaraportin mukaan maailmanlaajuinen natriumhydroksidin kulutus oli noin 82 miljoonaa tonnia vuonna 2019, ja sen odotetaan kasvavan 97 miljoonaan tonniin vuoteen 2025 mennessä, ja keskimääräinen vuotuinen kasvuvauhti on 2,8 %. Aasian ja Tyynenmeren alue on suurin natriumhydroksidin kuluttajamarkkina-alue, jonka osuus maailmanlaajuisesta kulutuksesta on yli 45 %, mikä johtuu pääasiassa alueen paperi-, tekstiili-, kemian- ja muun teollisuuden kehityksestä.

Eurooppa ja Pohjois-Amerikka ovat natriumhydroksidin toissijaisia ​​kuluttajamarkkinoita, joiden osuus maailmanlaajuisesta kulutuksesta on noin 25 %, mikä johtuu pääasiassa alueen pesuaine-, öljy- ja kaasuteollisuuden kysynnästä. Natriumhydroksidin hintaan vaikuttavat raakasuola, sähkö, kuljetus ja muut tekijät, ja se osoittaa yleensä suhdannevaihteluja4. Kloori ja vety ovat natriumhydroksidin tuotantoprosessin sivutuotteita, ja niiden hyödyntäminen vaikuttaa myös natriumhydroksidikoneiden markkinakysyntään. Klooria käytetään pääasiassa polyvinyylikloridin (PVC), valkaisuaineen, torjunta-aineiden ja muiden tuotteiden valmistukseen, kun taas vetyä käytetään pääasiassa ammoniakin, metanolin, polttokennojen ja muiden tuotteiden valmistukseen.

Natriumhydroksidikoneiden tuleva kehitystrendi on pääasiassa tuotannon tehokkuuden parantaminen, energiankulutuksen vähentäminen, ympäristön saastumisen vähentäminen ja uusien sovellusalueiden kehittäminen. Näiden tavoitteiden saavuttamiseksi natriumhydroksidikoneiden teknologinen innovaatio keskittyy pääasiassa seuraaviin näkökohtiin:

Optimoi elektrolyyttikennon suunnittelu parantaaksesi virrantiheyttä ja elektrolyysin tehokkuutta, vähentääksesi elektrodien korroosiota ja lian kertymistä ja pidentääksesi elektrolyyttikennon käyttöikää.

Paranna ioninvaihtokalvon suorituskykyä, vähentää vastusta ja läpäisevyyttä, parantaa selektiivisyyttä ja vakautta, vähentää natriumhydroksidin pitoisuushäviötä ja kloorin käänteisosmoosia.

Hyödynnä uusiutuvaa energiaa ja hukkalämpöä sähkön tuottamiseen, sähkökustannusten ja hiilidioksidipäästöjen vähentämiseen sekä energiatehokkuuden ja ympäristöystävällisyyden parantamiseen.

Kehitetään uusia elektrolyyttisiä väliaineita, kuten ionisia nesteitä, liuotinseoksia, kiinteitä elektrolyyttejä jne. korvaamaan perinteiset suolavesiliuokset, vähentämään suolan kulutusta ja jätevesipäästöjä sekä parantamaan elektrolyysin turvallisuutta ja joustavuutta.

Laajenna natriumhydroksidin uusia sovellusalueita, kuten biomassan muuntamista, hiilen talteenottoa ja hyödyntämistä, metallin uuttamista ja talteenottoa, nanomateriaalien valmistusta jne. lisätäksesi natriumhydroksidin lisäarvoa ja markkinapotentiaalia.