Mitkä ovat kloori-Alkali-kasvin tärkeimmät tuotantoprosessit ja periaatteet?

2. ionikalvojen elektrolyysiprosessin periaatteet ja laitteet

3. Kalvomenetelmän ja elohopeamenetelmän historia ja rajoitukset

4. sivutuotteen käsittely ja resurssien kierrätys

5. Prosessin optimointi ja energiansäästöteknologian edistyminen

6. Ympäristöhaasteet ja puhdas tuotantotekniikka

1. yleiskatsaus ydintuotantoprosesseista

Kloori-alkali-kasvit tuottavat kaustista soodaa (NaOH), klooria (Cl₂) ja vetyä (H₂) natriumkloridiliuoksen elektrolyysin kautta, joka on emäksisen kemianteollisuuden kulmakivi. Yli 90% globaalista kloori-alkali-kapasiteetista käyttääioninvaihtokalvoprosessi, jäljellä olevalla asteillakalvojaelohopeakennomenetelmät.

2. ioninvaihtokalvoprosessin periaatteet ja laitteet

Ydinmekanismi

Perfluoroidut ioninvaihtokalvot, joissa on fluorihiiliketjujen runko sulfonihappofunktionaalisilla ryhmillä, osoittavat parempaa vastustuskykyä korroosiolle ja kemialliselle hajoamiselle, säilyttäen stabiilin suorituskyvyn jopa erittäin happamassa (anodissa) ja alkalisessa (katodi) ympäristössä. Kalvotehokkuuden optimoimiseksi prosessi sisältää edistyneitä suolaveden esikäsittelyjärjestelmiä, kuten kaksisuuntaista suodatusta ja ionikromatografiaa, jotka vähentävät hivenaiheita, kuten rautaa ja piidioksidia sub-PPB-tasoja, estäen siten kalvojen likaantumisen ja operatiivisen elämän pidentämisen 20–30%. Lisäksi elektrolyysijärjestelmän integroitu muotoilu mahdollistaa anodikatodien tarkan säätelyn alle 2 mm: iin, minimoimalla ohmiskestävyyden ja vähentämällä energiankulutusta edelleen 5–8% verrattuna tavanomaisiin malleihin. Lopuksi, prosessi mahdollistaa korkean puhtaan kaustisen soodan jatkuvan tuotannon, jonka johdonmukainen natriumkloridipitoisuus on alle 50 ppm, mikä eliminoi loppupään suolanpoistovaiheiden tarpeen ja tekee siitä ihanteellisen tarvittavan sovelluksia lääkkeiden, elektroniikan ja elintarvikkeiden jalostusteollisuudessa.

Avainlaitteet

Elektrolytserit: Luokiteltu bipolaarisiin ja monopolaarisiin tyyppeihin. Bipolaariset elektrolytserit toimivat sarjassa, jolla on korkea jännite, mutta vievät vähemmän tilaa, kun taas monopolaariset kulkevat rinnakkain korkean virran kanssa, joka vaatii riippumattomia tasasuuntaajia. Nykyaikaiset "nolla-gap" -mallit vähentävät elektrodien etäisyyttä<1 mm for further energy savings.

Suolaveden puhdistusjärjestelmät: Membraanipohjainen sulfaatin poisto (esim. Rupu-suolaveden jalostusjärjestelmä) ja kelatoiva hartsin adsorptio vähentävät ca²⁺ ja mg²⁺-<1 ppm, extending membrane lifespan.

Kloori- ja vetykäsittelyyksiköt: Kloori jäähdytetään (12–15 astetta) ja kuivataan 98% H₂so₄: lla ennen puristusta PVC -tuotantoa varten; Vety jäähdytetään, puristetaan ja käytetään suolahapon synteesiin tai polttoaineena.

3. Kalvo- ja elohopeaprosessien historiallinen konteksti ja rajoitukset

Kalvomenetelmän prosessiperiaate ja historiallinen soveltaminen
Kalvon elektrolysaattori käyttää huokoista asbestikiogmaa fyysisenä esteenä anodin ja katodikammioiden välillä. Pääperiaatteena on käyttää kalvojen huokoskokoelektiivisyyttä (noin 10 ~ 20 mikronia) elektrolyytin (NaCl -liuos) läpikäynnin sallimiseksi, estäen samalla generoidut Cl₂- ja H₂ -kaasut sekoittumisen. Anodissa Cl⁻ menettää elektroneja Cl₂: n (2cl⁻ - 2 e⁻ → Cl₂ ↑) tuottamiseksi; Katodissa H₂O saa elektroneja h₂: n ja oh⁻ (2H₂O + 2 e⁻ → H₂ ↑ + 2 oh⁻) tuottamiseksi ja OH⁻ yhdistyvät Na⁺: n muodostamiseksi NaOH: n muodostamiseksi. Koska asbestikiogma ei voi estää Na⁺: n käänteistä siirtymistä kokonaan, katodissa tuotettu NaOH -liuos sisältää noin 1% NaCl: tä, ja sen pitoisuus on vain 10 ~ 12%, ja se on keskitettävä yli 30%: iin haihtumalla vastaamaan teollisia tarpeita. Tätä prosessia käytettiin laajasti 1900-luvun puolivälissä tai myöhään. Kiina luottaa kerran tähän tekniikkaan ratkaistakseen kemiallisten raaka -aineiden puutteen ongelman, mutta ympäristötietoisuuden parantamisen myötä sen luontaiset puutteet paljastettiin vähitellen.

Kalvomenetelmän kohtalokkaat viat ja eliminointiprosessi
Kalvomenetelmän kolme ydinhaitosta johtivat lopulta sen kattavaan korvaamiseen:
Suuri energiankulutus ja alhainen hyötysuhde: Asbestikiogman korkean vastustuskyvyn vuoksi solujännite on jopa 3,5 ~ 4,5 V ja virrankulutus tonnia alkalia kohden on 3000 ~ 3500 kWh, joka on 40 ~ 70% korkeampi kuin ionikalvomenetelmä. Se sopii vain alueille, joilla sähkönhinnat ovat alhaiset;

Riittämätön tuotteen puhtaus: NaCl-sisältäva laimea alkaliliuos tarvitsee ylimääräistä haihtumista ja suolanpoistoa, mikä lisää prosessikustannuksia eikä pysty vastaamaan korkean puhtaan NAOH: n kysyntään huippuluokan kentällä (kuten alumiinioksidin liukenemiseen);
Asbestien pilaantumiskriisi: Asbestikuidut vapautuvat helposti ilmaan ja jäteveteen tuotantoprosessin aikana. Pitkäaikainen altistuminen johtaa sairauksiin, kuten keuhkosyöpä. Kansainvälinen syöpätutkimusvirasto (IARC) ilmoitti sen I -luokan karsinogeeniksi jo vuonna 1987. Vuonna 2011 Kiina tarkisti "teollisuuden rakenteen sopeutumisen ohjeet", joissa todettiin selvästi, että kaikki kalvojen kaustiset sooda -laitokset poistetaan vuoteen 2015 mennessä, ja tuotantokapasiteetti on yhteensä yli 5 miljoonaa tonnia\/vuosi.

Elohopean elektrolyysiprosessi: Elohopeamyrkyllisyys Piilotetut vaarat korkean puhtauden takana
Elohopeamenetelmän tekniset ominaisuudet ja historiallinen arvo
Elohopeamenetelmä oli kerran "huippuluokan prosessi" korkean puhtaan kaustisen soodan tuottamiseksi elohopeakatodin ainutlaatuisten ominaisuuksien vuoksi. Sen periaatteena on käyttää elohopeaa liikkuvana katodina. Elektrolyysiprosessin aikana Na⁺ ja elohopea muodostavat natriumamalgaamia (Na-HG-seos) ja sitten natriumamalgaami reagoi veden kanssa 50%: n korkean koostumuksen NaOH: n tuottamiseksi (NA-HG + H₂O → NaOH + H₂ ↑ + Hg), jota voidaan käyttää suoraan ilman haihtumista ja konsentraatiota. Tämän prosessin merkittävä etu on, että lähtö NaOH on erittäin puhdas (NaCl -pitoisuus<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.

Elohopean pilaantumisen katastrofi ja globaali kieltoprosessi
Elohopeamenetelmän kohtalokas virhe on elohopean peruuttamaton pilaantuminen:
Elohopeahöyryn haihtuminen: Elohopea pakenee höyryn muodossa elektrolyysin aikana, ja elohopeapitoisuus työympäristössä ylittää usein standardin kymmenien aikojen mukaan, mikä johtaa usein työntekijöiden (kuten Minamata -tautitautitapaukseen vuonna 1956 tapahtuneeseen MINAMATA -tautitautitapaukseen);

Jätevesien vastuuvaarat: noin 10-20 grammaa elohopeaa menetetään jokaisesta tuotetusta NaOH: n tonnista, joka muutetaan metyylielohopeaksi vesistöön saapumisen jälkeen ja rikastetaan ruokaketjun läpi ekosysteemin vahingoittamiseksi;
Kierrätysvaikeudet: Vaikka elohopeaa voidaan talteen talteenottamalla, pitkäaikainen toiminta johtaa edelleen maaperän liialliseen elohopeapitoisuuteen ja kunnostamiskustannukset ovat korkeat. Minamata-yleissopimuksen (2013) voimaantulon myötä yli 90% maailman maista on sitoutunut poistamaan elohopeamenetelmän vuoteen 2020 mennessä. Maailman suurimpana kloori-Alkali-tuottajana Kiina kielsi kokonaan elohopeaprosessin vuonna 2017, ja lopetti täysin "Mercury-Caustic Soda -suoda-membraanimamamamamamamamamamansakenteen muuttamisen. Nykyään vain harvoissa maissa, kuten Intiassa ja Pakistanissa

4. sivutuotteen hallinta ja resurssien kierrätys

Kloorin arvokkaat hyödyntäminen

Peruskemikaalit: Käytetään PVC -tuotannossa (30–40% kloorin kysynnästä) ja propeenioksidisynteesistä.

Huippuluokan sovellukset: Elektronisen luokan kloori (suurempi tai yhtä suuri kuin 99,999% puhtaus) puolijohde-etsauskomentoille 5–8-kertaisesti teollisuusluokan kloorin hintaan.

Hätäkäsittely: Tahattoman Cl₂ imeytyy kaksivaiheiseen NaOH-pesuriin (pitoisuus 15–20%), ja päästöt varmistavat<1 mg/m³.

Vedyn talteenotto ja käyttö

Suolahapon synteesi: Reagoitiin Cl₂: n kanssa HCL: n tuottamiseksi peikkein ja lääkkeitä varten.

Vihreä energia: Puhdistettu vety polttaa polttokennoja tai ammoniakkisynteesiä, kun yksi kasvi vähentää hiilijalanjälkeä 60% vedyn integroinnin avulla.

Turvavalvonta: Vetyputket sisältävät liekin pidättäjiä ja paineen lievittämistä, reaaliaikaisella H₂\/CL₂-puhtausvalvonnalla räjähdysten estämiseksi.

5. Prosessien optimointi ja energiansäästötekniikka

Hapen katoditekniikka

Periaate: Vedyn evoluution korvaaminen happea vähentämisellä alentaa solujännitettä {{0}}. 8–1,0 V, energiankulutuksen vähentäminen<1500 kWh/ton NaOH while co-producing hydrogen peroxide (H₂O₂).

Soveltaminen: Pekingin kemikaaliteknologian yliopiston 50, 000- tonni\/vuosi tehdas saavutti 30%: n virransäästöjä.

Korkean virran tiheys elektrolytserit

Eteneminen: Virtatiheyden lisääminen 4 ka\/m²: sta 6 ka\/m²: n kapasiteettiin 30%: lla, kaupallistavat Asahi Kasei (Japani) ja ThyssenKrupp (Saksa).

Digitaalinen muutos

Älykkäät ohjausjärjestelmät: AI algorithms optimize current efficiency to >96% ja ennusta kalvojen elinkaari<5% error, reducing costs by ¥80/ton at one plant.

AI-käyttöinen tarkastus: Hangzhou-pohjaiset kemialliset kasvit käyttävät AI-varustettuja robotteja kloorilaitosten tarkastamiseen saavuttaen 99,99% tarkkuuden Teflon-putken tukkeutumisten havaitsemisessa.

6. Ympäristöhaasteet ja puhdas tuotantotekniikka

Jäteveden hoito

Deklorinaatio: Tyhjiöfeklorinaatio (jäännös Cl₂<50 ppm) and ion exchange recover NaCl with >95% uudelleenkäyttö.

Nolla nestemäinen purkaus (ZLD): Monitehosteen haihdutus (MVR) kiteyttää teollisuussuolan, joka on toteutettu Xinjiangissa ja Shandongissa.

Pakokaasunkäsittely

Rikkihapon sumujen hallinta: Electrostatic precipitators (>99% tehokkuus) ja märkä hankaaminen täyttävät GB 16297-2025 päästöstandardit.

Elohopean pilaantumisen ehkäisy: Matala-elvytysten katalyytit edistetään, kun Yunnan-suola ja Haohua Yuhang saavat valtion rahoitusta elohopeavapaasta katalysaattorista ja kehityksestä.

Kiinteän jätehuolto

Kalvon kierrätys: Closed-loop recovery of precious metals (titanium, ruthenium) achieves >98%: n tehokkuus.

Suolan lietteen käyttö: Käytetään rakennusmateriaaleissa tai kaatopaikkoissa, ja se on 100% kattava karbidikynän hyödyntäminen.

Uutiset