Каковы основные производственные процессы и принципы растения хлоркали?

1. Обзор основного производственного процесса индустрии хлор Алкали

2. Принципы и оборудование процесса ионного мембранного электролиза

3. История и ограничения метода диафрагмы и метода ртути

4. Лечение побочных продуктов и переработка ресурсов

5. Оптимизация процессов и прогресс в технологии энергосбережения

6. Экологические проблемы и технология чистой производства

1. Обзор основных производственных процессов 

Растения хлор-аналков производят каустическую соду (NaOH), хлор (CL₂) и водород (H₂) через электролиз раствора хлорида натрия (NaCl), краеугольного камня основной химической промышленности. Более 90% глобальной емкости хлор-алкали используетионообменная мембрана процесс, с оставшимся с использованием поэтапногодиафрагмаиМеркурийская ячейкаметоды

2. Принципы и оборудование ионообменного мембранного процесса

Основной механизм

Перфторированные ионообменные мембраны с фторуглеродной цепей с функциональными группами сульфоновой кислоты демонстрируют превосходную устойчивость к коррозии и химическому деградации, поддерживая стабильные характеристики даже в высоко кислотных (анодных) и щелочных (катоде) средах. Для дальнейшей оптимизации эффективности мембраны процесс включает в себя передовые системы предварительной обработки рассола, такие как двойная фильтрация и ионная хроматография, которые снижают примеси следов, такие как железо и кремнезем до уровней PPB, тем самым предотвращая мембранное загрязнение и продление срока службы работы на 20–30%. Кроме того, интегрированная конструкция системы электролиза позволяет определять точную регуляцию зазора анод-катода до менее 2 мм, минимизируя омическую сопротивление и еще больше снижения потребления энергии на 5–8% по сравнению с обычными конструкциями. Наконец, процесс обеспечивает непрерывное производство каустической соды с высокой точкой с постоянным содержанием хлорида натрия ниже 50 ч \/ млн, что устраняет необходимость в этапах опреснения нижестоящих по течению и делает его идеальным для требования применений в фармацевтических препаратах, электронных и пищевых переработке.

Ключевое оборудование

Электролизеры: Классифицируется на биполярные и монополярные типы. Биполярные электролизеры работают последовательно с высоким напряжением, но занимают меньше места, в то время как монополярные проводятся параллельно с высоким током, требующим независимых выпрямителей. Современные конструкции «нулевой заглушки» уменьшают расстояние между электродами на<1 mm for further energy savings.

Системы очистки рассола: Удаление сульфата на основе мембраны (EG, рафинирование рассола Ruip<1 ppm, extending membrane lifespan.

Обработки хлора и водорода: Хлор охлаждается (12–15 градусов) и сушат 98% H₂SO₄ перед сжатием для производства ПВХ; Водород охлаждается, сжимается и используется для синтеза соляной кислоты или в виде топлива.

3. Исторический контекст и ограничения диафрагмы и ртутных процессов

Принцип процесса и историческое применение метода диафрагмы
Электролизер диафрагмы использует пористую асбестовую диафрагму в качестве физического барьера между анодом и катодными камерами. Основным принципом является использование селективности размера пор диафрагмы (около 10 ~ 20 мкл), чтобы позволить электролиту (раствор NaCl) проходить через смешивание, предотвращая сгенерированные газы Cl₂ и H₂. В аноде Cl⁻ теряет электроны для генерации Cl₂ (2Cl⁻ - 2 e⁻ → Cl₂ ↑); В катоде h₂o получает электроны для генерации H₂ и OH⁻ (2H₂O + 2 e⁻ → H₂ ↑ + 2 OH⁻) и OH⁻ в сочетании с Na⁺ с образованием NaOH. Поскольку диафрагма асбеста не может полностью блокировать обратную миграцию Na⁺, раствор NAOH, произведенный в катоде, содержит около 1% NaCl, с концентрацией всего 10 ~ 12% и необходимо сконцентрироваться на более чем 30% путем испарения для удовлетворения потребностей промышленности. Этот процесс широко использовался в середине до конца 20-го века. Однажды Китай полагался на эту технологию, чтобы решить проблему нехватки основного химического сырья, но с улучшением осведомленности о окружающей среде его неотъемлемые дефекты постепенно подвергались воздействию.

Фатальные дефекты и процесс устранения метода диафрагмы
Три основных недостатка метода диафрагмы в конечном итоге привели к его комплексной замене:
Высокое потребление энергии и низкая эффективность: из -за высокой устойчивости диафрагмы асбеста напряжение ячейки достигает 3,5 ~ 4,5 В, а потребление мощности на тонну щелочи составляет 3000 ~ 3500 кВтч, что на 40 ~ 70% выше, чем метод ионной мембраны. Он подходит только для областей с низкими ценами на электроэнергию;

Недостаточная чистота продукта: разбавленное щелочное решение, содержащее NaCl, требует дополнительного испарения и опреснения, что увеличивает стоимость процесса и не может удовлетворить спрос на NAOH с высокой точностью в высоких областях (таких как растворение глинозема);
Кризис загрязнения асбеста: волокна асбеста легко выпускаются в воздух и сточные воды во время производственного процесса. Долгосрочное воздействие приводит к таким заболеваниям, как рак легких. Международное агентство по исследованиям по раку (IARC) назвало его как канцероген I класса уже в 1987 году. В 2011 году Китай пересмотрел «Руководство по корректировке промышленной структуры», в котором четко указано, что все заводы каустической соды из диафрагмы будут исключены в общей сложности более 5 миллионов тонн\/год производственной способности.

Процесс электролиза ртуть: токсичность ртути скрыта опасность высокой чистоты
Технические характеристики и историческая ценность метода ртути
Метод Меркурия когда-то был «высококачественным процессом» для производства каустической соды с высокой чистотой из-за уникальных свойств ртутного катода. Его принцип - использовать Меркурий в качестве мобильного катода. Во время процесса электролиза Na⁺ и ртуть образуют амальгаму натрия (сплав Na-HG), а затем амальгама натрия реагирует с водой для генерации 50% высокого концентрации NaOH (Na-Hg + H₂O → NaOH + H₂ ↑ + Hg), которые могут быть использованы непосредственно без испарения и концентрации. Значительным преимуществом этого процесса является то, что выходной NaOH чрезвычайно чистый (содержание 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.

Бедствие загрязнения ртути и глобальный процесс запрета
Фатальный недостаток метода ртути - необратимое загрязнение ртути:
Улепания паров ртути: ртуть выходит в форму паров во время электролиза, а концентрация ртути в рабочей среде часто превышает стандарт десятками раз, что приводит к частым инцидентам отравления ртути среди рабочих (таких как заболевание Минаматы, инцидентное в Японии в 1956 году, что вызвало загрязнение ртути);

Опасность сброса сточных вод: около 10-20 грамм ртути теряется для каждой тонны производимого NaOH, которая превращается в метилртути после входа в водный корпус и обогащается через пищевую цепь, чтобы нанести вред экосистеме;
Сложность в утилизации: хотя ртуть может быть восстановлен путем дистилляции, долгосрочная операция по-прежнему приводит к чрезмерному содержанию ртути в почве, а стоимость восстановления высока. С вступлением в силу Минамата (2013), более 90% стран мира пообещали отойти от метода ртути к 2020 году. Как крупнейший в мире производитель хлор-алкали, Китай полностью запретил процесс ртути в 2017 году, полностью отрезав «цепочку загрязнения содовой ртути» и продвижение в отрасли в отдельную процесс ион. Сегодня только несколько стран, таких как Индия и Пакистан, все еще сохраняют менее 5% производственных мощностей ртути и сталкиваются с тяжелым международным давлением окружающей среды.

4. Управление побочным продуктом и переработку ресурсов

Высокое использование хлора

Основные химические вещества: Используется в производстве ПВХ (30–40% потребности хлора) и синтеза пропиленаксида.

Высококачественные приложения: Электронный хлор (больше или равен чистоте 99,999%) для полупроводникового травления командам в 5–8 раза больше цены хлора промышленного класса.

Неотложная лечение: Случайный CL₂ поглощается в двухэтапном скруббере NAOH (концентрация 15–20%), обеспечивая выбросы<1 mg/m³.

Восстановление и использование водорода

Синтез соляной кислоты: Отреагировал с CL₂, чтобы произвести HCL для маринованного и фармацевтического препарата.

Зеленая энергия: Очищенное водородное топливо топливные элементы или синтез аммиака, с одним растением, уменьшающим углеродный след на 60% за счет интеграции водорода.

Контроль безопасности: Водородные трубопроводы включают в себя пламени и устройства для снятия давления, с мониторингом чистоты H₂\/Cl₂ в режиме реального времени для предотвращения взрывов.

5. Технологии оптимизации процессов и энергосбережения

Технология кислородного катода

Принцип: Замена эволюции водорода на восстановление кислорода снижает напряжение ячейки на {{0}}. 8–1,0 В, снижение потребления энергии на<1500 kWh/ton NaOH while co-producing hydrogen peroxide (H₂O₂).

Приложение: Пекинский университет химической технологии 50, 000- тонна\/год завод достиг 30%.

Электролизеры с высокой плотностью

Продвижение: Увеличение плотности тока с 4 кА\/м² до 6 кА\/м² повышает вместимость на 30%, коммерциализированные Асахи Касеи (Япония) и Тиссенкрупп (Германия).

Цифровое преобразование

Интеллектуальные системы управления: AI algorithms optimize current efficiency to >96% и прогнозируйте мембранную продолжительность жизни с<5% error, reducing costs by ¥80/ton at one plant.

Ай-мощный осмотр: Химические растения на основе Ханчжоу используют A-оснащенные роботами для осмотра средств хлора, достигая 99,99% точности при обнаружении закупок тефлоновой трубки.

6. Экологические проблемы и технологии чистого производства

Очистка сточных вод

Дехлорирование: Вакуумное дехлорирование (остаточный CL₂<50 ppm) and ion exchange recover NaCl with >95% повторное использование.

Нулевой жидкий разряд (ZLD): Многоэффективное испарение (MVR) кристаллизует промышленную соль, внедренную в Синьцзяне и Шаньдун.

Обработка выхлопных газов

Контроль тумана серной кислоты: Electrostatic precipitators (>Эффективность 99%) и мокрый очистка Meet GB 16297-2025 Стандарты излучения.

Профилактика загрязнения ртутью: Катализаторы с низким уровнем числа пропагандируются, с Юньнаном Соль и Хауаа Юхан, получающие государственное финансирование для исследований и разработок катализатора без ртути.

Управление твердыми отходами

Мембранная переработка: Closed-loop recovery of precious metals (titanium, ruthenium) achieves >98% эффективность.

Использование соляного ила: Используется в строительных материалах или на свалках, со 100% комплексным использованием карбид -шлака.