Apakah proses pengeluaran utama dan prinsip-prinsip kilang chlor-alkali?

1. Gambaran keseluruhan proses pengeluaran teras industri Chlor-Alkali

2. Prinsip dan peralatan proses elektrolisis membran ion

3. Sejarah dan batasan kaedah diafragma dan kaedah merkuri

4. Rawatan Hasil dan Kitar Semula Produk dan Sumber

5. Pengoptimuman proses dan kemajuan teknologi penjimatan tenaga

6. Cabaran Alam Sekitar dan Teknologi Pengeluaran Bersih

1. Gambaran keseluruhan proses pengeluaran teras 

Tumbuhan chlor-alkali menghasilkan soda kaustik (NaOH), klorin (CL₂), dan hidrogen (H₂) melalui elektrolisis larutan natrium klorida (NaCl), asas industri kimia asas. Lebih daripada 90% kapasiti chlor-alkali global menggunakanProses membran pertukaran ion, dengan baki menggunakan titik keluardiafragmadansel merkurikaedah.

2. Prinsip dan peralatan proses membran pertukaran ion

Mekanisme teras

Membran pertukaran ion perfluorinated, yang menampilkan tulang belakang rantai fluorokarbon dengan kumpulan fungsi asid sulfonik, mempamerkan ketahanan yang lebih baik terhadap kakisan dan degradasi kimia, mengekalkan prestasi yang stabil walaupun dalam persekitaran yang sangat berasid (anod) dan alkali (cathode). Untuk terus mengoptimumkan kecekapan membran, proses ini menggabungkan sistem prapreatment air garam lanjutan, seperti penapisan dwi dan kromatografi ion, yang mengurangkan kekotoran seperti besi dan silika ke tahap sub-PPB, dengan itu menghalang fouling membran dan memanjangkan kehidupan operasi sebanyak 20-30%. Di samping itu, reka bentuk bersepadu sistem elektrolisis membolehkan peraturan tepat jurang anod-katod kepada kurang daripada 2 mm, meminimumkan rintangan ohmik dan menurunkan penggunaan tenaga selanjutnya dengan tambahan 5-8% berbanding dengan reka bentuk konvensional. Akhirnya, proses ini membolehkan pengeluaran soda kaustik yang berterusan dengan kandungan natrium klorida yang konsisten di bawah 50 ppm, menghapuskan keperluan untuk langkah-langkah penyahgaraman hiliran dan menjadikannya ideal untuk menuntut aplikasi dalam farmaseutikal, elektronik, dan industri pemprosesan makanan.

Peralatan utama

Electrolyzers: Dikelaskan ke dalam jenis bipolar dan monopolar. Electrolyzers bipolar beroperasi secara siri dengan voltan tinggi tetapi menduduki ruang yang kurang, sementara yang monopolar berjalan selari dengan arus tinggi yang memerlukan penerus bebas. Reka bentuk "sifar-jurang" moden mengurangkan jarak elektrod ke<1 mm for further energy savings.

Sistem pemurnian air garam: Penyingkiran sulfat berasaskan membran (misalnya, sistem penapisan air garam ruipu) dan penjerapan resin chelating mengurangkan ca²⁺ dan mg²⁺ ke<1 ppm, extending membrane lifespan.

Unit rawatan klorin dan hidrogen: Klorin disejukkan (12-15 darjah) dan dikeringkan dengan 98% H₂SO₄ sebelum pemampatan untuk pengeluaran PVC; Hidrogen disejukkan, dimampatkan, dan digunakan untuk sintesis asid hidroklorik atau sebagai bahan bakar.

3. Konteks Sejarah dan Keterbatasan Proses Diafragma dan Merkuri

Prinsip proses dan penggunaan sejarah kaedah diafragma
Electrolyzer diafragma menggunakan diafragma asbestos berliang sebagai penghalang fizikal antara anod dan ruang katod. Prinsip teras adalah menggunakan selektiviti saiz liang diafragma (kira -kira 10 ~ 20 mikron) untuk membolehkan elektrolit (larutan NaCl) melewati, sambil menghalang gas CL yang dihasilkan dan H₂ dari pencampuran. Di anod, Cl⁻ kehilangan elektron untuk menghasilkan cl (2cl⁻ - 2 e⁻ → cl ↑); Di katod, h₂o memperoleh elektron untuk menghasilkan H₂ dan oh ⁻ (2H₂o + 2 e⁻ → H₂ ↑ + 2 oh}, dan oh ⁻ menggabungkan dengan na ⁺ untuk membentuk naOH. Kerana diafragma asbestos tidak dapat menyekat penghijrahan terbalik Na⁺, larutan NaOH yang dihasilkan di katod mengandungi kira -kira 1% NaCl, dengan kepekatan hanya 10 ~ 12%, dan perlu tertumpu kepada lebih dari 30% dengan penyejatan untuk memenuhi keperluan perindustrian. Proses ini digunakan secara meluas pada pertengahan abad ke-20. China pernah bergantung kepada teknologi ini untuk menyelesaikan masalah kekurangan bahan mentah kimia asas, tetapi dengan peningkatan kesedaran alam sekitar, kecacatannya secara beransur -ansur didedahkan secara beransur -ansur.

Kecacatan maut dan proses penghapusan kaedah diafragma
Ketiga -tiga kelemahan teras kaedah diafragma akhirnya membawa kepada penggantian komprehensifnya:
Penggunaan tenaga yang tinggi dan kecekapan yang rendah: Oleh kerana rintangan yang tinggi dari diafragma asbestos, voltan sel adalah setinggi 3.5 ~ 4.5V, dan penggunaan kuasa per tan alkali adalah 3000 ~ 3500 kWh, iaitu 40 ~ 70% lebih tinggi daripada kaedah membran ion. Ia hanya sesuai untuk kawasan dengan harga elektrik yang rendah;

Kesucian produk yang tidak mencukupi: Penyelesaian alkali cair yang mengandungi NaCl memerlukan penyejatan dan penyahgaraman tambahan, yang meningkatkan kos proses dan tidak dapat memenuhi permintaan untuk NaOH kemudahan tinggi dalam bidang mewah (seperti pembubaran alumina);
Krisis Pencemaran Asbestos: Serat asbestos mudah dibebaskan ke udara dan air kumbahan semasa proses pengeluaran. Pendedahan jangka panjang membawa kepada penyakit seperti kanser paru-paru. Agensi Antarabangsa untuk Penyelidikan Kanser (IARC) menyenaraikannya sebagai karsinogen Kelas I pada awal tahun 1987. Pada tahun 2011, China menyemak semula "Garis Panduan Pelarasan Struktur Perindustrian", yang menyatakan dengan jelas bahawa semua loji soda kaustik diafragma akan dihapuskan pada tahun 2015, dengan jumlah lebih daripada 5 juta tan/tahun kapasiti pengeluaran.

Proses Elektrolisis Merkuri: Ketoksikan Merkuri Bahaya Tersembunyi Di Sebalik Kesucian Tinggi
Ciri -ciri teknikal dan nilai sejarah kaedah merkuri
Kaedah Mercury pernah menjadi "proses mewah" untuk menghasilkan soda kaustik yang tinggi kerana sifat unik katod merkuri. Prinsipnya adalah menggunakan merkuri sebagai katod mudah alih. Semasa proses elektrolisis, Na⁺ dan merkuri membentuk natrium amalgam (aloi Na-Hg), dan kemudian natrium amalgam bertindak balas dengan air untuk menghasilkan 50% tinggi penentuan tinggi NaOH (Na-Hg + H₂o → NaOH + H₂ ↑ + Hg), yang boleh digunakan secara langsung tanpa penyejatan dan kepekatan. Kelebihan penting dalam proses ini ialah output NaOH sangat tulen (kandungan 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.

Bencana pencemaran merkuri dan proses larangan global
Kecacatan maut kaedah merkuri adalah pencemaran merkuri yang tidak dapat dipulihkan:
Volatilisasi wap merkuri: Merkuri melarikan diri dalam bentuk wap semasa elektrolisis, dan kepekatan merkuri dalam persekitaran kerja sering melebihi standard oleh berpuluh -puluh kali, mengakibatkan kejadian keracunan merkuri yang kerap di kalangan pekerja (seperti kejadian penyakit minamata di Jepun pada tahun 1956, yang disebabkan oleh pencemaran mercury);

Bahaya pelepasan air sisa: kira -kira 10-20 gram merkuri hilang untuk setiap tan NaOH yang dihasilkan, yang ditukar menjadi methylmercury selepas memasuki badan air, dan diperkaya melalui rantaian makanan untuk membahayakan ekosistem;
Kesukaran dalam kitar semula: Walaupun merkuri boleh dipulihkan oleh penyulingan, operasi jangka panjang masih membawa kepada kandungan merkuri yang berlebihan di dalam tanah, dan kos pemulihan adalah tinggi. Dengan kemasukan Konvensyen Minamata (2013), lebih daripada 90% negara di dunia telah berjanji untuk menghapuskan kaedah merkuri pada tahun 2020. Sebagai pengeluar chlor-alkali terbesar di dunia, China mengharamkan proses merkuri pada tahun 2017, Hari ini, hanya beberapa negara seperti India dan Pakistan masih mengekalkan kurang daripada 5% kapasiti pengeluaran merkuri dan menghadapi tekanan alam sekitar antarabangsa yang teruk.

4. Pengurusan Produk dan Kitar Semula Produk dan Sumber

Penggunaan klorin bernilai tinggi

Bahan kimia asas: Digunakan dalam pengeluaran PVC (30-40% permintaan klorin) dan sintesis propilena oksida.

Aplikasi mewah: Klorin gred elektronik (lebih besar daripada atau sama dengan kesucian 99.999%) untuk perintah etsa semikonduktor 5-8 kali harga klorin gred industri.

Rawatan kecemasan: CL₂ tidak sengaja diserap dalam penggosok NaOH dua peringkat (kepekatan 15-20%), memastikan pelepasan<1 mg/m³.

Pemulihan dan penggunaan hidrogen

Sintesis asid hidroklorik: Bertindak balas dengan Cl₂ untuk menghasilkan HCL untuk penjerukan dan farmaseutikal.

Tenaga Hijau: Sel -sel bahan api hidrogen yang disucikan sel bahan bakar atau sintesis ammonia, dengan satu tumbuhan mengurangkan jejak karbon sebanyak 60% melalui integrasi hidrogen.

Kawalan keselamatan: Paip hidrogen menggabungkan penangkap api dan peranti bantuan tekanan, dengan pemantauan kesucian H₂/Cl₂ masa nyata untuk mencegah letupan.

5. Pengoptimuman proses dan teknologi penjimatan tenaga

Teknologi katod oksigen

Prinsip: Menggantikan evolusi hidrogen dengan pengurangan oksigen menurunkan voltan sel dengan {0}}. 8-1.0 V, mengurangkan penggunaan tenaga ke<1500 kWh/ton NaOH while co-producing hydrogen peroxide (H₂O₂).

Permohonan: Beijing University of Chemical Technology's 50, {1}} tumbuhan ton/tahun mencapai penjimatan kuasa 30%.

Elektrolisis berkepadatan tinggi semasa

Kemajuan: Meningkatkan ketumpatan semasa dari 4 ka/m² hingga 6 ka/m² meningkatkan kapasiti sebanyak 30%, dikomersialkan oleh Asahi Kasei (Jepun) dan Thyssenkrupp (Jerman).

Transformasi digital

Sistem Kawalan Pintar: AI algorithms optimize current efficiency to >96% dan meramalkan jangka hayat membran dengan<5% error, reducing costs by ¥80/ton at one plant.

Pemeriksaan berkuasa AI: Tumbuhan kimia berasaskan Hangzhou menggunakan robot AI-dilengkapi untuk memeriksa kemudahan klorin, mencapai ketepatan 99.99% dalam mengesan penyumbatan tiub Teflon.

6. Cabaran Alam Sekitar dan Teknologi Pengeluaran Bersih

Rawatan Air Sisa

Dechlorination: Dechlorination vakum (sisa cl₂<50 ppm) and ion exchange recover NaCl with >95% digunakan semula.

Pelepasan Cecair Zero (ZLD): Penyejatan pelbagai kesan (MVR) mengkristal garam perindustrian, dilaksanakan di Xinjiang dan Shandong.

Rawatan gas ekzos

Kawalan kabut asid sulfurik: Electrostatic precipitators (>99% kecekapan) dan scrubbing basah memenuhi gb 16297-2025 piawaian pelepasan.

Pencegahan pencemaran merkuri: Pemangkin rendah-accury dipromosikan, dengan garam Yunnan dan Haohua Yuhang menerima pembiayaan negara untuk pemangkin bebas merkuri R & D.

Pengurusan sisa pepejal

Kitar semula membran: Closed-loop recovery of precious metals (titanium, ruthenium) achieves >Kecekapan 98%.

Penggunaan enapcemar garam: Digunakan dalam bahan binaan atau penutup pelupusan sampah, dengan penggunaan 100% komprehensif karbida.