Kādi ir galvenie hlora-sārmu auga ražošanas procesi un principi?

1. Pārskats par hlora-sārmu rūpniecības galveno ražošanas procesu

2. Jonu membrānas elektrolīzes procesa principi un aprīkojums

3. Diafragmas metodes un dzīvsudraba metodes vēsture un ierobežojumi

4. Pamatproduktu ārstēšana un resursu pārstrāde

5. Procesa optimizācijas un enerģijas taupīšanas tehnoloģijas progress

6. Vides problēmas un tīra ražošanas tehnoloģija

1. Pārskats par galvenajiem ražošanas procesiem 

Hlor-sergali augi rada kaustisko soda (NaOH), hloru (Cl₂) un ūdeņradi (H₂), izmantojot nātrija hlorīda (NaCl) šķīduma elektrolīzi, kas ir pamata ķīmiskās rūpniecības stūrakmens. Vairāk nekā 90% globālo hlora-sārmu kapacitātes nodarbinajonu apmaiņas membrānas process, ar atlikušo izmantošanu, izmantojot pakāpeniskudiafragmaundzīvsudraba šūnametodes.

2. jonu apmaiņas membrānas procesa principi un aprīkojums

Pamata mehānisms

Perfluorētās jonu apmaiņas membrānas, kurās ir fluorogļūdeņražu ķēžu ar sulfonskābes funkcionālo grupu mugurkaulu, ir augstāka izturība pret koroziju un ķīmisko noārdīšanos, saglabājot stabilu sniegumu pat ļoti skābā (anodā) un sārma (katoda) vidē. Lai vēl vairāk optimizētu membrānas efektivitāti, procesā ir iekļautas progresējošas sālījuma pirmapstrādes sistēmas, piemēram, divpakāpju filtrēšana un jonu hromatogrāfija, kas samazina mikrodzinēju piemaisījumus, piemēram, dzelzi un silīcija dioksīdu, līdz sub-PPB līmenim, tādējādi neļaujot membrānai sabojāt un paplašināt operatīvo dzīvi par 20–30%. Turklāt elektrolīzes sistēmas integrētā konstrukcija ļauj precīzi regulēt anoda katoda spraugu līdz mazāk nekā 2 mm, samazinot omisko pretestību un vēl vairāk samazinot enerģijas patēriņu par papildu 5–8%, salīdzinot ar parasto dizainu. Visbeidzot, process ļauj nepārtraukti ražot augstas tīrības pakāpes kaustisko soda ar konsekventu nātrija hlorīda saturu zem 50 ppm, novēršot nepieciešamību pēc pakārtotajām atsāļošanas pakāpieniem un padarot to ideālu, lai pieprasītu lietojumus farmaceitiskos līdzekļos, elektronikā un pārtikas pārstrādes nozarē.

Galvenais aprīkojums

Elektrolizētāji: Klasificēts bipolāros un monopolāros tipos. Bipolāri elektrolizeri darbojas virknē ar augstu spriegumu, bet aizņem mazāk vietas, savukārt monopolārie darbojas paralēli ar augstu strāvu, kuriem nepieciešami neatkarīgi taisngrieži. Moderni "nulles spraugas" dizainparaugi samazina elektrodu atstarpi līdz<1 mm for further energy savings.

Sālīšu attīrīšanas sistēmas: Uz membrānu balstīta sulfāta noņemšana (piemēram, ruipu sālsūdens rafinēšanas sistēma) un helātu sesiju adsorbcija samazina ca²⁺ un mg²⁺ līdz<1 ppm, extending membrane lifespan.

Hlora un ūdeņraža ārstēšanas vienības: Hlors tiek atdzesēts (12–15 grādi) un žāvē ar 98% h₂so₄ pirms saspiešanas PVC ražošanai; Ūdeņradi atdzesē, saspiež un izmanto sālsskābes sintēzei vai kā degvielai.

3. Vēsturiskais konteksts un diafragmas un dzīvsudraba procesu ierobežojumi

Procesa princips un diafragmas metodes vēsturiskais pielietojums
Diafragmas elektrolizers izmanto porainu azbesta diafragmu kā fizisku barjeru starp anodu un katoda kamerām. Galvenais princips ir izmantot diafragmas (apmēram 10 ~ 20 mikronu) poru lieluma selektivitāti, lai elektrolīts (NaCl šķīdums) ļautu iziet cauri, vienlaikus novēršot ģenerēto cl₂ un h₂ gāzes sajaukšanu. ANODE Cl⁻ zaudē elektronus, lai ģenerētu cl₂ (2Cl⁻ - 2 e⁻ → Cl₂ ↑); Katodā H₂o iegūst elektronus, lai ģenerētu h₂ un oh⁻ (2h₂o + 2 e⁻ → H₂ ↑ + 2 oh⁻), un Oh⁻ apvienojas ar na⁺, lai veidotu NaOH. Tā kā azbesta diafragma nevar pilnībā bloķēt Na⁺ apgrieztu migrāciju, katodā iegūtais NaOH šķīdums satur apmēram 1% NaCl, un iztvaikojot, lai apmierinātu rūpnieciskās vajadzības, tā ir jākoncentrē līdz vairāk nekā 30%, lai apmierinātu rūpnieciskās vajadzības. Šis process tika plaši izmantots 20. gadsimta vidū vai beigās. Reiz Ķīna paļāvās uz šo tehnoloģiju, lai atrisinātu ķīmisko izejvielu pamata trūkuma problēmu, taču, uzlabojot vides izpratni, tā raksturīgie defekti tika pakāpeniski pakļauti.

Fatālie defekti un diafragmas metodes eliminācijas process
Trīs galvenie diafragmas metodes trūkumi galu galā noveda pie visaptverošās nomaiņas:
Augsts enerģijas patēriņš un zema efektivitāte: Azbesta diafragmas augstās izturības dēļ šūnu spriegums ir pat 3,5 ~ 4,5 V, un enerģijas patēriņš uz tonnu sārmu ir 3000 ~ 3500 kWh, kas ir par 40 ~ 70% lielāks nekā jonu membrānas metode. Tas ir piemērots tikai apgabaliem ar zemām elektrības cenām;

Nepietiekama produkta tīrība: atšķaidītam sārmu šķīdumam, kas satur NaCl, nepieciešama papildu iztvaikošana un atsāļošana, kas palielina procesa izmaksas un nevar apmierināt pieprasījumu pēc augstas tīrības NaOH augstas klases laukos (piemēram, alumīnija oksīda izšķīšana);
Azbesta piesārņojuma krīze: Azbesta šķiedras ražošanas procesā viegli izdalās gaisā un notekūdeņos. Ilgstoša iedarbība noved pie tādām slimībām kā plaušu vēzis. Starptautiskā vēža pētījumu aģentūra (IARC) to uzskaitīja kā I klases kancerogēnu jau 1987. gadā. 2011. gadā Ķīna pārskatīja "rūpnieciskās struktūras pielāgošanas vadlīnijas", kurā skaidri tika teikts, ka visas diafragmas kaustiskās sodas stacijas tiks novērstas līdz 2015. gadam, kopumā pārsniedzot 5 miljonus tonnu gadā ražošanas jaudas.

Dzīvsudraba elektrolīzes process: dzīvsudraba toksicitāte slēpjas briesmas aiz augstas tīrības
Dzīvsudraba metodes tehniskās īpašības un vēsturiskā vērtība
Dzīvsudraba metode savulaik bija "augstas klases process", lai ražotu augstas tīrības pakāpes kaustisko sodu, pateicoties dzīvsudraba katoda unikālajām īpašībām. Tās princips ir izmantot dzīvsudrabu kā mobilo katodu. Elektrolīzes procesa laikā Na⁺ un Mercury veido nātrija amalgamu (Na-HG sakausējumu), un pēc tam nātrija amalgama reaģē ar ūdeni, lai radītu 50% augstas koncentrācijas NaOH (Na-Hg + H₂o → NaOH + H₂ ↑ + Hg), ko var izmantot tieši bez iztvaikošanas un koncentrācijas. Šī procesa ievērojamā priekšrocība ir tā, ka izejas NaOH ir ārkārtīgi tīrs (NaCl saturs<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.

Dzīvsudraba piesārņojuma katastrofa un globālā aizlieguma process
Dzīvsudraba metodes liktenīgais trūkums ir neatgriezenisks dzīvsudraba piesārņojums:
Dzīvsudraba tvaika iztvaikošana: dzīvsudrabs elektrolīzes laikā aizbēg tvaika formā, un dzīvsudraba koncentrācija darba vidē bieži pārsniedz standartu desmitiem reižu, kā rezultātā strādājošie incidenti bieži notika dzīvsudraba saindēšanās gadījumos (piemēram, Minamata slimības incidents Japānā 1956. gadā, ko izraisīja dzīvsudraba piesārņojums);

Notekūdeņu novadīšanas draudi: apmēram 10-20 grami dzīvsudraba tiek zaudēti par katru ražoto NaOH tonnu, kas pēc ienākšanas ūdens ķermenī tiek pārveidots par metildzīvsudrabu, un bagātināts caur pārtikas ķēdi, lai kaitētu ekosistēmai;
Pārstrādes grūtības: Lai arī dzīvsudrabu var atgūt ar destilāciju, ilgtermiņa darbība joprojām rada pārmērīgu dzīvsudraba saturu augsnē, un attīrīšanas izmaksas ir augstas. Sākoties Minamatas konvencijai (2013), vairāk nekā 90% pasaules valstu ir apņēmušies līdz 2020. gadam pārtraukt dzīvsudraba metodi. Tā kā pasaules lielākais hlor-ap sestrāliešu ražotājs 2017. gadā pilnībā aizliedza dzīvsudraba procesu, pilnībā nogriežot “Mercuric-caustic Soda” piesārņojuma ķēdi un veicinot nozares pārveidi par vienu jonu membrānu. Mūsdienās tikai dažas valstis, piemēram, Indija un Pakistāna, joprojām saglabā mazāk nekā 5% no dzīvsudraba ražošanas jaudas un saskaras ar smagu starptautisku vides spiedienu.

4. Pamatproduktu pārvaldība un resursu pārstrāde

Augstas vērtības hlora izmantošana

Pamata ķīmiskās vielas: Izmanto PVC ražošanā (30–40% no hlora pieprasījuma) un propilēnoksīda sintēzē.

Augstākās klases lietojumprogrammas: Pusvadītāju kodināšanas komandām 5–8 reizes pārsniedz rūpnieciskās pakāpes hlora cenu elektroniskās kvalitātes hlora (lielāks vai vienāds ar 99,999% tīrību).

Neatliekamās palīdzība: Nejaušs cl₂ tiek absorbēts divpakāpju NaOH skruberā (15–20% koncentrācija), nodrošinot emisijas<1 mg/m³.

Ūdeņraža atjaunošanās un izmantošana

Sālsskābes sintēze: Reaģēts ar cl₂, lai iegūtu HCl marinēšanas un farmaceitiskajiem līdzekļiem.

Zaļā enerģija: Attīrīta ūdeņraža degvielas šūnas vai amonjaka sintēze, un viens augs samazina oglekļa pēdas par 60%, izmantojot ūdeņraža integrāciju.

Drošības kontrole: Ūdeņraža cauruļvados ir iekļauti liesmu arestētāji un spiediena samazināšanas ierīces ar reāllaika H₂\/Cl₂ tīrības uzraudzību, lai novērstu sprādzienus.

5. Procesa optimizācijas un enerģijas taupīšanas tehnoloģijas

Skābekļa katoda tehnoloģija

Princips: Ūdeņraža evolūcijas aizstāšana ar skābekļa samazināšanu pazemina šūnas spriegumu ar {{0}}. 8–1,0 V, samazinot enerģijas patēriņu līdz<1500 kWh/ton NaOH while co-producing hydrogen peroxide (H₂O₂).

Pieteikums: Pekinas Ķīmiskās tehnoloģijas universitātes 50, 000- tonnas\/gada rūpnīca sasniedza 30% enerģijas ietaupījumu.

Augstas strāvas blīvuma elektrolizatori

Attīstība: Pašreizējā blīvuma palielināšanās no 4 ka\/m² līdz 6 ka\/m² palielina jaudu par 30%, ko komercializēja Asahi Kasei (Japāna) un Thyssenkrupp (Vācija).

Digitālā transformācija

Inteliģenta vadības sistēmas: AI algorithms optimize current efficiency to >96% un paredz membrānas kalpošanas laiku ar<5% error, reducing costs by ¥80/ton at one plant.

Pārbaude ar AI ar AI: Hangzhou bāzes ķīmiskie augi izmanto AI aprīkotus robotus, lai pārbaudītu hlora iespējas, panākot 99,99% precizitāti, lai noteiktu teflona caurules aizsprostojumus.

6. Vides problēmas un tīras ražošanas tehnoloģijas

Notekūdeņu attīrīšana

Iznīcināšana: Vakuuma dechlorinācija (atlikušā cl₂<50 ppm) and ion exchange recover NaCl with >95% atkārtota izmantošana.

Nulles šķidruma izlāde (ZLD): Vairāku efektu iztvaikošanas (MVR) izkristalizējas rūpniecības sāls, kas ieviests Xinjiang un Shandong.

Izplūdes gāzu apstrāde

Sērskābes miglas kontrole: Electrostatic precipitators (>99% efektivitāte) un mitra tīrīšana atbilst GB 16297-2025 emisijas standartiem.

Dzīvsudraba piesārņojuma profilakse: Tiek reklamēti zemas dzīvnieku katalizatori, un Yunnan Salt un Haohua Yuhang saņem valsts finansējumu katalizatora R&D bez dzīvsudraba.

Cieto atkritumu apsaimniekošana

Membrānas pārstrāde: Closed-loop recovery of precious metals (titanium, ruthenium) achieves >98% efektivitāte.

Sāls dūņu izmantošana: Izmanto celtniecības materiālos vai atkritumu poligonu pārsegos ar 100% visaptverošu karbīda izdedžu izmantošanu.