Beth yw prif brosesau cynhyrchu ac egwyddorion planhigyn clor-alcali?

1. Trosolwg o broses gynhyrchu graidd y diwydiant clor-alcali

2. Egwyddorion ac offer y broses electrolysis pilen ïon

3. Hanes a chyfyngiadau'r dull diaffram a'r dull mercwri

4. Triniaeth sgil-gynnyrch ac ailgylchu adnoddau

5. Optimeiddio prosesau ac arbed ynni cynnydd

6. Heriau amgylcheddol a thechnoleg cynhyrchu glân

1. Trosolwg o brosesau cynhyrchu craidd 

Mae planhigion clor-alcali yn cynhyrchu soda costig (NaOH), clorin (CL₂), a hydrogen (H₂) trwy electrolysis hydoddiant sodiwm clorid (NaCl), conglfaen i'r diwydiant cemegol sylfaenol. Mae dros 90% o gapasiti byd-eang clor-alcali yn cyflogi'rproses bilen cyfnewid ïon, gyda'r gweddill yn defnyddio'r cyfnod yn raddoldiafframamercwridulliau.

2. Egwyddorion ac offer y broses bilen cyfnewid ïon

Mecanwaith Craidd

Mae'r pilenni cyfnewid ïon perfluorinedig, sy'n cynnwys asgwrn cefn o gadwyni fflworocarbon â grwpiau swyddogaethol asid sulfonig, yn arddangos ymwrthedd uwch i gyrydiad a diraddiad cemegol, gan gynnal perfformiad sefydlog hyd yn oed mewn amgylcheddau hynod asidig (anod) ac alcalïaidd (catod) (catod). Er mwyn gwneud y gorau o effeithlonrwydd pilen ymhellach, mae'r broses yn ymgorffori systemau pretreatment heli datblygedig, megis hidlo cam deuol a chromatograffeg ïon, sy'n lleihau amhureddau olrhain fel haearn a silica i lefelau is-PPB, a thrwy hynny atal baeddu pilen ac ymestyn oes weithredol 20-30%. Yn ogystal, mae dyluniad integredig y system electrolysis yn caniatáu ar gyfer rheoleiddio'r bwlch catod anod yn union i lai na 2 mm, gan leihau ymwrthedd ohmig a gostwng y defnydd o ynni ymhellach o 5–8% ychwanegol o'i gymharu â dyluniadau confensiynol. Yn olaf, mae'r broses yn galluogi cynhyrchu soda costig purdeb uchel yn barhaus gyda chynnwys sodiwm clorid cyson o dan 50 ppm, gan ddileu'r angen am gamau dihalwyno i lawr yr afon a'i wneud yn ddelfrydol ar gyfer mynnu cymwysiadau mewn fferyllol, electroneg a diwydiannau prosesu bwyd.

Offer allweddol

Electrolyzers: Wedi'i ddosbarthu yn fathau deubegwn a monopolar. Mae electrolyzers deubegwn yn gweithredu mewn cyfres gyda foltedd uchel ond yn meddiannu llai o le, tra bod rhai monopolar yn rhedeg yn gyfochrog â cherrynt uchel sy'n gofyn am unionwyr annibynnol. Mae dyluniadau modern "sero-fwlch" yn lleihau bylchau electrod i<1 mm for further energy savings.

Systemau puro heli: Tynnu sylffad ar sail pilen (ee system mireinio heli ruipu) ac arsugniad resin chelating yn lleihau ca²⁺ a mg²⁺ i<1 ppm, extending membrane lifespan.

Unedau triniaeth clorin a hydrogen: Mae clorin yn cael ei oeri (12–15 gradd) a'i sychu â 98% H₂so₄ cyn cywasgu ar gyfer cynhyrchu PVC; Mae hydrogen yn cael ei oeri, ei gywasgu, a'i ddefnyddio ar gyfer synthesis asid hydroclorig neu fel tanwydd.

3. Cyd -destun hanesyddol a chyfyngiadau prosesau diaffram a mercwri

Egwyddor y broses a chymhwyso'r dull diaffram yn hanesyddol
Mae'r electrolyzer diaffram yn defnyddio diaffram asbestos hydraidd fel rhwystr corfforol rhwng yr anod a'r siambrau catod. Yr egwyddor graidd yw defnyddio detholusrwydd maint mandwll y diaffram (tua 10 ~ 20 micron) i ganiatáu i'r electrolyt (toddiant NaCl) basio trwyddo, wrth atal y nwyon Cl₂ a H₂ a gynhyrchir rhag cymysgu. Wrth yr anod, mae Cl⁻ yn colli electronau i gynhyrchu cl₂ (2cl⁻ - 2 e⁻ → cl₂ ↑); Yn y catod, mae h₂o yn ennill electronau i gynhyrchu h₂ ac oh⁻ (2h₂o + 2 e⁻ → h₂ ↑ + 2 oh⁻), ac oh⁻ yn cyfuno â Na⁺ i ffurfio NaOH. Oherwydd na all y diaffram asbestos rwystro mudo NA⁺ yn llwyr, mae'r toddiant NaOH a gynhyrchir yn y catod yn cynnwys tua 1% NaCl, gyda chrynodiad o ddim ond 10 ~ 12%, ac mae angen ei ganolbwyntio i fwy na 30% trwy anweddiad i ddiwallu anghenion diwydiannol. Defnyddiwyd y broses hon yn helaeth yn yr 20fed ganrif ganol i ddiwedd. Roedd Tsieina unwaith yn dibynnu ar y dechnoleg hon i ddatrys problem prinder deunyddiau crai cemegol sylfaenol, ond gyda gwella ymwybyddiaeth amgylcheddol, roedd ei diffygion cynhenid ​​yn agored yn raddol.

Diffygion angheuol a phroses ddileu'r dull diaffram
Yn y pen draw, arweiniodd tri anfanteision craidd y dull diaffram at ei ddisodli cynhwysfawr:
Defnydd ynni uchel ac effeithlonrwydd isel: Oherwydd gwrthiant uchel y diaffram asbestos, mae foltedd y gell mor uchel â 3.5 ~ 4.5V, a'r defnydd pŵer fesul tunnell o alcali yw 3000 ~ 3500 kWh, sydd 40 ~ 70% yn uwch na'r dull pilen ïon. Dim ond ar gyfer ardaloedd sydd â phrisiau trydan isel y mae'n addas;

Purdeb cynnyrch annigonol: Mae angen anweddu a dihalwyno ychwanegol ar yr hydoddiant alcali gwanedig sy'n cynnwys NaCl, sy'n cynyddu cost y broses ac na all ateb y galw am NaOH purdeb uchel mewn meysydd pen uchel (megis diddymu alwmina);
Argyfwng Llygredd Asbestos: Mae'n hawdd rhyddhau ffibrau asbestos i'r awyr a'r dŵr gwastraff yn ystod y broses gynhyrchu. Mae amlygiad tymor hir yn arwain at afiechydon fel canser yr ysgyfaint. Rhestrodd yr Asiantaeth Ryngwladol ar gyfer Ymchwil ar Ganser (IARC) ef fel carcinogen Dosbarth I mor gynnar â 1987. Yn 2011, adolygodd China y "Canllawiau ar gyfer Addasu Strwythur Diwydiannol", a nododd yn glir y byddai'r holl weithfeydd soda costig diaffram yn cael eu dileu erbyn 2015, gyda chyfanswm o 5 miliwn o dunelli\/blwyddyn o donnau\/blwyddyn o gynhyrchu\/blwyddyn o gynhyrchu.

Proses Electrolysis Mercwri: Gwenwyndra Mercwri Peryglon Cudd y tu ôl i burdeb uchel
Nodweddion technegol a gwerth hanesyddol y dull mercwri
Ar un adeg roedd y dull mercwri yn "broses pen uchel" ar gyfer cynhyrchu soda costig purdeb uchel oherwydd priodweddau unigryw'r catod mercwri. Ei egwyddor yw defnyddio Mercury fel catod symudol. Yn ystod y broses electrolysis, mae Na⁺ a mercwri yn ffurfio sodiwm amalgam (aloi Na-Hg), ac yna mae'r sodiwm amalgam yn adweithio â dŵr i gynhyrchu NaOH crynodiad uchel 50% (Na-Hg + H₂o → NaOH + H₂ ↑ ↑ + Hg), y gellir ei ddefnyddio'n uniongyrchol heb anweddiad a chrynodiad. Mantais sylweddol y broses hon yw bod yr allbwn NaOH yn hynod bur (cynnwys 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.

Trychineb llygredd mercwri a phroses wahardd fyd -eang
Diffyg angheuol y dull mercwri yw llygredd anghildroadwy mercwri:
Anwadaliad anwedd mercwri: Mae mercwri yn dianc ar ffurf anwedd yn ystod electrolysis, ac mae'r crynodiad mercwri yn yr amgylchedd gwaith yn aml yn fwy na'r safon gan ddwsinau o weithiau, gan arwain at ddigwyddiadau gwenwyno mercwri aml ymhlith gweithwyr (megis y digwyddiad clefyd minamata yn Japan yn 1956, a achoswyd gan lygredd);

Peryglon gollwng dŵr gwastraff: Collir tua 10-20 gram o mercwri am bob tunnell o NaOH a gynhyrchir, sy'n cael ei drawsnewid yn fethylmercury ar ôl mynd i mewn i'r corff dŵr, a'i gyfoethogi trwy'r gadwyn fwyd i niweidio'r ecosystem;
Anhawster wrth ailgylchu: Er y gellir adfer mercwri trwy ddistyllu, mae gweithrediad tymor hir yn dal i arwain at gynnwys mercwri gormodol yn y pridd, ac mae cost adfer yn uchel. Gyda mynediad i rym Confensiwn Minamata (2013), mae mwy na 90% o wledydd y byd wedi addo cael gwared ar y dull mercwri yn raddol erbyn 2020. Fel cynhyrchydd clor-alcali mwyaf y byd, gwaharddodd Tsieina'r broses mercwri yn llwyr yn 2017, gan dorri i ffwrdd yn llwyr i drawsnewidiad y diwydiant a chadwyn pilen mercwri. Heddiw, dim ond ychydig o wledydd fel India a Phacistan sy'n dal i gadw llai na 5% o gapasiti cynhyrchu mercwri ac yn wynebu pwysau amgylcheddol rhyngwladol difrifol.

4. Rheoli sgil-gynnyrch ac ailgylchu adnoddau

Defnydd gwerth uchel o glorin

Cemegau Sylfaenol: A ddefnyddir wrth gynhyrchu PVC (30-40% o'r galw clorin) a synthesis propylen ocsid.

Ceisiadau pen uchel: Clorin gradd electronig (mwy na neu'n hafal i burdeb 99.999%) ar gyfer gorchmynion ysgythru lled-ddargludyddion 5–8 gwaith pris clorin gradd ddiwydiannol.

Triniaeth frys: Mae Cl₂ damweiniol yn cael ei amsugno mewn sgwriwr NaOH dau gam (crynodiad 15-20%), gan sicrhau allyriadau<1 mg/m³.

Adfer a defnyddio hydrogen

Synthesis asid hydroclorig: Wedi ymateb gyda Cl₂ i gynhyrchu HCl ar gyfer piclo a fferyllol.

Egni gwyrdd: Mae hydrogen wedi'i buro yn tanio celloedd tanwydd neu synthesis amonia, gydag un planhigyn yn lleihau ôl troed carbon 60% trwy integreiddio hydrogen.

Rheoli Diogelwch: Mae piblinellau hydrogen yn ymgorffori arestwyr fflam a dyfeisiau rhyddhad pwysau, gyda monitro purdeb amser real H₂\/CL₂ i atal ffrwydradau.

5. Optimeiddio prosesau ac arbed ynni

Technoleg catod ocsigen

Egwyddorion: Mae disodli esblygiad hydrogen â gostyngiad ocsigen yn gostwng foltedd celloedd gan {{{0}}. 8–1.0 V, gan leihau'r defnydd o ynni i<1500 kWh/ton NaOH while co-producing hydrogen peroxide (H₂O₂).

Nghais: Cyflawnodd planhigyn 50, 000- tunnell\/blwyddyn Prifysgol Beijing 30% o arbedion pŵer.

Electrolyzers dwysedd uchel-cerrynt

Symud ymlaen: Mae cynyddu dwysedd cyfredol o 4 ka\/m² i 6 ka\/m² yn rhoi hwb i gapasiti 30%, wedi'i fasnacheiddio gan Asahi Kasei (Japan) a Thyssenkrupp (yr Almaen).

Trawsnewid Digidol

Systemau rheoli deallus: AI algorithms optimize current efficiency to >96% ac yn rhagweld oes pilen gyda<5% error, reducing costs by ¥80/ton at one plant.

Arolygiad wedi'i bweru gan AI: Mae planhigion cemegol wedi'u seilio ar Hangzhou yn defnyddio robotiaid â chyfarpar AI i archwilio cyfleusterau clorin, gan gyflawni cywirdeb 99.99% wrth ganfod rhwystrau tiwb Teflon.

6. Heriau amgylcheddol a thechnolegau cynhyrchu glân

Trin Dŵr Gwastraff

Dechloriniad: Dechlorination gwactod (Cl₂ gweddilliol<50 ppm) and ion exchange recover NaCl with >Ailddefnyddio 95%.

Rhyddhau Hylif Dim (ZLD): Mae anweddiad aml-effaith (MVR) yn crisialu halen diwydiannol, a weithredir yn Xinjiang a Shandong.

Triniaeth nwy gwacáu

Rheolaeth niwl asid sylffwrig: Electrostatic precipitators (>Effeithlonrwydd 99%) a sgwrio gwlyb yn cwrdd â GB 16297-2025 Safonau allyriadau.

Atal llygredd mercwri: Mae catalyddion mercwri isel yn cael eu hyrwyddo, gyda halen Yunnan a Haohua Yuhang yn derbyn cyllid y wladwriaeth ar gyfer Ymchwil a Datblygu Catalydd Heb Mercwri.

Rheoli Gwastraff Solet

Ailgylchu pilen: Closed-loop recovery of precious metals (titanium, ruthenium) achieves >Effeithlonrwydd 98%.

Defnyddio slwtsh halen: Fe'i defnyddir mewn deunyddiau adeiladu neu orchuddion tirlenwi, gyda defnydd cynhwysfawr 100% o slag carbid.