ما هي عمليات الإنتاج الرئيسية ومبادئ نبات الكلور ألكالي؟

1. نظرة عامة على عملية الإنتاج الأساسية لصناعة الكلور ألكالي

2. مبادئ ومعدات عملية التحليل الكهربائي للأغشية الأيونية

3. تاريخ وقيود طريقة الحجاب الحاجز وطريقة الزئبق

4. المعالجة الثانوية وإعادة تدوير الموارد

5. تحسين عملية التحسين وتوفير الطاقة

6. التحديات البيئية وتكنولوجيا الإنتاج النظيفة

1. نظرة عامة على عمليات الإنتاج الأساسية 

تنتج نباتات الكلور ألكالي صودا كاوية (NaOH) ، والكلور (CL₂) ، والهيدروجين (H₂) من خلال التحليل الكهربائي لمحلول كلوريد الصوديوم () ، وهو حجر الزاوية في الصناعة الكيميائية الأساسية. أكثر من 90 ٪ من قدرة الكلور-ألكالي العالمية توظفعملية غشاء التبادل الأيوني، مع بقاء استخدام التدرباريغشاءوخلية الزئبقطُرق.

2. مبادئ ومعدات عملية غشاء التبادل الأيوني

آلية أساسية

تظهر أغشية التبادل الأيوني المملوكة للأيون ، والتي تتميز بقطعة عمل فائقة لسلاسل الفلوروكربون مع مجموعات وظيفية حمض السلفونيك ، مقاومة متفوقة للتآكل والتدهور الكيميائي ، والحفاظ على أداء مستقر حتى في بيئات شديدة الحموضة (الأنود) والقلوية (الكاثود). لزيادة تحسين كفاءة الغشاء ، تشتمل العملية على أنظمة المعالجة بالملحي المتقدمة ، مثل الترشيح ثنائي المرحلة والكروماتوجرافيا الأيونية ، والتي تقلل من الشوائب النزرة مثل الحديد والسيليكا إلى مستويات PPB دون PPB ، مما يمنع تلوث الغشاء ويمتد الحياة التشغيلية بنسبة 20-30 ٪. بالإضافة إلى ذلك ، يسمح التصميم المتكامل لنظام التحليل الكهربائي بتنظيم دقيق لفجوة الأنود-الكاثود إلى أقل من 2 مم ، مما يقلل من المقاومة الأومية وزيادة استهلاك الطاقة بنسبة 5-8 ٪ إضافية مقارنة بالتصميمات التقليدية. أخيرًا ، تتيح العملية الإنتاج المستمر للصودا الكاوية عالية النقاء مع محتوى متسق كلوريد الصوديوم أقل من 50 جزءًا في المليون ، مما يلغي الحاجة إلى تحلية المياه في اتجاه مجرى النهر وجعلها مثالية للتطبيقات الصعبة في الأدوية ، والإلكترونيات ، وصناعات المعالجة الغذائية.

المعدات الرئيسية

المنحل بالكهرباء: مصنفة في أنواع ثنائية القطب و monopolar. تعمل الكهارل الثنائي القطب في سلسلة ذات جهد عالي ولكنها تشغل مساحة أقل ، في حين أن الأحكام الاحترافية تعمل بالتوازي مع التيار العالي الذي يتطلب مقومات مستقلة. تصاميم "Zero Gap" الحديثة تقلل من تباعد الإلكترود إلى<1 mm for further energy savings.

أنظمة تنقية محلول ملحي: إزالة الكبريتات المستندة إلى الغشاء (على سبيل المثال ، نظام تكرير Ruipu Anding) وامتصاص الراتنج المخلل تقليل Ca²⁺ و mg²⁺ إلى<1 ppm, extending membrane lifespan.

وحدات علاج الكلور والهيدروجين: يتم تبريد الكلور (12-15 درجة) وتجفيفه مع 98 ٪ h₂so₄ قبل الضغط لإنتاج PVC ؛ يتم تبريد الهيدروجين ، مضغوط ، ويستخدم لتوليف حمض الهيدروكلوريك أو كوقود.

3. السياق التاريخي وقيود عمليات الحجاب الحاجز والزئبق

مبدأ العملية والتطبيق التاريخي لطريقة الحجاب الحاجز
يستخدم الحجاب الحاجز الكهروليزر حجاب الحاجز الأسبستوس الذي يسهل اختراقه كحاجز مادي بين غرف الأنود والكاثود. المبدأ الأساسي هو استخدام انتقائية حجم المسام للحجاب الحاجز (حوالي 10 ~ 20 ميكرون) للسماح للكهرباء (محلول كلوريد الصوديوم) بالمرور ، مع منع غازات CL₂ و H₂ المولدة من الخلط. في الأنود ، يفقد CL⁻ الإلكترونات لإنشاء cl₂ (2Cl⁻ - 2 e⁻ → cl₂ ↑) ؛ في الكاثود ، يكسب H₂o الإلكترونات لإنشاء H₂ و OH⁻ (2H₂O + 2 e⁻ → H₂ ↑ + 2 OH⁻) ، و OH⁻ يجمع مع Na⁺ لتشكيل NaOH. نظرًا لأن الحجاب الحاجز Asbestos لا يمكن أن يمنع الترحيل العكسي لـ Na⁺ تمامًا ، فإن محلول NaOH الناتج في الكاثود يحتوي على حوالي 1 ٪ من كلوريد الصوديوم ، مع تركيز 10 ~ 12 ٪ فقط ، ويجب تركيزه لأكثر من 30 ٪ عن طريق التبخر لتلبية الاحتياجات الصناعية. تم استخدام هذه العملية على نطاق واسع في منتصف القرن العشرين. اعتمدت الصين ذات مرة على هذه التكنولوجيا لحل مشكلة نقص المواد الخام الكيميائية الأساسية ، ولكن مع تحسين الوعي البيئي ، تعرضت عيوبها المتأصلة تدريجياً.

عيوب قاتلة وعملية القضاء على طريقة الحجاب الحاجز
أدت العيوب الأساسية الثلاثة لطريقة الحجاب الحاجز في النهاية إلى استبدالها الشامل:
استهلاك الطاقة العالي والكفاءة المنخفضة: بسبب المقاومة العالية لأغشية الأسبستوس ، فإن جهد الخلية مرتفع يصل إلى 3.5 ~ 4.5 فولت ، ويبلغ استهلاك الطاقة لكل طن من القلويات 3000 ~ 3500 كيلو واط ، وهو ما يصل إلى 40 ~ 70 ٪ من طريقة الغشاء الأيوني. إنه مناسب فقط للمناطق ذات الأسعار المنخفضة الكهرباء ؛

نقاء المنتج غير الكافي: يحتاج المحلول القلوي المخفف الذي يحتوي على كلوريد الصوديوم إلى تبخر إضافي وتحلية المياه ، مما يزيد من تكلفة العملية ولا يمكن أن يفي بالطلب على NaOH عالية النقاء في الحقول الراقية (مثل حل الألومينا) ؛
أزمة تلوث الأسبستوس: يتم إطلاق ألياف الأسبستوس بسهولة في الهواء والمياه العادمة أثناء عملية الإنتاج. التعرض على المدى الطويل يؤدي إلى أمراض مثل سرطان الرئة. أدرجت الوكالة الدولية للبحوث حول السرطان (IARC) أنها مادة مسرطنة من الدرجة الأولى في وقت مبكر من عام 1987. في عام 2011 ، قامت الصين بمراجعة "إرشادات تعديل الهيكل الصناعي" ، والتي ذكرت بوضوح أن جميع مصانع الصودا الكاوية الحجابية سيتم القضاء عليها بحلول عام 2015 ، مع ما مجموعه 5 ملايين طن\/سنة من طاقة الإنتاج.

عملية التحليل الكهربائي للزئبق: سمية الزئبق مخاطر خفية وراء نقاء عالية
الخصائص الفنية والقيمة التاريخية لطريقة الزئبق
كانت طريقة الزئبق ذات يوم "عملية راقية" لإنتاج صودا كاوية عالية النقاء بسبب الخصائص الفريدة لكاثود الزئبق. مبدأها هو استخدام Mercury ككاثود متنقل. أثناء عملية التحليل الكهربائي ، يشكل Na⁺ و Mercury مزيج الصوديوم (سبيكة Na-Hg) ، ثم يتفاعل مزيج الصوديوم بالماء لتوليد 50 ٪ من NaOH عالية التركيز (Na-Hg + H₂o → NaOH + H₂ ↑ + HG) ، والتي يمكن استخدامها مباشرة دون التبخر والتركيز. ميزة كبيرة لهذه العملية هي أن ناتج NaOH نقي للغاية (محتوى كلوريد الصوديوم<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.

كارثة تلوث الزئبق وعملية الحظر العالمي
العيب المميت لطريقة الزئبق هو التلوث الذي لا رجعة فيه للزئبق:
تطهير بخار الزئبق: يهرب الزئبق في شكل بخار أثناء التحليل الكهربائي ، وغالبًا ما يتجاوز تركيز الزئبق في بيئة العمل المعيار من خلال العشرات من المرات ، مما يؤدي إلى حوادث تسمم الزئبق المتكررة بين العمال (مثل حادثة مرض ميناماتا في اليابان في عام 1956 ، والتي كانت ناتجة عن تلوث الزئبق) ؛

مخاطر تصريف مياه الصرف الصحي: تُفقد جرام من الزئبق عن كل طن من طن من هيدروكسيد الصوديوم المنتجة ، والتي يتم تحويلها إلى ميثيل الزئبق بعد دخول جسم الماء ، وتخصيبها عبر السلسلة الغذائية لإيذاء النظام الإيكولوجي ؛
صعوبة في إعادة التدوير: على الرغم من أنه يمكن استرداد الزئبق عن طريق التقطير ، إلا أن العملية طويلة الأجل لا تزال تؤدي إلى محتوى الزئبق المفرط في التربة ، كما أن تكلفة العلاج مرتفعة. مع دخول مؤتمر ميناماتا (2013) ، تعهدت أكثر من 90 ٪ من البلدان في العالم بالتخلص التدريجي من طريقة الزئبق بحلول عام 2020. وباعتبارها أكبر منتج للكلور-ألكالي ، حظرت الصين تمامًا عملية الزئبق في عام 2017 ، مما أدى إلى قطع "سلسلة التصلب الزئبقية" تمامًا وتشجيع عملية التحول في الصناعة لعملية واحدة لتجهيزات واحد. اليوم ، لا تزال عدد قليل فقط من البلدان مثل الهند وباكستان تحتفظ بأقل من 5 ٪ من طاقة إنتاج الزئبق وتواجه الضغط البيئي الدولي الشديد.

4. إدارة المنتج الثانوي وإعادة تدوير الموارد

استخدام عالية القيمة للكلور

المواد الكيميائية الأساسية: يستخدم في إنتاج PVC (30-40 ٪ من الطلب الكلور) وتوليف أكسيد البروبيلين.

التطبيقات الراقية: الكلور من الدرجة الإلكترونية (أكبر من أو يساوي 99.999 ٪ نقاء) لأوامر الحفر أشباه الموصلات 5-8 أضعاف سعر الكلور من الدرجة الصناعية.

علاج الطوارئ: يتم امتصاص CL₂ العرضي في جهاز تنظيف NaOH على مرحلتين (تركيز 15-20 ٪) ، مما يضمن الانبعاثات<1 mg/m³.

استرداد الهيدروجين واستخدامه

تخليق حمض الهيدروكلوريك: كان رد فعل مع CL₂ لإنتاج حمض الهيدروكلوريك للتخليل والمستحضرات الصيدلانية.

الطاقة الخضراء: تقوم الهيدروجين المنقى بتغذية خلايا الوقود أو تخليق الأمونيا ، مع وجود نبات واحد يقلل من بصمة الكربون بنسبة 60 ٪ من خلال تكامل الهيدروجين.

السيطرة على السلامة: تشتمل خطوط أنابيب الهيدروجين على مصلات اللهب وأجهزة تخفيف الضغط ، مع مراقبة نقاء H₂\/CL₂ في الوقت الحقيقي لمنع الانفجارات.

5. تحسينات التكنولوجيات وتوفير الطاقة

تكنولوجيا الكاثود الأكسجين

مبدأ: استبدال تطور الهيدروجين مع تخفيض الأكسجين يخفض جهد الخلية بواسطة {{0}}.<1500 kWh/ton NaOH while co-producing hydrogen peroxide (H₂O₂).

طلب: حقق المصنع في جامعة بكين للتكنولوجيا الكيميائية 50 ، 000- طن\/سنة ، وفورات في الطاقة بنسبة 30 ٪.

الكهروضوئية عالية الكثافة

التقدم: زيادة الكثافة الحالية من 4 Ka\/M² إلى 6 Ka\/M² تعزز السعة بنسبة 30 ٪ ، وتسويقها من قبل Asahi Kasei (اليابان) و Thyssenkrupp (ألمانيا).

التحول الرقمي

أنظمة التحكم الذكية: AI algorithms optimize current efficiency to >96 ٪ والتنبؤ بعمر الغشاء مع<5% error, reducing costs by ¥80/ton at one plant.

التفتيش الذي يعمل بنيوك: تستخدم النباتات الكيميائية المستندة إلى Hangzhou روبوتات مجهزة AI لتفقد منشآت الكلور ، وتحقيق دقة 99.99 ٪ في اكتشاف انسداد أنبوب تفلون.

6. التحديات البيئية وتقنيات الإنتاج النظيفة

معالجة مياه الصرف الصحي

إزالة الكلور: تفريغ إزالة الكلور (cl₂ المتبقية<50 ppm) and ion exchange recover NaCl with >إعادة استخدام 95 ٪.

صفر تصريف سائل (ZLD): تبلور التبخر متعدد الآثار (MVR) الملح الصناعي ، الذي تم تنفيذه في شينجيانغ وشاندونغ.

معالجة غاز العادم

التحكم في ضباب حمض الكبريتيك: Electrostatic precipitators (>كفاءة 99 ٪) والتمرين الرطب تلبية معايير الانبعاثات GB 16297-2025.

الوقاية من تلوث الزئبق: يتم تعزيز محفزات المنخفضة ، مع استلام Yunnan Salt و Haohua Yuhang تمويل الدولة للبحث والتطوير الخالي من الزئبق.

إدارة النفايات الصلبة

إعادة تدوير الغشاء: Closed-loop recovery of precious metals (titanium, ruthenium) achieves >98 ٪ كفاءة.

استخدام حمأة الملح: يستخدم في مواد البناء أو أغطية المكب ، مع استخدام شامل 100 ٪ من خبث كربيد.