English
Polski
اردو
Gaeilgenah Éireann
Български
Português
Italiano
Ελληνικά
Svenska
Nederlands
عربي 
Eesti
1. Tổng quan về quy trình sản xuất cốt lõi của ngành công nghiệp clor-kiềm
2. Nguyên tắc và thiết bị của quá trình điện phân màng ion
3. Lịch sử và hạn chế của phương pháp cơ hoành và phương pháp thủy ngân
4. Điều trị bằng sản phẩm phụ và tái chế tài nguyên
5. Tối ưu hóa quá trình và tiến bộ công nghệ tiết kiệm năng lượng
6. Những thách thức về môi trường và công nghệ sản xuất sạch
1. Tổng quan về các quy trình sản xuất cốt lõi
Cây clor-kiềm sản xuất soda ăn da (NaOH), clo (Cl₂) và hydro (H₂) thông qua việc phân tích dung dịch natri clorua (NaCl), một nền tảng của ngành công nghiệp hóa học cơ bản. Hơn 90% công suất clor-kiềm toàn cầu sử dụngQuá trình màng trao đổi ion, với phần còn lại bằng cách sử dụng các giai đoạncơ hoànhVàtế bào thủy ngânPhương pháp.
2. Nguyên tắc và thiết bị của quá trình màng trao đổi ion
Cơ chế cốt lõi
Các màng trao đổi ion hoàn hảo, có xương sống của chuỗi fluorocarbon với các nhóm chức axit sulfonic, thể hiện khả năng chống ăn mòn và thoái hóa hóa học vượt trội, duy trì hiệu suất ổn định ngay cả trong môi trường có tính axit cao (cực dương) và kiềm (cathode). Để tối ưu hóa hơn nữa hiệu quả của màng, quá trình này kết hợp các hệ thống tiền xử lý nước muối tiên tiến, chẳng hạn như lọc giai đoạn kép và sắc ký ion, làm giảm các tạp chất theo dõi như sắt và silica đến mức PPB phụ, do đó ngăn chặn sự tắc nghẽn của màng và kéo dài tuổi thọ hoạt động thêm 20%. Ngoài ra, thiết kế tích hợp của hệ thống điện phân cho phép điều chỉnh chính xác khoảng cách cực dương xuống dưới 2 mm, giảm thiểu điện trở ohmic và giảm thêm mức tiêu thụ năng lượng xuống thêm 5 %8% so với các thiết kế thông thường. Cuối cùng, quá trình này cho phép sản xuất liên tục soda ăn da có hàm lượng natri clorua phù hợp dưới 50 ppm, loại bỏ sự cần thiết của các bước khử mặn ở hạ lưu và làm cho nó trở nên lý tưởng để yêu cầu các ứng dụng trong ngành dược phẩm, thiết bị điện tử và chế biến thực phẩm.
Thiết bị chính
Điện giải: Phân loại thành các loại lưỡng cực và đơn cực. Các chất điện phân lưỡng cực hoạt động theo chuỗi với điện áp cao nhưng chiếm ít không gian hơn, trong khi các điện thoại đơn cực chạy song song với dòng điện cao yêu cầu bộ chỉnh lưu độc lập. Các thiết kế "không gian" hiện đại "làm giảm khoảng cách điện cực thành<1 mm for further energy savings.
Hệ thống lọc nước muối: Loại bỏ sulfate dựa trên màng (ví dụ: hệ thống tinh chế nước muối Ruipu) và sự hấp phụ nhựa chelating làm giảm Ca²⁺ và Mg²⁺ để<1 ppm, extending membrane lifespan.
Các đơn vị xử lý clo và hydro: Clo được làm mát (12 độ15 độ) và sấy khô với 98% h₂so₄ trước khi nén để sản xuất PVC; Hydrogen được làm mát, nén và được sử dụng để tổng hợp axit clohydric hoặc làm nhiên liệu.
3. Bối cảnh lịch sử và những hạn chế của các quá trình cơ hoành và thủy ngân
Nguyên tắc quy trình và ứng dụng lịch sử của phương pháp cơ hoành
Điện phân cơ hoành sử dụng cơ hoành xốp như một rào cản vật lý giữa các buồng cực dương và catốt. Nguyên tắc cốt lõi là sử dụng độ chọn lọc kích thước lỗ rỗng của cơ hoành (khoảng 10 ~ 20 micron) để cho phép chất điện phân (dung dịch NaCl) đi qua, trong khi ngăn chặn các khí CL và H₂ được tạo ra. Ở cực dương, Cl⁻ mất các electron để tạo Cl₂ (2Cl⁻ - 2 e⁻ → cl₂ ↑); Tại catốt, H₂O có được các electron để tạo H₂ và OH⁻ (2H₂O + 2 e⁻ → h₂ + 2 oh⁻) và OH⁻ kết hợp với Na⁺ để tạo thành NaOH. Do cơ hoành amiăng không thể ngăn chặn hoàn toàn sự di chuyển ngược của Na⁺, nên dung dịch NaOH được tạo ra ở catốt chứa khoảng 1% NaCl, với nồng độ chỉ 10 ~ 12% và cần được tập trung hơn 30% bằng cách bốc hơi để đáp ứng nhu cầu công nghiệp. Quá trình này được sử dụng rộng rãi vào giữa thế kỷ 20 đến cuối thế kỷ 20. Trung Quốc đã từng dựa vào công nghệ này để giải quyết vấn đề thiếu nguyên liệu hóa học cơ bản, nhưng với sự cải thiện nhận thức về môi trường, các khiếm khuyết vốn có của nó đã dần bị phơi bày.
Khiếm khuyết gây tử vong và quá trình loại bỏ phương pháp cơ hoành
Ba nhược điểm cốt lõi của phương pháp cơ hoành cuối cùng đã dẫn đến sự thay thế toàn diện của nó:
Tiêu thụ năng lượng cao và hiệu quả thấp: Do điện trở cao của cơ hoành amiăng, điện áp tế bào cao tới 3,5 ~ 4,5V và mức tiêu thụ năng lượng trên mỗi tấn kiềm là 3000 ~ 3500 kWh, cao hơn 40 ~ 70% so với phương pháp màng ion. Nó chỉ phù hợp cho các khu vực có giá điện thấp;
Độ tinh khiết của sản phẩm không đủ: Dung dịch kiềm loãng có chứa NaCl cần bay hơi và khử muối bổ sung, làm tăng chi phí quá trình và không thể đáp ứng nhu cầu NaOH có độ tinh khiết cao trong các lĩnh vực cao cấp (như hòa tan alumina);
Khủng hoảng ô nhiễm amiăng: Sợi amiăng dễ dàng được thả vào không khí và nước thải trong quá trình sản xuất. Phơi nhiễm lâu dài dẫn đến các bệnh như ung thư phổi. Cơ quan Nghiên cứu Ung thư Quốc tế (IARC) đã liệt kê nó là chất gây ung thư loại I vào đầu năm 1987. Năm 2011, Trung Quốc đã sửa đổi "hướng dẫn điều chỉnh cấu trúc công nghiệp", trong đó tuyên bố rõ rằng tất cả các nhà máy soda ăn ngoài của cơ hoành sẽ được loại bỏ vào năm 2015, với tổng số hơn 5 triệu tấn\/năm.
Quá trình điện phân thủy ngân: Độc tính thủy ngân ẩn giấu nguy hiểm đằng sau độ tinh khiết cao
Đặc điểm kỹ thuật và giá trị lịch sử của phương pháp Mercury
Phương pháp thủy ngân đã từng là một "quá trình cao cấp" để sản xuất soda ăn da có độ tinh khiết cao do các tính chất độc đáo của catốt thủy ngân. Nguyên tắc của nó là sử dụng thủy ngân như một catốt di động. Trong quá trình điện phân, Na⁺ và Mercury tạo thành hỗn hống natri (hợp kim Na-HG), và sau đó hỗn hợp natri phản ứng với nước để tạo ra NaOH tăng cường 50% (Na-Hg + H₂O → NaOH + H ↑ + Hg) Ưu điểm đáng kể của quá trình này là NaOH đầu ra cực kỳ tinh khiết (nội dung 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.
Thảm họa ô nhiễm thủy ngân và quá trình cấm toàn cầu
Lỗ hổng chết người của phương pháp thủy ngân là ô nhiễm không thể đảo ngược của thủy ngân:
Sự bay hơi của hơi thủy ngân: Thủy ngân thoát ra dưới dạng hơi trong quá trình điện phân và nồng độ thủy ngân trong môi trường làm việc thường vượt quá tiêu chuẩn của hàng chục lần, dẫn đến các sự cố ngộ độc thủy ngân thường xuyên ở các công nhân (như bệnh Minamata ở Nhật Bản năm 1956
Các mối nguy hiểm xả nước thải: Giới thiệu 10-20 gram thủy ngân bị mất cho mỗi tấn NaOH được sản xuất, được chuyển thành methylmercury sau khi vào vùng nước, và được làm giàu qua chuỗi thức ăn để gây hại cho hệ sinh thái;
Khó khăn trong tái chế: Mặc dù thủy ngân có thể được thu hồi bằng cách chưng cất, hoạt động lâu dài vẫn dẫn đến hàm lượng thủy ngân quá mức trong đất và chi phí khắc phục rất cao. Với sự gia nhập của Công ước Minamata (2013), hơn 90% các quốc gia trên thế giới đã cam kết loại bỏ phương pháp thủy ngân vào năm 2020. Là nhà sản xuất chlor-kiềm lớn nhất thế giới, Trung Quốc đã cấm hoàn toàn quá trình thủy ngân. Ngày nay, chỉ có một vài quốc gia như Ấn Độ và Pakistan vẫn giữ được ít hơn 5% năng lực sản xuất thủy ngân và phải đối mặt với áp lực môi trường quốc tế nghiêm trọng.
4. Quản lý sản phẩm phụ và tái chế tài nguyên
Sử dụng clo có giá trị cao
Hóa chất cơ bản: Được sử dụng trong sản xuất PVC (30 Hàng40% nhu cầu clo) và tổng hợp oxit propylene.
Ứng dụng cao cấp: Clo cấp điện tử (lớn hơn hoặc bằng 99,999% độ tinh khiết) đối với các lệnh khắc bán dẫn 5 lần 8 lần giá clo cấp công nghiệp.
Điều trị khẩn cấp: Cl₂ tình cờ được hấp thụ trong máy chà NaOH hai giai đoạn (nồng độ 152020%), đảm bảo khí thải<1 mg/m³.
Phục hồi và sử dụng hydro
Tổng hợp axit clohydric: Phản ứng với CL₂ để sản xuất HCl cho Pickling và Dược phẩm.
Năng lượng xanh: Các tế bào nhiên liệu nhiên liệu hydro tinh khiết hoặc tổng hợp amoniac, với một loại thực vật làm giảm 60% dấu chân carbon thông qua tích hợp hydro.
Kiểm soát an toàn: Các đường ống hydro kết hợp các thiết bị bắt lửa và thiết bị giảm áp, với giám sát độ tinh khiết H₂\/CL₂ thời gian thực để ngăn chặn vụ nổ.
5. Tối ưu hóa quá trình và công nghệ tiết kiệm năng lượng
Công nghệ catốt oxy
Nguyên tắc: Thay thế sự tiến hóa hydro bằng giảm oxy làm giảm điện áp tế bào bằng {{0}.<1500 kWh/ton NaOH while co-producing hydrogen peroxide (H₂O₂).
Ứng dụng: Đại học Công nghệ hóa học Bắc Kinh 50, 000- ton\/năm thực vật đạt được 30% tiết kiệm năng lượng.
Các chất điện phân mật độ cao
Tiến bộ: Tăng mật độ hiện tại từ 4 ka\/m2 lên 6 ka\/mét vuông tăng 30%, được thương mại hóa bởi Asahi Kasei (Nhật Bản) và Thyssenkrupp (Đức).
Chuyển đổi kỹ thuật số
Hệ thống kiểm soát thông minh: AI algorithms optimize current efficiency to >96% và dự đoán tuổi thọ màng với<5% error, reducing costs by ¥80/ton at one plant.
Kiểm tra hỗ trợ AI: Các nhà máy hóa học dựa trên Hàng Châu sử dụng robot AI được trang bị để kiểm tra các cơ sở clo, đạt được độ chính xác 99,99% trong việc phát hiện tắc nghẽn ống Teflon.
6. Những thách thức về môi trường và công nghệ sản xuất sạch
Xử lý nước thải
Khử clo: Khử trùng chân không (CL₂ dư<50 ppm) and ion exchange recover NaCl with >Tái sử dụng 95%.
Không xả chất lỏng (ZLD): Sự bay hơi đa hiệu quả (MVR) kết tinh muối công nghiệp, được thực hiện trong Tân Cương và Sơn Đông.
Điều trị khí thải
Kiểm soát sương mù axit sunfuric: Electrostatic precipitators (>Hiệu quả 99%) và chà ướt đáp ứng GB 16297-2025 Tiêu chuẩn phát thải.
Phòng chống ô nhiễm thủy ngân: Các chất xúc tác Mercury được thúc đẩy, với muối Vân Nam và Haohua Yuhang nhận tài trợ nhà nước cho chất xúc tác không có thủy ngân R & D.
Quản lý chất thải rắn
Tái chế màng: Closed-loop recovery of precious metals (titanium, ruthenium) achieves >Hiệu quả 98%.
Sử dụng bùn muối: Được sử dụng trong vật liệu xây dựng hoặc bìa bãi rác, với việc sử dụng toàn diện 100% xỉ cacbua.