Ce este procesul clor-alcalin? De la saramură la clor și sodă caustică: Un ghid complet pentru fluxul complet de produse din procesul clor-alcalin

Procesul clor-alcalin este una dintre cele mai importante rute de producție electrochimică în industria chimică de bază. Sarcina sa principală este de a utiliza saramura rafinată ca materie primă și de a obține simultan clor, hidrogen și sodă caustică (hidroxid de sodiu) prin electroliză. Se numește „clor-alcalin” deoarece același sistem de electroliză poate produce clor și soluție alcalină în același timp; cele două intră apoi în lanțuri industriale din aval, cum ar fi PVC, epiclorohidrină, celuloză și hârtie, alumină, tratarea apei, textile, produse farmaceutice și substanțe chimice fine. Instalațiile moderne adoptă în general metoda membranei schimbătoare de ioni, deoarece, în comparație cu metodele tradiționale cu diafragmă și mercur, aceasta oferă o puritate mai mare a produsului, un consum mai mic de energie și riscuri de mediu mai controlabile. Pentru cumpărători, preocuparea principală nu este doar „dacă electrolizorul poate funcționa”, ci dacă calitatea saramurii, performanța membranei, starea electrodului, eficiența curentului, izolarea de siguranță clor-hidrogen și sistemele de procesare din aval pot rămâne stabile pe termen lung. Acești factori determină împreună capacitatea, consumul de energie și costul de întreținere al unei instalații clor-alcalin.

1. Principiile purificării saramurii și electrolizei

Procesul complet de producție începe cu purificarea saramurii. Sarea sau saramura industrială conține de obicei calciu, magneziu, fier și solide în suspensie. Dacă aceste impurități intră în electrolizor, acestea pot contamina membrana și pot crește tensiunea celulei, așa că trebuie îndepărtate prin precipitare chimică, filtrare, filtrare de precizie și, acolo unde este necesar, tratament profund cu rășină chelatoare. Saramura purificată de înaltă puritate este introdusă în camera anodică, în timp ce partea catodică menține o circulație adecvată a apei și a bazelor. După aplicarea energiei, ionii de clorură de la anod pierd electroni pentru a forma clor; ionii de sodiu trec prin... membrană schimbătoare de ioni clor-alcali în camera catodică și formează sodă caustică cu ionii de hidroxid produși prin electroliza apei, în timp ce hidrogenul este degajat la catod. Electrolizoarele industriale actuale funcționează adesea continuu la o densitate de curent relativ mare, astfel încât selectivitatea membranei, rezistența electrică, stabilitatea rezistenței chimice, precum și activitatea acoperirii anodice și a suprafeței catodice, toate afectează direct tensiunea celulei și eficiența curentului. Pentru proiecte de construcții noi sau de extindere, selectarea unor electrozi adecvați produse de proces clor-alcalin necesită evaluarea electrolizorului, membranei, electrozilor, sistemului redresorului, sistemului de saramură, tratamentului cu clor și post-tratării cu sodă caustică ca un sistem integrat, mai degrabă decât să se compare doar prețul echipamentelor individuale.

2. Post-tratare a produsului și integrare a sistemului

După electroliză, cele trei produse trebuie să fie supuse unui post-tratament specific. Clorul umed conține de obicei umiditate și o cantitate mică de ceață salină antrenată, așa că trebuie răcit, dezaburit, uscat și comprimat, apoi trimis la unități de clor lichid, clorură de hidrogen, hipoclorit de sodiu sau alte unități de clorurare, în funcție de utilizarea în aval. Hidrogenul trebuie spălat, răcit și ventilat sau recuperat în siguranță și poate fi utilizat ca și combustibil sau materie primă chimică. Concentrația de sodă caustică obținută prin electroliză nu este de obicei concentrația comercială finală cerută de toți clienții, așa că unele instalații sunt, de asemenea, echipate cu sisteme de evaporare și concentrare pentru a concentra în continuare soluția alcalină la specificațiile comerciale comune, cum ar fi aproximativ 50%. Cheia aici nu este un singur parametru, ci integrarea sistemului: de exemplu, un control deficitar al conținutului de umiditate din clor va agrava coroziunea echipamentelor din aval; impuritățile ridicate din saramură vor scurta durata de viață a membranei; iar eficiența redusă a schimbului de căldură în sistemul de evaporare va crește semnificativ consumul de abur. Producția continuă stabilă necesită funcționarea coordonată a procesului, a echipamentelor și a controlului automat.

3. Întreținerea membranei schimbătoare de ioni și a echipamentelor

În întregul sistem, membrana schimbătoare de ioni clor-alcali este unul dintre consumabilele cheie care afectează economia de funcționare. Membrana trebuie să permită trecerea ionilor de sodiu, prevenind în același timp migrarea inversă a ionilor de clorură și a ionilor de hidroxid pe cât posibil, astfel încât să se mențină o eficiență ridicată a curentului și să se reducă pătrunderea sării în produsul de sodă caustică. Atunci când performanța membranei se deteriorează, simptomele comune includ creșterea tensiunii celulei, consumul mai mare de energie a unității, conținutul anormal de sare în soda caustică sau fluctuațiile presiunii diferențiale a unei singure celule. Cauzele scurtării duratei de viață a membranei includ de obicei ioni de duritate excesivă, cum ar fi calciul și magneziul în saramură, contaminarea cu fier și metale grele, contaminarea organică, operațiunile de pornire și oprire necorespunzătoare și deteriorarea mecanică locală a celulei. Prin urmare, înlocuirea membranei nu trebuie efectuată exclusiv conform unui program fix; aceasta trebuie evaluată prin combinarea tensiunii, eficienței curentului, presiunii diferențiale, purității produsului și tendințelor istorice de funcționare. Rubri, sub egida Hefei Sinopower Technologies Co., Ltd., poate furniza echipamente conexe, piese de schimb și asistență tehnică pentru sistemele clor-alcali. Cumpărătorii pot vizita, de asemenea. hfsinopower.com pentru a afla despre soluții pentru modernizarea instalațiilor, înlocuirea pieselor de schimb și asistență pentru proiecte.

Pentru instalațiile de clor-alcali care funcționează de mulți ani, factorul care afectează cu adevărat pierderile din timpul nefuncționării este adesea capacitatea de reparare clor-alcalină și întreținere preventivă. După o funcționare pe termen lung, electrolizoarele pot dezvolta probleme precum îmbătrânirea garniturii, coroziunea cadrului, dezactivarea straturilor de acoperire ale electrozilor, scurgeri ale membranei, rezistență crescută la contact în barele colectoare, deviația instrumentelor și defectarea etanșării supapelor. Dacă reparațiile sunt efectuate doar pasiv după apariția defecțiunilor, acest lucru duce adesea la opriri neplanificate, riscuri de siguranță clor-hidrogen și pierderi de producție. O abordare mai eficientă este stabilirea fișierelor de operare pentru celule individuale, înregistrarea continuă a tensiunii, curentului, temperaturii, presiunii diferențiale, concentrației de caustică și calității clorului celulei și, în timpul întreținerii anuale, inspectarea simultană a membranei, electrozilor, etanșărilor, pieselor de izolație și conductelor critice. Pentru clienții care planifică extinderea capacității sau modernizări de economisire a energiei, ar trebui evaluate și eficiența redresoarelor, structurile cu goluri zero, reînnoirea electrozilor, capacitatea de purificare a saramurii și logica de control al automatizării. Valoarea fundamentală a unui proiect clor-alcali nu este doar „punerea în funcțiune a echipamentului”; ci menținerea unui consum redus de energie, a unei eficiențe ridicate a curentului și a unei calități stabile a produsului cât mai mult timp posibil în condiții de siguranță. Acesta este motivul pentru care selecția echipamentelor, gestionarea membranei și strategia de întreținere trebuie luate în considerare împreună.

Întrebări frecvente: Întrebări cheie care îi preocupă cel mai mult pe clienții proiectului Clor-Sodici

1. La construirea unui nou proiect cloro-alcalin, ar trebui determinat mai întâi electrolizorul sau capacitatea și planul de produs?
Capacitatea țintă, condițiile de sare brută, concentrația produsului de sodă caustică, destinația clorului, condițiile de utilități și cerințele locale de mediu trebuie determinate mai întâi, iar apoi trebuie determinate scara electrolizorului și configurația sistemului auxiliar. Dacă selecția se bazează exclusiv pe capacitatea nominală a electrolizorului, este probabil să apară neconcordanțe în ceea ce privește capacitatea saramurii, redresorului, tratamentului cu clor sau sistemului de evaporare.

2. Cum puteți spune dacă membrana schimbătoare de ioni cloro-alcali trebuie înlocuită?
Nu judecați doar după anii de funcționare. Printre criteriile mai fiabile se numără creșterea continuă a tensiunii unei singure celule, scăderea eficienței curentului, conținutul anormal de sare din soda caustică, fluctuațiile de presiune diferențială și contaminarea suprafeței membranei sau deteriorarea mecanică. Dacă mai mulți indicatori se deteriorează în același timp, celula trebuie oprită pentru inspecție și evaluare a înlocuirii.

3. De ce crește consumul de energie după ce o instalație de clor-alcali a funcționat o perioadă de timp?
Cauzele frecvente includ murdărirea sau îmbătrânirea membranei, scăderea activității electrozilor, creșterea impurităților în saramură, creșterea rezistenței de contact în conexiunile barei colectoare și abaterea temperaturii sau concentrației de funcționare de la fereastra optimă. Problema ar trebui localizată prin compararea datelor de la celulele individuale, mai degrabă decât prin creșterea directă a curentului pentru a compensa producția.

4. Ce piese de schimb cheie ar trebui pregătite pentru repararea cloro-alcalinilor?
Se recomandă pregătirea membranelor schimbătoare de ioni, a garniturilor, a ansamblurilor de electrozi, a pieselor de izolație, a supapelor critice și a pieselor de schimb pentru instrumente în funcție de structura instalației și stabilirea unui registru al duratei de viață pentru piesele de uzură. Pentru componentele importate sau cele cu termene lungi de livrare, stocul de siguranță trebuie planificat în avans pentru a reduce riscul unor întreruperi bruște.