क्लोर-क्षार संयंत्र की मुख्य उत्पादन प्रक्रियाएं और सिद्धांत क्या हैं?

1। क्लोर-क्षारी उद्योग की मुख्य उत्पादन प्रक्रिया का अवलोकन

2। आयन झिल्ली इलेक्ट्रोलिसिस प्रक्रिया के सिद्धांत और उपकरण

3। डायाफ्राम विधि और पारा विधि की इतिहास और सीमाएँ

4। उप-उत्पाद उपचार और संसाधन रीसाइक्लिंग

5। प्रक्रिया अनुकूलन और ऊर्जा-बचत प्रौद्योगिकी प्रगति

6। पर्यावरणीय चुनौतियां और स्वच्छ उत्पादन प्रौद्योगिकी

1। कोर उत्पादन प्रक्रियाओं का अवलोकन 

क्लोर-क्षार पौधे सोडियम क्लोराइड (NaCl) समाधान के इलेक्ट्रोलिसिस के माध्यम से कास्टिक सोडा (NaOH), क्लोरीन (CL₂), और हाइड्रोजन (H₂) का उत्पादन करते हैं, जो मूल रासायनिक उद्योग की एक आधारशिला है। वैश्विक क्लोर-क्षार क्षमता का 90% से अधिक काम करता हैआयन-एक्सचेंज झिल्ली प्रक्रिया, शेष के साथ चरणबद्ध-आउट का उपयोग करनाडायाफ्रामऔरमर्करी सेलतरीके।

2। आयन-एक्सचेंज झिल्ली प्रक्रिया के सिद्धांत और उपकरण

कोर तंत्र

पेरफ्लोरिनेटेड आयन-एक्सचेंज झिल्ली, सल्फोनिक एसिड कार्यात्मक समूहों के साथ फ्लोरोकार्बन श्रृंखलाओं की एक रीढ़ की विशेषता है, जो क्षरण और रासायनिक गिरावट के लिए बेहतर प्रतिरोध का प्रदर्शन करती है, अत्यधिक अम्लीय (एनोड) और एल्कलाइन (कैथोड) वातावरण में भी स्थिर प्रदर्शन बनाए रखती है। झिल्ली दक्षता को और अधिक अनुकूलित करने के लिए, प्रक्रिया में उन्नत ब्राइन प्रीट्रीटमेंट सिस्टम शामिल हैं, जैसे कि दोहरे-चरणीय निस्पंदन और आयन क्रोमैटोग्राफी, जो लोहे और सिलिका जैसी ट्रेस अशुद्धियों को उप-पीपीबी स्तर तक कम कर देती है, जिससे झिल्ली फाउलिंग और 20-30%तक परिचालन जीवन का विस्तार हो जाता है। इसके अतिरिक्त, इलेक्ट्रोलिसिस सिस्टम का एकीकृत डिज़ाइन 2 मिमी से कम एनोड-कैथोड गैप के सटीक विनियमन के लिए अनुमति देता है, ओमिक प्रतिरोध को कम करता है और पारंपरिक डिजाइनों की तुलना में अतिरिक्त 5-8% से ऊर्जा की खपत को कम करता है। अंत में, यह प्रक्रिया 50 पीपीएम से नीचे एक सुसंगत सोडियम क्लोराइड सामग्री के साथ उच्च शुद्धता वाले कास्टिक सोडा के निरंतर उत्पादन को सक्षम करती है, जिससे डाउनस्ट्रीम डिसेलिनेशन चरणों की आवश्यकता को समाप्त किया जाता है और इसे फार्मास्यूटिकल्स, इलेक्ट्रॉनिक्स और खाद्य प्रसंस्करण उद्योगों में अनुप्रयोगों की मांग के लिए आदर्श बनाया जाता है।

प्रमुख उपकरण

इलेक्ट्रोलाइज़र्स: द्विध्रुवी और मोनोपोलर प्रकारों में वर्गीकृत। द्विध्रुवी इलेक्ट्रोलाइजर्स उच्च वोल्टेज के साथ श्रृंखला में काम करते हैं, लेकिन कम जगह पर कब्जा कर लेते हैं, जबकि मोनोपोलर वाले उच्च वर्तमान के साथ समानांतर में चलते हैं, जो स्वतंत्र रेक्टिफायर की आवश्यकता होती है। आधुनिक "शून्य-गैप" डिजाइन इलेक्ट्रोड रिक्ति को कम करते हैं<1 mm for further energy savings.

नमकीन शोधन प्रणाली: झिल्ली-आधारित सल्फेट हटाने (जैसे, ruipu नमकीन रिफाइनिंग सिस्टम) और chelating राल सोखना ca an<1 ppm, extending membrane lifespan.

क्लोरीन और हाइड्रोजन उपचार इकाइयाँ: क्लोरीन को ठंडा किया जाता है (12-15 डिग्री) और पीवीसी उत्पादन के लिए संपीड़न से पहले 98% h₂so₄ के साथ सुखाया जाता है; हाइड्रोजन को ठंडा किया जाता है, संपीड़ित किया जाता है, और हाइड्रोक्लोरिक एसिड संश्लेषण या ईंधन के रूप में उपयोग किया जाता है।

3। ऐतिहासिक संदर्भ और डायाफ्राम और पारा प्रक्रियाओं की सीमाएँ

डायाफ्राम विधि का प्रक्रिया सिद्धांत और ऐतिहासिक अनुप्रयोग
डायाफ्राम इलेक्ट्रोलाइज़र एनोड और कैथोड कक्षों के बीच एक भौतिक बाधा के रूप में एक झरझरा एस्बेस्टोस डायाफ्राम का उपयोग करता है। मुख्य सिद्धांत इलेक्ट्रोलाइट (NaCl समाधान) को गुजरने की अनुमति देने के लिए डायाफ्राम (लगभग 10 ~ 20 माइक्रोन) के छिद्र आकार की चयनात्मकता का उपयोग करना है, जबकि उत्पन्न CL₂ और H₂ गैसों को मिश्रण से रोकना है। एनोड पर, CL⁻ CL₂ (2Cl⁻ - 2 e⁻ → Cl₂ ↑) उत्पन्न करने के लिए इलेक्ट्रॉनों को खो देता है; कैथोड में, H₂o H₂ और OH⁻ (2h₂o + 2 e⁻ → H₂ ↑ + 2 oh⁻) उत्पन्न करने के लिए इलेक्ट्रॉनों को प्राप्त करता है, और OH⁻ Na⁺ के साथ NaOH बनाने के लिए जोड़ता है। क्योंकि एस्बेस्टोस डायाफ्राम Na⁺ के रिवर्स माइग्रेशन को पूरी तरह से अवरुद्ध नहीं कर सकता है, कैथोड में उत्पादित NaOH समाधान में केवल 10 ~ 12% की एकाग्रता के साथ लगभग 1% NaCl होता है, और औद्योगिक जरूरतों को पूरा करने के लिए वाष्पीकरण द्वारा 30% से अधिक पर ध्यान केंद्रित करने की आवश्यकता होती है। इस प्रक्रिया का व्यापक रूप से 20 वीं शताब्दी के मध्य में उपयोग किया गया था। चीन ने एक बार बुनियादी रासायनिक कच्चे माल की कमी की समस्या को हल करने के लिए इस तकनीक पर भरोसा किया था, लेकिन पर्यावरण जागरूकता के सुधार के साथ, इसके निहित दोष धीरे -धीरे उजागर हो गए।

डायाफ्राम विधि की घातक दोष और उन्मूलन प्रक्रिया
डायाफ्राम विधि के तीन मुख्य नुकसान अंततः इसके व्यापक प्रतिस्थापन के लिए नेतृत्व करते हैं:
उच्च ऊर्जा की खपत और कम दक्षता: एस्बेस्टोस डायाफ्राम के उच्च प्रतिरोध के कारण, सेल वोल्टेज 3.5 ~ 4.5V के रूप में अधिक है, और क्षार की प्रति टन बिजली की खपत 3000 ~ 3500 kWh है, जो आयन झिल्ली विधि की तुलना में 40 ~ 70% अधिक है। यह केवल कम बिजली की कीमतों वाले क्षेत्रों के लिए उपयुक्त है;

अपर्याप्त उत्पाद शुद्धता: NaCl युक्त पतला क्षार समाधान को अतिरिक्त वाष्पीकरण और विलवणीकरण की आवश्यकता होती है, जो प्रक्रिया की लागत को बढ़ाता है और उच्च-अंत वाले क्षेत्रों (जैसे कि एल्यूमिना विघटन) में उच्च-शुद्धता NaOH की मांग को पूरा नहीं कर सकता है;
एस्बेस्टोस प्रदूषण संकट: एस्बेस्टोस फाइबर उत्पादन प्रक्रिया के दौरान आसानी से हवा और अपशिष्ट जल में जारी किए जाते हैं। लंबे समय तक जोखिम से फेफड़ों के कैंसर जैसी बीमारियां होती हैं। इंटरनेशनल एजेंसी फॉर रिसर्च ऑन कैंसर (IARC) ने इसे 1987 की शुरुआत में एक कक्षा I कार्सिनोजेन के रूप में सूचीबद्ध किया। 2011 में, चीन ने "औद्योगिक संरचना समायोजन के लिए दिशानिर्देशों" को संशोधित किया, जिसमें स्पष्ट रूप से कहा गया था कि सभी डायाफ्राम कास्टिक सोडा प्लांट्स 2015 तक समाप्त हो जाएंगे, कुल 5 मिलियन टन\/उत्पादन के वर्ष के साथ।

पारा इलेक्ट्रोलिसिस प्रक्रिया: उच्च शुद्धता के पीछे पारा विषाक्तता छिपे हुए खतरे
तकनीकी विशेषताओं और पारा पद्धति की ऐतिहासिक मूल्य
पारा विधि एक बार पारा कैथोड के अनूठे गुणों के कारण उच्च शुद्धता कास्टिक सोडा के उत्पादन के लिए एक "उच्च-अंत प्रक्रिया" थी। इसका सिद्धांत एक मोबाइल कैथोड के रूप में पारा का उपयोग करना है। इलेक्ट्रोलिसिस प्रक्रिया के दौरान, Na⁺ और पारा फॉर्म सोडियम अमलगम (Na-HG मिश्र धातु), और फिर सोडियम अमलगम पानी के साथ 50% उच्च-सांद्रता NaOH (NA-HG + H₂O → NaOH + H₂ ↑ + Hg) उत्पन्न करने के लिए प्रतिक्रिया करता है, जिसका उपयोग सीधे वाष्पशील और एकाग्रता के बिना किया जा सकता है। इस प्रक्रिया का महत्वपूर्ण लाभ यह है कि आउटपुट NAOH बेहद शुद्ध है (NaCl सामग्री<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.

पारा प्रदूषण आपदा और वैश्विक प्रतिबंध प्रक्रिया
पारा विधि का घातक दोष पारा का अपरिवर्तनीय प्रदूषण है:
पारा वाष्प वाष्पीकरण: पारा इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान वाष्प के रूप में बच जाता है, और काम के माहौल में पारा एकाग्रता अक्सर दर्जनों बार दर्जनों से अधिक होती है, जिसके परिणामस्वरूप श्रमिकों के बीच लगातार पारा विषाक्तता की घटना होती है (जैसे कि 1956 में जापान में जापान में मिनमाटा रोग की घटना, जो पारा प्रदूषण के कारण हुई थी);

अपशिष्ट जल डिस्चार्ज खतरों: 10-20 ग्राम पारा के बारे में उत्पादित प्रत्येक टन के लिए खो दिया जाता है, जो पानी के शरीर में प्रवेश करने के बाद मिथाइलमेरकरी में परिवर्तित हो जाता है, और पारिस्थितिकी तंत्र को नुकसान पहुंचाने के लिए खाद्य श्रृंखला के माध्यम से समृद्ध होता है;
रीसाइक्लिंग में कठिनाई: हालांकि पारा आसवन द्वारा पुनर्प्राप्त किया जा सकता है, दीर्घकालिक संचालन अभी भी मिट्टी में अत्यधिक पारा सामग्री की ओर जाता है, और उपचार की लागत अधिक है। मिनामाटा कन्वेंशन (2013) के बल में प्रवेश के साथ, दुनिया के 90% से अधिक देशों ने 2020 तक पारा विधि को चरणबद्ध करने का संकल्प लिया है। दुनिया के सबसे बड़े क्लोर-अल्काली निर्माता के रूप में, चीन ने 2017 में पारा प्रक्रिया पर पूरी तरह से प्रतिबंध लगा दिया, "पारा-कैस्टिक सोडा" प्रदूषण श्रृंखला को पूरी तरह से काट दिया और एक एकल प्रक्रिया को बढ़ावा दिया। आज, भारत और पाकिस्तान जैसे कुछ ही देश अभी भी पारा उत्पादन क्षमता का 5% से कम बरकरार रखते हैं और गंभीर अंतरराष्ट्रीय पर्यावरणीय दबाव का सामना करते हैं।

4। उप-उत्पाद प्रबंधन और संसाधन रीसाइक्लिंग

क्लोरीन का उच्च-मूल्य उपयोग

मूल रसायन: पीवीसी उत्पादन (क्लोरीन मांग का 30-40%) और प्रोपलीन ऑक्साइड संश्लेषण में उपयोग किया जाता है।

उच्च अंत अनुप्रयोग: अर्धचालक नक़्क़ाशी के लिए इलेक्ट्रॉनिक-ग्रेड क्लोरीन (99.999% शुद्धता से अधिक या बराबर) औद्योगिक-ग्रेड क्लोरीन की कीमत से 5-8 गुना कमांड करता है।

आपातकालीन उपचार: आकस्मिक CL, को दो-चरण NaOH स्क्रबर (15-20% एकाग्रता) में अवशोषित किया जाता है, उत्सर्जन सुनिश्चित करता है<1 mg/m³.

हाइड्रोजन वसूली और उपयोग

हाइड्रोक्लोरिक एसिड संश्लेषण: अचार और फार्मास्यूटिकल्स के लिए एचसीएल का उत्पादन करने के लिए CL₂ के साथ प्रतिक्रिया की।

हरित ऊर्जा: शुद्ध हाइड्रोजन ईंधन ईंधन कोशिकाओं या अमोनिया संश्लेषण, एक पौधे के साथ हाइड्रोजन एकीकरण के माध्यम से कार्बन पदचिह्न को 60% तक कम करता है।

सुरक्षा नियंत्रण: हाइड्रोजन पाइपलाइनों में विस्फोटों को रोकने के लिए वास्तविक समय H ₂\/CL₂ शुद्धता निगरानी के साथ लौ गिरफ्तारी और दबाव राहत उपकरण शामिल हैं।

5। प्रक्रिया अनुकूलन और ऊर्जा-बचत प्रौद्योगिकियां

ऑक्सीजन कैथोड प्रौद्योगिकी

सिद्धांत: ऑक्सीजन में कमी के साथ हाइड्रोजन विकास को बदलना सेल वोल्टेज को {{0}}}}} द्वारा कम करता है।<1500 kWh/ton NaOH while co-producing hydrogen peroxide (H₂O₂).

आवेदन: केमिकल टेक्नोलॉजी विश्वविद्यालय के 50, 000- टन\/वर्ष के संयंत्र ने 30% बिजली की बचत हासिल की।

उच्च-वर्तमान घनत्व इलेक्ट्रोलाइजर्स

उन्नति: वर्तमान घनत्व 4 ka\/m k से 6 ka\/m the से बढ़ती है, जो 30%तक बढ़ जाती है, Asahi kasei (जापान) और Thyssenkrupp (जर्मनी) द्वारा व्यवसायिक।

अंकीय परिवर्तन

बुद्धिमान नियंत्रण प्रणाली: AI algorithms optimize current efficiency to >96% और झिल्ली जीवनकाल के साथ भविष्यवाणी करें<5% error, reducing costs by ¥80/ton at one plant.

एआई संचालित निरीक्षण: हांग्जो-आधारित रासायनिक संयंत्र एआई-सुसज्जित रोबोट का उपयोग क्लोरीन सुविधाओं का निरीक्षण करने के लिए करते हैं, टेफ्लॉन ट्यूब रुकावटों का पता लगाने में 99.99% सटीकता प्राप्त करते हैं।

6। पर्यावरणीय चुनौतियां और स्वच्छ उत्पादन प्रौद्योगिकियां

व्यर्थ पानी का उपचार

डिक्लोरिनेशन: वैक्यूम डिक्लोरिनेशन (अवशिष्ट सीएल ₂<50 ppm) and ion exchange recover NaCl with >95% पुन: उपयोग।

शून्य तरल निर्वहन (जेडएलडी): मल्टी-इफ़ेक्ट वाष्पीकरण (MVR) औद्योगिक नमक को क्रिस्टलीकृत करता है, जिसे शिनजियांग और शेडोंग में लागू किया गया है।

निकास गैस उपचार

सल्फ्यूरिक एसिड धुंध नियंत्रण: Electrostatic precipitators (>99% दक्षता) और गीला स्क्रबिंग GB 16297-2025 उत्सर्जन मानकों से मिलते हैं।

पारा प्रदूषण रोकथाम: कम-मर्करी उत्प्रेरक को बढ़ावा दिया जाता है, युन्नान नमक और होहुआ युहांग के साथ पारा-मुक्त उत्प्रेरक आर एंड डी के लिए राज्य वित्त पोषण प्राप्त होता है।

ठोस अपशिष्ट प्रबंधन

झिल्ली पुनरावर्तन: Closed-loop recovery of precious metals (titanium, ruthenium) achieves >98% दक्षता।

नमक कीचड़ का उपयोग: कार्बाइड स्लैग के 100% व्यापक उपयोग के साथ निर्माण सामग्री या लैंडफिल कवर में उपयोग किया जाता है।