Xenode
برند ایرانی تولیدکننده انواع آندهای MMO

 


صنعت کلرآلکالی

مقدمه

فرایند کلر-آلکالی یک نقش غالب و بی ‌بدیل در صنعت شیمی بازی می‌ کند چون محصولات آن، در بیش از 50  % همه فرایندهای شیمیایی صنعتی استفاده می ‌شوند. اصطلاح کلر-آلکالی به دو ماده شیمیایی (گاز کلر و یک محلول قلیایی) اشاره دارد که به طور همزمان با الکترولیز آب نمک تولید می ‌شوند. حدود 97  % گاز کلر و 100  % سودسوزآور در جهان از طریق این فرایند تولید می ‌شوند. ظرفیت تولید کلر-آلکالی جهانی در سال 2008، 8/62 میلیون تن در چین بوده که چین را به عنوان بزرگترین تولید کننده و مصرف کننده محصولات کلر-آلکالی تبدیل کرده است. آندهای مخلوط اکسید فلزی (MMO) به دلیل پایداری و اورپتانسیل پایین آنها به طور گسترده ‌ای در صنعت کلر-آلکالی استفاده می ‌شوند.

 

فرایند کلر-آلکالی

 

 مکانیزم کلرآلکالی

الکترولیز کلر-آلکالی شامل دو نیم-واکنش: واکنش تصاعد هیدروژن روی سطح کاتد و واکنش تصاعد کلر روی سطح آند که به همراه تشکیل هیدرواکسید سدیم در الکترولیت می شود.

شکل 1_ شماتیک سل کلر-آلکالی با غشاء تبادل یونی

 

انواع الکترولایزرهای تولید کلر-آلکالی

3 نوع فرایند الکترولیتی در تولید گاز کلر و هیدواکسید سدیم استفاده می ‌شوند: فرایند سل دیافراگمی، فرایند سل جیوه‌ای و فرایند سل غشایی.

- سل دیافراگمی

در اواخر سال 1880 تا 1890 کارخانه‌ های دیافراگمی تجاری شروع به کار کردند. پیشرفت ‌های پیوسته تا سال 1920 ادامه یافت. ماده عمده مورد استفاده در سل دیافراگمی پنبه نسوز ]1 [بود و تا 80 سال بعد نیز ادامه یافت. در فرایند سل دیافراگمی، پنبه نسوز یا مواد مناسب دیگر برای جدا کردن سودسوزآور از گاز کلر استفاده می ‌شوند. سل دیافراگمی حدود 12  % محلول سودسوزآور تولید می ‌کند اما مهمترین عیب آن مقدار نمک بالا در سودسوزآور است. به دلیل ملاحضات هزینه (چگالی جریان)، از سال 1970، زیرلایه تیتانیم پوشش داده شده با یک لایه کاتالیستی از مخلوط اکسید فلزی (MMO) توسعه یافت. این آندها به صورت موفقیت آمیزی با طول عمر بالا و ولتاژ سل پایین استفاده شده ‌اند. این آندها به عنوان آندهای دارای پایداری ابعادی شناخته می ‌شوند و توسط همه تامین کننده‌های تکنولوژی استفاده می ‌شوند.

- سل جیوه ای

سل جیوه‌ای کاستنر-کلنر ]2 [در سال 1892 شروع به کار کرد. سل جیوه‌ای از سل دیافراگمی تا حدی متفاوت است. سلول جیوه از یک الکترولیزر و یک صاف کننده یا تجزیه کننده تشکیل شده است. فرایند سل جیوه‌ای برای تولید سود سوزآور با بالاترین کیفیت شناخته می‌ شود. اما عیب عمده آن وجود جیوه در محصولات آن است. به دلیل طبیعت آلوده کننده آن و حذف جیوه، هیچ سل جیوه ‌ای جدیدی در جهان راه اندازی نشده است.

- سل غشایی

ژاپن نخستین کشور تولید کننده عمده کلر-آلکالی با استفاده کامل از سل غشایی است. مصرف انرژی در سل غشایی کمترین مقدار در مقایسه با سایر تکنولوژی ‌ها است. اصل کلیدی در فرایند غشایی نفود انتخابی در غشا است. غشا تنها اجازه عبور اجزای خاصی را می ‌دهد. غشا تبادل-یونی سمت کاتدی و سمت آندی را تفکیک می ‌کند.

 

 کاربردها

تولید گاز کلر می‌ تواند یک شاخص برای توسعه صنعت شیمیایی یک کشور باشد. سدیم هیدرواکسید و گاز کلر در تولید مواد شوینده، علف کش ‌ها، سموم دفع آفات، داروها، پلاستیک‌ ها و صابون ها استفاده می ‌شوند. بزرگترین زمینه مورد استفاده برای کلر در ساخت پلی وینیل کلراید است، در حالی که بیشترین کاربرد آن در مواد شیمیایی غیر آلی تولید دی اکسید تیتانیوم است. در مولکول پلی وینیل کلراید، بیش از نیمی از وزن آن از کلر است. تولید برخی از پلاستیک ‌ها مانند پلی اورتان‌ها و رزین‌های اپوکسی که در مولکول خود کلر ندارند نیز به فرآیند کلر نیاز دارند. افزون بر این، گاز هیدروژن به عنوان محصول جانبی فرایند کلر-آلکالی می‌تواند تقاضای افزاینده برای سوخت هیدروژنی در سل سوخت وسایل نقلیه را فراهم سازد.

مصرف انرژی و چالش‌های زیست محیطی

صنعت کلر-آلکالی در بین فرایندهای با بالاترین مصرف انرژی و تصاعد گاز آلوده کننده قرار دارد که اثری جدی روی محیط زیست و زندگی انسان دارد. که برای حذف سل جیوه‌ای نسل جدیدی از غشاهای تبادل یونی توسعه یافته است. چنانچه الکترولیز سدیم کلرید، بزرگترین مقیاس سنتز الکتریکی و مصرف کننده الکتریسیته است به طوری که چنین کارخانه‌ هایی نزدیک نیروگاه برق و منابع نمک ساخته می ‌شدند. بنابراین کاهش مصرف انرژی یکی از چالش ‌های اساسی تولید کلر-آلکالی است. یکی از مسائل مهم در کاهش مصرف انرژی، استفاده از آندهای دارای پایداری ابعادی (MMO) جهت کاهش تولید اکسیژن به عنوان محصول جانبی (افزایش بازدهی) و کاهش پتانسیل برای تصاعد گاز کلر بوده است.

 


1.Asbestos

2.Castner–Kellner mercury cell

 


 

گالری تصاویر
  • 1
  • 2