بخشی از مقاله
خلاصه:
واحد کلر آلکالی با تولید گاز کلر و سود سوزآور، بعنوان یکی از واحدهای مهم شرکت پتروشیمی آبادان می باشد. کلر و سود سوزآور تولیدی، حاصل الکترولیز نمک طعام میباشد و از آنجا که در این فرآیند عنصر جیوه استفاده میگردد و امکان نشت جیوه در قسمتهای مختلف واحد وجود دارد، سبب بروز مشکلات زیست محیطی فراوانی گردیده است.
از این رو با توجه به الزامات جهانی و زیست محیطی جهت حذف جیوه از طبیعت و جلوگیری از هدر رفتن مقادیر زیاد جیوه و همینطور مشکلات واحد از جمله خوردگی شدید به سبب وجود آب نمک و کلر و کاستیک، مشکلات تصفیه و خالص سازی نمک، مستعمل شدن تجهیزات و بالا بودن مصرف برق ، طراحی سل های الکترولیز جیوه ای ، شرکت پتروشیمی آبادان ملزم به تغییر فرآیند واحدکلرآلکالی از سل جیوه ایی به غشایی بوده و تاخیر در این امر منجر به خسارتهای جبران ناپذیری از نظر مسائل زیست محیطی و اقتصادی خواهد شد. در این مقاله به بررسی و مقایسه انواع فرآیندهای تولید گاز کلر پرداخته و پس از ارزیابی آنها از جهات مختلف ، فرآیند تولید کلر آلکالی به روش الکترولیز غشایی که روشی کاملا نوین است به منظور تغییر واحد کلر آلکالی شرکت پتروشیمی آبادان انتخاب میگردد.
با توجه به اینکه محصول اصلی واحد کلر آلکالی گاز کلر است، و نیز یکی از مواد اولیه جهت تولید EDC می باشد، بنابر این محصول تولیدی واحد کلر آلکالی به عنوان یکی از مواد اولیه واحد DC جهت تولید اتیلن دی کلراید استفاده میشود. بنابراین این واحد از اهمیت ویژه ای برخوردار است .
1 مقدمه
با پیدایش فرآیندهای تولید سودسوزآور و گاز کلر به روش الکترولیز جیوه ایی و شناسایی اثرات زیان بار مصرف جیوه و مشکلات مربوط به آن چه به لحاظ زیست محیطی و چه از منظر اقتصادی، هم اکنون استفاده از فرآیند جیوه ایی یکی از معضلات و دغدغه های مهم پیش روی صنایع بالخصوص صنعت پتروشیمی شده است و کشورها در صدد حذف فرآیند جیوه ایی و استفاده از روش غشایی می باشند.
در فرآیند غشایی علاوه بر حذف استفاده از جیوه مزایای زیر را در پی دارد:
- کاهش 25 الی 30 درصد انرژی - برق - مصرفی
- حذف آلودگی محصولات کلر، سودسوزآور و هیدروژن از جیوه
- کاهش تعمیرات سلها و ساعات کاهش تولید
- امکان افزایش ظرفیت تولید در شرایط مشابه نسبت به سلهای جیوه ایی
- افزایش طول عمر سلهای الکترولیز
- کاهش مساحت مورد نیاز جهت نصب سلها
- نیاز به نیروی انسانی کمتر
.2 فرآیند های تولید گاز کلر:
صنعت کلر آلکالی جزء صنایعی محسوب می شود که هدف آن تولید گاز کلر و مواد قلیایی، هیدروکسید سدیم و یا هیدروکسید پتاسیم بوسیله الکترولیز محلول های نمکی است.فناوری های اصلی بکار گرفته شده در این صنعت ، سلهای الکترولیز جیوه ای ، دیافراگمی و غشایی می باشدکه عمدتاً از کلرید سدیم بعنوان خوراک استفاده میشود.فرآیند سل جیوه ایی و فرآیند سل دیافراگمی قدیمی تر و فرآیند سل غشایی تکنولوژی جدیدتری است.[
.1-2 فرآیند سل جیوه ایی:
فرآیند سلهای جیوه از سال 1892 در اروپا بکار گرفته شد. در سل آب نمک خالص و اشباع شده حاوی تقریبا 25 درصد وزنی کلرید سدیم از طریق یک کانال بلند که یک شیب افقی کاملاً ملایم دارد جریان می یابد. در انتهای این کانال فیلم نازکی از جیوه هم جهت با جریان آب نمک جریان می یابد که در فضای بالا و نزدیک کاتد تجهیزات آند بصورت معلق قرار گرفته است.
جریان سل ، آب نمک عبوری از فضای کم بین الکترودها را تجزیه کرده و گاز کلر را در آند و سدیم فلزی را در کاتد آزاد می کند. گاز کلر در بالای تجهیزات کلر جمع شده و به مرحله تخلیص هدایت می شود. سدیم فلزی آزاد شده در کاتد ، به محض آزاد شدن در کاتد ، با فلز جیوه تشکیل یک ملغمه می دهد. ملغمه مایع از سل الکترولیت به سمت راکتور جدا کننده که تجزیه کننده نامیده می شود هدایت شده و سپس در حضور کاتالیست گرافیت به منظور تشکیل گاز هیدروژن و هیدروکسید سدیم با آب واکنش می دهدجیوه. عاری از سدیم مجدداً به سل الکترولیز برگشته و مجدداً مصرف می شود
.2-2 فرآیند سل دیافراگمی:
در روش سل دیافراگمی، محلول سدیم کلراید برای تولید کلر در الکترود مثبت - آند - الکترولیز میگردد و در همین حال سدیم هیدروکسید و هیدروژن در الکترود منفی - کاتد - تولید میشوند .به منظور جلوگیری از واکنش سدیم هیدروکسید و هیدروژن با کلر، محفظه آند و کاتد توسط یک دیافراگم متخلخل از یکدیگر جدا میشوند .محصول این روش گاز کلر، گاز هیدروژن و محلولی از مخلوط سدیم هیدروکسید و سدیم کلراید است.
محلولی تقریباً سیر شده از آب نمک وارد محفظه آندی میشود که از طریق دیافراگم به کاتد نیز وارد میشود .با اکسایش آنیونهای کلر در آند، گاز کلر تولید میشود.گاز هیدروژن و آنیونهای هیدروکسید در کاتد تولید میشوند .کاتیون سدیم، با عبور از دیافراگم وارد کاتد میشود و محلولی حاوی 12 تا 14 سدیم هیدروکسید میسازد .آنیونهای کلر نیز از دیافراگم عبور میکنند که موجب حضور حدود 13 سدیم کلراید همراه سدیم هیدروکسید میشود .پس از تغلیظ ، این مخلوط از طریق تبخیر، محلولی حاوی 54 سدیم هیدروکسید تولید میشود .نمک جدا شده نیز که به صورت جامد رسوبمیدهد مجدداً به چرخه مصرف بازگردانده میشود.
از تکنولوژی سل دیافراگمی امروزه نیز استفاده می شود، اما به علت اینکه در سل های دیافراگمی از پنبه نسوز استفاده میگردد ، روش الکترولایزر غشایی نسبت به این روش ارجحیت دارد.یکی از پارامترهای مهم دیگر در انتخاب سل های غشایی مقرون به صرفه بودن آنهاست.
.3-2 فرآیند سل غشایی :
در سال 1970 توسعه غشاهای تبادل یونی فناوری جدیدی را برای تولید گاز کلر مهیا نمود. اولین غشاهای تبادل یونی در آغاز دهه 1970 توسط شرکت - Nafion - DU Pont و بدنبال آن Asahi Glass Flemino توسعه یافتند. در این فرآیند آند و کاتد توسط یک غشاء هدایت کننده یون و غیر قابل نفوذ توسط آب از یکدیگر جدا می شوند . محلول آب نمک از بخش آند عبور کرده و یون های کلرید به گاز کلر اکسیده میشود. یونهای سدیم به سمت کاتد که در آن محلول سود جریان دارد هدایت می شوند.
آب بدون املاح اضافه شده به جریان کاتولیت هیدرولیز شده و گاز هیدروژن و یونهای هیدروکسید آزاد می کند. یونهای هیدروکسید و سدیم با هم ترکیب شده و تشکیل سود سوز آور میدهند که غلظت آن بوسیله گردش جریان سود قبل از تخلیه شدن از سل معمولاً بین 32 تا 35 درصد نگه داشته می شود. غشاء موجود از مهاجرت یونهای کلرید از آند به کاتد جلوگیری می نمایدجنس. کاتد بکار رفته در سلهای غشایی معمولاً فولاد ضد زنگ و یا نیکل است.
کاتد اغلب با کاتالیستی پوشش داده می شود که پایدارتر از جنس پایه بوده و باعث افزایش سطح تماس و کاهش ولتاژ اضافی می شود .مواد پوشش دهنده عبارتند از مخلوط Ni-S , AL-Ni , Ni-Nio و یا مخلوط فلزات گروه نیکل و پلاتین. آند مصرفی نیز از جنس فلز می باشد.غشاهای بکار رفته در صنعت کلر آلکالی معمولاً از پلیمرهای پرفلورینه ساخته می شوند.برای تقویت قدرت مکانیکی غشا معمولاً با الیاف PTFE تقویت میشوند، همچنین غشاء هنگامی که در معرض گاز کلر در یک سمت و محلول سود در طرف دیگر قرار می گیرد باید، کاملاً پایدار باشد. عمر اقتصادی غشاهای کلر آلکالی تقریباً سه سال بوده ، اما بین 2 تا 5 سال متغیر است
