13035

مباني و تحليل زيست محيطي فرآيند كلرآلكالي

1401

دكتر سوسن روشن ضمير

دكتر عليرضا همتي -دكتر رهبر(داوران سمينار بودند)

فرآيند كلرآلكالي به عنوان يك فرآيند الكتروليتي (الكتروليز) از قرن نوزدهم بطور گسترده براي توليد كلر و هيدروكسيد سديم در آمريكا، اروپاي غربي و ژاپن مورد استفاده قرار گرفته است. در اين راستا سه فرآيند الكتروليتي شامل سل ديافراگمي، سل جيوهاي و سل غشايي بكار گرفته شدند. دو فرآيند اول طي صد سال مورد استفاده قرار گرفتند و سل غشايي از دهه 60 توسعه داده شد. دو فرآيند اول به علت اثرات مخرب زيست محيطي و استفاده از آزبست و جيوه كنار گذاشته شدند. فرآيند سل غشايي به عنوان روش برتر ازجهت بازدهي انرژي و عدم انتشار مواد شيميايي مضر مورد توجه قرار گرفت. رايجترين نوع فرآيند كلرآلكالي، الكتروليز محلول سديم كلرايد در يك سلول غشايي است. در واقع اين غشا از عبور يونهاي كلريد با بار منفي ممانعت كرده و عبور يونهاي سديم با بار مثبت را تسهيل ميكند و از اين رو به نام غشاهاي تبادل كاتيون موسوم است. محصوالت اصلي در فرآيند الكتروليز سديم كلرايد كلر، هيدروژن و سديم هيدروكسيد ميباشند و محصوالت گازي به آساني در باالي سل الكترواليزر جمع آوري ميشوند. توليد اين محصوالت بر اساس فرآيند الكتروليز غشايي عالوه بر حذف جيوه، مزاياي قابل توجه ديگري دارد كه عبارتند از: • كاهش 30-25 ٪ انرژي برق مصرفي • حذف آلودگي ناشي از محصوالت كلر، سود سوز آور و هيدروژن از جيوه • كاهش هزينههاي مربوط به تعميرات سل و ساعات كاهش توليد • امكان افزايش ظرفيت توليد در شرايط مشابه نسبت به ديگر سلها • افزايش طول عمر سلهاي الكترواليزر • كاهش مساحت مورد نياز جهت نصب سلها • نياز به نيروي انساني كمتر كاهش مصرف انرژي در صنعت كلرآلكالي از نظر اقتصادي و زيستمحيطي از اهميت بااليي برخوردار است. به طوري كه حدود %74 قيمت محصوالت كلرآلكالي مشمول قيمت انرژي الكتريكي مصرفي توسط اين فرايند ميشود. ذخيره %14 انرژي توسط فرايند كلرآلكالي غشايي پيشرفته فرصتي استثنايي جهت دستيابي به جايگاه مناسب در بازار رقابت را فراهم مينمايد. گاهي نيز مطالعه اين فرآيند با هدف بررسي رفتار گذرا و پايدار سيستم توليد كلر از طريق مدلسازي فرآيند و شبيهسازي آن انجام ميشود. واحدهاي كلرآلكالي جزء مواردي هستند كه بايد قبل از استقرار حتما ارزيابي اثرات زيستمحيطي براي آنها انجام شود تا اثرات اين واحدها برمبناي شرايط فيزيكي، بيولوژيكي واقتصادي و اجتماعي محل برآورد گردد. صنعت كلرآلكالي به عنوان عمدهترين منبع رهاسازي جيوه به محيط زيست معرفي شده است. واحدهايي كه با سلهاي جيوه كار ميكنند، سبب آلودگي هوا با انتشار جيوه به جو، آلودگي خاك با توليد پسماندهاي جامد، آلودگي آب و جانداران آبزي با پساب خروجي و آلودگي محصوالت ميگردند. البته هنوز استاندارمشخص در زمينه ي حد مجاز جيوه در محيط زيست (آب، هوا و خاك) منتشر نشده است. پاكترين و يكي از نوترين فرآيند توليد صنعتي كلر، فرآيند كلرآلكالي الكتروليز آب نمك (محلول آبي سديم كلريد) در يك سلول غشايي است. از آنجا كه تقاضا براي بهرهوري انرژي و فرآيندهاي سازگار با محيط زيست در صنعت رو به افزايش است، غشاهاي تبادل يوني به شدت در فرآيند كلروآلكالي مورد توجه قرار گرفتهاند. يكي از منابع انرژي احتمالي براي اين فرآيند، انرژيهاي تجديد پذير ميباشد كه نوسانات شديد و رفتار بسيار غير قابل پيشبيني را نشان ميدهد. از اين نظر رفتار ديناميكي فرآيند براي اندازه گيري و پيشبيني امكانسنجي فرآيند اهميت پيدا ميكند. مدل دقيق تعادل مواد و تعادل ولتاژ فرآيند بررسي ميشوند. پديدههاي انتقال مواد درون الكتروليزر با در نظر گرفتن تعدادي از نيروهاي محرك مدلسازي ميشوند. همچنين مدل توسعهيافته ولتاژ و چگالي جريان سلول را پيشبيني ميكنند و شبيهسازي فرآيند با دادههاي تجربي مقايسه ميشود. يكي از راه حلهاي جديد براي كاهش مصرف انرژي جايگزيني كاتد استاندارد هيدروژن در فناوري غشا توسط كاتد قطبي نشده اكسيژن )ODC( در نظر گرفته شده است. تأثيرات زيستمحيطي روشهاي جديد بايد در فرآيند، تجزيه و تحليل شود تا ارزيابي مناسبي در رابطه با به كارگيري آنها صورت گيرد. گاز كلر و سديم هيدروكسيد در ميان ده محصول شيميايي پركاربرد در جهان به شمار مي¬آيند. از طرفي كاهش مصرف انرژي در صنعت كلرآلكالي از نظر اقتصادي و زيست¬محيطي،از اهميت بالايي برخوردار است. از اين رو شبيه¬سازي و تحليل اين فرايند به منظور كاهش مصرف انرژي، هزينه و اثرات مخرب زيست¬محيطي بسيار حائز اهميت مي¬باشد.

12/6/2023 12:00:00 AM

81692

1402/11/02

Fundamentals and environmental assessment of the chlor-alkali process

كلرآلكالي , سل غشايي , بهينه سازي انرژي , سل ديافراگمي , سل جيوه اي

LCA , chlor-alkali , Diaphragm , Mercury process , Membrane process