Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

Βιομηχανία χλωρίου - αλκάλεως Δημήτριος Τσιπλακίδης Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών - Κατεύθυνση : « Φυσική Χημεία Υλικών και Ηλεκτροχημεία »

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Παρουσίαση με θέμα: "Βιομηχανία χλωρίου - αλκάλεως Δημήτριος Τσιπλακίδης Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών - Κατεύθυνση : « Φυσική Χημεία Υλικών και Ηλεκτροχημεία »"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Βιομηχανία χλωρίου - αλκάλεως Δημήτριος Τσιπλακίδης Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών - Κατεύθυνση : « Φυσική Χημεία Υλικών και Ηλεκτροχημεία »

2 Βιομηχανία χλωρίου - αλκάλεως : εισαγωγή  Ηλεκτρόλυση υδατικού διαλύματος χλωριούχου νατρίου (συνήθως άλμη από φυσικά ορυχεία) για παραγωγή:  Χλωρίου (6.5  10 7 ton year -1 )  Yδροξειδίου του νατρίου ~50% w/v (καυστική σόδα) και  Υδρογόνου Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών - Κατεύθυνση : « Φυσική Χημεία Υλικών και Ηλεκτροχημεία » Άνοδος: 2Cl -  Cl 2 + 2e - Κάθοδος: 2Η 2 Ο + 2e -  H 2 + 2OH -

3 Βιομηχανία χλωρίου - αλκάλεως : εισαγωγή  Σημασία της βιομηχανίας χλωρίου-αλκάλεως για την ηλεκτροχημεία:  Εφαρμόζεται σε μεγάλη-βιομηχανική κλίμακα  Είναι από τις πιο παλιές ηλεκτροχημικές βιομηχανικές διεργασίες  Υπάρχουν τρεις διαφορετικές τεχνολογίες  Έχουν επιτευχθεί σημαντικές τεχνολογικές εξελίξεις στην διεργασία καθοδηγούμενες από:  επιστημονικές καινοτομίες (π.χ. ανάπτυξη διεργασιών μεμβράνης)  οικονομικούς λόγους (μείωση ενεργειακού κόστους)  κοινωνικές πιέσεις (έλεγχος ρύπανσης και ασφάλειας διεργασίας) Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών - Κατεύθυνση : « Φυσική Χημεία Υλικών και Ηλεκτροχημεία »

4 Βιομηχανία χλωρίου - αλκάλεως : εισαγωγή Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών - Κατεύθυνση : « Φυσική Χημεία Υλικών και Ηλεκτροχημεία »  Κύριες χρήσεις Cl 2 και NaOH  Πρώτη βιομηχανική εφαρμογή : 1890!  Η διεργασία χλωρίου - αλκάλεως αποτελεί συνήθως κομμάτι της κύριας χημικής βιομηχανίας 10 6 ton Cl 2 /year 10 4 ton Cl 2 /year ton Cl 2 /year

5 Βιομηχανία χλωρίου - αλκάλεως : εισαγωγή Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών - Κατεύθυνση : « Φυσική Χημεία Υλικών και Ηλεκτροχημεία »

6 Ηλεκτρόλυση άλμης Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών - Κατεύθυνση : « Φυσική Χημεία Υλικών και Ηλεκτροχημεία »  Για την κάλυψη της ετήσιας παραγωγής ( 3.5  10 7 ton) σε χλώριο απαιτούνται:  Επιφάνεια ανόδου: 2 km 2  Ηλεκτρική ενέργεια: 10 8 MWh  Βιομηχανική εφαρμογή  Απλή σχεδίαση κελιών χαμηλού κόστους  Μεγάλη πυκνότητα ρεύματος  Υψηλή απόδοση ρεύματος (ελαχιστοποίηση παρασιτικών αντιδράσεων-ρευμάτων)  Μικρή κατανάλωση ισχύος (kWh ton -1 )  Μεγάλη απόδοση ρεύματος  Χαμηλό δυναμικό κελιού

7 Ηλεκτρόλυση άλμης Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών - Κατεύθυνση : « Φυσική Χημεία Υλικών και Ηλεκτροχημεία »  E cell = E C – E A - |η A | - |η C | - iR cell - iR circuit  Ηλεκτρόδια με χαμηλή υπέρταση προς τις επιθυμητές αντιδράσεις και μεγάλη υπέρταση ως προς τις πιθανές ανταγωνιστικές δράσεις  Ανάπτυξη μεμβρανών χαμηλής αντίστασης, ηλεκτροδίων που περιορίζουν τον σχηματισμό φυσαλίδων, μείωση των διάκενων Δυναμικά ισορροπίας για τις ηλεκτροδιακές δράσεις σε ένα κελί χλωρίου - αλκάλεως -2.15V ( κελιά μεμβράνης ή διαφράγματος ) -3.16V ( κελιά υδραργύρου )

8 Ηλεκτρόλυση άλμης : ηλεκτρόδια Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών - Κατεύθυνση : « Φυσική Χημεία Υλικών και Ηλεκτροχημεία »  Άνοδος : έκλυση χλωρίου σε χαμηλή υπέρταση, με περιορισμό στην ηλεκτρόλυση του νερού προς οξυγόνο ( θερμοδυναμικά ευνοούμενη αντίδραση )  Μεγάλη (τραχειά) επιφάνεια  Σταθερότητα  Διαθεσιμότητα  Δυνατότητα επεξεργασίας ή εναπόθεσης σε υπόστρωμα (π.χ. χάλυβας, νικέλιο, τιτάνιο) Άνθρακας η =500 mV ρυθμός κατανάλωσης : 2-3 kg ton -1 Ε π ιστρώματα ευγενών μετάλλων σε αδρανή υ π οστρώματα (π χ Pt σε Ti ) η↓ 100 mV ρυθμός κατανάλωσης : g ton -1 Dimensionally Stable Anodes (DSA) η <50 mV •TiO 2, PdO 2, M x Co 3-x O 4 (0

9 Ηλεκτρόλυση άλμης : ηλεκτρόδια Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών - Κατεύθυνση : « Φυσική Χημεία Υλικών και Ηλεκτροχημεία »  Κάθοδος : έκλυση υδρογόνου σε αλκαλικά διαλύματα με χαμηλή υπέρταση Χάλυβας η = mV Ε π ιστρώματα ευγενών μετάλλων και κραμάτων Ni η =50 mV Μείωση ενεργειακής κατανάλωσης κατά 10% 2Η 2 Ο + 2e -  H 2 + 2OH -

10 Ηλεκτρόλυση άλμης : μεμβράνες Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών - Κατεύθυνση : « Φυσική Χημεία Υλικών και Ηλεκτροχημεία »  Αγωγός ιόντων νατρίου (όχι Η + ) χωρίς την μεταφορά ιόντων χλωρίου (οδηγεί σε μόλυνση του διαλύματος NaOH από Cl - ) ή ιόντων υδροξυλίου (κατανάλωση NaOH)  Χαμηλή αντίσταση  Σταθερότητα σε υδατικά διαλύματα Cl 2 και 50% NaOH για μεγάλο χρονικό διάστημα Κατιονικές μεμβράνες Ισχυρού οξέος Ασθενούς οξέος Μέγιστη συγκέντρωση NaOH 15% 30-40%

11 Ηλεκτρόλυση άλμης : μεμβράνες Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών - Κατεύθυνση : « Φυσική Χημεία Υλικών και Ηλεκτροχημεία »  Διστοιβαδικές Μεμβράνες

12 Τεχνολογίες κελιών : υδραργύρου Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών - Κατεύθυνση : « Φυσική Χημεία Υλικών και Ηλεκτροχημεία » Άνοδος: 2Cl -  Cl 2 + 2e - Κάθοδος: Na + + Hg + e -  NaHg 2NaHg + 2H 2 O  H 2 + 2Na + + 2OH - + 2Hg (υδρόλυση) Ε rev =-3.16 V E cell =-4.50 V μηχανισμός τύπου διάβρωσης ( μηδενικό συνολικό ρεύμα )

13 Τεχνολογίες κελιών : υδραργύρου Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών - Κατεύθυνση : « Φυσική Χημεία Υλικών και Ηλεκτροχημεία »

14 Τεχνολογίες κελιών : υδραργύρου Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών - Κατεύθυνση : « Φυσική Χημεία Υλικών και Ηλεκτροχημεία »  Τυπική βιομηχανική μονάδα  Αριθμός κελιών: 100  Δυναμικό διάταξης: 480 V  Ρεύμα: Α cm -2 (180 – 315 kA)  Απαιτούμενη ισχύς: 80 – 160 MW  Παραγωγή: ton Cl 2 year -1 ICI Chemicals and Polymers Ltd.

15 Τεχνολογίες κελιών : διαφραγματικά Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών - Κατεύθυνση : « Φυσική Χημεία Υλικών και Ηλεκτροχημεία »  Διάφραγμα: άσβεστος (αμίαντος)  Προβλήματα  Διάχυση όλων των ιόντων (όχι μόνο Na + )  Cl - μεταφέρονται στην κάθοδο  η παραγόμενη καυστική σόδα περιέχει μεγάλη ποσότητα Cl -  Η συγκέντρωση των ΟΗ - που σχηματίζεται στην κάθοδο πρέπει να είναι <12%* για τον περιορισμό της διάχυσης προς την άνοδο  υδρόλυση Cl -, παραγωγή Ο 2  συμπύκνωση  Ωμικές υπερτάσεις (iR drop)  1.2 – 1.6 V κυρίως λόγω του διαφράγματος ( Α  cm -2 )  Η ωμική υπέρταση αυξάνει με τον χρόνο λόγω εναπόθεσης Ca(OH) 2, Mg(OH) 2  Περιορισμένος χρόνος ζωής άσβεστου  αντικατάσταση σε τακτά διαστήματα 2Cl -  Cl 2 + 2e - 2Η 2 Ο + 2e -  H 2 + 2OH - * απαίτηση για ενσωμάτωση συμπυκνωτή στην διεργασία για παραγωγή NaOH συγκέντρωσης ~50% w/v

16 Τεχνολογίες κελιών : διαφραγματικά Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών - Κατεύθυνση : « Φυσική Χημεία Υλικών και Ηλεκτροχημεία »

17 Τεχνολογίες κελιών : μεμβράνης Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών - Κατεύθυνση : « Φυσική Χημεία Υλικών και Ηλεκτροχημεία »  Διάφραγμα: κατιονική μεμβράνη  Επιτρέπουν την διέλευση κατιόντων μόνο  ελαχιστοποίηση μόλυνσης  Παραγωγή NaOH σε συγκεντρώσεις ~35-40%  Η συμπύκνωση (εξάτμιση) στο 50% απαιτεί 12% της ενέργειας που απαιτείται για 10%  50%!  Υψηλή πυκνότητα ρεύματος ( Α  cm -2 )

18 Τεχνολογίες κελιών : μεμβράνης Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών - Κατεύθυνση : « Φυσική Χημεία Υλικών και Ηλεκτροχημεία »

19 Τεχνολογίες κελιών : σύγκριση Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών - Κατεύθυνση : « Φυσική Χημεία Υλικών και Ηλεκτροχημεία »  Βιομηχανικές μονάδες

20 Τεχνολογίες κελιών : σύγκριση Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών - Κατεύθυνση : « Φυσική Χημεία Υλικών και Ηλεκτροχημεία »  Κόστος επένδυσης  Κόστος κελιών, εξοπλισμού ελέγχου, βοηθητικός εξοπλισμός για καθαρισμό άλμης, υγροποίηση παραγόμενων αερίων, συμπύκνωση NaOH σε 50%, επεξεργασία εκροών…  Κόστος λειτουργίας  Κόστος εργασίας (ανάλογα με την πολυπλοκότητα της διεργασίας και, κυρίως, της σταθερότητας των υλικών)  Προστιθέμενη αξία κατά την διάρκεια της διεργασίας  Κόστος πρώτων υλών, καθαρότητα προϊόντων  Ενεργειακό κόστος  Επιλογή  Εκτίμηση κόστους  Περιβαλλοντικοί λόγοι Ηλεκτρόλυση Ηλεκτρόλυση + συμπύκνωση

21 Βιβλιογραφία Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών - Κατεύθυνση : « Φυσική Χημεία Υλικών και Ηλεκτροχημεία »  “ Industrial Electrochemistry”, Derek Pletcher and Frank C. Walsh, Chapman and Hall (1990)  “Industrial Organic Chemistry”, K. Weissermel and H.-J. Arpe, Wiley-VCH (2003)  “Introduction to Industrial Chemistry”, Howard L. White, Wiley- Interscience (1986)  “Electrochemistry”, Carl H. Hamann, Andrew Hamnett and Wolf Vielstich, Wiley-VCH (2007)  The Chlorine Institute,  Chlorine Online,


Κατέβασμα ppt "Βιομηχανία χλωρίου - αλκάλεως Δημήτριος Τσιπλακίδης Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών - Κατεύθυνση : « Φυσική Χημεία Υλικών και Ηλεκτροχημεία »"

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Διαφημίσεις Google