مقایسه فرآیند الکترولیز در سلهای جیوه ای با سل های غشایی

مقدمه
با پیداش فرآیندهای تولید سودسوزآور و گاز کلر به روش الکترولیز جیوه ایی و شناسایی اثرات زیانبار مصرف جیوه و مشکلات مربوط به آن چه به لحاظ زیست محیطی و چه از منظر اقتصادی، هم اکنون این 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 نیز در پی دارد:
- کاهش 25 الی 30 درصد انرژی (برق) مصرفی
- حذف آلودگی محصولات کلر – سودسوزآور و هیدروژن به 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

فرآیند های تولید گاز کلر:
صنعت کلر آلکالی جزو صنایعی محسوب می شود که هدف آن تولید گاز کلر و مواد قلیایی، هیدروکسید سدیم و یا هیدروکسید پتاسیم بوسیله الکترولیز محلهای نمکی است.
فناوری های اصلی بکار گرفته شده در این صنعت سلهای الکترولیز جیوه ای، دیافراگمی و غشایی است که عمدتاً از کلرید سدیم بعنوان خوراک استفاده می کنند.
فرآیند سل دیافراگمی و فرآیند سل جیوه ایی قدیمی تر و فرآیند سل غشایی تکنولوژی جدیدتری است.

فرآیند سل جیوه ایی:
فرآیند سلهای جیوه از سال 1892 در اروپا بکار گرفته شد.
در سل آب نمک خالص و اشباع شده حاوی تقربیاً 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 در فضای بالا و نزدیک کاتد تجهیزات آند بصورت معلق قرار گرفته است.
جریان الکتریکی جریان یافته در 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 آژاد 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 در آنجا در حضور کاتالیست گرافیت به منظور تشکیل گاز هیدروژن و هیدروکسید سدیم با آب واکنش می دهد- جیوه عاری از سدیم مجدداً به سل الکترولیز برگشته و مجدداً مصرف می شود.

فرآیند غشایی
در دهه 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 شده اند – 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 شود 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 تا سود تولید کنند 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 نماید جنس کاتد بکار رفته در سلهای غشایی معمولاً فولاد ضد زنگ و یا نیکل است.
کاتدها اغلب با کاتالیستی پوشش داده می شوند 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. آندهای مصرفی نیز فلزی هستند 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.
از مزایای سلهای غشایی تولید محلول سود با خلوص بالا و مصرف برق کمتر نسبت به سایر فرآیندها است بعلاوه فرآیند غشایی از مواد سمی با حجم بالا مانند آزبست و جیوه استفاده نمی کند.