Мембранный vs ртутный электролиз

«Мембранный метод – это самая перспективная и наиболее быстро развивающаяся технология производства хлора и щелочей, которая, без сомнения, с течением времени заменит оба остальных метода (диафрагмальный и ртутный)»^[1]

Современная мембранная технология лучше ртутной, потому что:

• предотвращает попадание ртути в окружающую среду,
• более экономична (меньше расход энергии),
• мембранная установка не требует такого частого техобслуживания, как ртутная.

Мембранный метод заменяет ртутный

Ртутный процесс широко применялся в Европе на протяжении более 100 лет. Начало развития мембранной технологии, а точнее ионообменных мембран, восходит к 70-м годам XX века. Мембранный процесс в больших масштабах начато применять для производства гидроксида натрия в 1987 году. С тех пор популярность мембранного электролиза медленно росла, поэтому все больше химических предприятий преобразовывало ртутные установки в мембранные.

Однако, преобразование ртутной технологии в мембранную в Европе происходило очень медленно, в основном из-за высоких капитальных затрат на модернизацию. Еще в 2001 году 55% установленных на нашем континенте производственных мощностей для производства хлора и щелочей использовало ртутную технологию, и только 20% из них – мембранную. Только изменения правового регулирования принудили производителей окончательно отказаться от ртутной технологии. Согласно положениям действующей с 2013 года директивы о промышленных выбросах, 2017 год был последним, когда в странах, входящих в состав ЕС, можно было использовать ртутный метод для производства хлора и щелочей, включая гидроксид натрия.

Основными причинами полного отказа от применения ртутных электролизов в ЕС являются:

• правовые требования,
• экономические соображения – высокая стоимость производства,
• повышение спроса на гидроксид натрия,
• плохое техническое состояние установок.

Наиболее вескими причинами замены ртутных установок на мембранные являются аспекты, связанные со стоимостью, условиями эксплуатации и техобслуживания производственных систем, а также состояние окружающей среды и здоровье человека. В случае компании «PCC Rokita» адаптация к новым правовым нормам началась уже в 2010 году, когда в Бжеге-Дольном была введена в эксплуатацию первая установка мембранного электролиза. Вторая часть была запущена в 2015 году, одновременно с окончательным закрытием установки, использующей ртутный метод.

Что такое мембранный электролиз?

В процессе производства гидроксида натрия мембранным методом оба электрода (титановый анод и стальной или никелевый катод) отделяет мембрана, проводящая гидратированные ионы. В анодном пространстве ионы хлора из рассола окисляются, превращаясь в газообразный хлор, в то время как ионы натрия мигрируют через мембрану в катодное пространство, через которое протекает гидроксид натрия. В циркуляцию католита добавляют воду, которая расходуется в процессе производства для образования ионов гидроксида и газообразного водорода. Возникающие таким образом гидроксильные анионы и катионы натрия образуют гидроксид натрия. Обычно такой раствор рециркулируют перед отводом его из электролизера для получения концентрации до 32-35%. Достижение концентрации 50% возможно за счет испарения гидроксида натрия при использовании водяного пара.

Преимущество мембранного электролиза над ртутным

Получение гидроксида натрия с использованием мембранного электролиза имеет много преимуществ по сравнению с ртутным методом. Это, в частности:

• работа при меньшем напряжении зажима по сравнению с ртутными электролизерами,
• низкое потребление электроэнергии и энергии в виде водяного пара,
• возможность суточного изменения тока нагрузки, что позволяет в полной мере пользоваться более дешевым ночным тарифом,
• минимизация риска загрязнения окружающей среды.

Безопасен ли ртутный метод?

При ртутном методе катодным материалом является ртуть. Она принимает участие в процессе электролиза, в котором образуется натровый щелок. К сожалению, ее использование очень опасно, так как ртуть:

• разрушительно действует на организм человека – накапливается в почках
  и повреждает их, разрушает биологические мембраны и соединяется с белками организма, нарушая биохимические процессы; отравление ртутью может привести к смерти из-за дыхательной недостаточности, недостаточности кровообращения или же воспаления слизистых оболочек,
• загрязняет окружающую среду – при производстве гидроксида натрия доходит до потерь ртути, которая попадает в воду, воздух, почву, отходы, а даже в конечный продукт.

Из этих соображений применение ртутного метода в производстве натрового щелока становится все менее популярным в пользу мембранного электролиза по всему миру. Мембранный метод – это метод получения высококачественного гидроксида натрия с учетом экологических и экономических аспектов.

[1] Наилучшие доступные технологии (BAT) Рекомендации для химической промышленности в Польше. Производство хлора и щелочей. Министерство окружающей среды, разработка: команда специалистов технической рабочей группы по делам химической промышленности, г. Варшава, август 2005 г., с. 42.