Институт за хлор, Инц.
Електролизом сланих раствора настаје хлор и каустик. Натријум хлорид (НаЦл) је примарна со која се користи; даје каустичну соду (НаОХ). Међутим, употреба калијум хлорида (КЦл) производи каустичну поташу (КОХ).
2 НаЦл + 2 Х2О → Цл2↑+ 2 НаОХ + Х2↑
со + вода → хлор (гас) + каустика + водоник (гас)
Тренутно је процес са ћелијама дијафрагме у највећој употреби за комерцијалну производњу хлора, затим процес са живим ћелијама, а затим процес са ћелијама мембране. Због економских, еколошких и проблема квалитета производа, произвођачи сада преферирају процес мембранских ћелија за нове производне погоне.
Процес ћелије дијафрагме
Ћелија дијафрагме (види слику 1) се доводи засићеним сланим раствором соли у одељак који садржи титанијумску аноду обложену солима рутенијума и других метала. Глава пластичне ћелије сакупља врући, влажни гас хлора који се производи на овој аноди. Усисавање помоћу компресора затим увлачи хлор у сабирни заглавље за даљу обраду која се састоји од хлађења, сушења и компресије. Вода и неизреаговани слани раствор перколирају кроз порозни дијафрагмски сепаратор у катодни одељак где вода реагује на челичној катоди да би се произвео натријум хидроксид (каустична сода) и водоник. Дијафрагма задржава хлор произведен на аноди од натријум хидроксида и водоника произведеног на катоди. Ако се ови производи комбинују, резултат је натријум хипохлорит (избељивач) или натријум хлорат. Комерцијални произвођачи натријум хлората користе ћелије које немају сепараторе. Најчешћа дијафрагма је композит азбеста и флуорокарбонског полимера. Модерна постројења са ћелијама са дијафрагмама немају здравствене или еколошке проблеме који су историјски повезани са употребом азбестних дијафрагми. Нека постројења користе дијафрагме без азбеста, које су сада комерцијално доступне. Процес са ћелијама дијафрагме производи слаб раствор натријум хидроксида који садржи неизреаговану со. Додатни процес испаравања концентрише каустику и уклања већину соли да би се направио каустик комерцијалног квалитета.
Слика 1. Врсте процеса хлоралкалне ћелије
Процес ћелије живе
Живина ћелија се заправо састоји од две електрохемијске ћелије. Реакција у првој ћелији на аноди је:
2 Цл- → Ц12 + 2 е-
хлорид → хлор + електрони
Реакција у првој ћелији на катоди је:
Na+ + Хг + е- → На · Хг
натријум јон + жива + електрони → натријум амалгам
Слани раствор тече у нагнутом челичном кориту са гумом обложеним страницама (види слику 4) Жива, катода, тече испод слане воде. Аноде од обложеног титанијума су суспендоване у раствору соли за производњу хлора, који излази из ћелије у систем за сакупљање и обраду. Натријум се електролизује у ћелији и оставља прву ћелију спојену са живом. Овај амалгам тече у другу електрохемијску ћелију која се зове разлагач. Разлагач је ћелија са графитом као катодом и амалгамом као анодом.
Реакција у декомпозитору је:
2 На•Хг + 2 Х2О → 2 НаОХ + 2 Хг + Х2 ↑
Процес са живиним ћелијама производи комерцијални (50%) НаОХ директно из ћелије.
Процес мембранске ћелије
Електрохемијске реакције у мембранској ћелији су исте као и у ћелији дијафрагме. Уместо порозне дијафрагме користи се мембрана за измену катјона (види слику 1). Ова мембрана спречава миграцију хлоридних јона у католит, чиме се у суштини производи 30 до 35% каустика без соли директно из ћелије. Отклањање потребе за уклањањем соли чини испаравање каустика до комерцијалне јачине од 50% једноставнијим и захтева мање улагања и енергије. Скупи никл се користи као катода у мембранској ћелији због јачег каустика.
Опасности за безбедност и здравље
На уобичајеним температурама, суви хлор, течни или гасовити, не кородира челик. Влажни хлор је веома корозиван јер ствара хлороводоничну и хлороводоничну киселину. Треба предузети мере предострожности како би хлор и опрема за хлор била сува. Цевоводи, вентили и контејнери треба да буду затворени или затворени када се не користе како би се спречила атмосферска влага. Ако се вода користи за цурење хлора, резултујући корозивни услови ће погоршати цурење.
Запремина течног хлора расте са температуром. Треба предузети мере предострожности како би се избегло хидростатичко пуцање цевовода, судова, контејнера или друге опреме напуњене течним хлором.
Водоник је копроизвод свих хлора произведених електролизом водених раствора соли. У оквиру познатог опсега концентрација, смеше хлора и водоника су запаљиве и потенцијално експлозивне. Реакција хлора и водоника може бити покренута директном сунчевом светлошћу, другим изворима ултраљубичастог светла, статичког електрицитета или оштрим ударом.
Мале количине азот трихлорида, нестабилног и веома експлозивног једињења, могу се произвести у производњи хлора. Када се течни хлор који садржи азот трихлорид испари, азот трихлорид може достићи опасне концентрације у преосталом течном хлору.
Хлор може да реагује, понекад експлозивно, са бројним органским материјалима као што су уље и маст из извора као што су ваздушни компресори, вентили, пумпе и инструменти са уљном мембраном, као и дрво и крпе од радова на одржавању.
Чим се појаве било какве назнаке ослобађања хлора, морају се предузети хитни кораци да се стање исправи. Цурење хлора се увек погоршава ако се благовремено не отклони. Када дође до цурења хлора, овлашћено, обучено особље опремљено респираторном и другом одговарајућом личном заштитном опремом (ППЕ) треба да испита и предузме одговарајуће мере. Особље не би требало да улази у атмосфере које садрже концентрације хлора веће од концентрације непосредно опасне по живот и здравље (ИДЛХ) (10 ппм) без одговарајуће ЛЗО и помоћног особља. Непотребно особље треба држати подаље, а подручје опасности треба изоловати. Особе које су потенцијално погођене испуштањем хлора треба да буду евакуисане или склониште на месту у зависности од околности.
Монитори хлора у области и показивачи правца ветра могу дати правовремене информације (нпр. путеви за евакуацију) како би помогли у одређивању да ли особље треба да буде евакуисано или склониште на месту.
Када се користи евакуација, потенцијално изложене особе треба да се преселе на тачку уз ветар од места цурења. Пошто је хлор тежи од ваздуха, пожељније су веће надморске висине. Да би побегли у најкраћем времену, особе које су већ у контаминираном подручју треба да се крећу уз бочни ветар.
Када се изабере унутар зграде и склониште на месту, склониште се може постићи затварањем свих прозора, врата и других отвора, и искључивањем клима уређаја и система за усис ваздуха. Особље треба да се помери на страну зграде која је најудаљенија од ослобађања.
Мора се водити рачуна да се особље не позиционира без пута за бекство. Безбедан положај може бити опасан променом смера ветра. Може доћи до нових цурења или се постојеће цурење може повећати.
Ако је пожар присутан или је неизбежан, контејнере и опрему за хлор треба удаљити од ватре, ако је могуће. Ако се контејнер или опрема која не цури не може да се помери, треба је држати на хладном наношењем воде. Вода се не сме користити директно на месту цурења хлора. Хлор и вода реагују формирајући киселине и цурење ће се брзо погоршати. Међутим, тамо где је укључено неколико контејнера, а неки цуре, можда би било паметно користити водени спреј како би се спречио превелики притисак у контејнерима који не цуре.
Кад год су контејнери били изложени пламену, расхладну воду треба применити све док се ватра не угаси и посуде охладе. Контејнере изложене ватри треба изоловати и контактирати добављача што је пре могуће.
Раствори натријум хидроксида су корозивни, посебно када су концентровани. Радници који су изложени ризику од изливања и цурења треба да носе рукавице, штитнике за лице и наочаре и другу заштитну одећу.
Захвалнице: др РГ Смерко одаје признање за стављање на располагање ресурса Института за хлор, Инц.