Optimizing chlor-alkali production through online chemical analysis

Význam tématu

Chlor-alkalická výroba je klíčová pro produkci chloru, hydroxidu sodného a vodíku, používaných v chemickém, papírenském, petrochemickém a farmaceutickém průmyslu. Membránová elektrolytická technologie představuje ekologickou a bezpečnou alternativu k zastaralým postupům s rtutí či azbestem. Kvalita surové solanky a kontrola parametrů v reálném čase výrazně ovlivňují účinnost procesu, životnost drahých iontových membrán a energetickou spotřebu.

Cíle a přehled studie

Cílem bílé knihy je předvést přínosy zavedení online a inline chemické analýzy v chlor-alkalickém procesu založeném na membránové elektrolyze. Studie popisuje hlavní kroky výroby, nejčastější anamnézy provozu i nejkritičtější parametry (tvrdost solanky, obsah chloru, hypochloritů, vlhkost v plynech, aniontové nečistoty v NaOH) a ilustruje, jak automatizovaná analýza snižuje riziko předčasného zanášení membrán, odhaluje výkyvy v kvalitě produktu a šetří náklady i energii.

Použitá metodika

Pro zajištění kontinuálního sledování klíčových parametrů se využívají následující analytické principy

• Titrační metoda pro stanovení koncentrace hydroxidu, karbonátů a chloridu v solance.
• Fotometrické stanovení nízkých hladin tvrdosti a chloru v proudu solanky.
• Iontová chromatografie podle ASTM E1787-16 pro vyhodnocení stopových aniontů (Cl–, ClO3–, SO42–) v koncentrovaném NaOH.
• Spektroskopie v blízké infračervené oblasti (NIRS) pro inline měření vlhkosti v produkovaných plynech.

Použitá instrumentace

• Metrohm Process Analytics wet chemical industrial process analyzer pro online titrace a fotometrická stanovení.
• Metrohm ion chromatograph s integrovanou výrobou eluenta a modulem pro úpravu vzorku.
• Metrohm Process Analytics NIRS spectroscopic process analyzer s vláknovými optickými sondami a inline průtokovými buňkami.

Hlavní výsledky a diskuse

Implementace automatizované analýzy vedla k včasnému odhalení nárůstu tvrdosti v solance, což předešlo předčasnému zanášení membrán a snížilo nárůst provozního napětí o 1–2 %. Online monitoring chloru a hypochloritů v proudu solanky zlepšil recyklaci vyčerpané solanky a snížil riziko koroze v potrubí. Kontinuální měření aniontů v koncentrovaném NaOH zajistilo dodržení vysokých čistotních norem, čímž se minimalizovaly náklady na dodatečnou úpravu a zvýšila se hodnota produktu.

Přínosy a praktické využití metody

• 24/7 monitoring klíčových parametrů přímo v místě odběru vzorku.
• Rychlá reakce na odchylky a automatické varování snižující riziko odstávek.
• Zvýšení životnosti iontových membrán a úspory energie díky optimalizaci provozních podmínek.
• Vyšší kvalita a výtěžnost produktů, omezení manuální práce a snížení expozice zaměstnanců nebezpečným látkám.

Budoucí trendy a možnosti využití

Další rozvoj digitalizace a integrace průmyslových IoT platforem umožní prediktivní údržbu membrán, pokročilou analýzu dat s využitím strojového učení a zlepšené vizualizační nástroje. Rozšíření inline spektroskopie o další vlnové délky či kombinované metody (Raman, UV/VIS) může posílit možnost simultánního sledování více parametrů bez odběru vzorku.

Závěr

Automatizovaná online a inline chemická analýza představuje zásadní krok k efektivní, bezpečné a udržitelné chlor-alkalické výrobě. Díky nepřetržitému dohledu nad kvalitou solanky, caustiku a plynných produktů lze dosahovat vyšší produkce, minimalizovat provozní rizika a snižovat náklady. Provozovatelé zařízení získají spolehlivý nástroj pro rychlé rozhodování a dlouhodobé plánování údržby.

Reference

1. University of York Centre for Industry Education Collaboration. The Essential Chemical Industry – Chlorine.
2. World Chlorine Council. Products of the Chlorine Tree.
3. University of York Centre for Industry Education Collaboration. The Essential Chemical Industry – Sodium hydroxide.
4. Euro Chlor. Euro Chlor Home Page.
5. European Integrated Pollution Prevention and Control Bureau (EIPPCB). Best Available Techniques (BAT) Reference Document for the Production of Chlor-alkali (2014).
6. ASTM International. Standard Test Method for Anions in Caustic Soda and Caustic Potash by Ion Chromatography (ASTM E1787-16).