Producția industrială și dezvoltarea durabilă - analiza și eco-proiectarea unui proces industrial - industria clor-alcalilor

Cap I. Prezentarea generala a industriei anorganice

1.1. Descrierea profilului si a distributiei geografice

Industria chimică este o ramură industrială care, prin procese chimice, fizice şi mecanice, transformă materiile prime în produse de valoare superioară, utilizate direct ca bunuri de consum dar mai ales ca materiale necesare dezvoltării altor ramuri ale economiei. Se apreciază că numai circa 20% din producţia valorică a industriei chimice mondiale ajunge direct la consumatorii finali sub formă de medicamente, lacuri, vopsele, detergenţi, cosmetice, articole foto şi pelicule de cinema. Ca urmare, industria chimică este o ramură hotărâtoare a economiei ţărilor industrializate fără de care nu este posibilă o dezvoltare armonioasă. În acelaşi timp, industria chimică furnizează agriculturii îngrăşăminte minerale, pesticide şi biostimulatori, este prezentă în construcţii, transporturi şi unele activităţi culturale. Chimizarea este de fapt, ca şi o trăsătură a revoluţiei ştiinţifice şi tehnice contemporane. O caracteristică principală a industriei chimice este diversitatea. Aceasta se amplifică datorită diversităţii produselor finite, a materiilor prime, a procedeelor, a utilajelor. Referindu-ne numai la produse, din cele câteva milioane de compuşi chimici cunoscuţi, peste 100.000 se fabrică în instalaţii de mare tonaj. Uneori, pentru fabricarea unui produs, folosind aceleaşi materii prime, se folosesc mai multe procedee sau variante tehnologice.

Industria anorganică se mai numeşte industria chimică de bază deoarece furnizează materiale necesare pentru obţinerea altor produse chimice, pentru dezvoltarea altor industrii cât şi pentru alte ramuri ale economiei: agricultură, transporturi, comerţ.

Din punct de vedere chimic, produsele anorganice folosite la scară industrială sunt acizi, baze, săruri, oxizi, substanţe simple. Marea industrie anorganică include un număr relativ redus de produse care se fabrică însă în cantităţi uriaşe. Printre acestea menţionăm îngrăşămintele minerale şi produsele anorganice de bază: acid sulfuric, acid azotic, acid clorhidric, clor, hidroxid de sodiu, carbonat de sodiu ş.a.

Ttrăsăturile generale ale industriei chimice care capătă valenţe aparte în cazul industriei anorganice sunt: gigantismul, complexitatea, integrarea, automatizarea şi informatizarea, dinamismul, poluarea mediului, coroziune, siguranţa şi continuitatea în funcţionare. Totodată, marea industrie anorganică are o serie de probleme din care unele nu au fost încă satisfăcător rezolvate la scară mondială.

Printre acestea mentionam:

- gradul redus de valorificare al unor elemente (clor, sodiu, calciu) din materiile prime la fabricarea sodei calcinate prin procedeul amoniacal şi poluarea avansată a apelor;

- valorificarea redusă a materiilor prime (uneori de import) la fabricarea acidului fosforic, prin neutralizarea fosfoghipsului;

- eficienţă energetică redusă a unor instalaţii din industria îngrăşămintelor cu azot unde gazul natural este materia primă enrgetică.

Industria clor-alcaliilor este industria care produce clor (Cl2) şi alcali, hidroxid de sodiu (NaOH) sau hidroxid de potasiu (KOH), în urma electrolizei soluţiilor de săruri. Cele mai multe tehnologii folosite pentru producţia de clor-alcalii au la bază celule electrolitice cu mercur, cu diafragmă sau cu membrane, care folosesc clorură de sodiu sau clorură de potasiu.

Procedeele în celule electrolitice cu membrană şi cu mercur au apărut pentru prima dată în 1800. Procedeele cu membrane au apărut după 1970. Fiecare dintre cele trei procese presupun metode diferite de supraveghere a producţiei clorului la anod separat de producţia de sodă caustică sau hidrogen, direct sau indirect la catod. În prezent, 95% din cantitatea totală de clor produsă în lume este obţinută din industria clor-alcaliilor.

Figura 1 ne arata productia de clor anuala in Europa pe tari in anul 1999.

Fig 1. Productia de clor in Europa in 1999

1.2. Caracterizarea produselor

Industria clor-alcaliilor produce clor şi soluţii caustice (hidroxid de sodiu şi potasiu) simultan cu descompunerea soluţiilor de sare în apă. Alături de clor şi soluţiile caustice se mai produce şi hidrogen.

În procesele electrolitice soluţiile de cloruri sunt descompuse electrolitic la trecerea directă a curentului electric. În ultimul timp în vestul Europei se utilizează cel mai mult clorură de sodiu şi tot mai puţin clorură de potasiu (aproape 3-4 % din cantitatea de clor produsă). Se mai utilizează şi alte procese pentru obţinerea clorului cum ar fi electroliza acidului clorhidric sau a topiturii de clorură e sodiu, dar acestea reprezintă doar 3 % din cantitatea totală de clor produsă în Europa.

Sunt trei procese care se folosesc la obţinerea electrolitică a clorului:

- procedeul cu celule cu mercur (celula Castner-Kellner, 1892);

- procedeul cu celule cu diafragmă (celula Griesheim, 1885);

- procedeul cu celule cu membrană (1970).

Aceste procedee prezintă diferenţe în ceea ce priveşte supravegherea producţiei de clor; anod separat de produsele caustice şi hidrogen direct sau indirect, catod.

În esenţă, principiile electrolizei soluţiei de clorură de sodiu sunt următoarele:

- la anod: ionii de clor se oxidează şi se formează clorul (Cl2)

- la catod:

- în procesul cu celule cu mercur

- în procesele cu celule cu membrană sau diafragmă la catod, apa este descompusă în hidrogen (H2) şi ioni hidroxid (OH-).

În funcţie de folosirea unui anumit procedeu, distribuţia geografică a industriei clor-alcaliilor, este foarte diferită şi anume:

- în vestul Europei se folosesc preponderent procedeele cu celule electrolitice cu mercur (iunie 2000) în procent de 55%;

- SUA folosesc procedee cu celulele cu diafragmă: 75%;

- Japonia – procedee cu celulele electrolitice cu membrane: 90%.

În Europa obţinerea clorului se face: 22% în celule cu diafragmă, 20% celule cu membrană şi 3% în alte procese.