|
Hoe
maak je chloor? Elektrolyseprocessen en koppelproducten
Chloor
maak je door de elektrolyse
van geconcentreerde pekel, een oplossing van natriumchloride (zie NaCL
)
in water. Bij die elektrolyse ontstaat niet alleen gasvormig chloor
maar ook de koppelproducten natriumhydroxide
(natronloog - NaOH) en waterstof
(H2).
|
zout
|
+
|
water
|
=
|
chloor
|
+
|
natronloog
|
+
|
waterstof
|
|
58.5g
|
|
18g
|
|
35.5g
|
|
40g
|
|
1g
|
Er
zijn drie verschillende processen:
- het
kwikamalgaamproces of kortweg, kwikproces
- het
diafragmaproces
- het
membraanproces.
Het
kwikproces
- De
elektrolysecel bevat een anode van titaan. Die wordt geplaatst boven
het kwik dat op de celbodem vloeit als kathode;
- onder
invloed van een elektrische gelijkstroom doorheen een natriumchloride-oplossing,
ontstaat chloorgas (Cl2) aan de anode; dit
wordt gekoeld en vloeibaar gemaakt zodat het kan opgeslagen en vervoerd
worden;
- op
de kwikkathode ontstaat metallisch natrium (Na) dat samen met het
kwik een amalgaam vormt. Dit amalgaam wordt naar een afzonderlijke
reactor gestuurd waar het reageert met gedemineraliseerd water (H2O).
Bij deze reactie komt er waterstof vrij (H2) en vormt er
zich rechtstreeks een 50 % -oplossing van natriumhydroxide (NaOH).
Hierdoor regenereert het kwik en kan het opnieuw naar de elektrolysecel
worden gestuurd;
- de
verdunde pekeloplossing uit de elektrolysecel wordt opnieuw verzadigd
met zout en terug in omloop gebracht;
- deze
reactie, die in twee fasen verloopt, levert zeer zuivere eindproducten
op.
Het
kwikproces is de oudste industriële techniek. Ze bestaat al sinds
1888. Deze methode heeft zich vooral in Europa ontwikkeld en neemt momenteel
43 % van de huidige productiecapaciteit voor haar rekening. Omwille van mogelijke milieuvervuiling door kwik, schakelen de bedrijven waar mogelijk over op één van de twee andere processen. Over de
impact van het kwikelektrolyseproces op mens en milieu vindt men meer
informatie in het kwikelektrolyseproces en
het milieu.
Overdekte
kwikelektrolysezaal
Het
diafragmaproces
- Bij
het diafragmaproces wordt gebruik gemaakt van een cel met een diafragma
van asbestvezel;
- Het diafragma
voorkomt vermenging van chloor met waterstof en natriumhydroxide;
- Die
wordt geplaatst op een stalen draagnet dat als een kathode fungeert.
Op die manier voorkomt men vermenging van het gevormde chloor en de
natriumhydroxide;
- In
het kathodedeel komt waterstof vrij en ontstaat natriumhydroxide onder
de vorm van een oplossing van 10 tot 12 % in pekel. Deze pekel bevat
nog 10 tot 15 % niet omgezet zout;
-
Nadeel is dat het natronloog opgeconcentreerd en het resterend zout
uitgekristalliseerd moet worden. Dit is qua investering en energieverbruik
een dure processtap. Bovendien is de loogoplossing voor bepaalde toepassingen
onvoldoende zuiver, omdat ze nog ongeveer 1 % zout bevat.
- Het diafragmaproces heeft zich vooral in de Verenigde Staten ontwikkeld. In Europa neemt het 15 % van de chloorproductie voor zijn rekening.
Het
membraanproces
- De
cel wordt in twee compartimenten verdeeld door een zeer hoogwaardig,
poreus membraan. Dat werkt als een soort ionenwisselaar;
- Het
anodecompartiment wordt gevoed door gezuiverde en met natriumchloride
verzadigde pekel;
- Het kathodegedeelte krijgt gedemineraliseerd water;
- Er
komt chloor vrij aan de anode en waterstof aan de kathode;
- De
natriumionen bewegen zich via het membraan naar het kathodecompartiment.
Daar vormt zich het natronloog door reactie het aanwezige met water;
- Deze
32-procentige oplossing wordt vervolgens ingedampt tot een eindconcentratie
van 50 %.
Deze
techniek werd in de jaren zeventig ontwikkeld en biedt twee voordelen:
- hij
benadert het lage energieverbruik van de diafragmacellen;
- hij
produceert zeer zuivere natronloog.
Dit
proces is goed voor ongeveer 39% van het in Europa gemaakte chloor en kent een groeiend succes. Verwacht wordt dat het membraanproces kortelings de belangrijkste zoutelektrolysetechniek wordt, ten koste van de kwikelektrolyse.
Zuurstof-gedepolariseerde
kathodes
- Recent werden proeven
gedaan met zuurstof-gedepolariseerde kathodes. Door zuurstof te reduceren
in plaats van waterstof te produceren zou men 30 % energie kunnen besparen.
- Deze veelbelovende techniek zou men zonder veel problemen kunnen toepassen
op bestaande installaties.
- Voorlopig
heeft zij een aandeel van 3% van het totale productiegebeuren.
Wat gebeurt er met
de koppelproducten?
-
Wanneer
je chloor maakt, krijg je automatisch ook de koppelproducten natriumhydroxide
en waterstof.
-
Natriumhydroxide heeft net als chloor een zeer ruim toepassingsgebied.
Met natriumhydroxide worden papierpulp, zeep en textielvezels gemaakt.
Het wordt gebruikt bij het neutraliseren van zuur water in waterzuiveringsinstallaties,
het reinigen van drankflessen en tanks, het verwijderen van kleurstoffen
bij papierrecyclage, het wassen van rookgassen in thermische centrales,
het produceren van aluminium, enzovoort. (Voor meer informatie zie
Natronloog).
- Waterstof wordt
in de chloorfabriek opgevangen en opnieuw gebruikt als brandstof;
- Waterstof zal ongetwijfeld
een nieuwe belangrijke energievector worden, zoals elektriciteit dat
was aan het einde van de negentiende eeuw. Een energievector, maar geen
energiebron, omdat voor de productie van waterstof andere energie nodig
is ;
-
Het principe van de brandstofcel is eenvoudig: elektriciteit opwekken
door de energie om te zetten die vrijkomt bij de chemische reactie
tussen zuurstof (uit de lucht) en waterstof. Een brandstofcel levert
dus elektriciteit op en … zuiver water. Het verbranden van waterstof
geeft geen enkel ongewenst neveneffect: er komen geen zure gassen
vrij, geen broeikasgassen, geen rook, geen stof … enkel waterdamp;
- Bovendien is waterstof
een onuitputtelijke grondstof. Het zou wel eens dè brandstof kunnen
worden voor zuivere voertuigmotoren en voor verwarming. De Amerikaanse
ruimteveren vliegen al een hele tijd op waterstof. Er rijden nu al bussen
en auto's die waterstof als energieleverancier voor de elektrische,
geluidsarme en pollutievrije motoren gebruiken. Zij kunnen tanken aan
speciale bevoorradingsstations en de waterstof opslaan in hogedruktanks
van 250 bar. Brandstofcellen zullen de batterijen vervangen in laptops,
GSM's, video's en andere toestellen;
-
Behalve
als brandstof wordt waterstof gebruikt in de voedingsindustrie (margarine),
in de elektronica (chips), in de petroleumnijverheid (hydrogenatie
tot belangrijke tussenproducten als b.v. ammoniak) en in vele scheikundige
synthesen, (waterstofperoxide, aniline, kunststofproductie, …) alsook
bij het maken van glas.
|
