Quy trình sản xuất NaOH trong công nghiệp

Thứ ba - 25/04/2017 14:28

Trên toàn thế giới, trung bình mỗi năm có khoảng 45-50 triệu tấn xút được sản xuất, trong đó sản lượng của Mỹ và Châu Âu chiếm 80%. Mỹ là nước sản xuất xút lớn nhất thế giới, với công suất đạt 18,5 triệu tấn xút /năm. Năm 2002 sản lượng xút của Mỹ đạt 15 triệu tấn. Các nước Tây Âu sản xuất mỗi năm khoảng 10 triệu tấn xút.

Ba công ty sản xuất xút clo lớn nhất thế giới hiện nay là Dow Chemical, Oxychem và Solvay.

Công suất xút toàn thế giới năm 2002 đạt 52 triệu tấn, trong đó phân bổ theo các nước và khu vực như sau:

Khoảng 94 % xút được mua bán trên thế giới là ở dạng lỏng - thường ở hàm lượng 50% chất rắn. Mỗi năm, khoảng 2 triệu tấn xút được vận chuyển bằng đường biển, chủ yếu là cho các nhà máy sản xuất các sản phẩm đi từ quặng nhôm, và 5 triệu tấn được vận chuyển bằng đường bộ.

Xút rắn:

Giá xút rắn thường cao hơn giá xút lỏng khoảng 100-200 USD / tấn (tính quy ra dạng khô). Thị trường tiêu thụ xút rắn chủ yếu là ở các nước đang phát triển, vì cơ sở hạ tầng của các nước này không thích hợp cho việc sử dụng xút lỏng. Ngày nay, do cơ sở hạ tầng đang được cải thiện nên các thị trường lớn như Trung Quốc, Cộng đồng các quốc gia độc lập (SNG), đang giảm tiêu thụ xút rắn, chuyển dần sang mua xút lỏng. Mức tiêu thụ xút rắn ở các nước này hiện đang giảm xuống thấp hơn so với châu Phi. Ở châu Á, hiện nay Inđônêxia là thị trường tiêu thụ quan trọng đối với xút rắn. Do giá cao nên lượng mua bán xút rắn hàng năm trên thế giới chỉ còn 400.000 tấn và đang giảm ở mức 8%/năm. Khoảng một nửa trong số này (225.000 tấn) được cung cấp bởi châu âu.

Xút lỏng:

Ngành công nghiệp nhôm của ôxtrâylia là thị trường tiêu thụ quan trọng nhất đối với xút lỏng được buôn bán trên thế giới, nước này nhập khoảng một nửa lượng xút lỏng được vận chuyển qua đường biển trong thương mại thế giới. Mỗi năm, ôxtrâylia sử dụng khoảng 1,2 triệu tấn xút để sản xuất 13 triệu tấn alumin. Ngoài ra, những thị trường tiêu thụ lớn khác đối với xút lỏng vận chuyển qua đường biển là Braxin, Vênêxuêla, Surinam, Giamaica, Ghi nê, Hàn Quốc, Côlômbia.

Cơ cấu giá cả:

Giá xút thế giới bị ảnh hưởng mạnh không chỉ bởi nhu cầu đối với sản phẩm này, mà còn bởi nhu cầu đối với sản phẩm đi kèm là clo. Nhưng khác với clo, giá xút thế giới cũng có mức sàn và mức trần vì bị khống chế bởi sản phẩm (hoặc nguyên liệu) thay thế là sôđa, cả trong lĩnh vực sản xuất lẫn trong các lĩnh vực ứng dụng. Xút có thể được chuyển hóa thành sôđa bằng quy trình cacbonat hóa, với chi phí khoảng 130 USD/tấn. Cách làm này thường được áp dụng khi giá xút giảm xuống quá thấp, ví dụ trong thời kỳ khủng hoảng kinh tế 1997, khi giá xút giảm xuống dưới 80 USD/tấn, trên thế giới khoảng 1,5 triệu tấn xút đã được chuyển hóa thành sôđa, tương đương 3 % nhu cầu sôđa. Nói chung, hàng năm trên toàn thế giới vẫn có khoảng 1,0 -1,5 triệu tấn xút được chuyển hóa thành sôđa như vậy. Cách làm này tạo ra một giá sàn nhất định cho sản phẩm xút thế giới.

Ngược lại, người ta cũng thực hiện quá trình chuyển hóa sôđa thành xút nếu giá sôđa xuống thấp hơn 170 USD/tấn. Trong trường hợp này thì sôđa đóng vai trò là sản phẩm thay thế cho xút. Sự thay thế này có tác dụng quan trọng trong việc tạo ra giá trần cho sản phẩm xút. Khi giá xút lên quá cao, một số ngành sử dụng xút cũng sẽ chuyển sang sử dụng một phần sôđa để thay thế. Giá xút trên thị trường quốc tế vài chục năm qua dao động rất mạnh, có thời gian xuống đến khoảng 30 USD/tấn (FOB), sau lại tăng đến gấp 10 lần là 300 USD/tấn (FOB) vào cuối thập niên 1980.

Do không thể lưu trữ clo một cách an toàn và hiệu quả, nên nếu nhu cầu thế giới đối với các sản phẩm chứa clo giảm, như trong thời gian 1997-1998, thì cũng kéo theo sự giảm sút sản lượng xút. Khi đó, giá xút tăng do nhu cầu xút tương đối ổn định. Nói chung, các cuộc khủng hoảng kinh tế thường ảnh hưởng tiêu cực đến hoạt động xây dựng và qua đó là nhu cầu PVC, vì vậy nhu cầu clo cũng sẽ giảm.

Diễn biến giá xút ở Mỹ trong vài năm qua (USD /tấn)

Tóm lại, triển vọng đối với sản xuất xút - clo thế giới chịu ảnh hưởng của nhiều tác động như: nhu cầu clo cho sản xuất PVC, tình hình cung ứng chất thay thế là sôđa, chi phí điện và việc xây dựng những nhà máy xút clo mới, ví dụ nhà máy xút clo với công suất 240.000 tấn /năm ở ôxtrâylia. Ngoài ra còn có những yếu tố có tính chu kỳ và xu hướng phát triển trong khu vực, thuế nhập khẩu và tỷ giá giữa các đồng tiền.

Để đánh giá tổng chi phí sản xuất xút-clo, người ta tính toán chi phí sản xuất theo đơn vị ECU (1 ECU = 1,0 tấn clo + 1,1 tấn xút). Theo thống kê năm 1999, chi phí sản xuất tính theo đơn vị ECU tại một số nước và khu vực như sau (USD/ECU) :

1- Canađa                                   5- Tây Âu

2- Trung Đông                             6- Nhật Bản

3- Mỹ                                          7- Hàn Quốc

4- Ôxtrâylia                                 8- Thái Lan

Những yếu tố then chốt cho khả năng cạnh tranh của các sản phẩm xút, clo là giá điện, quy mô công suất nhà máy, sự kết hợp một cách hiệu quả dây chuyền xút - clo vào các tổ hợp hóa dầu và triển vọng của sản xuất nhựa PVC trước những lo ngại về môi trường.

Về trung hạn, các nhà máy mới xây dựng với giá thành sản xuất thấp sẽ gây áp lực mạnh đối với các nhà sản xuất quy mô nhỏ, giá thành cao. Trước đây các nước châu Á như Trung Quốc thường nhập khẩu xút thì nay đang bắt đầu xuất khẩu sản phẩm này. Đặc biệt, Trung Quốc đang cơ cấu lại ngành công nghiệp hóa dầu của mình, các cơ sở sản xuất hóa dầu nội địa với công suất thấp sẽ được thay thế bằng các nhà máy lớn ở vùng duyên hải với khả năng xuất khẩu sản phẩm, do đó nhu cầu clo sẽ tăng đáng kể.

Nhưng vấn đề then chốt là giá năng lượng đang làm thay đổi cơ cấu công nghiệp xút - clo thế giới. Các nước và khu vực có giá năng lượng thấp, ví dụ ôxtrâylia, sẽ xuất khẩu clo dư thừa ở dạng EDC sang các thị trường đang tăng trưởng ở châu Á. Đối với nhiều nước, kể cả ôxtrâylia, việc xuất khẩu clo nhiều khi nhằm mục đích cân bằng cơ cấu xút - clo.

Các nhà sản xuất châu âu cũng bị ảnh hưởng bởi tình hình trên. Tại Châu Âu, hơn 50 % sản lượng xút vẫn được sản xuất bằng công nghệ điện phân với điện cực thủy ngân. Các cơ sở này không đủ sức cạnh tranh và nhiều khi không lãi nhiều để có thể đầu tư vào các công nghệ hiện đại hơn.

Có thể nói, tương lai của sản xuất xút liên quan chặt chẽ với nhu cầu clo, mà cơ bản là với ngành công nghiệp PVC thế giới.

1.1. Sản xuất kinh doanh xút-clo tại châu Á - Thái Bình Dương

Nhìn chung, một mặt châu Á không tự sản xuất đủ clo, mặt khác cũng không tiêu thụ hết lượng xút mà nó sản xuất ra. Châu Á phải nhập khẩu những sản phẩm chứa clo, với xu hướng ngày càng tăng. Nhiều nước châu Á đang xuất khẩu sản phẩm xút mà họ sản xuất với giá thành cao (do giá điện cao) trong khi lại nhập khẩu các hóa chất chứa clo như PVC. Chi phí điện năng cao khiến cho xuất khẩu xút chỉ hạn chế ở mức khiêm tốn, và nói chung, không thể cạnh tranh được với các nhà sản xuất có giá thành thấp ở Mỹ và Arập Xêút. Thị trường tiêu thụ lớn nhất đối với xút được buôn bán trên thế giới là ôxtrâylia, nước này nhập khẩu 1,2 triệu tấn xút /năm (xút lỏng 50%) cho ngành công nghiệp nhôm của mình. Lượng này được cung cấp chủ yếu bởi các nhà sản xuất Nhật Bản, Arập Xê út, châu âu, nhưng ôxtrâylia cũng sẽ là thị trường quan trọng cho các nhà sản xuất xút khác ở châu Á. Ngoài ra, hàng năm ôxtrâylia còn sử dụng 145.000 tấn xút cho sản xuất các sản phẩm hóa chất (như hypoclorit), riêng sản xuất NaCN tại đây cũng tiêu thụ 90.000 tấn xút / năm.

Sản lượng xút của ôxtrâylia đạt khoảng 0,25 triệu tấn /năm. Xút chỉ là sản phẩm phụ của ngành công nghiệp xút - clo ôxtrâylia. Mục đính chính của các nhà máy xút - clo của nước này là sản xuất clo, vì việc vận chuyển và nhập khẩu clo tốn kém và nguy hiểm hơn nhiều so với xút.

ôxtrâylia đang có kế hoạch xây dựng nhà máy xút - clo công suất 240.000 tấn/năm trong tổ hợp hóa dầu ở vùng Pilbara ở miền Tây nước này, do nơi đây gần các nguồn cung cấp NaCl và gas. Nếu nhà máy này đi vào hoạt động, nó sẽ có ảnh hưởng đáng kể đối với thị trường xút - clo thế giới. Các nhà máy sắp xây dựng ở Mỹ cũng có ảnh hưởng nhất định đối với khu vực châu Á, nhưng các nhà sản xuất ôxtrâylia vẫn sẽ có ảnh hưởng lớn nhất.

Theo dự báo mới đây của Bộ công nghiệp Trung Quốc, sản lượng xút năm 2003 của nước này sẽ đạt 8,7 triệu tấn, tăng 5,7% so với năm 2002. Hiện nay công ty Chlor-Alkali Chemical Co. của Thượng Hải đang liên doanh với các công ty BASF để xây dựng nhà máy xút clo với công suất 350.000 tấn/năm. Công ty Sing Pu của Singapo cũng đang xây dựng một nhà máy xút clo khác tại khu công nghiệp hóa chất Thượng Hải. Các nhà máy trên đều áp dụng công nghệ điện phân bằng màng trao đổi ion.

Tại Ấn Độ, có khoảng 45 công ty tham gia vào lĩnh vực sản xuất xút - clo. Nhiều nhà máy xút - clo tại đây nằm ở miền Tây Ấn do gần các nguồn nguyên liệu muối và các cơ sở tiêu thụ lớn. Sản lượng xút 2002 của Ấn Độ đạt trên 2,5 triệu tấn. Công suất xút nội địa của Ấn Độ đã vượt quá mức tăng trưởng nhu cầu. Trong những năm qua, tình hình tại đây càng trở nên căng thẳng do sự nhập khẩu sản phẩm giá rẻ từ nước ngoài.

Sản lượng xút - clo ở khu vực châu Á - Thái Bình Dương năm 2002 như sau:

Nước	Sản lượng (nghìn tấn/năm)
Trung Quốc	8.230
Nhật Bản	2.755
Ấn Độ	2.552
Hàn Quốc	990
Inđônêxia	806
Đài Loan	756
Thái Lan	508
Ôxtrâylia	125
Malayxia	100
Phillipin	28
Singapo	22
Tổng	16.872

1.2. Sản xuất kinh doanh xút-clo tại Châu Âu

Năm 2001, tổng sản lượng clo của Tây Âu đạt 9,26 triệu tấn, giảm 0,44 triệu tấn so với năm 2000. Hiệu suất sử dụng công suất đạt 85,6%.

Cũng trong năm 2001, tổng sản lượng xút của Tây Âu đạt 9,62 triệu tấn, giảm 0,48 triệu tấn so với 2000.

Sản lượng clo năm 2001 tại một số nước Tây Âu như sau:

Nước	Sản lượng (nghìn tấn/năm)
Đức	3.640
Pháp	1.500
Anh	780
Italia	750
Bỉ	700
Tây Ban Nha	650
Hà Lan	580
Tổng	8.600

Sản lượng xút năm 2002 tại một số nước Tây Âu như sau:

Nước	Sản lượng (nghìn tấn /năm)
Đức	4.167
Pháp	1.812
Bỉ	889
Tây Ban Nha	792
Italia	700
Anh	661
Hà Lan	561
Thụy Điển	325
Na Uy	143
Phần Lan	140
Áo	66
Thụy Sĩ	60
Tổng :	10.316

1.3. Nhu cầu và xu hướng phát triển thị trường xút thế giới:

Tổng nhu cầu xút toàn cầu năm 2002 đạt khoảng 46 triệu tấn. Trong đó, xút được sử dụng trong những lĩnh vực chủ yếu như sau:

Theo dự báo của các chuyên gia kinh tế thế giới, trong những năm tới nhu cầu toàn cầu về xút sẽ tăng khoảng 3% /năm, trong khi đó công suất sản xuất xút chỉ tăng 1%/năm. Những đợt sẽ tăng công suất lớn sắp tới là đợt nâng 10% công suất của công ty Dow Chemicals tại Los Angeles, Mỹ, và việc xây dựng nhà máy 240.000 tấn xút /năm tại ôxtrâylia của công ty LG Chemical, dự kiến sẽ hoàn thành vào năm 2005.

Do một số nhà máy xút - clo tại Mỹ đóng cửa nên năm 2003 công suất xút tại Mỹ sẽ giảm khoảng 1,9 %, trong khi đó nhu cầu xút tại khu vực Bắc Mỹ dự kiến tăng 1,9 %. Vì vậy, tình hình cung cầu xút năm 2003 trên thị trường có thể trở nên căng thẳng.

2. Công nghệ sản xuất xút - clo.

a/ Sự phát triển và tình hình ứng dụng các công nghệ xút - clo

Các sản phẩm xút, clo đã được bắt đầu sản xuất trên quy mô công nghiệp từ hơn 100 năm nay. Có ba công nghệ chủ yếu để điện phân muối ăn và sản xuất xút clo là: công nghệ điện phân bằng điện cực thuỷ ngân, công nghệ điện phân bằng màng ngăn và công nghệ điện phân bằng màng trao đổi ion.

a.1- Công nghệ điện phân bằng điện cực thủy ngân

Đây là công nghệ điện phân được áp dụng lần đầu tiên ở quy mô công nghiệp và ban đầu được phát triển ở châu âu. Hiện nay, khoảng 50% công suất xút của châu âu, khoảng 13% sản lượng xút theo phương pháp điện phân ở Mỹ là theo công nghệ này. Ở công nghệ này, thủy ngân được sử dụng một mặt làm catôt cho bể điện phân, một mặt để tạo hỗn hống với natri. Về cơ bản, thủy ngân không bị tiêu hao trong quá trình sản xuất, vì tất cả các bể điện phân đều hoạt động theo chu trình khép kín đối với thủy ngân. Phương pháp này cho phép sản xuất dung dịch NaOH 50 - 52% (trọng lượng) mà không cần công đoạn cô. Độ tinh khiết của sản phẩm xút thu được rất cao, hàm lượng tạp chất rất thấp:

Tạp chất	Hàm lượng (thông thường)	Hàm lượng (tối đa)
NaCl	10 ppm	30 ppm
NaClO3	0,5 ppm	1 ppm
Na2CO3	0,02% (trọng lượng)	0,06% (trọng lượng)
Na2SO4	10 ppm	20 ppm

Tổng nhu cầu năng lượng cho 1 tấn xút sản xuất thep phương pháp điện cực thuỷ ngân là khoảng 3600 kWh (tính quy đổi toàn bộ thành điện một chiều).

Xút sản xuất theo phương pháp điện phân với điện cực thuỷ ngân thường được coi như xút tinh khiết bậc Rayon. Sản xuất sợi tơ nhân tạo phụ thuộc rất nhiều vào nguồn cung cấp dung dịch xút tinh khiết cao của bậc này. Một ứng dụng quan trọng khác của xút bậc Rayon này là để tái chế các thiết bị trao đổi ion để lọc nước.

Việc sử dụng thủy ngân cho sản xuất xút clo phụ thuộc nhiều vào các biện pháp bảo hộ lao động và bảo vệ môi trường. Trong 15 năm qua, công nghiệp xút clo châu âu đã giảm hơn 90 % lượng thủy ngân phát thải vào môi trường. Ủy ban Oslo và Ủy ban Paris về vấn đề bảo vệ môi trường đã quy định mức phát thải thủy ngân là 2 g trên một tấn công suất clo được lắp đặt.

Công suất sản xuất xút tại các nhà máy áp dụng công nghệ điện cực thủy ngân ở châu âu như sau:

Nước	Công suất (nghìn tấn/năm)
Đức	1.697
Pháp	874
Anh	856
Italia	812
Tây Ban Nha	761,5
Bỉ	662
Thụy Điển	220
Thụy Sĩ	103,5
Hà Lan	70
Bồ Đào Nha	43
Phần Lan	40
Hy Lạp	37
Tổng cộng	6.185

a.2- Công nghệ điện phân với màng ngăn (diaphragm)

Công nghệ này được phát triển chủ yếu ở Mỹ. Hiện nay, khoảng 71% sản lượng xút theo phương pháp điện phân ở Mỹ và 20% sản lượng xút được sản xuất tại châu âu được sản xuất theo công nghệ điện phân với màng ngăn. Ở công nghệ này người ta sử dụng màng amiăng hoặc các màng thay thế cho amiăng để ngăn không cho các sản phẩm của quá trình điện phân muối ăn là NaOH và clo phối trộn với nhau. Dung dịch 50% NaOH được sản xuất chủ yếu bên ngoài bể điện phân. Bể điện phân với màng ngăn chỉ sản xuất dung dịch NaOH rất loãng, khoảng 12 - 14% (trọng lượng) với nồng độ NaCl cũng xấp xỉ như vậy. Sau đó, dung dịch loãng được cô ở công đoạn cô đặc ba hoặc bốn cấp để sản xuất ra dung dịch cuối cùng có nồng độ 49 - 52% NaOH. Muối dư được kết tủa và tách ra qua công đoạn cô để tuần hoàn trở lại bể điện phân.

Dung dịch xút sản xuất bằng phương pháp màng ngăn có chất lượng kém nhất trong ba phương pháp điện phân muối ăn. Hàm lượng tạp chất trong dung dịch xút thường khá cao như sau:

Tạp chất	Hàm lượng (thông thường)	Hàm lượng (tối đa)
NaCl	1% (trọng lượng)	1 - 3% (tùy theo nhà sản xuất)
NaClO3	0,15% (trọng lượng)	0,3% (trọng lượng)
Na2CO3	0,1% (trọng lượng)	0,2% (trọng lượng)
Na2SO4	0,01% (trọng lượng)	0,02% (trọng lượng)

Tổng nhu cầu năng lượng cho 1 tấn xút sản xuất theo phương pháp màng ngăn là khoảng 5000 kWh (tính quy đổi toàn bộ thành điện một chiều).

Xút sản xuất theo phương pháp màng ngăn thường được coi như xút sạch bậc kỹ thuật hoặc bậc thương mại. Người ta cũng có thể tiến hành cô bổ sung dung dịch xút sạch bậc kỹ thuật với nồng độ 50 % NaOH này để giảm hàm lượng muối, do khi cô nồng độ xút cao hơn nên muối sẽ kết tủa. Dung dịch đặc thu được sẽ lại được pha loãng để thu được dung dịch 50 % NaOH bậc tinh khiết cao hơn.

Xút sản xuất theo phương pháp màng ngăn thường được sử dụng trong xử lý nước thải, sản xuất vải sợi, xà phòng, chất giặt rửa, và trong công nghiệp luyện nhôm.

Nếu chỉ tính riêng công đoạn điện phân, thì nhu cầu năng lượng ở phương pháp này thấp hơn phương pháp điện cực thủy ngân, nhưng do phải cô đặc nên tổng tiêu hao năng lượng cao hơn nhiều. Công đoạn cô đặc rất tốn kém cả về chi phí đầu tư và nhu cầu năng lượng, và không cho phép sản xuất sản phẩm NaOH có độ tinh khiết đủ cao cho một số ứng dụng nhất định.

a.3- Công nghệ điện phân với màng trao đổi ion (membrane)

Công nghệ này được phát triển trong thập niên 1970, hiện nay khoảng 13% sản lượng xút theo phương pháp điện phân ở Mỹ và 25% công suất xút ở châu âu được sản xuất theo công nghệ điện phân với màng trao đổi ion. Ở công nghệ này người ta sử dụng màng trao đổi ion để tách các ion clo và natri. Bể điện phân được chia thành hai khoang, khoang anôt được nạp dung dịch nước muối bão hòa, còn khoang catôt được nạp nước khử khóang. Màng trao đổi ion cho phép các ion natri di chuyển về hướng màng, đồng thời giữ khí clo và dung dịch nước muối trong một khoang ở phía bên kia của bể điện phân. Ion natri phản ứng với nước tạo thành NaOH. Dung dịch xút được sản xuất bằng phương pháp màng trao đổi ion thường có nồng độ NaOH 33 - 35% (trọng lượng). Người ta cũng áp dụng công đoạn cô như ở phương pháp điện phân màng ngăn, để tăng nồng độ xút lên 50% thích hợp cho vận chuyển. Mục đích của công đoạn cô không phải là giảm hàm lượng NaCl, vì do bản chất chọn lọc thẩm thấu của màng trao đổi ion nên hàm lượng NaCl không đáng kể, hơn nữa lượng nước cần bay hơi cũng nhỏ hơn so với phương pháp màng ngăn. Những lượng nhỏ của muối có thể đi qua màng, làm cho dung dịch xút có nồng độ tối đa 75 ppm NaCl. Nhưng sản phẩm xút của một số nhà sản xuất áp dụng công nghệ điện phân màng trao đổi ion có thể có nồng độ NaCl cao hơn 100 ppm.

Nói chung, hàm lượng tạp chất trong sản phẩm xút theo công nghệ màng trao đổi ion thường rất thấp như sau:

Tạp chất	Hàm lượng (thông thường)	Hàm lượng (tối đa)
NaCl	dưới 30 ppm	75 ppm
NaClO3	dưới 3 ppm	5 ppm
Na2CO3	0,03% (trọng lượng)	0,05% (trọng lượng)
Na2SO4	15 ppm	20 ppm

Tổng nhu cầu năng lượng cho 1 tấn xút sản xuất thep phương pháp màng trao đổi ion là khoảng 3360 kWh (tính quy đổi toàn bộ thành điện một chiều).

Xút sản xuất theo công nghệ màng trao đổi ion thường cũng được chấp nhận như xút tinh khiết bậc Rayon, được sử dụng trong tất cả các lĩnh vực khác, kể cả lĩnh vực sản xuất tơ sợi nhân tạo.

Sơ đồ một bình điện phân hiện đại với công nghệ màng trao đổi ion như sau (nhà máy Celanese tại Frankfurt, CHLB Đức, cải tạo xây dựng năm 2002, công suất 200.000 tấn /năm, dự kiến sẽ đi vào sản xuất năm 2004, sử dụng màng perflosulfonic axit của công ty Aciplex):

Bình điện phân với màng trao đổi ion sử dụng cho các nhà máy xút - clo hiện đại thường là các loại bình điện phân cỡ lớn, thiết diện mỗi bình có thể lên đến 5 m2 (kích thước bên ngoài 2 x 4 m). Các bình này sử dụng điện cực làm từ vật liệu hoàn toàn trơ về mặt hóa học nên rất bền.

Công nghệ điện phân màng trao đổi ion có những ưu điểm chính như sau:

- Tổng tiêu hao năng lượng thấp nhất trong ba công nghệ điện phân.

- Sản xuất xút có độ tính khiết và nồng độ cao.

- Không có tác động đáng kể đối với môi trường.

Tuy nhiên, việc chuyển sang công nghệ điện phân với màng trao đổi ion đòi hỏi vốn đầu tư ban đầu tương đối cao, đặc biệt giá màng trao đổi ion khá cao. Công nghệ này còn đòi hỏi phải xử lý nước muối rất tốt để đạt độ tinh khiết cao trước khi đưa vào điện phân.

Sơ đồ công nghệ một dây chuyền điện phân thông thường trên thế giới, áp dụng phương pháp màng trao đổi ion như sau:

b/ Xu hướng chuyển đổi công nghệ xút - clo trên thế giới

Hiện nay, phần lớn các nhà máy xút - clo trên thế giới, nhất là ở châu âu, vẫn đang vận hành công nghệ điện phân với điện cực thủy ngân. Nguyên nhân là vì vấn đề kinh tế và vốn, không phải cơ sở xút - clo nào cũng có thể đầu tư dây chuyền mới, chuyển ngay sang áp dụng công nghệ màng trao đổi ion. Hơn nữa, công nghệ điện phân bằng điện cực thủy ngân là công nghệ đã được vận hành ổn định, cho phép sản xuất ra sản phẩm xút với chất lượng rất cao, đồng thời các nhà sản xuất cũng đã ngày càng cải tiến công nghệ này, áp dụng các biện pháp để giảm đáng kể lượng thủy ngân phát tán ra môi trường. Ngày nay, lượng phát thải thủy ngân của các nhà máy xút - clo châu âu chỉ chiếm khoảng 5% trong tổng số thủy ngân phát thải vào khí quyển tại đây. Cho đến giữa thập niên 1970 các nhà máy xút - clo theo phương pháp điện cực thủy ngân vẫn được xây dựng ở châu âu. Thời gian hoạt động có hiệu quả kinh tế (tuổi thọ kinh tế) của các nhà máy này là khoảng 40 - 60 năm.

Tuy nhiên, do tác động của các quy định ngày càng nghiêm ngặt về bảo vệ môi trường, trong thời gian 1982 - 1995, trung bình mỗi năm ở châu âu có khoảng 150.000 tấn công suất xút - clo theo phương pháp điện cực thủy ngân bị đóng cửa hoặc chuyển sang công nghệ mới là công nghệ điện phân với màng trao đổi ion.

Diễn biến quá trình chuyển đối công nghệ xút - clo tại châu Âu:

(Tỷ lệ % công suất xút-clo theo các công nghệ)

Chú thích:

Công nghệ Hg

Công nghệ Diaphragm

Công nghệ Membrane

Công nghệ khác

Những năm gần đây, xu hướng chuyển đổi sang công nghệ điện phân với màng trao đổi ion trong ngành sản xuất xút - clo trên thế giới vẫn đang tiếp tục diễn ra, nhưng tốc độ chuyển đổi trong hai năm 2001 - 2002 có giảm đi, vì lợi nhuận giảm đã buộc các nhà sản xuất phải cắt giảm các kế hoạch đầu tư. Cuối năm 2001, công suất xút - clo của châu âu theo công nghệ màng trao đổi ion chiếm 22% tổng công suất xút - clo của khu vực này, công suất xút - clo theo công nghệ màng ngăn cũng chiếm tỷ lệ 22%, trong khi công suất xút - clo theo công nghệ điện cực thủy ngân vẫn chiếm 54%.

Ngành công nghiệp xút - clo châu âu đã cam kết sẽ không áp dụng công nghệ điện phân bằng điện cực thủy ngân ở các nhà máy mới xây dựng. Năm 1999, các đại diện của ngành này đã công bố bản thoả thuận tự nguyện 6 điểm, với chương trình là đến năm 2025 sẽ đóng cửa hoặc chuyển đổi toàn bộ 58 nhà máy xút - clo ở châu âu đang áp dụng công nghệ điện cực thủy ngân sang công nghệ mới.

c/ So sánh giữa các công nghệ sản xuất xút - clo

Có thể so sánh các đặc điểm chủ yếu của ba công nghệ điện phân xút - clo như sau:

Tiêu chí so sánh	Công nghệ
	Điện phân với điện cực thủy ngân	Điện phân với màng ngăn	Điện phân với màng trao đổi ion
Chất lượng sản phẩm xút	Rất cao, xút tinh khiết bậc Rayon: - NaCl < 10 ppm -NaClO3: 0,5 ppm -  Na2CO3: 0,02% - Na2SO4 : 10 ppm Cao trung bình, xút sạch bậc kỹ thuật: - NaCl : 1,0% - NaClO3: 0,15% -  Na2CO3: 0,1% - Na2SO4 : 0,01%	Cao trung bình, xút sạch bậc kỹ thuật: - NaCl : 1,0% - NaClO3: 0,15% -  Na2CO3: 0,1% - Na2SO4 : 0,01%	Rất cao, xút tinh khiết bậc Rayon: - NaCl < 30 ppm -NaClO3: 3 ppm -  Na2CO3: 0,03% - Na2SO4 : 15 ppm
Nồng độ xút sau khi điện phân	50 - 52%	12 - 14%	33 - 35%
Tổng nhu cầu năng lượng (tính quy đổi toàn bộ thành điện một chiều)	3600 kWh/tấn NaOH	5000 kWh/tấn NaOH	3360 kWh/tấn NaOH
Môi trường và an toàn lao động	ảnh hưởng môi trường và an toàn lao động do phát tán thủy ngân ảnh hưởng môi trường và an toàn lao động do sử dụng amiăng ít ảnh hưởng môi trường và an toàn lao động	Ảnh hưởng môi trường và an toàn lao động do sử dụng amiăng	Ít ảnh hưởng môi trường và an toàn lao động

Ngày nay, công nghệ điện phân bằng màng trao đổi ion đang được coi là công nghệ sản xuất với giá thành thấp nhờ hiệu quả sử dụng năng lượng và nhiệt tốt hơn. Đồng thời, về mặt môi trường thì đây cũng là công nghệ ít gây ô nhiễm nhất trong số các công nghệ điện phân muối ăn.