
鈦電極在氯堿工業領域的應用之離子膜電解法
發布時間:2022/3/28 8:52:10
離子膜電解法是氯堿工業在20世紀70年代中期推出的一種工藝,其原理如圖6-3所示。
圖6-3離子膜電解法的原理
這一工藝技術的關鍵是使用對離子具有選擇透過性的離子交換膜,在氯堿工業采用的是全氟陽離子交換膜,它只允許鈉離子由陽極區進入陰極區,卻不允許OH-、Cl-及水分子通過,這樣不僅使兩極產物隔離,避免了導致電流效率下降的各種副反應,而且能從陰極區直接獲得高純度(含鹽僅 高濃度(一般為31%~35%)的燒堿。1990年日本旭硝子公司已開發了直接生產濃度達50%的燒堿的離子交換膜電解槽。
離子膜電解法不僅具有產品質量高,能耗低(每生產1t燒堿可降低直流電耗約35%)的優點,而且可消除隔膜法使用石棉,水銀法使用汞造成的公害及環境污染。離子膜電解法投涂低,在國外新建工廠投資中僅為隔膜法的80%。因而被認為是當前氯堿工業的最新成就,成為氯堿工業的發展方向。
離子膜電解槽均采用板框壓濾機型結構,每臺電槽皆由若干單元糟構成,每一單元槽則包括陽極、陰極、離子膜和槽框等按供電方式、離子膜電解槽可分為單極式電解槽和復極式電解槽兩類。
離子膜電解槽都采用金屬陽極,而陰極大多采用降低析氫進電位的活性陰極。
表6-2為北京化工機械廠制造的離子膜電槽的規格及參數表6-3為幾種國外離子膜電解槽的特性及工作參數,圖6-4及圖6-5分別為單極式離子膜電解槽和旭化成復極式離子膜電解槽。
表6-2離子膜電解槽的規格及參數
槽型 項目 | 復極式 | 單極式 | ||
標準型 | 改進型 | 小單極 | 大單極 | |
電流負荷/kA | 10.8 | 10.8 | 30~80 | 50~200 |
電流密度/ | 36 | 36 | 30 | 36 |
電流效率/% | 94 | 94 | 94 | 94 |
直流電耗 | 2290 | 2250 | 2250 | 2150~2300 |
陽極壽命/a | 5 | 5 | 5 | 5 |
活性陰極壽命/a | 4 | 4 | 4 | |
單元槽壽命/a | 10 | 10 |
表6-3為幾種國外離子膜電解槽的特性及工作參數
廠家 | 槽型 | 電流 /kA | 電流密度 / A \cdot m ^ { - 2 } | 電極 面積 / m ^ { 2 } | 槽電 壓/V | 電流 效率 /% | 1tNaOH 的 直流電耗 /kW·h | 單元 槽數 /臺 | 離子膜 | |
旭化成 Asahi Chemical | ASAHI (復極式) | 10.8 | 3600- 4000 | 2.7 | 3.05~ 3.15 | 94- 95 | 2150- 2230 | 96- 98 | ACIPLEX F422 | 30° 35 |
旭硝子 Asahi Glass | AZEC-M3 (小單極) | 30~ 80 | 3000~ 3200 | 0.2 | 3.15 | 94~ 95 | 2250 | 76 | Flemion 775 | 32~ 33 |
AZEC-F1 (大單極) | 50~ 200 | 3600 | 2.7 | 3.25 | 94 | 2150~ 2300 | 12 ~18 | Flemion- 795 | ||
西方技 術公司 ELTECH | MGC-6 (單極) | 3000~ 3300 | 1.5 | 3.1~ 3.3 | 94 | 2200~ 2300 | 6 | Nafion- 961 | 30~ 32 | |
德山 曹達 | TSE-270 (復極) | 10.1 | 3600~ 3800 | 2.7 | 3.1~ 3.3 | 85 | 2500~ 2600 | 90 | Neose- PTA-F | 30~ 31 |
美國化 學工業 公司ICI | FM21 (單極) | 3000~ 4000 | 0.41 | 3.08 | 2200~ 2300 | Nafion 902 Fle-mion 723 |
圖6-4 MGC單極式離子膜電解槽
圖6-5旭化成復極式離子膜電解槽
離子膜電解法的電流密度高于隔膜電解法,一般為30~40A/dm?,而槽電壓卻低于隔膜法,一般約為3.1V。
北京化工機械廠1984年從日本旭硝子公司引進離子膜法電解槽制造技術,形成年制造12萬噸離子膜電解槽生產能力,1987年已向國內用戶提供產品。
上海天原化工廠1983年建成1000噸/年規模的離子膜電解裝置。
至1991年止,我國13家氯堿工廠從國外5家公司,即日本旭化成、旭硝子、德山曹達、美國西方技術公司和英國ICI公司引進離子膜法電解槽,生產能力達37萬噸/年。使用四種離子膜,日本旭化成ACIPLEX-FB278牌號膜、日本旭硝子Flemon 775牌號膜、德山曹達Neosepta-F全氟羧酸離子膜及美國杜邦公司NX-901膜,以杜邦公司及旭硝子公司的最好。