[發(fā)明專利]用于制備氯·氫氧化鈉的電解池以及制備氯·氫氧化鈉的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201080068005.8
• 申請日: 2010-10-01
• 公開（公告）號: CN103025920A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 井筒智典;齋木幸治;井口幸德;淺海清人
• 申請（專利權(quán)）人: 氯工程公司;鐘化股份有限公司;東亞合成株式會社
• 主分類號: C25B9/00
• 分類號: C25B9/00;C25B1/16;C25B1/26
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 牛海軍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于制備氯·氫氧化鈉的電解池和制備氯·氫氧化鈉的方法，且更具體地，涉及用于當(dāng)通過使用氣體擴(kuò)散電極制備氯·氫氧化鈉時，有效地防止鈣沉積的電解池。

背景技術(shù)

在材料產(chǎn)業(yè)中，鹽水的電解已經(jīng)扮演了重要的角色。然而，電解所需的能耗高。因此，在能量成本高的日本，節(jié)約電解使用的能量已成為重要問題。

目前主流的離子交換方法通過鹽水的電解獲得氫氧化鈉水溶液、氯和氫(參照下述方程式(1))。盡管離子交換法的理論分解電壓為約2.19伏，但因為歐姆電勢損失、電極的過電壓等，所述操作實際上是在約3伏的實際需要的電壓(在下文中稱為“實際電壓”)進(jìn)行的：

2NaCl+2H₂O→Cl₂+2NaOH+H₂(1)

與之對照，為了嘗試大量地節(jié)能，已經(jīng)研究了一種組合方法，其中將離子交換法與使用氣體擴(kuò)散電極作為陰極以還原氧的方法(參照下述方程式(2))相結(jié)合，并且這種組合方法(在下文中被稱為“氧陰極法”)為：

2NaCl+1/2O₂+H₂O→Cl₂+2NaOH????(2)

氧陰極法可以將理論分解電壓降低至0.96伏，并且即使包括其它電阻組分，也可以在約2伏的實際電壓操作。盡管不生成氫，但可以期待節(jié)能30％以上。

在專利文獻(xiàn)1至3中，公開了作為改良的氧陰極法的方法，其中氣體擴(kuò)散電極與離子交換膜緊密接觸，更具體地，其中公開了一種方法，其中陰極室被構(gòu)造為陰極氣體室。因為此方法由兩個室即陽極室和陰極室構(gòu)成，它可以被稱為二室法，與由陽極室、陰極室和氣體室構(gòu)成的三室法相反。在此方法中，使氣體擴(kuò)散電極與離子交換膜接觸，并且將彈性材料(襯墊材料)充填入陰極室中，使得通過使用其中產(chǎn)生的斥力將氣體擴(kuò)散電極經(jīng)由離子交換膜均勻地壓在陽極的整個表面上。而且，為了更加安全地保持和排出氫氧化鈉水溶液，存在著將親水性液體滲透材料置于離子交換膜和氣體擴(kuò)散電極之間的情況。這種二室法是改良的方法，其中可以降低電壓或耗電，因為與常規(guī)的三室法相比，電極間的距離最小化了。

根據(jù)所述二室法，可以用液體滲透材料(即，專利文獻(xiàn)3的[0025]段的液體保持層)保持氫氧化鈉水溶液，并且可以通過將親水性液體滲透材料置于離子交換膜和氣體擴(kuò)散電極之間來穩(wěn)定地進(jìn)行電解，兩者均是可能的。然而，取決于該方法的液體滲透材料的材質(zhì)或結(jié)構(gòu)，存在著通過透過離子交換膜的水(下文中稱為“浸透水”)被轉(zhuǎn)移至陰極的微量鈣離子易于在陰極的朝向離子交換膜的表面上沉積的問題。鈣離子源自保留在鹽水中的雜質(zhì)。在三室法中觀察不到這種在朝向離子交換膜的陰極表面上的現(xiàn)象。

在離子交換膜法中，需要的是，在對鹽水純化的嚴(yán)格控制下，提供至陽極室的鹽水中的鈣離子的濃度應(yīng)保持處于低濃度。作為這樣的純化方法中的一種，一種用于除去鈣離子等的方法是已知的，其中向包括絮凝反應(yīng)器、沉降槽、砂過濾器和微過濾器的鹽水純化工藝中增加通過螯合樹脂的純化。然而，即使進(jìn)行了通過螯合樹脂的純化，仍難以完全除去鹽水中的鈣離子，且鈣離子以約10ppb殘留在鹽水中。一些殘留鈣離子隨著浸透水穿過離子交換膜，向陰極移動，并且在當(dāng)它們到達(dá)離子交換膜的表面附近時，與高濃度的氫氧化鈉水溶液反應(yīng)，生成了沉積在離子交換膜表面附近的氫氧化鈣。在其中將親水性液體滲透材料置于離子交換膜和氣體擴(kuò)散電極之間的電解池的情況下，氫氧化鈉水溶液的流動在親水性液體滲透材料接觸的點降低；且移動透過離子交換膜的鈣難以擴(kuò)散并與羥基離子鍵合，而易于沉積在離子交換膜的表面上。

引用列表

專利文獻(xiàn)

PLT1：專利公布(特開平)11-124698

PLT2：專利號3553775

PLT3：專利公布(特開)2006-322018

發(fā)明概述

本發(fā)明要解決的問題

在如約為一個月的短期運(yùn)轉(zhuǎn)中，這種如上所述的問題不產(chǎn)生影響。然而，因為離子交換膜非常昂貴，商業(yè)電解池在直到更新離子交換膜時已運(yùn)運(yùn)轉(zhuǎn)了約五年。其間，鈣的沉積在離子交換膜中蓄積，導(dǎo)致離子交換膜的劣化，并因此使這種影響更大。由于離子交換膜的劣化，必須縮短更換離子交換膜的周期，這增加了在總體生產(chǎn)成本中離子交換膜的購置成本所占的比率。這是不經(jīng)濟(jì)的。當(dāng)在電解電壓和電流效率一直劣化的條件下進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)時，電能的成本不經(jīng)濟(jì)地增加，并且在最壞的情況下有可能由于離子交換膜中發(fā)生起泡或隨離子交換膜的強(qiáng)度下降發(fā)生斷裂而可能使陽極等受損。