[发明专利]阴极电解液热回收蒸发器及使用方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2008年8月7日提交的标题为“Catholyte Heat Recovery Evaporator and Method of Use(阴极电解液热回收蒸发器及使用方法)”的美国专利申请序号12/221,878的优先权益。

发明领域

本发明涉及一种回收作为一个过程的副产物所产生的热用作另一过程中的热源的方法。本发明的一个特别的实施例涉及一种自来自膜槽过程的阴极电解液循环流回收热用来减少多效蒸发步骤中的加热公用工程消耗的方法。

发明背景

电解槽和槽膜(cell membrance)技术已存在许多年。电解槽的功能是产生苛性碱水溶液产物，例如苛性钠(NaOH)。

电解槽产生苛性碱水溶液产物(具体而言，苛性钠)的方法如下。使用盐水来产生苛性钠、氢气和氯气。如图1中所示，电解槽5具有阳极15和阴极25及阳极15和阴极25之间的槽膜30。槽膜30的使用在电解槽5内创建了阳极室10和阴极室20。

盐水通过管线50进给到电解槽5内阳极室10中。水通过管线35进给到电解槽5内阴极室20中。当电流流经电解槽5时，盐水中的氯离子以氯气形式聚集在阳极室10中阳极15周围。来自盐水的钠离子聚集在阴极25周围并与水反应形成苛性钠和氢气，氢气聚集在阴极室20中。氯气和废盐水分别通过管线42和管线40从阳极室10除去。苛性钠水溶液(或阴极电解液)和氢气分别通过管线45和管线44从阴极室20除去。

但电解槽所产生的苛性碱水溶液产物的浓度通常不够高而不能满足顾客需要或不能有效地用在其他过程中。因此，所述苛性碱水溶液产物必须被浓缩至高于阴极电解液浓度的浓度水平以便可合格地出售或用在其他过程中。例如，许多顾客要求其苛性钠(或NaOH)水溶液具有约50％NaOH的浓度，但来自电解槽的NaOH浓度约为32％NaOH。

电解槽中为产生苛性碱水溶液产物所用的电将释放热，所述热被槽内的物质所吸收，从而提高其温度。因此，来自槽的阴极室的阴极电解液和来自槽的阳极室的阳极电解液的温度高于进入槽的物质的温度。通常，自阴极室除去的阴极电解液被分成两个流，一个与加入以便稀释的水一道循环回阴极室，一个被浓缩并作为产品出售或用在设备内的另一过程中。但在循环的阴极电解液可被返回到槽之前，必须除去因电解所增加的热而降低阴极电解液的温度。这往往通过使用冷却水经换热器做到。

此外，为浓缩苛性碱水溶液流，要用热(通常来自蒸汽)使之蒸发以除去过量的水。沸点升高是每一苛性碱溶液的物理性质，随浓度增加而增高并随真空增加而降低。因此，苛性钠的浓度越高，为使过量的水从苛性水溶液中进一步蒸发所需的温度也越高。

苛性碱水溶液的浓缩已通过若干不同的方法进行，包括多效蒸发器、系列蒸发器或单个蒸发器。大多数工厂使用蒸汽作为多效蒸发器中的加热源。

Kazihara的美国专利4,090,932披露了一种从阴极电解液循环管线回收热并使用其作为浓缩过程的热源的方法。但如果没有过度的实验，则所披露的方法将不能奏效且不能容易地改进。Kazihara所披露的设计为何不奏效或不可行的原因有若干。具体而言，循环的阴极电解液流速过高、气压冷凝器的设计不正确且阴极电解液换热器的设计很勉强。

首先，再循环的阴极电解液流速过高。在所披露的方法中，所给实施例要求循环阴极电解液流量比待浓缩的阴极电解液流量高约26倍。当前的槽设计要求循环的阴极电解液低于待浓缩阴极电解液的8倍。因此，Kazihara设计所要求的循环是当前的槽设计所允许的3倍以上。由于该流量是当前的槽技术不可接受的，故Kazihara设计指定的阴极电解液高循环速率不可行。

其次，气压冷凝器的设计不正确。Kazihara或者给出了不正确的沸点升高或者未允许气压冷凝器的传热有足够的最低温度驱动力。沸点升高是任何沸腾液体的物理性质。在大气压力下，水于212℉沸腾，而50％NaOH的沸点为290℉，因此，50％NaOH的沸点升高为78℉(290℉-212℉)。此外，在大气压力下自50％NaOH蒸发的水蒸气可在212℉下冷凝，此温度定义为饱和蒸气温度(也称露点)。在高真空下，此时水于95℉下沸腾，50％NaOH的沸点为165℉，故50％NaOH的沸点升高为70℉(165℉-95℉)。在此高真空下自50％NaOH蒸发的水蒸气可在95℉(饱和蒸气温度)下冷凝。