[发明专利]一种三电解槽氯碱电解制备体系及氯碱制备方法

说明书

本发明属于氯碱工业技术领域，具体涉及一种三电解槽氯碱电解制备体系及氯碱制备方法。三电解槽氯碱电解制备体系包括：电解槽A、电解槽B和电解槽C；所述电解槽A由钠离子可逆脱嵌化合物阳极‑氢氧化钠电解液‑氧还原空气阴极构成；所述电解槽B由阴离子可逆脱嵌化合物阳极‑含钠离子溶液电解液‑钠离子可逆脱嵌化合物阴极构成；所述电解槽C由析氯阳极‑盐酸电解液‑阴离子可逆脱嵌化合物阴极构成。本发明采用三个独立的电解槽，有效避免了氢气与氯气的混合，保证了安全，产品烧碱与氯气具有超高的纯度。采用钠离子可逆脱嵌化合物电极、氧还原空气电极以及阴离子可逆脱嵌化合物电极作为三个电解槽的电极材料对环境友好且具有超高的循环稳定性。

技术领域

本发明属于氯碱工业技术领域，具体涉及一种三电解槽氯碱电解制备体系及氯碱制备方法。

背景技术

氯碱工业是指通过电解饱和食盐水来制取烧碱、氢气和氯气并以它们为原料来生产一系列化工产品的化学工业，它的产品除应用于化学工业本身外，还广泛应用于轻工、纺织、冶金、石油化学工业以及公用事业。烧碱的应用最早从制造肥皂开始，逐渐应用于造纸、纺织、印染等领域，随着60年代后石油化工和制铝工业的快速发展，烧碱的用量进一步扩大。目前烧碱的消费构成主要分布于化学品、玻璃、纸浆、制铝、石油工业、纺织品等行业。氯气的用途很广，产品分类上可分为无机氯产品和有机氯产品。无机氯产品重要应用其强氧化性来进行产品的漂白以及液体的消毒，常见的水消毒所使用的液氯，以及纺织、造纸工业用的次氯酸钠和亚氯酸钠等，都为常见的无机氯产品。有机氯产品的种类以及占比远远大于无机氯产品，其中最大的耗氯有机氯产品为聚氯乙烯(PVC)，此外含氯有机溶剂、丙烯系列氯的衍生产品、氯丁橡胶以及氟氯烃等有机氯产品也得到了广泛的应用。氢气作为氯碱工业的副产品之一，除应用于合成盐酸和PVC外，另一大用途是植物油加氢生产硬化油，此外金属氧化物的还原、有机物的合成加氢也涉及氢气的应用。

氯碱工业起源于19世纪初，迄今为止，较为成熟的氯碱工业技术有3种：隔膜法、水银法以及离子膜交换法。1851年，第一个隔膜电解食盐水的专利出现，直到1890年德国使用了水泥微孔隔膜实现食盐水电解的工业化。此后，为了减少阴极室氢氧根离子向阳极的扩散，石棉滤过性隔膜电解技术相继被提出。隔膜法在电解的过程中可以有效避免氢气和氯气的混合，但烧碱的形成需要靠重力差的作用使阳极侧的溶液透过隔膜到达阴极侧形成，该阴极产物多半是烧碱与盐的混合物，需经过后续蒸发、浓缩和脱盐等加工处理，才能获得较高纯度的烧碱。该方法投资大，能耗高，产品纯度低，后续加工过程复杂，石棉对环境存在一定程度的危害性。为了进一步提高产品的纯度，缩短产品加工流程，1892年美国人H.Y.卡斯特纳和奥地利人C.客尔纳同时提出水银电解法，其原理是采用汞阴极与钠离子反应生成钠汞齐实现钠离子的提取，阳极侧产生氯气，后将钠汞齐在另一个电解槽中分解释放钠生成烧碱，阴极侧生成氢气，这种两电解槽两步法电解方式可有效避免氢气与氯气的混合，以及实现高纯烧碱的制备，但汞对于环境的污染不容忽视。为了改善上述两种方法存在的弊端，离子膜法应运而生。1975年，日本和美国首先实现了离子膜电解法的工业化，该方法不同于隔膜法之处在于阳极侧溶液中的钠离子在电场的作用下透过阳离子交换膜到达阴极侧生成烧碱，有效避免了盐与碱的混合，而在阳极和阴极侧产生氯气和氢气。该方法的优点是烧碱纯度高，装置简单，操作方便，但离子交换膜容易受到重金属离子的污染，对于盐水质量要求高，氢气和氯气可能透过离子膜存在一定风险，阳离子交换膜的使用寿命有限，且价格昂贵。同时，阳极和阴极分别安放在两个电解室中，相距较远，通电电流大时造成过高的电压差，增加的电解成本。

针对上述三种传统氯碱生产技术存在的问题，为了进一步实现高纯烧碱的制备，发展无离子膜和低电极间距的电解体系，以便降低材料成本、减小耗电和环境污染，本发明提供了一种从含钠离子的溶液中，收集钠并制备高纯氢氧化钠和高纯氯气的三电解槽氯碱制备法及其装置。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种三电解槽氯碱电解制备体系，实现高纯烧碱的制备，不需要阳离子交换膜以及精制盐水，可有效降低生产成本。