氯碱电解工艺

氯碱电解工艺安全知识及安全作业

第一节氯碱电解工艺简介

电流通过电解质溶液或熔融电解质时，在两个电极上所引起的化学变化称为电解反应，涉及电解反应的工艺过程为电解工艺。工业上用电解饱和食盐水溶液的方法来制取NaOH、Cl2和H2，称为氯碱工业。主要分为氯化钠电解和氯化钾电解。典型过程包括电解过程，液氯以及氢气的储存和充装过程。

第二节

氯碱电解工艺主要危险特点

盐水电解工艺过程：电解食盐水过程中产生的氢气是极易燃烧的气体，氯气是氧化性很强的剧毒气体，两种气体混合极易发生爆炸，当氯气中含氢量达到5％以上，则随时可能在光照或受热情况下发生爆炸。

电解原料或盐水中有氨或铵存在时，氨或铵在电解过程的酸性条件（pH<4.5）下与氯气或次氯酸反应生成三氯化氮。反应方程如下：NH4+ + 3Cl2NCl3+3HCl+H+

NH3+3HClO NCl3+3H2O

三氯化氮是一种爆炸性物质，与许多有机物接触或加热至90℃以上以及被撞击、摩擦等，即发生剧烈的分解而爆炸；原料中铵盐含量过高或液氯排污不及时，易在液氯汽化系统富集，极易造成三氯化氮爆炸事故。

电解溶液腐蚀性强。此外，电解饱和食盐水的工艺过程中，氢氧化钠、湿氯气、氯水、盐酸、次氯酸钠等均有较强的腐蚀性。

氯气处理工艺过程：电解食盐水过程中产生的氯气是氧化性很强的剧毒气体，液氯的生产、储存、包装、输送、运输过程可能发生液氯的泄漏。

氢气处理工艺过程:

电解食盐水过程中产生的氢气是极易燃烧的气体。

第三节氯碱电解设备安全技术

目前，氯碱行业使用的电解槽主要有两大类：一是金属阳极隔膜电解槽，二是离子膜型电槽，槽型有单极槽和复极槽，循环方式有强制循环和自然循环两种。氯碱企业选用的离子膜电解槽主要有旭化成、氯工程公司、伍德公司、迪诺拉公司、北化机及ICI公司生产的电槽，电槽所用离子膜主要供应商有美国杜邦公司、日本旭化成和旭硝子公司。

一、隔膜电解槽

隔膜电解槽的图解原理如图一所示，电解时，氯气照方程式(2)在阳极发生，工业生产上的阳极是钌基或铂/铱基涂刷在钛板上制成的，称为金属阳极．在阳极产生的氯气首先溶解在电解液中直至饱和，后呈气泡放出．由于氯的溶解度是温变的函数，所以电解一般在较高的

温度(95～100℃)下进行，以减少氯的溶解度，并增加溶液的电导．伴随着氯气的产生，在阳极可能发生两个副反应，一是在阳极上H2O 放电而产生O2，如方程式(4)所示，另一是OCl-离子的电化学氧化而生成氯酸盐，如方程式(5)所示．

2H2O→O2+4H++4e-(4)

上列反应中，O2的析出是跟“阴极材料”和介质的pH有关

如果采用石墨作阳极，由于产生了C→CO2的反应，而导致阳极材料的消耗

C+2H2O→CO2+2H2

电解质通过隔膜，从阳极区渗入阴极区，通常采用石棉或氟高聚物改性石棉为隔膜，采用真空吸附的方法沉积在多孔的阴极上(编网或多孔钢板)．在阴极区，水分子放电产生H2和NaOH，其中NaOH部分地回迁移至阳极区，跟溶解在里面的氯起反应而产生氯酸盐．如方程式(7)(8)和(9)所示．

Cl2+OH-→HCl O +Cl-(7)

HOCl+OH-H2O+OCl-(8)

2HOCl+OCl-→ClO3-+2H++2Cl-(9)

上列副反应产生影响电解的电流效率．阴极流出液中一般会有12％NaOH和15%NaCl．

此类电解槽现已逐渐被淘汰

二、离子交换膜电解槽

离子交换膜电解槽的图解示意图如图二所示．这类型的电解槽通常采用离子交换膜作为隔膜．其中一种常用的离子交换膜叫做“Naflon”，系全氟碳共聚物，由美国杜邦公司制造．

电解用的纯盐水是采用离子交换的方法制备的，其中所含的Ca2+和Mg2+少于0.1ppm，该盐水送入阳极室，无离子水送入阴极室，阳极区的Na+被离子交换膜交换到阴极区，跟阴极区的OH-形成NaOH，交换膜能阻止Cl2的迁移，因而可能生成高纯度的NaOH，其浓度达50%以上，从而免去烧碱的蒸发工段．

三、汞电解槽

隔膜电解槽和离子交换膜电解槽中，其阳极液和阴极液的分离分别地采用隔膜或离子交换膜，而汞电解槽无隔膜．其图解示意图如图三所示：阴极本身可以达到分离的目的．Cl2在阳极产生，而Na+在阴极放电形成钠汞齐，经第二电槽与水反应生成H2和Hg

2NaHg+2H2O→2NaOH+H2+Hg

所产生的汞经回收循环使用．由于汞严重地污染环境，此类电解槽已被逐渐淘汰．

旭化成、氯工程、北化机三种电解装置的比较

一、工艺比较

目前，旭化成、氯工程、北化机三家最新推出电槽均为高密度、低电耗运行的复极式电槽。北化机与旭化成工艺上基本一致，比自身以前槽型有很大改进。单从工艺上讲，这二家在新进工艺中增加了稀盐水程控配制系统，以便电解槽连锁停车后，由原来的浓盐水循环改为稀盐水循环，从而保护离子膜。北化机和氯工程在每台电解槽上配一台极化整流器，主要用于电解槽开停车来使用，旭化成在极网上采用专有技术喷涂，不需配极化整流器。氯工程与北化机和旭化成工艺相比在盐水电解前后去除[wiki]硫酸[/wiki]盐和氯酸根有自己的技术专利，就是电解之前或电解之后，将盐水输送进入一个由阳离子交换膜隔开的电解槽中阳极室然后电解盐水在氯化物离子被分离出来之后，将盐水排出该电解系统之外。与传统的方法比较，可以减少氯化钠的

排出量，而且没有必要采用HCl分解氯酸盐。北化机和旭化成工艺是在进电解槽盐水中加17[wiki]%[/wiki]HCl，以去除电解槽中产生氯酸根。

综合以上三家的工艺，它们在工艺上基本相似，局部上氯工程的盐水进电解前后去除硫酸盐和氯酸根的工艺，较北机、旭化成先进。旭化成极网喷涂技术优于北化机和氯工程。北化机、旭化成、氯工程在性能上相近。

二、[wiki]设备[/wiki]比较

（一）旭化成离子膜装置特点

1、优点

（1）槽框结构稳定，密封性好，不泄漏；

（2）结构电压低，槽内液体和电流分布均匀使离子膜使用寿命延长；（3）阴阳极电位低，稳定性良好；

（4）单元槽保证寿命10年；

（5）优异的阳极涂层及活性阴极

（6）单元槽托架采用优质ABS工程塑料制造，绝缘性好；

（7）阳极密封面采用钛钯合金；

（8）由过去的强制循环改为现在的自然循环，很好的保护了离子膜在突然停车时造成的液体压差波动冲击。

2、缺点

旭化成离子膜中所谓“单元槽”是不确切的存在，因为我们所说的“单元”应该为独立存在，在旭化成离子膜装置中没有独立存在的“单