氯碱工业

电解法制造烧碱,氯气,氢气:
阴极： 2H+ + 2e- = H ↑ 2 阳极： 2Cl- -2e- = Cl2↑
φ =-0.841v
φ =1.3297v
还原
氧化
总反应离子方程式：
2Cl－ + 2H2O
电解
2OH－ + H2↑ + Cl2↑
总反应：
2NaCl + 2H2O
电解
2NaOH + H2↑ + Cl2↑
离子交换膜（全氟离子膜）法的原理 图：
离子膜电解装置及工艺流程：

离子交换膜法制烧碱特点：
阳离子选择透过性好 电解式扩散率低 较高的化学稳定性和热稳定性 机械强度高，不易变形 电阻小 ，能耗低，无石棉水银公害 烧碱中NaCl含量低，烧碱纯度高。 食盐水必须是精制饱和的，除去盐水中钙 镁离子，使其含量减至5^10-8以下
过电位




过电位（英语：overpotential）是电极的电位 差值，无电流通过（平衡状态下）和有电流通过之电 位差值。 量测的过电位代表为了维持电极反应速率（电流 密度）所需要的额外能量，此能量会转成热能。 结果，阳极运作电位永远高于平衡状态下的电位； 阴极运作电位永远低于平衡状态下的电位。 过电位随著电流密度升高而提高。 采用氢气的过电位低的阴极而氧的过电位高的阳极电 极！

5月21日，东岳集团向媒体宣布，该公司已完成了 作为氢燃料电池核心技术材料的全氟离子交换膜及 其相关产品的技术研究，并初步形成了产业化，我 国由此成为世界上第二个拥有该项技术和产业化能 力的国家。 据介绍，全氟离子交换膜是由全氟 离子交换树脂做成的，价格昂贵，目前市场价格达 到每吨1000多万元。全氟离子交换膜是含氟材料中 非常特殊的全氟高分子材料，主要运用于氢氧燃料 电池膜、氯碱工业电解槽里边的金属离子透过膜、 电池和各种 水处理装置以及电解装置、冶金等方面。 面对越来越突出的能源危机，氢氧燃料电池作为一 种新兴的能源转换装置，被列为21世纪最重要的替 代产品。 历经8年科研攻关，东岳集团100%国产化的全氟离 子膜，在万吨级氯碱装置上一次通电成功，打破了 美国、日本长期对该项技术的垄断，长了民族志气。 这标志着我国成为全球第三个拥有氯碱离子膜核心 技术和生产能力的国家。
东岳集团

氯碱离子膜也叫氯碱离子交 换膜，氯碱用全氟离子膜离 子膜，氯碱离子膜是氯碱工 业核心设备电解装置的核心 材料。我国现有氯碱工业装 置规模超过3500万吨，是全 球第一氯碱生产大国，但装 置所需离子膜在东岳离子膜 产业化之前100%依赖进口， 氯碱工业安全运行的“命门” 一直卡在他国手中。从1980 年开始，我国组织了长达30 年的全氟离子膜科研攻关， 最终依托东岳集团实现离子 膜国产化。
隔膜法：
电解法装置及其工艺流程
立式隔膜电解槽：
隔膜法的改进： 1.可以防止阴阳极产物的混合但是不能妨碍阴阳离 子的自由迁移，氢氧根离子可向阳极迁移，这样就 有了副反应的发生。采用逆流法阻止氢氧根向阳极 扩散。 2.采用石墨做阳极同样会有阳极腐蚀现象。阳极损耗 不得不定时更换材料。采用金属阳极，即以金属钛 为基体，在机体上涂一层其他金属氧化物的活化层 所构成的阳极，例如钛极钌-钛金属阳极。 3。隔膜材料为石棉隔膜，杂质的堆积堵塞隔膜孔隙， 使渗透性恶化，故隔膜也要经常替换，这不得使我 们目光转向新型的交换膜，下面就介绍一下离子膜 交换法电解食盐水。

精制的饱和食盐水溶液连续地进入阳极室，氯离子 在阳极失去电子生成氯气，未解离的食盐水溶液和 钠离子经过隔膜渗流到阴极室，水在阴极上解离为 氢氧离子和氢气，氢氧离子与钠离子结合形成氢氧 化钠。一般控制阴极液的氢氧化钠浓度为 135～ 145g/l，氯化钠浓度为 175～210g/l，电流效率保持 在95.5％～96.5％，在 800～1000A/m2(石墨阳极) 或 1500～2500A／m2（金属阳极）之间的电流密 度下运转。槽温一般为90～99℃，电解的气态产物 为90～95℃饱和水蒸气的氯气和氢气，分别经过冷 却，干燥后作为化工原料。阴极室流出的电解液经 多效蒸发器浓缩并分离出结晶盐后，得到含50％的 氢氧化钠液体烧碱，并可进一步加热浓缩制成固体 烧碱商品 。

来自百度文库
氯碱工业展望（参照“十二五”发展目标）


汞污染防治技术研发(新型固汞触媒研发、无 汞触媒研发)、离子膜国产化、氧阴极的研发、以 及干法乙炔发生、低汞触媒、盐酸脱吸和氯化氢 合成余热利用等先进工艺技术的推广应用将是关 系到国内氯碱行业未来可持续发展的战略要素， 政策性的支持和补贴是上述节能减排(文章来源环 球聚氨酯网)技术能否在行业内获得顺利推广应用 的关键因素之一。 因此，建议鼓励并加大资金投入支持氯碱行 业的节能减排和清洁生产技术改造，支持国产离 子膜、干法乙炔和新型干法水泥制造技术推广应 用，给予全部应用低汞触媒的电石法聚氯乙烯生 产企业以政策性补贴。在电石法聚氯乙烯使用的 新型固汞触媒和无汞触媒研发方面予以政策和资 金支持。
氯碱工业
氯碱工业简介

工业上用电解饱和NaCl溶液的方法来制取 NaOH、Cl2和H2，并以它们为原料生产一系 列化工产品，称为氯碱工业。氯碱工业是最基 本的化学工业之一，它的产品除应用于化学工 业本身外，还广泛应用于轻工业、纺织工业、 冶金工业、石油化学工业以及公用事业。

氯碱工业发展:
*氯碱工业是以盐和电为原料生产烧碱、氯气、氢气的基础原材料工业，产品种类多， 关联度大，其下游产品达到上千个品种，具有较高的经济延伸价值。它广泛应用于农业、 石油化工、轻工、纺织、建材、电力、冶金、国防军工、食品加工等国民经济各命脉部 门，在我国经济发展中具有举足轻重的地位。据有关部门测算，1万吨氯碱产品所带动 的一次性经济产值在10亿元人民币以上。我国一直将主要氯碱产品产量及经济指标作为 我国国民经济统计和考核的重要指标。 *“十一五”期间，我国氯碱行业发展迅速，烧碱和PVC产量都居世界首位，有力地推 动了相关产业的发展。面对经济全球化深入发展、科技进步日新月异、世界氯碱工业结 构调整不断加快、市场竞争加剧的形势，加快转变经济增长方式，促进产业结构调整和 升级，解决长期积累的结构性矛盾和资源、环保约束问题，实现由世界氯碱生产大国向 氯碱强国的转变，是我国氯碱行业“十二五”发展面临的迫切任务。 2010年中国烧碱产量达到2087万吨，聚氯乙烯产量达到1130万吨。烧碱和聚氯乙烯产 能、产量均居世界第一，成为名副其实的氯碱大国。进出口方面 随着中国氯碱行业的 发展，烧碱和聚氯乙烯的出口开始增多，进口逐步减少。液碱已经出口美国、澳大利亚、 加拿大等国。固片碱主要出口东南亚及非洲地区。聚氯乙烯出口到俄罗斯、印度、埃 及和独联体国家等几十个国家。 2010年底，我国在产烧碱生产企业176家，总产能达到3021万吨/年，产量2087万吨。 产能相比“十一五”初期增幅在105.4%，产量增幅在68.3%。烧碱产能主要分布在山 东、江苏、河南、内蒙、新疆和浙江六省份，产能合计占总产能的59.4%。 2010年， 中国山东东岳掌握了离子膜从原料树脂到离子膜交换膜工业品的全套制备技术，使离子 膜法产能所占比例已提高到84.3%.
电解食盐水必须考虑的因素：
简单便宜电解槽设计
高电流密度减少投资
电解槽质量高，对湿氯气和碱耐性
强 电流效率和产率高，低的能耗
氯碱工业电解的三种方法：


1.汞阴极法：消耗水银，污染较严重，已不再 发展。 2.隔膜法： 3.离子交换法：

隔膜法电解是目前电解法生产烧碱最主要的方法之 一，所谓隔膜法是指在阳极与阴极之间设置隔膜， 把阴、阳极产物隔开。隔膜是一种多孔渗透性隔层， 它不妨碍离子的迁移和电流通过并使它们以一定的 速度流向阴极，但可以组织OH-向阳极扩散，防止 阴、阳极产物间的机械混合。 特点 ①隔膜电解法与水银电解法、离子膜电解法、 比较总能耗(包括电、蒸气)最高。②氢氧化钠产品 （固体）含有3％左右的氯化钠,不能用于人造丝与 合成纤维的生产。③隔膜所用的细微石棉纤维，吸 入肺内有损健康。但因生产设备容易制作，材料便 于取得，在电源比较丰富或电价比较低廉，对于烧 碱含盐量的要求又不很苛刻的地区，特别是有地下 盐水或附近有联合发电与供汽设施的地区，仍在普 遍采用。
4OH--4e=2H2O+O2↑ φ Θ =0.401v
还伴有副反应发生:
阴极区
阳极区
Cl2＋2NaOH＝NaCl＋NaClO＋H2O
4OH--4e=2H2O+O2↑ φ Θ =0.401v 2Cl- -2e- = Cl2↑ φ Θ=1.3533v 可以看出来O2比Cl2 先析出来，解决办法： 1.我们选用氧过电位大的电极，使OH-的放 电阻滞因素大大超过Cl-，这样阳极上主要发 生Cl-氧化反应，可选用石墨作为电解水的阳 极。 2.提高Cl-浓度，降低OH- 浓度，尽最大可能 阻止OH- 迁移到阳极。对此可以参照课本96 页。 3.采用离子膜，对离子进出有选择性的膜。
3、生产流程：
1、生产设备名称：离子交换膜电解槽 阳极： 金属钛网(涂钛钌氧化物) 阴极： 碳钢网(有镍涂层)
阳离子交换膜： 只允许阳离子(Na+)通过，把 电解槽隔成阴极室和阳极室。
2、离子交换膜的作用：
(1)将电解槽隔成阴极室和阳极室，它只允许阳离子(Na+) 通过，而阻止阴离子（Cl－、OH－）和气体通过。 (2)防止氯气和氢气混合而引起爆炸。 (3)避免氯气与氢氧化钠反应生成次氯酸钠影响氢氧化钠 的产量。