Способ получения хлора и щелочи

 

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ХЛОРА И ЩЕЛОЧИ электролизом С фильтрующей диафрагмой, включаю1ций введение катализатора в питаюйщй рассол, о т л иЧающийся тем, что, с целью о« вышения чйстотй продуктов, в качес - . ве Катализатора используют порошок углеродного материала с размерами частиц 1-500 мкм и вводят его. в количестве 30-650 г на м диафрагмы. 2. Способ по п. 1,отличающ и и с я тем, что в качестве углеродного материала используют активированный антрацит, активированный уголь или ацетиленовую сажу.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3Щ); С 25 В 1/16

»

»

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСНОМУ СВИДЕ П=ЛЬСТВУ с

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНЯТИЙ (21) 2885891/23-26 (22) 22.02.80 (46) 23.07.83. Бюл. 9 27 (72) A.Ì. Агальцов, Ф.К. Андрющенко, A Ê. Горбачев, Ф.П. Гуцал, Б.А. Aspaмов, A.È. Ильинцев, Ю.С. Злобин и Е.Ф. Сольдат (71) Харьковский ордена Ленина политехнический институт им. В.И. Ленина и Первомайский химический завод (53. ) 621.3.035.443 661.418.1(088.8) (56) 1. Якименко Л.M. Производство хлора, каустической соды и неорганических хлорпродуктов. М., "Хймйя", 1974, с. 266.

2. Патент,США В 4055476, : :кл. 204-98, 25.10.77 (прототип).

„.80„„,1 О 424 А (54)(57) 1 ° СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ХЛОРА

И ЩЕЛОЧИ электролизом с фильтрующей диафрагмой, включающий введение катализатора в питающий рассол, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью по» вышения чистоты продуктов, в качест-. ве катализатора используют порошок углеродного материала с размерами частиц 1-500 мкм и ввод2ят его. в количестве 30-650 г на м диафрагмы.

2. Способ по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что s качестве углеродного материала используют активированный антрацит, активированный уголь или ацетиленовую сажу.

1030424

Изобретение относится к электрохимическим производствам и может быть использовано при получении хлора и щелочи в диафрагменных электро-лизерах для снижения содержания хлората в получаемом продукте. 5

Известен способ получения хлора и щелочи электролизом с фильтрующей диафрагмой, согласно которому полу чают продукт,,содержащий 0,4—

1,5 г/л хлората натрия L1 3. 10

Известен также способ получения, хлора и щелочи электролизом с фильтрующей диафрагмой, включающий введение катализатора в питающий рассол.

В качестве катализатора используют тонкоизмельченный металлический никель или его соединения.:-Последние периодически добавляют в водный раствор галогенида щелочного металла,. подаваемого на электролиз для снижения содержания хлората в получаемом продукте. Так,, для снижения содержания хлората до 0,3 г/л никель добавляют в количестве 0,6-1,5 мг на см диафрагмы при периодичности ввода 15-30 сут Е23.

Известный способ не позволяет получить продукт с низким содержа» нием хлората. Так, при концентрации гидроокиси натрия в католите 135 г/л содержание хлората натрия составляет 30

0,4 г/л. Кроме того, использование в качестве катализатора дорогого и дефицитного никеля или его соединений удорожает процесс.

Цель изобретения — снижение со- 35 держания хлоратов в получаемой щелочи и. повышение экономичности процесса.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения хлора и щелочи электролизом с фильт- 40 рующей диафрагмой, включающему введение катализатора в питающий рассол, в качестве катализатора используют порошок углеродного материала с. размерами частиц 1-500 мкм и вводят ..:45 его в количестве 30-650 .г на м диа2 фрагмы.

Причем в качестве углеродного ма- . териала используют актинированный антрацит, активированный уголь или ацетиленовую сажу.

Порошки углеродного материала, обладая высокой удельной поверхностью порядка 40-178 м /r против

0,5-1 м /r у никеля, имеют более

2 . нысокую каталитическую активность, чея никель, что вызывает более интенсивное разложение,гипохлоритов, а следовательно, и более резкое снижение содержания.хлоратов в продукте. Предпочтительно использовать 60 активированйый антрацит, активированный уголь или ацетиленовую сажу, так как они обладают наибольшей каталитической активностью. ДИсперсность катализатора - 1 - 500 мкм, 65 особенно 1-50 мкм, обеспечивает равномерное распределение катализатора н объеме электролита.

Способ осуществляется следующим образом.

В водный раствор галогенида щелочного металла добавляют порошок углеродного материала, например активированного антрацита, активированйого угля, ацетиленовой сажи и др., тщательно перемешивают до получения однородной суспензии, после чего направляют на электролиз в диафрагменный электролизер. Применяют порошок углеродного материала дисперсностью 1-500 мкм, предпочтительно

1-. 50 мкм.

После первоначальной добавки катализатора электролизер работает на обычном водном растворе галогенида щелочного металла, а в получаемом при электролизе католите контролируют содержание хлоратов, Дальнейший ввод углеродного катализатора в электролизер осуществляют периодически, причем в тот период работы электролизера, когда концент рация хлоритов в католите превышает допустимую норму (0,3 г/л}. Периодичность ввода в зависимости от концентрации хлоратов н католите и концентрации самого католита меняется и может колебаться от 15 до

60 суток.

Разовый ввод добавки углеродного материала также изменяется в зависимости от содержания хлоратов в като лите и составляет 30-650 г/м поверху ности. диафрагмы.

Повторный внод углеродного катали» затора производят н количестнв, меньшем первоначального, поскольку в электролизере обычно остается какое-то количество порошка углеродного мате риала.

Ввод добавки углеродного материала производят или в отдельные электролизеры, в. которых содержание хлоратон пренышает норму (0,3 г/л}, или в це ,пом на всю серию электролизеров.

Пример 1. Электролиз пронодят н .лабораторном электролизере, разделенном на анодную и катодную камеры асбестовой насосной диафрагмой, нанесенной на катодную сетку. В .качестве анода используют окисно-рутениевый титановый анод s виде перфорирован ной пластины, катодом служит стальная сетка, используемая в промышленных электролизерах БГК-50/25. Рабочая поверхность анода - 35 см, ра;

2 бочая поверхность катода и диафрагмы - 40 см . В анодную камеру в нача. ле электролиза вводят при перемешивании 200 мл очищенного рассола поваренной соли, содержащего 310 г/л NaC2 и 0,3 г/л Na СО,при избыточной щелоч- : ности .0,1 г/л и 1 r порошка активиро1030424 ванного антрацита фракцией менее

50 мкм. Добавку активированного антрацита вводят из расчета 25 мг/см поверхности диафрагмы или 5 г/л анолита. В катодное пространство заливают 100 мл очищенного рассола поваренной соли. Перепад уровней между анолитом составляет 80 мм. Непрерывная подача рассола в анодную камеру производится со скоростью 53 мл/ч.

Нагрузка на электролизере, — 5,1А, !О анодная плотность тока — 1460А/м2, катодная плотность тока — 1280 A/ì2.

Температура электролита в электролизере — Э5оС. Напряжение на электролизере — 3,5 В. Непрерывный отвод като-15. лита -.53 мл/ч.

За 10 ч электролиза получают 530 мл католита следующего состава, г/л: гидроокись натрия 140„ хлорид натрия

180; хлорат натрия 0,10).гипохлорит натрия - отсутствует.

Выход по току по щелочи составляет 97%, полученный хлоргаз содержит

98Ъ хлора, 1,2В кислорода и 0,8% двуокиси углерода. 25

Пример 2. Электролиэ проводят на том же лабораторном электролизере, что и в примере 1.

В качестве электролита используют очищенный рассол поваренной соли, содержащий 310 г/л NaC2 и 0,4 г/л

Na C03, при избыточной щелочности

0,1 г/л. В 200 мл указанного рассола вводят при перемешивании 0,5 r порошка активированного угля фракцией менее 50 мкм из расчета 12,5 мг/см. З5 диафрагмы. Суспензию заливают в анод ную камеру. В катодную камеру заливают 100 мл рассола. Перепад уровней между анолитом и католитом составля .ет 90 мм, непрерывная подача рассола поверенной соли в анодное пространст: во производится со скоростью 57 мл/ч.

Нагрузка на электролизере, анодная .и катодная плотности тсжа, напряжение на электролиэере такое же, как и в примере 1. Температура электролита в электролизере - 80ОC. Непрерывный отвод католита из электролизера.сос-" тавляет 57 мл/ч.

За 10 ч электролиза получают 570 мл 5О католита следующего состава г/л

Nq0R 130; NaCR 185; . БаС203 0,08; . NaCk0 - отсутствует.

Пример 3. Электролиз проводят на том же лнбораторном электролизере, 55 что и в примере 1. Для электролиза используют очищенный рассол такого же состава, как в примере 2. В 200 мл рассола вводят 2,5 г активированного антрацита фракций: менее 50 мкм — 70% и 50-500 мкм — 30%. Смесь тщательно перемешивают, после чего суспензию заливают в анодную камеру. Активированный антрацит вводят.из расчета

62 мг/см диафрагмы. В катодную каме2 ру заливают 100 мл очищенного рассола, перепад уровней между анолитом и католитом — 60 мл, непрерывная подача рассола .в анодное пространство производится со скоростью 45 мл/ч. Нагрузка на электролизере - 5,1А. Анодная плотность тока — 146ОА/м2, катодная плотность тока — 1280А/м, температу;: ра электролита в электролизере — 85оС, напряжение на электролизере -. 3,48, непрерывный отвод католита в среднем составляет 45 мл/ч.

За 10 ч электролиза получают 460,мл католита, содержащего, г/л:

NaOH 160; NaC2 176; NaC203 0,15;

БаС10 - отсутствует.

Пример 4. Электролиз проводят на том же лабораторном электролизере, что и в примере 1. Для электролиза используют очищенный рассол, как в примере 2. .

В 200 мл рассола вводят 0,12 r ацетиленовой сажи, перемешивают и заливают полученную суспензию в анодную камеру электролизера. Сажу вводят из расчета 3,0 мг/см2 диафрагмы.

В катодную камеру заливают 100 мл рассола, перепад уровней между анолитом и католитом поддерживают 80 мм, непрерывная подача очищенного рас- . сола в анодное пространство 53 мл/ч.

Нагрузка на электролизере - 5,1, анодная плотность тока - 1460A/м

2 катодная плотность тока - 1280 А/м температура электролита в электролизере — 85 С, напряжение на электролиэере - 3,5В, непрерывный отвод католита в среднем составляет 53-.мл/ч.

За 10 ч электролиза получают

530 мл католита состава, г/лг

Na0H 140;NaC2 180; NaC203 0,20;

NaC10 - отсутствует.

Для получения сравнительных данных параллельно в таком же лабораторном диафрагменном электролйзере проводят электролиз очищенного рассола без катализатора и с добавкой никелевого катализатора.

В таблице показано влияние добавок ката чизатора на содержание хлората натрия в католите.

1030424

Способ диафрагменного. электролиза

Количество мг/см

Катализатор

Известный 513 .Не вводится

0,9 1,ã

0,7

О,4

Известный (2) Никель, соли никеля 1,5-7,7 в пересчете на никель

0,65 0 у 85

0,43

0,25

Предла гаемый

Порошок активированного айтрацита 3-65

0,10

0,13 0,15

0,08

Порошок ак-: тивированного угля

0,14 0,16

0,08

0,11

3-65

Ацетиленовая сажа

0,25 0,30

0,10

0,20

3-25!

Составитель О. Ромашин

Корректор С. Иекмар едакто О. Половка Тех едС.Мигунова

Заказ 5139/30 Тираж 643 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Д.Ф

Как видно иэ таблицы, при осуществлении диафрагменного электролиза вод.- ного раствора хлорида †.поваренной соли с добавкой порошка углеродного материала получают гидроокись натрия с низким содержанием хлората натрия, не превышающим 0,3 г/л даже при концентрации гидроокиси натрия в католите 150-160 г/л, тогда как при таких же концентрациях гидроокиси натрия в католите содержание хлората натрия в гидроокиси натрия, полученной без добавки катализатора, составляет

0,9-1,2 г/л, а с добавкой никелевого катализатора 0,65-0,85 г/л.

Применение порошков, размер час- 40 тиц которых выходит за рамки предлагаемых значений, а также введение их в количествах менее 30 г/м приводит к увеличению содержания хлоратов до уровня известного способа. 45

Использование в хлорной промышлен . ности предложенного способа получения. гидроокиси щелочного металла обеспечивает по сравнению с известными спо- собами следующие преимущества гполуче- 50 ние достаточно чистой в отношении хлоI ратов гидроокиси щелочного металла! непосредственно в npogecce диафрагменного электролиза, не прибегая к опера циям по ее дополнительной очистке в специальных очистных установках; возможность производства гидроокиси щелочного металла с низким содержанием хлоратов при высоких концентрациях, гидроокисей щелочных металлов, вплоть до 160 г/л, в католите, что значитель« но расширяет область использования получаемой гидроокиси щелочного металла,, способствует экономии пара и интенсификации процесса последующей после электролиза стадии выпарки католита. .По предварительным расчетам, ожидаемый экономический эффект для цеха диафрагменного электролиза производительностью 150 тыс. т гидроокиси щелочного металла в год составит

1,2 млн. руб. по сравнению с цромыш . ленным диафрагменным методом без добавки катализатора, и около 300 тыс. руб. по сравнению с известным спосо бом за счет снижения стоимости катализатора, уменьшения расхода пара и повышения производительности при выпарке католита.