Электролизер для получения хлора и раствора гидроокиси щелочного металла
ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ХЛОРА И РАСТВОРА ГИДРООКИСИ ЩЕЛОЧНОГО МЕТАЛ Щ электролиэом раствора хлорида щелочного металла содержащий анод и катод, разделенные ионообменной меь/йраной из фторированного полимера, содержащего сульфонильные группы, присоединенные к атому углерода с, по крайней мере, одним атомом фтора, присоединенным к нему, отличающийс я тем, что, с целью снижения энергозатрат , используют ионообменную, мембрану из двух слоев полимера, причем один из слоев, составлякяций 1/JO-1/3 толщины мембраны, состоит из слоя полимера с эквивалентным весом на 250-700 ед. большим эквивалентного , веса полимера другого слоя, и мембрана установлена в О) электролизе так, что слой с большим эквивалентным весом обращен к катоду .
(19) (и) СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
З(51) С 25 В 9 00.
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИ1 ЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
И пАТЕНТУ (21) 2633305/23-26 (62) 2145943/23-26 (22) 05.07.78 (23) 20.06.75, (31) 481751 (32) 21.06.74 (33) CfllA (46) 23.02.84. Нюл. Р 7 (72) Питер Ньютон Волмсли (Великобритания) (71) Е.И.Дюпон де Немур энд Компани (США) (53) 661.3.035(088.8) (56) 1. Патент CtIIA N 3282875, кл. 260-29.6, 1966.
2, Заявка Франции 9 2218942, кл. В 01 К 3/00, 25.01.74 (прототип). (54) (57) ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ
ХЛОРА И РАСТВОРА ГИДРООКИСИ ЩЕЛОЧНОГО МЕТАЛЛ) . электролизом раствора хлорида щелочного металла содержащий анод -и катод, разделенные ионообменной мембраной из фторированного полимера, содержащего сульфонильные группы, присоединенные к атому углерода с, по крайней мере, одним атомом фтора, присоединенным кнему, отличающийся тем, что, с целью снижения энергозатрат, используют ионообменную . мембрану из двух слоев полимера, причем один из слоев, составляющий
1/40-1/3 толщины мембраны, состоит из слоя полимера с эквивалентным весом на 250-700 ед. большим эквивалентного,веса полимера другого слоя,,и мембрана установлена в электролизе так, что слой с большим эквивалентным весом обращен к катоду.
1075986
Изобретение относится к электрохимическому производству, s частности к электролизерам для получения хлора и раствора гидроокиси щелочных металлов электролизом раствора хлорида щелочного металла с 5 использованием ионообменных мембран.
Известно применение ионообменной мембраны из фторированного полимера, содержащего сульфонильные группы 51 3. 10
Недостатком известной мембраны является ее невысокая прочность, что ведет к использованию сравнительно толстых мембран и, следовательно, к повышенным затратам энергии на 15 проведение процесса.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является электролизер, содержащий корпус, разделен- 20 ный на анодную и катодную камеры ионообменной мембраной, причем в качестве мембраны используют пленку типа сэндвич, выполненную из гидролизованного сополимера тетрафторэтилена и сульфированного окисла перфторвинила с эквивалентным весом 900-1600 C2 ).
Недостатком известного электролизера является повышенный расход энергии на проведение процесса.
Целью изобретения является сниже.ние энергозатрат.
Поставленная цель достигается тем, что в электролизере для получения хлора и раствора гидроокиси щелочного металла электролизом раствора хлорида щелочного металла, содержащем анод и катод, разделенные ионообменной мембраной из фторирован ного полимера, содержащего сульфо- 40 нильные группы, присоединенные к атому углерода с, по крайней мере, одним атомом фтора, присоединенным к нему, используют ионообменную мембрану из двух слоев полимера, 45 один из слоев, составляющий 1/10 -1/3 толщины мембраны, состоит из слоя полимера с эквивалентным весом на
250-700 ед. большим эквивалентного веса полимера другого слоя, и мембрана установлена в электролизере так, что слой с большим эквивалентным весом обращен к катоду.
Ионообменные полимеры имеют дополнительную боковую цепь, содержащую сульфинильные группы, присоединенные к атомам углерода и имеющие включенными в них по крайней мере .один атом фтора.
Миграция анионов уменьшается за счет тонкого барьерного слоя или оболочки, состоящей из имеющего высокий эквивалентный вес полимера, нанесенного на находящуюся в электролизере поверхность пленки, обращенную в сторону катода. Этот слой с высоким удельным электрическим сопротивлением составляет малую
Полимеры могут быть изготовлены 60 из мономеров, которые или фторируются, или в них атом фтора замещает виниловые соединения.
Полимеры могут быть изготовлены, по крайней мере, из двух мономеров, причем, по крайней мере, один мономер выбирается из одной из двух описанных групп. В первую, группу входят фторированные виниловые соединения, например фтористый винил, шестифтористый пропилеи, винилфторид, трехфтористый этилен, хлортрифторэтил, исчерпывающее фторированное соединение (алкилдивиниловый эфир), четырехфтористый этилен и их смеси. При использовании сополимеров при электролизе электролита желательно, чтобы исходный виниловый мономер не содержал водорода.
Во вторую группу входят сульфонилосодержащие мономеры, содержащие исходные соединения - SO2F и
ЯО2С 0.
Предпочтительным сополимером, используемым в пленке, является исчерпывающе фторированный .углеводород, хотя могут быть использованы и другие сополимеры, содержащие атом фтора, соединенный с атомом углерода, который присоединен к сульфонильной группе полимера. Наиболее предпочтительным сополимером явля-! ется сополимер четырехфтористого этилена и исчерпывающе фторированного соединения (3,6-диокси-4-метил7-октенсульфонилфторид), содержащий по весу 10-60Ъ, предпочтительнее 25-504. последнего соединения.
Сополимер изготавливается при помощи известных методов полимеризации, применяемых для гомополимеризации и сополимеризации фторированных этиленов, в частности четырехфтористого этилена.
Используют пленку, в которой фторированный полимер составляет не более одной трети толщины пленки и имеет эквивалентный вес, по крайней мере, в 250 раз больше веса остальной части пленки.
С увеличением эквивалентного веса полимера удельное сопротивление полимера возрастает до значительной величины, что приводит к потреблению большего количества энергии. Желательно использовать пленку с относительно низким эквивалентным весом. Однако вследствие миграции анионов через пленку в процессе производства гидроокиси металла токовая эффективность уменьшается.
1075986 часть толи(ины пленки и, следовательно, вызванное этим слоем увеличение полного удельного сопротивления относительно мало. Преимущества При использовании барьерного слоя превосходят недостаток, 5 связанный с высоким эквивалентным весом полимера, имеющего высокое электрическое удельное сопротивление;
Существенным моментом при рас- 10 положении составной пленки в электролитическом элементе является то, чтобы полимер с высоким эквивалентным весом,был обращен в сторону катода электролитического элемен- )5 та. Обратное расположение пленки в электролитическом элементе приводит к значительному снижению электрической эффективности.
Применение мембраны, содержащей барьерный алой разницей в эквивалентном весе меньше 250 и толщи. ной меньше 1/10, не приводит к улучшению свойств мембраны, с исполь зованием более толстых слоев и поли- 25 меров с большим эквивалентным весом приводит к возрастанию сопротивления мембраны.
Пример 1. Пленки с определенными удельными эквивалентными весами (EN) получают из исходного сополимера, полученного из четырехфтористого этилена и
CFg= СFОСF2 С FOСF250 F (1
CF3 35
Сополимер превращают в ионную форму с сульфонильной группой вида
SO"Na+ в процессе работы хлорно3 щелочного элемента.
Составную мембрану, состоящую АО из пленки толщиной 1,27;10 м и
Ъквивалентным весом 1700 и пленки толщиной 10,16 -10 м с эквивалент. ным весом 1100, помещают в лабораторный хлорно-щелочной элемент 4 между двумя плоскими металлическими электродами. Используемые электроды представляют собой сетчатый катод из нержавеющей стали и устойчивый титановый сетчатый анод, по- О крытый окислом благородного металла.
Расстояние между пленкой, и каждым из электродов составляет приблизительно l/3 дюйма.(l дюйм=25,4 мм Со стоРоны анода в элементе циркулирует горячий (80oС) водный раствор хлористого натрия, весовую
Составитель
Редактор Н.Рогулич Техред Л.Коцю концентрацию которого поддерживают на уровне 12-15%. Концентрация каустика горячего (80 C) каталита поддерживают на уровне 5-7 н. раствора, что достигают непрерывным добавлением воды в каталит.
После того, как температура элемента достигает 80ОСР через элемент пропускается ток, величина которого составляет 2 A/äþéì мембраны. После трех дней непрерывной работы найдена эффективность гальванического. элемента путем определения количества полученного каустика как функции количества электричества, прошедшего через элемент.
Найденная эффективность составляет
85,6Ъ, напряжение на гальваническом элементе 4,43 В, а концентрация каустика католита — 7,1 н., потребление энергии - 1,775 кЗт-ч/фунт (454 r) хлора.
Пример 2.(сравнительный).
Мембрана, состоящая из пленки толщиной 12,7 ° 10 м с эквивалентным весом. 1200, аналогично примеру 1 установлена в лабораторном хлорнощелочном гальваническом элементе.
После двух дней непрерывной работы определена эффективность гальванического элемента, которая составляет 47,2Ъ, напряжение — 3,34 В, а концентрация каустика — 6 н.
После дополнительных пяти дней непрерывной работы эффективность элемента равна 46,4%. Напряжение составляет 3,32 В, а концентрация каустика — 6,8 н. Таким образом, потребление энергии составляет
2,427. кВт ч/фунт хлора.
П р и м е Р З (сравнительный).
Составная мембрана, состоящая из двух слоев пленки толщиной 12,7 х10 м с эквивалентным весом 1100 установлена в лабораторном хлорнощелочном гальваническом элементе, описанном в примере 1. После трех дней непрерывной работы определе-на эффективность гальванического элемента, которая составляет 38,6%, напряжение на гальваническом элементе - 3,32 В, а концентрация каустика в католите — 5,4 н., потребление энергии - 2,950 кВт .ч/фунт хлора.
Таким образом, расход энергии в предлагаемом электролизере значительно ниже, чем в известных при более высокой эффективности по току.
Т.Барабаш бняк . Корректор А..Зимокосов
Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4
Заказ 545/54 Тираж 63.7 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
![Электролизер для получения хлора и раствора гидроокиси щелочного металла](https://img.findpatent.ru/img_data/584/5846333-s.jpg)
![Электролизер для получения хлора и раствора гидроокиси щелочного металла](https://img.findpatent.ru/img_data/584/5846334-s.jpg)
![Электролизер для получения хлора и раствора гидроокиси щелочного металла](https://img.findpatent.ru/img_data/584/5846335-s.jpg)