Мембранный электролиз при повышенном давлении

Мембранный электролиз при повышенном давлении имеет ряд. существенных преимуществ перед процессом, проводимом при нормальном давлении, которые заключаются в следующем:

за счет уменьшения объема газовых пузырьков в электродных камерах снижается напряжение на электролизере и выравнивается распределение тока;

снижаются расходы энергии на сжижение хлора;

получаемый хлор-газ содержит меньшее количество водяных паров, что снижает мощности по осушке хлора;

с ростом температуры ускоряется диффузия в обессоленном слое у мембраны и повышается значение предельного тока;

за счет уменьшения вибрации мембраны снижаются ее повреждения;

температура электролиза может быть увеличена до 100 °С и выше без закипания растворов;

плотность тока может быть повышена до 4 кА/м2 и выше;,

снижаются или исключаются совсем затраты на транспортирование газов;

появляется возможность утилизировать тепло электролитов п выделяющихся газов.

На рисунке приведены зависимости напряжения на электролизере от температуры при следующих условиях: мембрана «Нафион 315» (слои перфторированного полимера с сульфокислотными группами молекулярного вещества 1100 и 1500 толщиной соответственно 100 и 50 мкм); анод — просечной лист (свободное сечение 60%) с покрытием оксидами рутения, титана и циркония; катод — железная просечная сетка со свободным сечением 60%; за электродное расстояние — 45 мм; плотность тока — 4 кА/м2; внутреннее давление в катодной камере на 10 кПа выше, чем и анодной.

[pic 1]

Рисунок 1 Зависимость напряжения на электролизере от температуры при различных давлениях в электролизере: 1 — 9,8• 104 Па; 2 — 12,7* 104 Па; 3 — 14,7-104 Па; 4 — 19,6-104 Па; 5 — 24,5-104 Па; 6 — 29,4-104 Па (АА' — кривая оптимальных параметров процесса )

Из приведенных на рисунке  данных следует, что повышение температуры электролиза при постоянном давлении приводит к снижению напряжения электролиза до некоторого минимального значения, а затем к его резко му возрастанию. С другой стороны, повышение давления при постоянной температуре также снижает напряжение электролиза до некоторого значения, а затем оно практически не изменяется. Таким образом, повышение давления позволяет сдвинуть положение минимума напряжения в область более высоких температур. Так, при атмосферном давлении повышение темпера туры более 85 °С уже вызывает заметный рост напряжения, при давлении около 0,3 МПа снижение падения напряжения происходит при температурах до 120°С.

 [pic 2]

1 – электролизер; 2- сборник анолита; 3, 4 – колонны; 5 – дехлоратор; 6 – сатуратор; 7 – аппарат очистки рассола; 8 – сборник католита; 9, 10 – колонны охлаждения водорода

Рисунок 2 – Технологическая схема мембранного электролиза под давлением

На рисунке 2 изображена технологическая схема получения хлора и каустической соды при повышенном давлении (фирма Асахи Кемикл»). Мембранный электролизер 1 разделен мембраной на анодное и катодное пространства. Сборник анолита 2 снабжен перегородкой, отделяющей концентрированный рассол с низкой температурой от разбавленного анолита с высокой температурой. В колонне 3 хлор-газ охлаждают холодным насыщенным рассолом. Расход воды в рассольно-анолитном цикле восполняется подачей холодной воды. Эта же вода охлаждает хлор-газ в колонне 4, при этом регенерируется часть тепла. Подогретая вода подается в колонну обесхлоривания. Для удаления растворенного хлора в линию горячего анолита подают соляную кислоту; для поддержания pH анолита па низком уровне соляную кислоту можно подавать в линию циркуляции анолита или в сборник 2. Растворенный хлор выделяется в колонне обесхлоривания при пониженном давлении. Рассол после обесхлоривания и охлаждения донасыщают солью. В сатураторе 6 и подвергают очистке от кальция, магния и сульфата в аппарате очистки рассола 7. Хлор газодувкой возвращают в колонну 3. В сборнике католита 8 перегородка разделяет разбавленный раствор щелочи с низкой температурой и концентрированный раствор щелочи с высокой температурой. В колонне 9 водород охлаждается водным раствором каустической соды, поступающим с трехстадийной выпарки. Для поддержания требуемой концентрации щелочи в катодный цикл подают холодную очищенную воду.