專利名稱：一種氧陰極制堿離子膜電解槽裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制堿裝置，尤其是涉及一種使用氧陰極制堿離子膜電解槽裝置。
技術(shù)背景
氯堿工業(yè)通過(guò)電解食鹽水生產(chǎn)燒堿和氯氣，同時(shí)副產(chǎn)氫氣，是在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有 重要地位的基礎(chǔ)化工原料工業(yè)。目前國(guó)內(nèi)制堿有隔膜法和離子膜法，生產(chǎn)成本中電耗成本 約占60%，從某種意義上講，降低電耗是提高氯堿行業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的決定性因素。
具體來(lái)說(shuō)，氯堿廠生產(chǎn)1噸燒堿，副產(chǎn)0. 886噸氯氣及1200多立方米的氫氣，約需 耗2500電度，是化學(xué)工業(yè)中的“電老虎”，每年要吃掉化工用電的20%。多年來(lái)，人們?cè)?過(guò)改進(jìn)隔膜，改進(jìn)電槽結(jié)構(gòu)，將石墨陽(yáng)極改造為金屬陽(yáng)極。采用四效蒸發(fā)工藝，以及提高生 產(chǎn)管理水平等途徑使總能耗下降了 30%。但是，從根本上講，氯堿工業(yè)巨大的耗電量是由其 化學(xué)反應(yīng)本身所決定的。這就告訴我們要實(shí)現(xiàn)氯堿工業(yè)的大幅度節(jié)能，必須改變其電化學(xué) 反應(yīng)，從而降低它的理論分解電壓，達(dá)到節(jié)電目的。眾所周知，目前氯堿生產(chǎn)的主要電化學(xué) 反應(yīng)是
2NaCl+2H20 = 2Na0H+H2 +Cl2 個(gè)
在陽(yáng)極2Crie= Cl2Φ ° Cl2/Cr = 1. 359 伏
在陰極2H20+2e= H2 +20F Φ ° Η20/0Γ = _0· 828 伏
所以，其理論分解電壓E° =Φ°陽(yáng)-Φ°陰
Ε° = 1· 359 伏-(-O.擬8 伏)=2· 187 伏
如果將電極過(guò)程的總反應(yīng)改變?yōu)?br> 2NaCl+H20+l/202 = 2Na0H+Cl2 個(gè)
在陽(yáng)極2Crie= Cl2 個(gè)Φ° Cl2/Cr = 1. 359 伏
在陰極2H20+l/2&+2e= 20FΦ ° Η20/0!Γ = 0· 391 伏
所以，其理論分解電壓V = Φ °陽(yáng)-Φ °陰
V = 1. 359 伏-0. 391 伏=0. 968 伏
從上述二種電極過(guò)程看出，它們的陽(yáng)極過(guò)程沒(méi)有變，陰極由原來(lái)的水在電能作用 下分解為氫氣和氫氧根，改變?yōu)樗c空氣中的氧作用生成氫氧根，使其不再產(chǎn)生氫氣。顯而 易見(jiàn)，改造后的電極過(guò)程，僅由理論分解電壓一項(xiàng)就降低了 1.22伏。由標(biāo)準(zhǔn)電位估算，可節(jié) 電 56%。
但是，現(xiàn)有技術(shù)中還沒(méi)有出現(xiàn)很好的將上述理論直接運(yùn)用于實(shí)際生產(chǎn)的氧陰極制 堿電解槽裝置。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種氧陰極制堿離子膜電解槽裝置，其解決的技術(shù)問(wèn)題是(1)國(guó) 內(nèi)制堿有隔膜法和離子膜法耗費(fèi)電源過(guò)大，不符合當(dāng)前低碳環(huán)保的要求；( 氧陰極制堿 電解槽裝置的氧陰極特殊的復(fù)合結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其在安裝時(shí)不能焊接，密封難度大的問(wèn)題。
為了解決上述存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用了以下方案
一種氧陰極制堿離子膜電解槽裝置，主要包括離子膜電解槽的陽(yáng)極和離子膜電解 槽的陰極，在所述離子膜電解槽的陰極一側(cè)設(shè)有陰極氣室(7)和陰極液室O)，所述陰極氣 室和所述陰極液室之間設(shè)有氧陰極擴(kuò)散電極(17)，所述氧陰極擴(kuò)散電極(17)依次由防水 層(M)，催化層0 以及導(dǎo)電網(wǎng)06)組成；向所述陰極氣室(7)輸送氧氣，所述氧氣通過(guò) 所述氧陰極擴(kuò)散電極(17)作用下與H2O—起轉(zhuǎn)變?yōu)镺H—進(jìn)入所述陰極液室0)，從而在所 述陰極液室(2)生成NaOH，同時(shí)在所述離子膜電解槽的陰極沒(méi)有H2析出。
進(jìn)一步，所述陰極液室(2)主要通過(guò)氧陰極擴(kuò)散電極(17)和離子膜(8)構(gòu)成，所 述氧陰極擴(kuò)散電極(17)和離子膜(8)兩端分別通過(guò)設(shè)置墊片進(jìn)行密封連接。
進(jìn)一步，所述墊片包括薄墊片( 和厚墊片(6)；所述薄墊片( 和所述厚墊片 (6)上都設(shè)置有供陰極液進(jìn)入的通孔；在所述厚墊片(6)上設(shè)有臺(tái)階，所述薄墊片( 位于 所述臺(tái)階中；所述氧陰極擴(kuò)散電極(17)的兩端分別設(shè)置于所述薄墊片( 和所述厚墊片 (6)之間。
進(jìn)一步，下邊框(1)上設(shè)有陰極液入口 OO)以及上邊框C3)上設(shè)有陰極液出口[23]，陰極液通過(guò)所述陰極液入口(20)、所述陰極液出口以及所述薄墊片( 和厚墊 片(6)的組合件進(jìn)出所述陰極液室O)。
進(jìn)一步，所述下邊框(1)中設(shè)有供陰極液進(jìn)入的方管；所述上邊框C3)中設(shè)有供陰 極液流出的方管。
進(jìn)一步，所述氧陰極擴(kuò)散電極(17)通過(guò)粘接劑固定在所述上邊框C3)和所述下邊 框(1)上，并依靠整體擠壓力，形成密封的所述陰極氣室(7)。
進(jìn)一步，所述陰極氣室(7)上設(shè)有進(jìn)氣管(5 和排氣口(5 ；氧氣從所述進(jìn)氣管 (55)進(jìn)入所述陰極氣室(7)，經(jīng)過(guò)反應(yīng)消耗掉部分氧氣，剩余氣體從所述排氣口(5 排出。
該氧陰極制堿離子膜電解槽裝置與傳統(tǒng)制堿裝置相比，具有以下有益效果
(1)本發(fā)明中的制堿裝置的陰極由于存在2Η20+1/2Α+& = 20Η_化學(xué)反應(yīng)，因而使 得分解電壓就降低1. 22伏，由標(biāo)準(zhǔn)電位估算，可節(jié)電56%以上。
(2)本發(fā)明由于將氧陰極擴(kuò)散電極和離子膜兩端分別通過(guò)設(shè)置墊片進(jìn)行密封連 接，克服了氧陰極特殊復(fù)合結(jié)構(gòu)在安裝時(shí)不能焊接的缺陷，可以直接依靠簡(jiǎn)單的接觸密封 方式進(jìn)行密封。


圖1是本發(fā)明氧陰極制堿離子膜電解槽裝置的結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明中氧陰極擴(kuò)散電極的結(jié)構(gòu)剖面圖3是本發(fā)明氧陰極制堿離子膜電解槽裝置的側(cè)面剖視圖4是本發(fā)明氧陰極制堿離子膜電解槽裝置的俯視剖視圖5是本發(fā)明氧陰極制堿離子膜電解槽裝置的陰極液循環(huán)系統(tǒng)示意圖。
附圖標(biāo)記說(shuō)明
1-下邊框；17-氧陰極擴(kuò)散電極；2-陰極液室；20-陰極液入口 ；23-陰極液出口 ； 24-防水層；25-催化層；26-導(dǎo)電網(wǎng)；3-上邊框；4-左邊框；5-薄墊片；52-排氣口 ；55-進(jìn) 氣管；6-厚墊片；7-陰極氣室；8-離子膜。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合圖1至圖5，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明
—種氧陰極制堿離子膜電解槽裝置，主要包括離子膜電解槽的陽(yáng)極和離子膜電解 槽的陰極，在離子膜電解槽的陰極一側(cè)設(shè)有陰極氣室7和陰極液室2，陰極氣室和陰極液室 之間設(shè)有氧陰極擴(kuò)散電極17 ；向陰極氣室7輸送氧氣，氧氣通過(guò)氧陰極擴(kuò)散電極17作用下 與H2O —起轉(zhuǎn)變?yōu)?H_進(jìn)入所述陰極液室2，從而在陰極液室2生成NaOH，同時(shí)在所述離子 膜電解槽的陰極沒(méi)有H2析出。因而使得分解電壓就降低1.22伏，由標(biāo)準(zhǔn)電位估算，可節(jié)電 56%以上。
如圖1所示，下邊框1上設(shè)有陰極液入口 22以及上邊框3上設(shè)有陰極液出口 23， 陰極液通過(guò)陰極液入口 22、所述陰極液出口 23以及薄墊片5和厚墊片6的組合件進(jìn)出陰極 液室2。下邊框1中設(shè)有供陰極液進(jìn)入的方管；上邊框3中設(shè)有供陰極液流出的方管。陰 極氣室7上設(shè)有進(jìn)氣管55和排氣口 52 ；氧氣從進(jìn)氣管55進(jìn)入陰極氣室7，經(jīng)過(guò)反應(yīng)消耗掉 部分氧氣，剩余氣體從排氣口 52排出。
如圖2所示，陰極氣室7和陰極液室2之間的氧陰極擴(kuò)散電極17依次由防水層 對(duì)，催化層25以及導(dǎo)電網(wǎng)沈組成。
如圖3和圖4所示，陰極液室2主要通過(guò)氧陰極擴(kuò)散電極17和離子膜8構(gòu)成，氧 陰極擴(kuò)散電極17和離子膜8兩端分別通過(guò)設(shè)置墊片進(jìn)行密封連接。具體來(lái)說(shuō)，墊片包括薄 墊片5和厚墊片6 ；薄墊片5和厚墊片6上都設(shè)置有供陰極液進(jìn)入的通孔；在厚墊片6上設(shè) 有臺(tái)階，薄墊片5位于臺(tái)階中；氧陰極擴(kuò)散電極17的兩端分別設(shè)置于薄墊片5和所述厚墊 片6之間。
如圖5所示，氧陰極擴(kuò)散電極17通過(guò)粘接劑固定在上邊框3和下邊框1上，并依 靠整體擠壓力，形成密封的所述陰極氣室7。
該氧陰極制堿離子膜電解槽裝置工作原理如下該反應(yīng)包括氣液兩條線路
1、氧氣從進(jìn)氣管55進(jìn)入陰極氣室7，經(jīng)過(guò)反應(yīng)消耗掉部分氧氣，剩余氣體從排氣 口 52排除；
2、氫氧化鈉溶液從陰極液入口 20流經(jīng)下邊框1中的方管，再通過(guò)薄墊片5和厚墊 片6上的通孔進(jìn)入密閉的陰極液室2，經(jīng)過(guò)電化學(xué)反應(yīng)后，高濃度的氫氧化鈉溶液流入上邊 框3中的方管，并從陰極液出口 23流出電解槽進(jìn)入下一系統(tǒng)。
3、氧氣通過(guò)氧陰極擴(kuò)散電極作用下與H2O—起轉(zhuǎn)變?yōu)?H—進(jìn)入陰極液室，從而在陰 極液室生成NaOH溶液，同時(shí)在離子膜電解槽的陰極沒(méi)有H2析出。
該電極過(guò)程的總反應(yīng)改變?yōu)?br> 2NaCl+H20+l/202 = 2Na0H+Cl2↑
在陽(yáng)極2Crie= Cl2 ↑Φ ° Cl2/Cr = 1. 359 伏
在陰極JHW+l/^A+Ze = 20F Φ ° Η20/0!Γ = 0· 391 伏
所以，其理論分解電壓V = Φ °陽(yáng)-Φ °陰
V = 1. 359 伏-0. 391 伏=0. 968 伏
因此，僅由理論分解電壓一項(xiàng)就降低了 1.22伏。由標(biāo)準(zhǔn)電位估算，可節(jié)電56%。
該氧陰極制堿離子膜電解槽裝置與傳統(tǒng)制堿裝置相比，具有以下有益效果
(1)本發(fā)明中的制堿裝置的陰極由于存在2Η20+1/2Α+& = 20Η_化學(xué)反應(yīng)，因而使 得分解電壓就降低1. 22伏，由標(biāo)準(zhǔn)電位估算，可節(jié)電56%以上。
(2)本發(fā)明由于將氧陰極擴(kuò)散電極和離子膜兩端分別通過(guò)設(shè)置墊片進(jìn)行密封連 接，克服了氧陰極特殊復(fù)合結(jié)構(gòu)在安裝時(shí)不能焊接的缺陷，可以直接依靠簡(jiǎn)單的接觸密封 方式進(jìn)行密封。
上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了示例性的描述，顯然本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)并不受上述方式 的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的各種改進(jìn)，或未經(jīng)改進(jìn)將本發(fā)明 的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應(yīng)用于其它場(chǎng)合的，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種氧陰極制堿離子膜電解槽裝置，主要包括離子膜電解槽的陽(yáng)極和離子膜電解槽 的陰極，其特征在于在所述離子膜電解槽的陰極一側(cè)設(shè)有陰極氣室(7)和陰極液室0)， 所述陰極氣室和所述陰極液室之間設(shè)有氧陰極擴(kuò)散電極(17)，所述氧陰極擴(kuò)散電極(17) 依次由防水層(M)，催化層0 以及導(dǎo)電網(wǎng)06)組成；向所述陰極氣室(7)輸送氧氣，所 述氧氣通過(guò)所述氧陰極擴(kuò)散電極(17)作用下與壓0—起轉(zhuǎn)變?yōu)镺H—進(jìn)入所述陰極液室0)， 從而在所述陰極液室(2)生成NaOH，同時(shí)在所述離子膜電解槽的陰極沒(méi)有H2析出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述氧陰極制堿離子膜電解槽裝置，其特征在于所述陰極液室(2) 主要通過(guò)氧陰極擴(kuò)散電極(17)和離子膜(8)構(gòu)成，所述氧陰極擴(kuò)散電極(17)和離子膜(8) 兩端分別通過(guò)設(shè)置墊片進(jìn)行密封連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述氧陰極制堿離子膜電解槽裝置，其特征在于所述墊片包括薄 墊片( 和厚墊片(6)；所述薄墊片( 和所述厚墊片(6)上都設(shè)置有供陰極液進(jìn)入的通 孔；在所述厚墊片(6)上設(shè)有臺(tái)階，所述薄墊片( 位于所述臺(tái)階中；所述氧陰極擴(kuò)散電極 (17)的兩端分別設(shè)置于所述薄墊片(5)和所述厚墊片(6)之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述氧陰極制堿離子膜電解槽裝置，其特征在于下邊框(1)上設(shè) 有陰極液入口 OO)以及上邊框C3)上設(shè)有陰極液出口(23)，陰極液通過(guò)所述陰極液入口(20)、所述陰極液出口 以及所述薄墊片( 和厚墊片(6)的組合件進(jìn)出所述陰極液室 ⑵。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述氧陰極制堿離子膜電解槽裝置，其特征在于所述下邊框(1) 中設(shè)有供陰極液進(jìn)入的方管；所述上邊框(3)中設(shè)有供陰極液流出的方管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任何一項(xiàng)所述氧陰極制堿離子膜電解槽裝置，其特征在于 所述氧陰極擴(kuò)散電極(17)通過(guò)粘接劑固定在所述上邊框C3)和所述下邊框(1)上，并依靠 整體擠壓力，形成密封的所述陰極氣室(7)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任何一項(xiàng)所述氧陰極制堿離子膜電解槽裝置，其特征在于 所述陰極氣室(7)上設(shè)有進(jìn)氣管(5 和排氣口(5 ；氧氣從所述進(jìn)氣管(5 進(jìn)入所述陰 極氣室(7)，經(jīng)過(guò)反應(yīng)消耗掉部分氧氣，剩余氣體從所述排氣口(5 排出。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氧陰極制堿離子膜電解槽裝置，主要包括離子膜電解槽的陽(yáng)極和離子膜電解槽的陰極，在所述離子膜電解槽的陰極一側(cè)設(shè)有陰極氣室和陰極液室，所述陰極氣室和所述陰極液室之間設(shè)有氧陰極擴(kuò)散電極(17)，所述氧陰極擴(kuò)散電極(17)依次由防水層(24)，催化層(25)以及導(dǎo)電網(wǎng)(26)組成；向所述陰極氣室(7)輸送氧氣，所述氧氣通過(guò)所述氧陰極擴(kuò)散電極(17)作用下與H2O一起轉(zhuǎn)變?yōu)镺H-進(jìn)入所述陰極液室(2)，從而在所述陰極液室(2)生成NaOH，同時(shí)在所述離子膜電解槽的陰極沒(méi)有H2析出。本發(fā)明中的制堿裝置的陰極由于存在2H2O+1/2O2+2e＝2OH-化學(xué)反應(yīng)，因而使得分解電壓就降低1.22伏，由標(biāo)準(zhǔn)電位估算，可節(jié)電56％以上。
文檔編號(hào)C25B1/34GK102031534SQ20101062280
公開(kāi)日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月29日
發(fā)明者宋明周, 張兀, 張良虎, 王峰, 王賀生, 郭利平, 閆冬升 申請(qǐng)人:藍(lán)星(北京)化工機(jī)械有限公司