第八章 氯碱生产ppt课件.ppt

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1、第八章氯碱生产第一节概述一、氯碱工业产品及生产技术的发展1．氯碱工业的产品氯碱工业是用电解食盐水溶液的方法生产烧碱、氯气和氢气以及由此衍生系列产品的基础化学工业。它不仅能为化学工业提供原料，氯碱工业产品也广泛用于国民经济各部门，对国民经济和国防建设具有重要的作用。烧碱（NaOH）烧碱是基本化工原料“三酸两碱”中的一种，最早用于制肥皂，后来又用于造纸、纺织、印染等部门。随着制铝工业和石油化学工业发展，烧碱的用途逐渐扩大，成为国民经济中的重要化工原料之一。氯（Cl2）及主要氯产品氯最早用于制造漂白粉。目前漂白粉逐渐被液氯、次氯酸钠

2、、漂粉精（主要成分是次氯酸钙）等产品所取代。后来又发展了高效漂白剂还有氯代异氰尿酸及其盐类。目前常用作消毒及漂白的仍为无机氯产品，如水消毒用氯，纺织及造纸工业漂白用次氯酸钠和亚氯酸钠。在各种氯的主要产品中，用于生产聚氯乙烯所消耗的氯在各个国家中基本均为首位；氯产品中居氯的第二大用量的则是各种含氯溶剂（如1，1，1-三氯乙烷、二氯乙烷等）；其他主要氯产品还有丙烯系列的衍生物，如环氧丙烷（因为是用氯醇法生产，间接消耗大量氯）和环氧氯丙烷，并用于生产聚氨酯泡沫塑料，以及氯丁橡胶、氟氯烃（用以生产制冷剂和聚四氟乙烯），在生产氯产品过程

3、中还常同时得到副产品盐酸。氢（H2）氢是氯碱工业的副产物，但若利用得好，经济效益也很可观。氢常用于合成氯化氢制取盐酸和生产聚氯乙烯，还用于植物油加氢生产硬化油，生产多晶硅等金属氧化物的还原和炼钨，以及有机化合物合成的加氢反应，二硝基甲苯加氢还原生产二氨基甲苯等等。2．氯碱工业的生产技术及其发展19世纪末以前，一直用苛化法制碱，即将石灰石和纯碱加热制取碱（苛性钠），但产量较小，目前仅有个别小厂还用此法。Na2CO3+Ca（OH）2→2NaOH+CaCO31851年Watt发表了用电解食盐水溶液制备氯气的专利，但直到直流发电机发展

4、以后，才于1890年实现工业化生产。1890年德国首先用隔膜法生产烧碱，第一台水银电解槽是1892年取得专利。1966年美国开发出宇宙技术燃料电池用的全氟磺酸阳离子交换膜，能耐食盐水溶液电解时的苛刻条件，因而1972年以后大量生产转为民用，并用于氯碱工业，离子交换膜法实现大工业化生产。电解过程所用的阳极材料曾一直是氯碱工业生产中的一个大问题，水银法和隔膜法的阳极材料长期采用石墨，其缺点是消耗快，生产1t碱要消耗几千克石墨。不仅因为石墨的逐渐消耗会造成阴阳极极距变大而耗电增加，也不利于产品质量提高和生产的正常运行。直到1968年

5、性能优越的金属阳极应用于氯碱工业才使其发展产生了划时代的影响。1980年全世界有50％的烧碱生产使用金属阳极材料，1985年达到80％。不仅降低电耗，产量翻番，还使复极槽的大型化生产得以实现，同时也为离子膜法电解槽创造了必要的条件。食盐水溶液电解法制取烧碱、氯气和氢气主要有三种方法。（1）隔膜法（简称D法）隔膜法电解是利用多孔渗透性的隔膜材料作为隔层，把阳极产生的氯与阴极产生的氢氧化钠和氢分开，以免它们混合后发生爆炸和生成氯酸钠。由于过程产生的氯和烧碱是强腐蚀性物质，因此阳极材料和隔膜材料的选择是隔膜法工业生产的关键问题。隔膜

6、法电解槽制得的电解液含NaOH质量分数10％～12％左右，因此需要用蒸发装置来浓缩，消耗大量蒸汽。蒸发后可获得含NaOH质量分数50％的液碱，但仍含有质量分数1％的NaCl。该法的总能耗比较高，而且石棉隔膜寿命短又是有害物质。（2）水银法（简称M法）水银电解槽由电解室和解汞室组成。在汞阴极上进行Na+的放电生成金属钠，立即与汞作用得到钠汞齐。Na++nHg+e→NaHgn钠汞齐从电解室排出后，在解汞室中与水作用生成氢氧化钠和氢气NaHgn+H2O→NaOH+1/2H2+nHg由于在电解室中产生氯气，在解汞室中产生氢氧化钠和氢气

7、，因而解决了阳极产物和阴极产物分开的关键问题。水银法的优点是电解槽流出的溶液产物中NaOH质量分数较高，可达50％，不需蒸发增浓。产品质量好，含盐低，约0.003％。但是水银是有害物质，应尽量避免使用，因此水银法已逐渐被淘汰。（3）离子交换膜法（简称IEM法）离子交换膜法是在应用了美国开发出的化学性能稳定的全氟磺酸阳离子交换膜之后，日本首先工业化生产的氯碱新工艺。该法用离子膜将电解槽的阳极室和阴极室隔开，在阳极上和阴极上发生的反应与一般隔膜法电解相同。但离子膜的性能好，不允许Cl-透过。因此，阴极室得到的烧碱纯度高，其电能和蒸

8、汽消耗与隔膜法和水银法比可节约20％～25％，而且建设投资费、解决环境保护等方面均优于其他方法。因此，离子膜法是氯碱工业的发展方向。三种电解方法的比较见表8-1。表8-1三种电解方法比较项目隔膜法水银法离子膜法投资/％100100～9085～75能耗/％10095～8580～