Производство хлора, каустической соды и неорганических хлорпродуктов - Якименко Л.М.
Скачать (прямая ссылка):
электролизеров по 40 ячеек в каждом для питания постоянным током объединены в две серии по 6 электролизеров, включенных последовательно. При полной нагрузке напряжение на серии составляет 560 Б [29]. Под каждым электролизером имеется поддон из кислотостойкого материала на случай утечки через возможные неплотности электролизерам Для текущего обслуживания установки предусматривается один аппаратчик в смену.
Разрабатываются способы снижения напряжения на ячейке и расхода электроэнергии на процесс электролиза. Для снижения катодного потенциала выделения водорода предложено добавлять к электролиту соли благородных металлов, в частности 0,2—2 г
соли Pd на 1 м2 активной поверхности катода, 3% солей никеля или кобальта, что должно уменьшить напряжение разложения с 2 до 1,75 В [37, 53]; 0,5—2 моль/л хлоридов меди или железа [54]; 0,0002—0,05 моль/дм2 поверхности катода солей платины [55], покрывать катод высокодисперсным слоем серебра [24].
Для снижения перенапряжения водорода предложили выполнять катоды из карбида вольфрама или титана, а также наносить на графитовую поверхность катрда слой карбидов этих элементов или элементов с низким перенапряжением водорода [56, 57].
Процесс электролиза соляной кислоты и конструкция электролизеров позволяют изменять в широких пределах нагрузку на электролизер без заметного ухудшения показателей работы электроли-
Рис. 5-10. Примерное'расположение установки для электролиза соляной кислоты производительностью 21,8 т хлора в вутки.
F
зера. Поэтому целесообразно использовать установки электролиза соляной кислоты для потребления пиковой нагрузки энергосистем, например в ночное время [48].
Имеются многочисленные предложения по снижению напряжения на ячейке деполяризацией процесса выделения водорода за счет применения пористого катода с подачей воздуха или кислорода [58—61] и сочетание этого приема с добавлением солей металлов к электролиту [54, 62—64] или каталитически активных металлов к материалу катода [65]. В этом случае соли металлов выполняют роль катализаторов.
Предложено проводить электролиз соляной кислоты в смеси с азотной. При этом на аноде выделяется хлор, а на катоде окись азота, регенерируемая затем в азотную кислоту с помощью газообразного кислорода [66]. Имеются сведения о проведении электролиза HCl в расплаве смеси солей LiCl + KCl; CaCl2 + NaCl и др. При подаче HCl через полый пористый катод напряжение на ячейке ниже, чем при электролизе водного раствора хлористого водорода
і
[67—69]. Однако указывается на небольшую степень превращения HCL Сведепий об использовании в промышленности этих методов нет.
КОСВЕННЫЕ МЕТОДЫ ЭЛЕКТРОЛИЗА СОЛЯНОЙ КИСЛОТЫ
С целью снижения удельного расхода электроэнергии и упрощения конструкции электролизера разрабатывались косвенные методы электролиза соляной кислоты, основанные на электролизе хлоридов металлов. При этом на катоде не образуется водород, а происходит восстановление металлического иона до металла, как, например, при электролизе хлоридов никеля или ртути, или до иона с меньшей валентностью, как при электролизе хлоридов меди или железа. Косвенные методы электролиза соляной кислоты позволяют вести процесс при меньшем напряжении на ячейке и меньшем удельном расходе электроэнергии на производство хлора.
Несколько упрощается конструкция электролизера, так как в процессе электролиза образуется только один газ и отпадает необходимость в специальных устройствах для разделения газов — электродных продуктов. Однако возникает потребность в регенерации электролита окислением продуктов катодного восстановления или, в случае электролиза хлоридов никеля, растворением их в соляной кислоте. Эти стадии регенерации электролита усложняют схему производства и требуют значительного количества дополнительной аппаратуры.
Ниже приведены значения нормальных потенциалов (в В) выдег ления хлора и водорода и окислительно-восстановительных реакций с ионами некоторых металлов:
Со = Co2+ + 2е —0,27 Cu = Cu+ + е 0,52
Ni = Ni2+ + 2е -0,23 ' Fe2+ = Fe3+ + е 0,771
H2 = 2H+ + 2е 0,000 2Hg = Hgf.+ + 2е 0,798
Sn3+ = Sn4+ + е 0,15 Hg = Hg2+ + 2е 0,854
Cu+ = Cu2+ + е 0,167 HgI+ 2Hg+ + 2е 0,910
Cu = Cu2+ + 2е 0,34
Из приведенных данных следует, что при замене на катоде процессов разрядки ионов водорода процессами восстановления ионов двухвалентной меди до одновалентной или двухвалентной ртути до металлической снижается значение теоретического напряжения разложения.
Напряжение на ячейке зависит также от перенапряжения анодного и катодного процессов, состава, концентрации, электропроводности и температуры электролита, а также от конструкции электролизера.
Хотя нормальный потенциал разрядки ионов никеля более электроотрицателен, чем ионов водорода, вследствие влияния перечисленных выше факторов и, прежде всего, из-за высокого значения перенапряжения выделения водорода, процесс электролиза
Таблица 5-5. Значение катодного потенциала на графитовых электродах (в мВ)
