离子膜制碱工艺Word文档格式.doc

1、前言。（3）一 离子交换膜法制碱的优势及前景1.1离子交换膜法制碱的优势 。（4）1.2离子交换膜法制碱的前景 。（5）二 离子交换膜法制碱的性能和种类2.1离子交换膜法制碱的性能 。（6）2.2离子交换膜的类型 。（7）三 离子交换膜法制碱的基本原理3.1电解原理 。（8）3.2离子交换膜 。四 离子交换膜法制碱的工艺条件的选择及操作控制4.1盐水质量 。（9）4.2阴极液中的氢氧化钠的浓度 。4.3阳极液中氯化钠浓度 。4.4盐水中加盐酸 。4.5盐水与纯水-淡碱液的供应 。（10）4.6气体压强 。4.7操作温度 。五 离子交换膜法制碱工艺流程及主要设备5.1工艺流程 。（11）5.2离

2、子交换膜电解槽 。（12）六 小结。（13）七 参考文献。（14）八 致谢。（15）摘要：简单介绍了离子交换膜法制碱工艺的优势及前景，通过对隔膜法、汞法、离子膜法的比较得到，离子膜法制烧碱较传统的隔膜法，水银法具有很大优势。另外彻底根治了石棉、水银对环境的污染。因此，离子膜法制烧碱是氯碱工业发展的方向。离子膜法制碱的基本原理是：电解原理。它的工艺条件主要取决与：盐水的质量、氢氧化纳的浓度、氯化钠浓度、盐水与纯水-淡碱液的供应等。工艺流程分为四部分：一次盐水精制、二次盐水精制、电解槽、烧碱蒸发装置。关键词：离子膜、电解、烧碱、电解槽前言氯碱工业产品主要有烧碱、氢气、氯气及下游产品，品种超过900

3、多种，广泛应用于轻工、化工、纺织、农业、建材、电力、电子、国防、冶金等各个部门，是我国经济发展与人民生活不可缺少的重要基本化工原料。离子膜法生产氯碱优点是可节电1/3，成品浓度高，基建占地少，无污染，经济效益好，所产氯碱质量好，成本低，产品性能大大优于隔膜烧碱，能满足轻纺、化纤、造纸、冶金等行业对高质量碱的要求及发展。我国通过引进、消化、吸收和创新，加速了离子膜制碱技术的国产化，目前，技术已取得了突破性进展，具备了从设计施工、开车的全套技术能力，国产复极式离子膜电解槽性能已接近国外先进水平。世界烧碱消费结构中，化学工业所占比例最大，为39%，其次为造纸，占16%。我国烧碱消费以轻工、化工、纺织

4、工业为主，三大行业每年的消费量约占75%。1998年我国烧碱消费量为500万吨，预计2010年将750万吨。目前，世界烧碱生产能力5420万吨，产量4340万吨。我国烧碱生产能力达到680万吨，产量530万吨，居世界第二位。离子膜法电解制碱是世界上工业化生产烧碱当中最先进的工艺方法，具有能耗低、三废污染少、成本低及操作管理方便等优点。副产的氯气和氢气，可以合成盐酸，或深加工氯下游产品如PVC、有机硅及甲烷氯化物等。离子膜制碱法有许多优点，现在以被关泛应用，很有发展前景。一、离子交换膜法制碱的优势及前景1.1 离子交换膜法制碱的优势离子膜法食盐溶液电解工艺之所以占上风,就其规模而言,大到日产近（

5、3.010KG）氯气（80万吨/年）,小到1000kg以下,均可因地制宜设厂获得经济效益.在氯碱用户所在地建立小型工厂,从而可以避免大宗产品生产,这样既节省运输费用,又能避免长途运输,近年来,不论是盐水的精制方法、电解槽型、电解材料,还是离子膜本身的性能都有有了飞跃的发展,这些皆是离子膜法生命力兴旺发达的主要原因. 离子膜法电解制碱有下列主要优点.（1）投资省离子膜法比水银法投资节省约10%-15%，比隔膜法节省约15%-25%，但目前离子膜法投资比水银法或隔膜法反而高,其主要原因是离子膜法制碱技术和设备及膜均是从国外引进的,因此整个成本很高.随着离子膜法制碱技术和装置（含膜）的国产化率提高,

6、其投资成本将会逐渐降低,并最终会低于水银法和隔膜法的投资成本.（2）出槽NaOH浓度高 早期离子膜法出糟NaOH浓度为10%-20%, （质量分数,下同），目前出糟NaOH浓度为30%-35%,预计今后出糟NaOH浓度将会达到40%-50%.目前已有生产50%NaOH离子膜电解槽的工业化试验.但是耗汽省，耗电多及阴极系统需使用更昂贵的耐腐蚀材料等，从这方面考虑,是不经济的.而对气贵电廉地区,生产40%-50%NaOH是可行的.（3）能耗低 目前离子膜法制碱直流电耗是2200-2300KW.h/t,同隔膜法电解工艺相比,可节约150-250kw.h/t,同汞法电解工艺相比,可节约900-1000

7、kw.h/t，同汞碱相比,总能耗可节约10%-15%，同隔膜法电解制碱相比，总能耗可节约20%-25%.（4）氢氧化钠质量好 离子膜法电解制碱出槽电解液中一般含NaCl为20-35ml/L,50%成品NaOH中含NaCl一般为45-75mg/L,99%固体NaOH含NaCl10010-6（分数）可用于合成纤维,医药、处理及石油化工工业等部门.（5）氯气纯度高 氯气中含氧、含氢低，离子膜法电解氯气纯度高达98.5%-99%，进槽盐水加酸氯中含氧8%,完全适合某些氧氯化法聚氯乙烯对氯中含氧的要求.即使进槽盐水不加酸,氯中氧1%-1.5%,也能满足某些氧氯化法聚氯乙烯生产的需要，并能提高电石法聚氯乙

8、烯和合成盐酸纯度。另外，氯中含氢约在0.1%以下，不仅能保证液氯生产的安全，而且能提高液化效率。（6）氢气纯度高 离子膜法电解氢气纯度可高达99%，对合成盐酸和PVC生产提高氯化氢纯度极为有利，对压缩及多晶硅的生产也有莫大的益处。（7）无污染 离子膜法电解可以避免水银和石棉对环境的污染。离子膜具有较稳定的化学性能，几乎无污染和毒害。（8）生产成本低 据资料介绍，日本离子膜法生产NaOH直接生产成本（含氯、氢）为隔膜法的89%，为汞法的84%。国内离子法生产NaOH成本目前略低于或隔膜法持平，个别厂高于隔膜法。其原因是目前离子膜制碱技术和部分设备及膜是引进的，综合投资较高，折旧，大修及膜对离子膜

9、法NaOH成本影响较大，不然，离子膜法比隔膜法制碱成本低得多。 在NaOH生产总能力中，美国的隔膜法约占75%，西欧的汞法占65%，而日本的离子膜法则高达88%，国内仍以隔膜法为主。 隔膜法电解槽制得的电解液只含NaOH10%-12%，因此需要蒸浓，产生大量蒸气；蒸发后可获得含NaOH30%、42%、50%的碱液，但相应仍含有约5%、1%的NaCl。隔膜法的总能耗较高，且石棉隔膜寿命短又是致癌物质。 汞法可从电解槽直接制得NaOH浓度为50%的液碱，不需要蒸发，而产品质量好，含盐低，约45mg/ml。但水银被公认为是有害物质，日本发生的“水俣病”是汞中毒的一种典型病例。 1.2离子交换膜法制碱

10、的前景离子交换膜法电解是一项崭新的电化学技术。该法于20世纪50-60年代着手开发研究，1966年美国杜邦（DUPONT）公司开发了化学稳定性较好的离子交换膜（NAFION膜），接着日本旭硝子公司制成了“FLIMION”全氟羧酸膜，实现了离子交换膜法电解的工业化生产，为离子膜法电解食盐水工业化奠定了基础。综合比较三种电解方法，可见，离子膜法制烧碱较传统的隔膜法，水银法具有很大优势。 二、离子交换膜法制碱的性能和种类2.1离子交换膜法制碱的性能离子膜法电解对盐水的质量要求远远高于隔膜法与水银法，因此要增设二次盐水精制，且离子交换膜价格昂贵，所以电解工程一次性投资较隔膜法大。这也给离子膜法提出了如

11、低电耗膜、高浓度烧碱用膜、高电流密度用膜等技术方面的研究课题。2.2离子交换膜的类型用于离子交换膜的离子交换基团5种离子；磺酸基团（SO3H）、磺酰胺基团（SO2NHR）、羧酸基团（PO3H2）、季酸基团（COH ）。其中磷酸基团和季酸基团尚未用在工业化离子膜上，而全氟磺酰胺膜因为缺点很多，目前已停止使用。（1）全氟磺酸膜酸性强、亲水性好、含水率高、电阻小、化学稳定性好，表现在生产上可保障能用盐酸中和-OH，阳极寿命长，氯气中氧含量低（0.5%），但全氟磺酯膜对-OH排斥力小,电流效率低,产出碱液浓度也低。 全氟磺酸膜的代表是美国杜邦（DUPONT）公司的商品NAFION离子膜.用聚四氟乙烯与

12、六氟环氧丙烷经过一系列复杂反应制成NAFION离子膜树脂的单体（CF=CF-O-CF2CF-O-CF2CF2SO2F,）尔后枯树脂单体再同四氟乙烯进行共聚,得到线性的全氟磺酰氟聚合物,即杜邦公司称之为XR的树脂。 XR树脂的性质在水和两种酸中是稳定的,能用碱使其完全皂化得到一种钠盐,尔后用酸性转化成H型XR树脂,这就是制造全氟磺型阳离子交换树脂的过程.XR树脂极为稳定,一是可以用熔融加工法制成颗粒，粉未等形态.再用这种颗粒或粉未掺混、挤压成膜，复合、表面处理、与聚四氟乙烯织物增强层压以及洗涤干燥、整理检查、切割等工序就能制成Nafion离子交换膜。 目前，商品Nafion离子膜已经系列化，性能不断改进提高，高性能的Nafion900离子膜在工业电解中能获得95%-96%的电流效率，同时槽电压也低，碱液浓度在35%以上。电流密度达4kg/m2，使用寿命依操作条件好坏而定，有使用4年而性能变化很小的记录。 （2）全氟羧酸膜 氟羧酸膜是一种弱酸性、亲水性小、含水率低的离子交换膜，其电流效率高，化学稳定性好，对-OH排斥力大,产出碱氢氧化钠浓度高,但膜电阻大. 全氟羧酸膜的代表是日本旭硝子公司生产的FLIMION