CN108570689A - 电解法制备二氧化氯的装置及方法 - Google Patents

电解法制备二氧化氯的装置及方法 Download PDF

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董学伟
范丹丹
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Abstract

本发明公开了使用单一电解液亚氯酸钠电解法制备高纯度二氧化氯的装置和方法,包括:隔膜式电解槽、气泵组、吸收塔、尾气吸收塔和贮槽;所述隔膜式电解槽内部设有两个隔膜,所述两个隔膜将电解槽分隔成三个腔室,中间为阳极室,两侧分别为第一阴极室和第二阴极室。在阳极室和阴极室中充装金属丝填料,使阴阳极之间的极间电阻降低。在阳极室底部设有气体分布盘,通过鼓入空气将阳极产生的ClO2气体通过正压排出,及时移出产品,增大反应速率。阴极室也通过空气分布盘鼓入空气,将阴极产生的氢气稀释后安全排放。装置中的尾气吸收塔,可以有效地回收少量二氧化氯,并将其引入至阳极室中,循环使用,不外排,无污染气体排放。

Description

电解法制备二氧化氯的装置及方法
技术领域
本发明的涉及一种电化学法生产二氧化氯水溶液的发生装置,特别是一种以亚氯酸钠为原料电解生产二氧化氯的发生装置及方法。
背景技术
目前国内生产二氧化氯有两种方法:化学法和电化学法。化学法生产装置一般设备庞大、工艺复杂、制造成本也较高。
电解法是以氯酸钠或亚氯酸钠或氯化钠作为电解质制取二氧化氯的方法,因其效率高、反应安全、工艺简单而被认为是很有前景的制备方法,非常适于小型化和工业化。然而目前电解法生产二氧化氯的装置还存在诸多问题,因而难以大规模应用。例如以氯化钠为原料的电解法,在实际的电解过程中,由于阳极存在析氧过电位,抑制了产品的析出,使得到的产品少,浓度低。以氯酸钠为原料的电解方法,存在工艺过程复杂、电耗高、电解效率低、电解过程仍需使用强酸等问题。
发明内容
鉴于上述问题,本发明提供了一种以电解亚氯酸钠生产高纯二氧化氯的装置和方法,具有工艺及设备简单、能耗低、产品纯度高、无二次污染的优点。
电解法制备二氧化氯的装置,包括:隔膜式电解槽、气泵组、吸收塔、尾气吸收塔和贮槽;
所述隔膜式电解槽内部设有两个隔膜,所述两个隔膜将所述电解槽分隔成三个腔室,中间为阳极室,两侧分别为第一阴极室和第二阴极室;
所述阳极室:室中置有阳极板,室中下部设有气体分布盘Ⅰ,顶部设有阳极室进液管和阳极室排气管,底部设有阳极室排液管;
所述第一阴极室:室中置有阴极板Ⅰ,室中下部设有气体分布盘Ⅱ,顶部设有第一阴极室进液管和第一阴极室排气管,底部设有第一阴极室排液管;
所述第二阴极室:室中置有阴极板Ⅱ,室中下部设有气体分布盘Ⅲ,顶部设有第二阴极室进液管和第二阴极室排气管,底部设有第二阴极室排液管;
所述阳极室、第一阴极室和第二阴极室的室内分别充装金属丝;
所述气泵组包括空气泵Ⅰ、空气泵Ⅱ、空气泵Ⅲ;所述空气泵Ⅰ与气体分布盘Ⅰ连通;所述空气泵Ⅱ与气体分布盘Ⅱ连通;所述空气泵Ⅲ与气体分布盘Ⅲ连通;
所述吸收塔:底部设有吸收塔进气管和吸收塔排液管,顶部设有吸收塔排气管和吸收塔进液管;
所述尾气吸收塔:底部设有尾气吸收塔排液管和尾气吸收塔进气管,顶部设有尾气吸收塔进液管和尾气吸收塔排气管;
所述贮槽:顶部设有贮槽进液管,底部设有贮槽排液管;
所述阳极室排气管与吸收塔进气管连通;所述吸收塔排液管与贮槽进液管连通;所述吸收塔排气管与尾气吸收塔进气管连通;所述尾气吸收塔排液管与吸收塔进液管连通;所述尾气吸收塔排气管与空气泵I连通。
在所述阳极室和阴极室中,分别设有作为电极的阳极板及阴极板,可以使用以往公知的电极材料。阴阳极材料均选用金属板电极,优选使用钛镀钌材料;
所述隔膜优选为阳离子交换膜,阳离子交换膜可以使用以往公知的交换膜。
所述金属丝优选为钛丝、不锈钢丝等金属丝状填料。
本发明还提供一种使用上述所述装置制备二氧化氯的方法,包括经阳极室进液管向所述阳极室供给阳极液的工序;所述阳极液为亚氯酸钠水溶液,浓度为0.02-0.20mol/L;还包括分别经第一阴极室进液管和第二阴极室进液管向所述第一阴极室和第二阴极室供给阴极液的工序;所述阴极液为硫酸钠溶液,浓度为0.1-1.0mol/L;还包括电解处理所述阳极液和阴极液,在阳极室(3)产生二氧化氯气体,在第一阴极室(4)和第二阴极室(5)产生氢气的工序,所述电解工作电压为直流5~9V。
所述方法还包括由空气泵Ⅰ通过气体分布盘Ⅰ向所述阳极室鼓入空气的工序,将所述阳极室产生的二氧化氯气体依次经阳极室排气管、吸收塔进气管吹入到所述吸收塔,所述吸收塔内装有去离子水,得到1.0-10g/L的二氧化氯水溶液。
所述吸收塔内未被去离子水吸收的二氧化氯气体依次经吸收塔排气管、尾气吸收塔进气管进入到尾气吸收塔中,所述尾气吸收塔中装有碱液,所述碱液为氢氧化钠溶液,浓度为4-8g/L。
所述尾气吸收塔内未被碱液吸收的二氧化氯气体从尾气吸收塔排气管排出后,通过所述空气泵I引入到所述阳极室,循环使用。
所述方法还包括由空气泵Ⅱ经气体分布盘Ⅱ向所述第一阴极室鼓入空气的工序和由空气泵Ⅲ经气体分布盘Ⅲ向所述第二阴极室鼓入空气的工序;空气稀释所述第一阴极室和第二阴极室产生的氢气,稀释后的氢气分别经第一阴极室排气管和第二阴极室排气管安全排放。
有益效果
1、在电解槽内阳极室和阴极室中充装耐腐蚀金属丝填料,在电极和离子交换膜的空间充满,可将平面电极扩展为三维电极,不仅增加了反应电极面积,还由于金属丝的高导电性,使得阴阳极之间的极间电阻降低,从而提高电解效率,降低能耗。
2、阳极室底部设有气体分布盘,采用空气泵通过气体分布盘鼓入空气泡有利于电解液的传质,提高电解效率,并将阳极产生的ClO2气体通过正压排出,及时移出产品,增大反应速率。
3、阴极室也采用空气泵通过空气分布盘鼓入空气,可以提高阴极电解液的传质速率,同时将阴极产生的氢气稀释后安全排放。
4、在二氧化氯吸收塔后设有尾气吸收塔,其中的碱液可以回收尾气中的少量ClO2气体,并将其引入到阳极室中,循环使用,无污染气体排放。
附图说明
本发明附图2幅,
图1是隔膜式电解槽结构示意图
图2是电解法制备二氧化氯的装置示意图
图中:
1-隔膜式电解槽;2-隔膜;3-阳极室;4-第一阴极室;5-第二阴极室;6-金属丝;7-阳极板;8-阴极板Ⅰ;9-阴极板Ⅱ;10-阳极室进液管;11-第一阴极室进液管;12-第二阴极室进液管;13-气体分布盘Ⅰ;14-气体分布盘Ⅱ;15-气体分布盘Ⅲ;16-空气泵Ⅰ;17-空气泵Ⅱ;18-空气泵Ⅲ;19-阳极室排液管;20-第一阴极室排液管;21-第二阴极室排液管;22-阳极室排气管;23-第一阴极室排气管;24-第二阴极室排气管;25-吸收塔;26-吸收塔进气管;27-吸收塔排液管;28-吸收塔排气管;29-吸收塔进液管;30-尾气吸收塔进气管;31-尾气吸收塔排液管;32-尾气吸收塔排气管;33-尾气吸收塔进液管;34-贮槽;35-贮槽进液管;36-贮槽排液管;37-尾气吸收塔。
具体实施方式
下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明,但不以任何方式限制本发明。
实施例1
下面结合附图1和附图2对本发明做进一步说明。
电解启动前,在阳极室3中加入亚氯酸钠水溶液,在第一阴极室4和第二阴极室5中加入硫酸钠溶液,工作电压为直流5-9V,采用市电或太阳能电池发电驱动。
电解亚氯酸钠的反应原理如下:
NaClO2+H2O→ClO2+NaOH+1/2H2(由阴极放出)
电解发生后,由空气泵Ⅰ16通过阳极室3内的气体分布盘Ⅰ13鼓入空气,将阳极室3内产生的ClO2气体吹入吸收塔25。从吸收塔25排出的未被吸收的二氧化氯气体进入尾气吸收塔37,残余二氧化氯气体从尾气吸收塔37排出,引入至阳极室3中,循环使用,尾气不外排。同时,由空气泵Ⅱ17、空气泵Ⅲ18分别通过第一阴极室4内的气体分布盘Ⅱ14和第二阴极室5的气体分布盘Ⅲ15鼓入空气,稀释第一阴极室4和第二阴极室5产生的氢气,使其分别通过第一阴极室排气管23和第二阴极室排气管24安全排放。

Claims (7)

1.电解法制备二氧化氯的装置,其特征在于包括:隔膜式电解槽(1)、气泵组、吸收塔(25)、尾气吸收塔(37)和贮槽(34);
所述隔膜式电解槽(1)内部设有两个隔膜(2),所述两个隔膜(2)将所述隔膜式电解槽(1)分隔成三个腔室,中间为阳极室(3),两侧分别为第一阴极室(4)和第二阴极室(5);
所述阳极室(3):室中置有阳极板(7),室内下部设有气体分布盘Ⅰ(13),顶部设有阳极室进液管(10)和阳极室排气管(22),底部设有阳极室排液管(19);
所述第一阴极室(4):室中置有阴极板Ⅰ(8),室内下部设有气体分布盘Ⅱ(14),顶部设有第一阴极室进液管(11)和第一阴极室排气管(23),底部设有第一阴极室排液管(20);
所述第二阴极室(5):室中置有阴极板Ⅱ(9),室内下部设有气体分布盘Ⅲ(15),顶部设有第二阴极室进液管(12)和第二阴极室排气管(24),底部设有第二阴极室排液管(21);
所述阳极室(3)、第一阴极室(4)和第二阴极室(5)的室内分别充装金属丝(6);
所述气泵组包括空气泵Ⅰ(16)、空气泵Ⅱ(17)、空气泵Ⅲ(18);所述空气泵Ⅰ(16)与气体分布盘Ⅰ(13)连通;所述空气泵Ⅱ(17)与气体分布盘Ⅱ(14)连通;所述空气泵Ⅲ(18)与气体分布盘Ⅲ(15)连通;
所述吸收塔(25):底部设有吸收塔进气管(26)和吸收塔排液管(27),顶部设有吸收塔排气管(28)和吸收塔进液管(29);
所述尾气吸收塔(37):底部设有尾气吸收塔排液管(31)和尾气吸收塔进气管(30),顶部设有尾气吸收塔进液管(33)和尾气吸收塔排气管(32);
所述贮槽(34):顶部设有贮槽进液管(35),底部设有贮槽排液管(36);
所述阳极室排气管(22)与吸收塔进气管(26)连通;所述吸收塔排液管(27)与贮槽进液管(35)连通;所述吸收塔排气管(28)与尾气吸收塔进气管(30)连通;所述尾气吸收塔排液管(31)与吸收塔进液管(29)连通;所述尾气吸收塔排气管(32)与空气泵I(16)连通。
2.根据权利要求1所述的二氧化氯制备装置,其特征在于,所述金属丝为钛丝或不锈钢丝。
3.一种使用权利要求1所述装置制备二氧化氯的方法,包括经阳极室进液管(10)向所述阳极室(3)供给阳极液的工序;所述阳极液为亚氯酸钠水溶液,浓度为0.02-0.20mol/L;还包括分别经第一阴极室进液管(11)和第二阴极室进液管(12)向所述第一阴极室(4)和第二阴极室(5)供给阴极液的工序;所述阴极液为硫酸钠溶液,浓度为0.1-1.0mol/L;还包括电解处理所述阳极液和阴极液,在阳极室(3)产生二氧化氯气体,在第一阴极室(4)和第二阴极室(5)产生氢气的工序,所述电解工作电压为直流5~9V。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述方法还包括由空气泵Ⅰ(16)通过气体分布盘Ⅰ(13)向所述阳极室(3)鼓入空气的工序,将所述阳极室(3)产生的二氧化氯气体依次经阳极室排气管(22)、吸收塔进气管(26)吹入到所述吸收塔(25),所述吸收塔(25)内装有去离子水,得到1.0-10g/L的二氧化氯水溶液。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述吸收塔(25)内未被去离子水吸收的二氧化氯气体依次经吸收塔排气管(28)、尾气吸收塔进气管(30)进入到尾气吸收塔(25)中,所述尾气吸收塔(25)中装有碱液,所述碱液为氢氧化钠溶液,浓度为4-8g/L。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述尾气吸收塔(37)内未被碱液吸收的二氧化氯气体从尾气吸收塔排气管(32)排出后,通过所述空气泵I(16)引入到所述阳极室(3),循环使用。
7.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,包括由空气泵Ⅱ(17)经气体分布盘Ⅱ(14)向所述第一阴极室(4)鼓入空气的工序和由空气泵Ⅲ(18)经气体分布盘Ⅲ(15)向所述第二阴极室(5)鼓入空气的工序;空气稀释所述第一阴极室(4)和第二阴极室(5)产生的氢气,稀释后的氢气分别经第一阴极室排气管(23)和第二阴极室排气管(24)安全排放。
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Application publication date: 20180925

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