氯碱电解工艺.pdf

第一节氯碱电解工艺简介

电流通过电解质溶液或熔融电解质时，在两个电极上所引起的化

学变化称为电解反应，涉及电解反应的工艺过程为电解工艺。工业上

用电解饱和食盐水溶液的方法来制取NaOH、Cl和H，称为氯碱工
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业。主要分为氯化钠电解和氯化钾电解。典型过程包括电解过程，液

氯以及氢气的储存和充装过程。

第二节

氯碱电解工艺主要危险特点

盐水电解工艺过程：电解食盐水过程中产生的氢气是极易燃烧的

气体，氯气是氧化性很强的剧毒气体，两种气体混合极易发生爆炸，

当氯气中含氢量达到5％以上，则随时可能在光照或受热情况下发生

爆炸。

电解原料或盐水中有氨或铵存在时，氨或铵在电解过程的酸性条

件（pH<4.5）下与氯气或次氯酸反应生成三氯化氮。反应方程如下：

NH++3ClNCl+3HCl+H+
423
NH+3HClONCl+3HO
332
三氯化氮是一种爆炸性物质，与许多有机物接触或加热至90℃

以上以及被撞击、摩擦等，即发生剧烈的分解而爆炸；原料中铵盐含

量过高或液氯排污不及时，易在液氯汽化系统富集，极易造成三氯化

氮爆炸事故。
化钠、湿氯气、氯水、盐酸、次氯酸钠等均有较强的腐蚀性。

氯气处理工艺过程：电解食盐水过程中产生的氯气是氧化性很强

的剧毒气体，液氯的生产、储存、包装、输送、运输过程可能发生液

氯的泄漏。

氢气处理工艺过程:

电解食盐水过程中产生的氢气是极易燃烧的气体。

第三节氯碱电解设备安全技术

目前，氯碱行业使用的电解槽主要有两大类：一是金属阳极隔膜

电解槽，二是离子膜型电槽，槽型有单极槽和复极槽，循环方式有强

制循环和自然循环两种。氯碱企业选用的离子膜电解槽主要有旭化

成、氯工程公司、伍德公司、迪诺拉公司、北化机及ICI公司生产的

电槽，电槽所用离子膜主要供应商有美国杜邦公司、日本旭化成和旭

硝子公司。

一、隔膜电解槽

隔膜电解槽的图解原理如图一所示，电解时，氯气照方程式(2)在阳

极发生，工业生产上的阳极是钌基或铂/铱基涂刷在钛板上制成的，

称为金属阳极．在阳极产生的氯气首先溶解在电解液中直至饱和，后

呈气泡放出．由于氯的溶解度是温变的函数，所以电解一般在较高的
～100℃)下进行，以减少氯的溶解度，并增加溶液的电导．伴

随着氯气的产生，在阳极可能发生两个副反应，一是在阳极上H2O

放电而产生O2，如方程式(4)所示，另一是OCl-离子的电化学氧化而

生成氯酸盐，如方程式(5)所示．

2H+4H++4e-(4)
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上列反应中，O的析出是跟“阴极材料”和介质的pH有关
2
如果采用石墨作阳极，由于产生了C→CO的反应，而导致阳极材料
2
的消耗

C+2HO→CO+2H
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电解质通过隔膜，从阳极区渗入阴极区，通常采用石棉或氟高聚物改

性石棉为隔膜，采用真空吸附的方法沉积在多孔的阴极上(编网或多

孔钢板)．在阴极区，水分子放电产生H2和NaOH，其中NaOH部分

地回迁移至阳极区，跟溶解在里面的氯起反应而产生氯酸盐．如方程

式(7)(8)和(9)所示．

Cl+OH-→HClO+Cl-(7)
2
HOCl+OH-HO+OCl-(8)
2
2HOCl+OCl-→ClO3-+2H++2Cl-(9)

上列副反应产生影响电解的电流效率．阴极流出液中一般会有12％

NaOH和15%NaCl．

此类电解槽现已逐渐被淘汰

二、离子交换膜电解槽
这类型的电解槽通常采

用离子交换膜作为隔膜．其中一种常用的离子交换膜叫做，

系全氟碳共聚物，由美国杜邦公司制造．

电解用的纯盐水是采用离子交换的方法制备的，其中所含的Ca2+和

Mg2+少于0.1ppm，该盐水送入阳极室，无离子水送入阴极室，阳极

区的Na+被离子交换膜交换到阴极区，跟阴极区的OH-形成NaOH，

交换膜能阻止Cl的迁移，因而可能生成高纯度的NaOH，其浓度达
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50%以上，从而免去烧碱的蒸发工段．

三、汞电解槽

隔膜电解槽和离子交换膜电解槽中，其阳极液和阴极液的分离分别地

采用隔膜或离子交换膜，而汞电解槽无隔膜．其图解示意图如图三所

示：阴极本身可以达到分离的目的．Cl在阳极产生，而Na+在阴极
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放电形成钠汞齐，经第二电槽与水反应生成H和Hg
2
2NaHg+2HO→2NaOH+H+Hg
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所产生的汞经回收循环使用．由于汞严重地污染环境，此类电解槽已

被逐渐淘汰．

一、工艺比较

目前，旭化成、氯工程、北化机三家最新推出电槽均为高密度、低电

耗运行的复极式电槽。北化机与旭化成工艺上基本一致，比自身以前

槽型有很大改进。单从工艺上讲，这二家在新进工艺中增加了稀盐水

程控配制系统，以便电解槽连锁停车后，由原来的