如何提高氯鹼工業電流效率

Ⅰ 氯鹼工業的制鹼方法

離子交換膜法制燒鹼
世界上比較先進的電解制鹼技術是離子交換膜法。這一技術在20世紀50年代開始研究，80年代開始工業化生產。
離子交換膜電解槽主要由陽極、陰極、離子交換膜、電解槽框和導電銅棒等組成，每台電解槽由若干個單元槽串聯或並聯組成。右圖表示的是一個單元槽的示意圖。電解槽的陽極用金屬鈦網製成，為了延長電極使用壽命和提高電解效率，鈦陽極網上塗有鈦、釕等氧化物塗層；陰極由碳鋼網製成，上面塗有鎳塗層；陽離子交換膜把電解槽隔成陰極室和陽極室。陽離子交換膜有一種特殊的性質，即它只允許陽離子通過，而阻止陰離子和氣體通過，也就是說只允許Na+通過，而Cl-、OH-和氣體則不能通過。這樣既能防止陰極產生的H2和陽極產生的Cl2相混合而引起爆炸，又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO而影響燒鹼的質量。下圖是一台離子交換膜電解槽（包括16個單元槽）。
精製的飽和食鹽水進入陽極室；純水（加入一定量的NaOH溶液）加入陰極室。通電時，H2O在陰極表面放電生成H2，Na+穿過離子膜由陽極室進入陰極室，導出的陰極液中含有NaOH；Cl-則在陽極表面放電生成Cl2。電解後的淡鹽水從陽極導出，可重新用於配製食鹽水。
離子交換膜法電解制鹼的主要生產流程可以簡單表示如下圖所示：
電解法制鹼的主要原料是飽和食鹽水，由於粗鹽水中含有泥沙，
精製食鹽水時經常進行以下措施
（1）過濾海水
（2）加入過量氫氧化鈉，去除鈣、鎂離子，過濾
Ca(2+)+2OH(-)=Ca(OH)2（微溶）
① Mg(2+)+2OH(-)=Mg(OH)2↓
② Mg(HCO3)2+2OH(-)=MgCO3+2H2O
MgCO3+2H2O=Mg(OH)2+H2O+CO2
（3）加入過量氯化鋇，去除硫酸根離子，過濾
Ba(2+)+SO4(2-)=BaSO4↓
（4）加入過量碳酸鈉，去除鈣離子、過量鋇離子，過濾
Ca(2+)+CO3(2-)=CaCO3↓
Ba(2+)+CO3(2-)=BaCO3↓
（5）加入適量鹽酸，去除過量碳酸根離子
2H(+)+CO3(2-)=CO2↑+H2O
（6）加熱驅除二氧化碳
（7）送入離子交換塔，進一步去除鈣、鎂離子
（8）電解
2NaCl+2H2O=(通電)H2↑+Cl2↑+2NaOH
離子交換膜法制鹼技術，具有設備佔地面積小、能連續生產、生產能力大、產品質量高、能適應電流波動、能耗低、污染小等優點，是氯鹼工業發展的方向。

Ⅱ 電解水的工業應用及前景

參考資料【2021-2027中國水電解市場現狀及未來發展趨勢】
全球PEM水電解主要企業有718th Research Institute of CSIC、Proton On-Site、Hydrogenics、Teledyne Energy Systems 和TianJin Mainland等，核心企業來自美國和歐洲。
本報告研究中國市場水電解的生產、消費及進出口情況，重點關注在中國市場扮演重要角色的全球及本土水電解生產商，呈現這些廠商在中國市場的水電解銷量、收入、價格、毛利率、市場份額等關鍵指標。本文也同時研究中國本土生產企業的水電解產能、銷量、收入及市場份額。此外，針對水電解產品本身的細分增長情況，如不同水電解產品類型、價格、銷量、收入，不同應用水電解的市場銷量等，本文也做了深入分析。歷史數據為2016至2021年，預測數據為2021至2027年。
主要廠商包括：
Proton On-Site
718th Research Institute of CSIC
Teledyne Energy Systems
Hydrogenics
Nel Hydrogen
蘇州競立制氫設備有限公司
北京中電豐業技術開發有限公司
McPhy
Siemens
天津市大陸制氫設備有限公司
Areva H2gen
山東賽克賽斯氫能源有限公司
揚州中電制氫設備有限公司
Asahi Kasei
Idroenergy Spa
Erree SpA
陝西華秦新能源科技有限責任公司
Kobelco Eco-Solutions
ITM Power
Toshiba
按照不同產品類型，包括如下幾個類別：
傳統鹼性水電解
PEM水電解
按照不同應用，主要包括如下幾個方面：
發電廠
鋼鐵廠
電子與光伏
工業氣體
FCEV儲能
天然氣發電
其他領域
國內重點關注如下幾個地區:
華東地區
華南地區
華中地區
華北地區
西南地區
東北及西北地區
本文正文共10章，各章節主要內容如下：
第1章：報告統計范圍、產品細分及中國總體規模（銷量、銷售收入等數據，2016-2027年）；
第2章：中國市場水電解主要廠商（品牌）競爭分析，主要包括水電解銷量、收入、市場份額、價格、產地及行業集中度分析；
第3章：中國水電解主要地區銷量分析
第4章：中國市場水電解主要廠商（品牌）基本情況介紹，包括公司簡介、水電解產品型號、銷量、價格、收入及最新動態等；
第5章：中國不同類型水電解銷量、收入、價格及份額等；
第6章：中國不同應用水電解銷量、收入、價格及份額等；
第7章：行業發展環境分析；
第8章：供應鏈分析；
第9章：報告結論。

Ⅲ 工業如何制燒鹼

工業上生產燒鹼的方法有苛化法、電解法和離子交換膜法三種。

1、苛化法

將純鹼、石灰分別經化鹼製成純鹼溶液、石灰製成石灰乳，於99～101℃進行苛化反應，苛化液經澄清、蒸發濃縮至40%以上，製得液體燒鹼。將濃縮液進一步熬濃固化，製得固體燒鹼成品。苛化泥用水洗滌，洗水用於化鹼。

Na₂CO₃+Ca(OH)₂= 2NaOH+CaCO₃↓

2、隔膜電解法

將原鹽化鹽後加入純鹼、燒鹼、氯化鋇精製劑除去鈣、鎂、硫酸根離子等雜質，再於澄清槽中加入聚丙烯酸鈉或苛化麩皮以加速沉澱，砂濾後加入鹽酸中和，鹽水經預熱後送去電解，電解液經預熱、蒸發、分鹽、冷卻，製得液體燒鹼，進一步熬濃即得固體燒鹼成品。鹽泥洗水用於化鹽。[13]

2NaCl+2H₂O[電解] = 2NaOH+Cl₂↑+H₂↑

3、離子交換膜法

將原鹽化鹽後按傳統的辦法進行鹽水精製，把一次精鹽水經微孔燒結碳素管式過濾器進行過濾後，再經螫合離子交換樹脂塔進行二次精製，使鹽水中鈣、鎂含量降到0.002%以下，將二次精製鹽水電解，於陽極室生成氯氣，陽極室鹽水中的Na+通過離子膜進入陰極室與陰極室的OH生成氫氧化鈉。

H+直接在陰極上放電生成氫氣。電解過程中向陽極室加入適量的高純度鹽酸以中和返遷的OH-，陰極室中應加入所需純水。在陰極室生成的高純燒鹼濃度為30%～32%（質量），可以直接作為液鹼產品，也可以進一步熬濃，製得固體燒鹼成品。

2NaCl+2H₂O= 2NaOH+H₂↑+Cl₂↑

(3)如何提高氯鹼工業電流效率擴展閱讀：

氫氧化鈉在國民經濟中有廣泛應用，許多工業部門都需要氫氧化鈉。使用氫氧化鈉最多的部門是化學葯品的製造，其次是造紙、煉鋁、煉鎢、人造絲、人造棉和肥皂製造業。

另外，在生產染料、塑料、葯劑及有機中間體，舊橡膠的再生，制金屬鈉、水的電解以及無機鹽生產中，製取硼砂、鉻鹽、錳酸鹽、磷酸鹽等，也要使用大量的燒鹼。

同時氫氧化鈉是生產聚碳酸酯、超級吸收質聚合物、沸石、環氧樹脂、磷酸鈉、亞硫酸鈉和大量鈉鹽的重要原材料之一。

Ⅳ 氯鹼工業必須解決的問題是如何隔開氯氣與氫氣和NaOH溶液並保證電解反應正常進行．水銀法也是氯鹼工業常采

（1）在電解池的陰極上是陽離子氫離子發生得電子的還原反應，產生氫氣，在陽極上是陰離子氯離子發生失電子的氧化反應，產生氯氣，即2Cl^--2e^-=Cl₂↑，故答案為：氫氣；2Cl^--2e^-=Cl₂↑；
（2）根據題意，Na⁺在汞陰極上放電並析出金屬鈉，且金屬鈉可以和水之間發生反應生成氫氧化鈉溶液和氫氣，2Na+2H₂O=2NaOH+H₂↑，所以溶液C的溶質是氫氧化鈉，故答案為：氫氧化鈉；2Na+2H₂O=2NaOH+H₂↑；
（3）根據電解槽的工作原理，在反應過程中，可以看出淡鹽水是產物，飽和食鹽水需要不斷補充，可以知道氯化鈉是可以循環使用的物質，此外，作電極材料的Hg也是可以循環使用的，故答案為：Hg（或是NaCl）；
（4）比較表中的各組數據可以看出，與離子膜法相比，水銀法獲得的燒鹼純度高，且質量好，但是水銀法使用的材料汞有毒，容易造成環境污染，故答案為：
燒鹼純度高，質量好；汞容易造成環境污染．

Ⅳ 氯鹼生產中，電解槽整流運行的電流效率如何計算

一、電流效率

在電解過程中，通過一定電量時，生成物的「實際產量和理論產量」之比稱為電流效率。

η=G實際/G理論×100%

電解溶液中常含有一些其他離子，當這些離子放電時要消耗一部分電能，電解時發生的副反應以及電荷漏電等因素也要消耗電能。因此電流效率常小於1。分為陰極電流效率和陽極電流效率。

通常計算陰極電流效率：η陰=G實際/G理論×100%

式中：G理論=K·I·t·n/1000 （kg）

G實際=電解液濃度g（kg/m3）×體積V（m3） （kg）

K為電化當量：

氯的電化當量：KCl2=35.46/26.8=1.323g/(A·h)

氫的電化當量：KH2=1.08/26.8=0.0376g/(A·h)

氫氧化鈉電化當量：KNaOH=40/26.8=1.492g/(A·h)

陽極電流效率：從電解反應知，陽極上的析O2反應，是與析Cl2反應相競爭的主要電化學副反應，它可使陽極電流效率下降2～4%，

• 2H2O→O2+4H++4e-…………（1-9）

或4OH-→O2+2H2O+4e-……（1-10）

這個電極反應的速度與電極材料、電解條件等密切相關。

此外，陽極析出的氯氣，不可避免地有部分溶解在陽極液中，生成次氯酸鈉和鹽酸：Cl2+H2OH++Cl-+HClO

當陰極生成的鹼，由於擴散等原因進入陽極液中，次氯酸被中和，生成易解離的次氯酸鹽：HClO+OH-→ClO-+H2O

這時次氯酸根將在陽極上氧化，生成氯酸根並析出氧氣。

6ClO-+3H2O→2ClO3-+4Cl-+6H++3/2O2+6e-······（1-13）

此外，在陽極液中生成的HClO還會進行化學反應生成氯酸鹽：

HClOH++ClO-················（1-14）

2HClO+ClO-→ClO3-+2H++2Cl-······（1-15）

上述這些反應使陽極生成的氯，陰極生成的鹼，都由於副反應而白白消耗掉，降低了電流效率和產品純度，特別是陽極液中的OH-增高時，這些副反應更嚴重。將陽極和陰極產物分開，降低陽極液中的OH-含量，是提高電解過程電流效率的關鍵。設法提高陽極析O2過電位，降低析氯主反應過電位，是提高電流效率的又一措施。影響電流效率的因素有：鹽水質量、鹽水溫度、電解液濃度（鹼液鹽鹼比）、隔膜吸附質量、電流密度大小、電流波動、電槽絕緣情況等。

二、電壓效率

理論分解電壓與實際槽電壓之比稱為電壓效率，它總是小於1。

槽電壓直接影響直流電耗，槽電壓由以下幾部分組成：

V=V0+η陽+|η陰|+ΣIR·················（1-16）

式中：V0——理論分解電壓，當工作電流為零時的槽電壓，可由熱力學計算。

η陽——陽極過電位。

|η陰|——陰極過電位絕對值。

ΣIR——電流流過電解槽各部分時的歐姆電壓降總和。

槽電壓由陰極電極電位、陽極電極電位、陰極過電壓、陽極過電壓、溶液壓降、隔膜壓降、金屬導體壓降組成。

因此，可通過選擇和研製新型電極材料、隔膜材料、調整極距、提高電解液溫度和濃度，控制適宜的電流密度，設計合理的電槽結構等來降低槽電壓，以提高電壓效率，降低電耗。

Ⅵ 鎳、銅、鉑族元素的性質及主要用途

一、鎳的性質及主要用途

鎳是一種有色金屬，銀白色，相對密度8.8～8.9，摩氏硬度5，熔點1452℃，沸點3075℃，延伸率25%～45%，電導率12.9S/m，具有良好的機械強度和延展性。在空氣中鎳不氧化，加熱到700～800℃時仍不氧化，並保持一定強度。鎳的抗腐蝕很強，鹼和除硝酸外的各種酸對其均不起作用。

鎳能與許多金屬組成合金，是不銹鋼、鎳基合金和合金結構鋼的主要組成元素。鎳的最大使用價值就是在合金中加入鎳後，可以在一個廣闊的溫度范圍內增加合金的強度，提高合金的抗疲勞極限，以及增加耐腐蝕性。鎳主要用於製造不銹鋼，其耗鎳量占整個鎳消費量的40%以上。用於和其它有色金屬煉制各種有色合金的鎳消費量占鎳總消費量的30%以上。電鍍業約消費20%。鎳基高溫合金是製造燃氣渦輪、核反應堆和高速飛行器重要部件的材料，其合金中含鎳量在50%以上。因此，鎳廣泛用於運輸業、化學工業、電氣設備、建築業等部門。

二、銅的主要性質及用途

純銅是一種玫瑰紅色的金屬，它具有良好的導電性、導熱性、延展性及耐腐蝕等特性，它還容易與其它有色金屬如鋅、鉛、鎳、錫、鈦組合成各種不同特性和色澤的合金。據工業發達國家統計，銅的用量約為鋼的用量的1%～2%，主要應用於電子電氣工業，以及建築、機械製造、交通運輸、化工及國防等工業。此外，銅的化合物在農業上可作為殺蟲劑和除草劑。一般認為，銅的消費量和用途的多少，往往反映一個國家工業化程度的高低。

三、鉑族金屬的性質及主要用途

鉑族元素(PGE)系指元素周期表中第八副族的鉑(Pt)、鈀(Pd)、鋨(Os)、銥(Ir)、釕(Ru)、銠(Rh)等6個稀貴金屬，我國俗稱為白金。這6個元素分成兩個元素組，釕、銠、鈀稱為輕鉑系元素，鋨、銥、鉑稱為重鉑系元素。鉑族元素及金、銀等8個元素統稱為貴金屬。

鉑族金屬的物理化學性質十分相似。鉑族金屬具有高熔點、高沸點和低蒸氣壓，其中鋨熔點最高，達3320 K，鈀最低，為1827 K，鉑族金屬都是優良的導熱體和導電體，具有穩定的熱電性能，它們都呈順磁性。各個鉑族金屬的機械加工性能相差較大。鉑、鈀具有良好的延展性。銥、銠加工比較困難，釕的加工十分困難，鋨幾乎不能加工。在所有金屬元素中，緻密的鉑族金屬具有最好的抗氧化性和耐腐蝕性。它們在常見的單一酸、鹼中基本呈惰性，但耐腐蝕程度有所不同，鉑、鈀溶於王水，而鋨、銥、釕、銠不溶於王水。鉑族金屬在常溫下不與氧、硫、氟、氯等反應，對氧的親和力順序是：鉑＜鈀＜銠＜銥＜釕＜鋨，其中銥是唯一可在氧化環境中使用到2300℃而不嚴重損失的金屬。鉑族金屬能吸附多種氣體，特別是鈀能吸附相當於自身體積2800倍的氫，並有讓氫選擇性通過的特性。鉑族金屬是優良的催化劑，其催化活性順序為：釕＜銠＜鈀，鋨＜銥＜鉑，第二組元素的活性高於前一組元素。鉑族礦物主要呈自然元素、金屬固溶體、硫化物、碲化物、砷化物或硫鹽等形式。

鉑族金屬以純金屬、精密合金材料、化合物、催化劑、電子漿料形式廣泛用於現代工業和國民經濟各部門。催化劑是鉑族金屬最大用途，在石油化工中用於加氫、去氫化、異構化、環化、氧化、裂解、脫羧、脫氨基等反應，以生產各種特殊用途的石油化工產品。全世界每年約生產6000萬噸硝酸，幾乎都是用鉑銠、鉑鈀角媒網催化製得。用鉑催化劑重整幾乎生產了全世界汽車和內燃機所需的全部高辛烷值汽油，含鉑、鉑鈀、鉑銠的催化劑可以凈化汽車和柴油機排放的毒性尾氣。鉑銠合金可用於生產玻璃纖維坩堝和特種光學玻璃。鉑銠合金是最重要的鉑族金屬材料，主要用於制備測溫熱電偶和編織催化網。鉑銥、鉑銠、鉑鈀合金有很高的抗電弧燒損能力，被用作電接點材料，鉑銥合金和鉑釕合金用於製造航空發動機的火花塞接點。在氯鹼工業中塗釕和鉑的鈦陽極代替電解槽中的石墨陽極，可提高電流效率。鉑和鉑合金廣泛用於製造各種首飾，還備用於硬通貨儲備。鉑族金屬作為一類重要的工業新金屬，其應用領域將不斷擴大。

石油化學工業應用Pt-Re催化劑 [ Pt-(0.2%～0.5%)Re]作為製造高辛烷值汽油的鉑重整裝置；美國環球石油產品公司(UOP)開發了連續催化再生(CCR)鉑，使用Pt-Sn催化劑；西方國家正在建造的新型反應堆，80%都是使用鉑-錫催化劑的連續催化再生反應堆，這些新型反應堆中一部分也使用鉑-錸催化劑。這種鉑-錸雙金屬催化劑能用於新型反應堆，而鉑-錫催化劑不能用於固定床重整爐(fixed beddreformers)。

鉑族金屬被稱為「現代工業的維他命」，它們的應用和發展在一定程度上反映了一個國家的現代化水平，並將在新的尖端技術領域中起著重要作用。西方國家對鉑的需求量及需求結構見表1-1-1。

表1-1-1 西方國家對鉑的需求量及需求結構

近10年來，鉑和鈀的價格已大幅度增加，分別從1992年每盎司350美元和360美元增加至2000年的500美元和550美元。