如何提高氯碱工业电流效率

Ⅰ 氯碱工业的制碱方法

离子交换膜法制烧碱
世界上比较先进的电解制碱技术是离子交换膜法。这一技术在20世纪50年代开始研究，80年代开始工业化生产。
离子交换膜电解槽主要由阳极、阴极、离子交换膜、电解槽框和导电铜棒等组成，每台电解槽由若干个单元槽串联或并联组成。右图表示的是一个单元槽的示意图。电解槽的阳极用金属钛网制成，为了延长电极使用寿命和提高电解效率，钛阳极网上涂有钛、钌等氧化物涂层；阴极由碳钢网制成，上面涂有镍涂层；阳离子交换膜把电解槽隔成阴极室和阳极室。阳离子交换膜有一种特殊的性质，即它只允许阳离子通过，而阻止阴离子和气体通过，也就是说只允许Na+通过，而Cl-、OH-和气体则不能通过。这样既能防止阴极产生的H2和阳极产生的Cl2相混合而引起爆炸，又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO而影响烧碱的质量。下图是一台离子交换膜电解槽（包括16个单元槽）。
精制的饱和食盐水进入阳极室；纯水（加入一定量的NaOH溶液）加入阴极室。通电时，H2O在阴极表面放电生成H2，Na+穿过离子膜由阳极室进入阴极室，导出的阴极液中含有NaOH；Cl-则在阳极表面放电生成Cl2。电解后的淡盐水从阳极导出，可重新用于配制食盐水。
离子交换膜法电解制碱的主要生产流程可以简单表示如下图所示：
电解法制碱的主要原料是饱和食盐水，由于粗盐水中含有泥沙，
精制食盐水时经常进行以下措施
（1）过滤海水
（2）加入过量氢氧化钠，去除钙、镁离子，过滤
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）加入过量氯化钡，去除硫酸根离子，过滤
Ba(2+)+SO4(2-)=BaSO4↓
（4）加入过量碳酸钠，去除钙离子、过量钡离子，过滤
Ca(2+)+CO3(2-)=CaCO3↓
Ba(2+)+CO3(2-)=BaCO3↓
（5）加入适量盐酸，去除过量碳酸根离子
2H(+)+CO3(2-)=CO2↑+H2O
（6）加热驱除二氧化碳
（7）送入离子交换塔，进一步去除钙、镁离子
（8）电解
2NaCl+2H2O=(通电)H2↑+Cl2↑+2NaOH
离子交换膜法制碱技术，具有设备占地面积小、能连续生产、生产能力大、产品质量高、能适应电流波动、能耗低、污染小等优点，是氯碱工业发展的方向。

Ⅱ 电解水的工业应用及前景

参考资料【2021-2027中国水电解市场现状及未来发展趋势】
全球PEM水电解主要企业有718th Research Institute of CSIC、Proton On-Site、Hydrogenics、Teledyne Energy Systems 和TianJin Mainland等，核心企业来自美国和欧洲。
本报告研究中国市场水电解的生产、消费及进出口情况，重点关注在中国市场扮演重要角色的全球及本土水电解生产商，呈现这些厂商在中国市场的水电解销量、收入、价格、毛利率、市场份额等关键指标。本文也同时研究中国本土生产企业的水电解产能、销量、收入及市场份额。此外，针对水电解产品本身的细分增长情况，如不同水电解产品类型、价格、销量、收入，不同应用水电解的市场销量等，本文也做了深入分析。历史数据为2016至2021年，预测数据为2021至2027年。
主要厂商包括：
Proton On-Site
718th Research Institute of CSIC
Teledyne Energy Systems
Hydrogenics
Nel Hydrogen
苏州竞立制氢设备有限公司
北京中电丰业技术开发有限公司
McPhy
Siemens
天津市大陆制氢设备有限公司
Areva H2gen
山东赛克赛斯氢能源有限公司
扬州中电制氢设备有限公司
Asahi Kasei
Idroenergy Spa
Erree SpA
陕西华秦新能源科技有限责任公司
Kobelco Eco-Solutions
ITM Power
Toshiba
按照不同产品类型，包括如下几个类别：
传统碱性水电解
PEM水电解
按照不同应用，主要包括如下几个方面：
发电厂
钢铁厂
电子与光伏
工业气体
FCEV储能
天然气发电
其他领域
国内重点关注如下几个地区:
华东地区
华南地区
华中地区
华北地区
西南地区
东北及西北地区
本文正文共10章，各章节主要内容如下：
第1章：报告统计范围、产品细分及中国总体规模（销量、销售收入等数据，2016-2027年）；
第2章：中国市场水电解主要厂商（品牌）竞争分析，主要包括水电解销量、收入、市场份额、价格、产地及行业集中度分析；
第3章：中国水电解主要地区销量分析
第4章：中国市场水电解主要厂商（品牌）基本情况介绍，包括公司简介、水电解产品型号、销量、价格、收入及最新动态等；
第5章：中国不同类型水电解销量、收入、价格及份额等；
第6章：中国不同应用水电解销量、收入、价格及份额等；
第7章：行业发展环境分析；
第8章：供应链分析；
第9章：报告结论。

Ⅲ 工业如何制烧碱

工业上生产烧碱的方法有苛化法、电解法和离子交换膜法三种。

1、苛化法

将纯碱、石灰分别经化碱制成纯碱溶液、石灰制成石灰乳，于99～101℃进行苛化反应，苛化液经澄清、蒸发浓缩至40%以上，制得液体烧碱。将浓缩液进一步熬浓固化，制得固体烧碱成品。苛化泥用水洗涤，洗水用于化碱。

Na₂CO₃+Ca(OH)₂= 2NaOH+CaCO₃↓

2、隔膜电解法

将原盐化盐后加入纯碱、烧碱、氯化钡精制剂除去钙、镁、硫酸根离子等杂质，再于澄清槽中加入聚丙烯酸钠或苛化麸皮以加速沉淀，砂滤后加入盐酸中和，盐水经预热后送去电解，电解液经预热、蒸发、分盐、冷却，制得液体烧碱，进一步熬浓即得固体烧碱成品。盐泥洗水用于化盐。[13]

2NaCl+2H₂O[电解] = 2NaOH+Cl₂↑+H₂↑

3、离子交换膜法

将原盐化盐后按传统的办法进行盐水精制，把一次精盐水经微孔烧结碳素管式过滤器进行过滤后，再经螫合离子交换树脂塔进行二次精制，使盐水中钙、镁含量降到0.002%以下，将二次精制盐水电解，于阳极室生成氯气，阳极室盐水中的Na+通过离子膜进入阴极室与阴极室的OH生成氢氧化钠。

H+直接在阴极上放电生成氢气。电解过程中向阳极室加入适量的高纯度盐酸以中和返迁的OH-，阴极室中应加入所需纯水。在阴极室生成的高纯烧碱浓度为30%～32%（质量），可以直接作为液碱产品，也可以进一步熬浓，制得固体烧碱成品。

2NaCl+2H₂O= 2NaOH+H₂↑+Cl₂↑

(3)如何提高氯碱工业电流效率扩展阅读：

氢氧化钠在国民经济中有广泛应用，许多工业部门都需要氢氧化钠。使用氢氧化钠最多的部门是化学药品的制造，其次是造纸、炼铝、炼钨、人造丝、人造棉和肥皂制造业。

另外，在生产染料、塑料、药剂及有机中间体，旧橡胶的再生，制金属钠、水的电解以及无机盐生产中，制取硼砂、铬盐、锰酸盐、磷酸盐等，也要使用大量的烧碱。

同时氢氧化钠是生产聚碳酸酯、超级吸收质聚合物、沸石、环氧树脂、磷酸钠、亚硫酸钠和大量钠盐的重要原材料之一。

Ⅳ 氯碱工业必须解决的问题是如何隔开氯气与氢气和NaOH溶液并保证电解反应正常进行．水银法也是氯碱工业常采

（1）在电解池的阴极上是阳离子氢离子发生得电子的还原反应，产生氢气，在阳极上是阴离子氯离子发生失电子的氧化反应，产生氯气，即2Cl^--2e^-=Cl₂↑，故答案为：氢气；2Cl^--2e^-=Cl₂↑；
（2）根据题意，Na⁺在汞阴极上放电并析出金属钠，且金属钠可以和水之间发生反应生成氢氧化钠溶液和氢气，2Na+2H₂O=2NaOH+H₂↑，所以溶液C的溶质是氢氧化钠，故答案为：氢氧化钠；2Na+2H₂O=2NaOH+H₂↑；
（3）根据电解槽的工作原理，在反应过程中，可以看出淡盐水是产物，饱和食盐水需要不断补充，可以知道氯化钠是可以循环使用的物质，此外，作电极材料的Hg也是可以循环使用的，故答案为：Hg（或是NaCl）；
（4）比较表中的各组数据可以看出，与离子膜法相比，水银法获得的烧碱纯度高，且质量好，但是水银法使用的材料汞有毒，容易造成环境污染，故答案为：
烧碱纯度高，质量好；汞容易造成环境污染．

Ⅳ 氯碱生产中，电解槽整流运行的电流效率如何计算

一、电流效率

在电解过程中，通过一定电量时，生成物的“实际产量和理论产量”之比称为电流效率。

η=G实际/G理论×100%

电解溶液中常含有一些其他离子，当这些离子放电时要消耗一部分电能，电解时发生的副反应以及电荷漏电等因素也要消耗电能。因此电流效率常小于1。分为阴极电流效率和阳极电流效率。

通常计算阴极电流效率：η阴=G实际/G理论×100%

式中：G理论=K·I·t·n/1000 （kg）

G实际=电解液浓度g（kg/m3）×体积V（m3） （kg）

K为电化当量：

氯的电化当量：KCl2=35.46/26.8=1.323g/(A·h)

氢的电化当量：KH2=1.08/26.8=0.0376g/(A·h)

氢氧化钠电化当量：KNaOH=40/26.8=1.492g/(A·h)

阳极电流效率：从电解反应知，阳极上的析O2反应，是与析Cl2反应相竞争的主要电化学副反应，它可使阳极电流效率下降2～4%，

• 2H2O→O2+4H++4e-…………（1-9）

或4OH-→O2+2H2O+4e-……（1-10）

这个电极反应的速度与电极材料、电解条件等密切相关。

此外，阳极析出的氯气，不可避免地有部分溶解在阳极液中，生成次氯酸钠和盐酸：Cl2+H2OH++Cl-+HClO

当阴极生成的碱，由于扩散等原因进入阳极液中，次氯酸被中和，生成易解离的次氯酸盐：HClO+OH-→ClO-+H2O

这时次氯酸根将在阳极上氧化，生成氯酸根并析出氧气。

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

此外，在阳极液中生成的HClO还会进行化学反应生成氯酸盐：

HClOH++ClO-················（1-14）

2HClO+ClO-→ClO3-+2H++2Cl-······（1-15）

上述这些反应使阳极生成的氯，阴极生成的碱，都由于副反应而白白消耗掉，降低了电流效率和产品纯度，特别是阳极液中的OH-增高时，这些副反应更严重。将阳极和阴极产物分开，降低阳极液中的OH-含量，是提高电解过程电流效率的关键。设法提高阳极析O2过电位，降低析氯主反应过电位，是提高电流效率的又一措施。影响电流效率的因素有：盐水质量、盐水温度、电解液浓度（碱液盐碱比）、隔膜吸附质量、电流密度大小、电流波动、电槽绝缘情况等。

二、电压效率

理论分解电压与实际槽电压之比称为电压效率，它总是小于1。

槽电压直接影响直流电耗，槽电压由以下几部分组成：

V=V0+η阳+|η阴|+ΣIR·················（1-16）

式中：V0——理论分解电压，当工作电流为零时的槽电压，可由热力学计算。

η阳——阳极过电位。

|η阴|——阴极过电位绝对值。

ΣIR——电流流过电解槽各部分时的欧姆电压降总和。

槽电压由阴极电极电位、阳极电极电位、阴极过电压、阳极过电压、溶液压降、隔膜压降、金属导体压降组成。

因此，可通过选择和研制新型电极材料、隔膜材料、调整极距、提高电解液温度和浓度，控制适宜的电流密度，设计合理的电槽结构等来降低槽电压，以提高电压效率，降低电耗。

Ⅵ 镍、铜、铂族元素的性质及主要用途

一、镍的性质及主要用途

镍是一种有色金属，银白色，相对密度8.8～8.9，摩氏硬度5，熔点1452℃，沸点3075℃，延伸率25%～45%，电导率12.9S/m，具有良好的机械强度和延展性。在空气中镍不氧化，加热到700～800℃时仍不氧化，并保持一定强度。镍的抗腐蚀很强，碱和除硝酸外的各种酸对其均不起作用。

镍能与许多金属组成合金，是不锈钢、镍基合金和合金结构钢的主要组成元素。镍的最大使用价值就是在合金中加入镍后，可以在一个广阔的温度范围内增加合金的强度，提高合金的抗疲劳极限，以及增加耐腐蚀性。镍主要用于制造不锈钢，其耗镍量占整个镍消费量的40%以上。用于和其它有色金属炼制各种有色合金的镍消费量占镍总消费量的30%以上。电镀业约消费20%。镍基高温合金是制造燃气涡轮、核反应堆和高速飞行器重要部件的材料，其合金中含镍量在50%以上。因此，镍广泛用于运输业、化学工业、电气设备、建筑业等部门。

二、铜的主要性质及用途

纯铜是一种玫瑰红色的金属，它具有良好的导电性、导热性、延展性及耐腐蚀等特性，它还容易与其它有色金属如锌、铅、镍、锡、钛组合成各种不同特性和色泽的合金。据工业发达国家统计，铜的用量约为钢的用量的1%～2%，主要应用于电子电气工业，以及建筑、机械制造、交通运输、化工及国防等工业。此外，铜的化合物在农业上可作为杀虫剂和除草剂。一般认为，铜的消费量和用途的多少，往往反映一个国家工业化程度的高低。

三、铂族金属的性质及主要用途

铂族元素(PGE)系指元素周期表中第八副族的铂(Pt)、钯(Pd)、锇(Os)、铱(Ir)、钌(Ru)、铑(Rh)等6个稀贵金属，我国俗称为白金。这6个元素分成两个元素组，钌、铑、钯称为轻铂系元素，锇、铱、铂称为重铂系元素。铂族元素及金、银等8个元素统称为贵金属。

铂族金属的物理化学性质十分相似。铂族金属具有高熔点、高沸点和低蒸气压，其中锇熔点最高，达3320 K，钯最低，为1827 K，铂族金属都是优良的导热体和导电体，具有稳定的热电性能，它们都呈顺磁性。各个铂族金属的机械加工性能相差较大。铂、钯具有良好的延展性。铱、铑加工比较困难，钌的加工十分困难，锇几乎不能加工。在所有金属元素中，致密的铂族金属具有最好的抗氧化性和耐腐蚀性。它们在常见的单一酸、碱中基本呈惰性，但耐腐蚀程度有所不同，铂、钯溶于王水，而锇、铱、钌、铑不溶于王水。铂族金属在常温下不与氧、硫、氟、氯等反应，对氧的亲和力顺序是：铂＜钯＜铑＜铱＜钌＜锇，其中铱是唯一可在氧化环境中使用到2300℃而不严重损失的金属。铂族金属能吸附多种气体，特别是钯能吸附相当于自身体积2800倍的氢，并有让氢选择性通过的特性。铂族金属是优良的催化剂，其催化活性顺序为：钌＜铑＜钯，锇＜铱＜铂，第二组元素的活性高于前一组元素。铂族矿物主要呈自然元素、金属固溶体、硫化物、碲化物、砷化物或硫盐等形式。

铂族金属以纯金属、精密合金材料、化合物、催化剂、电子浆料形式广泛用于现代工业和国民经济各部门。催化剂是铂族金属最大用途，在石油化工中用于加氢、去氢化、异构化、环化、氧化、裂解、脱羧、脱氨基等反应，以生产各种特殊用途的石油化工产品。全世界每年约生产6000万吨硝酸，几乎都是用铂铑、铂钯角媒网催化制得。用铂催化剂重整几乎生产了全世界汽车和内燃机所需的全部高辛烷值汽油，含铂、铂钯、铂铑的催化剂可以净化汽车和柴油机排放的毒性尾气。铂铑合金可用于生产玻璃纤维坩埚和特种光学玻璃。铂铑合金是最重要的铂族金属材料，主要用于制备测温热电偶和编织催化网。铂铱、铂铑、铂钯合金有很高的抗电弧烧损能力，被用作电接点材料，铂铱合金和铂钌合金用于制造航空发动机的火花塞接点。在氯碱工业中涂钌和铂的钛阳极代替电解槽中的石墨阳极，可提高电流效率。铂和铂合金广泛用于制造各种首饰，还备用于硬通货储备。铂族金属作为一类重要的工业新金属，其应用领域将不断扩大。

石油化学工业应用Pt-Re催化剂 [ Pt-(0.2%～0.5%)Re]作为制造高辛烷值汽油的铂重整装置；美国环球石油产品公司(UOP)开发了连续催化再生(CCR)铂，使用Pt-Sn催化剂；西方国家正在建造的新型反应堆，80%都是使用铂-锡催化剂的连续催化再生反应堆，这些新型反应堆中一部分也使用铂-铼催化剂。这种铂-铼双金属催化剂能用于新型反应堆，而铂-锡催化剂不能用于固定床重整炉(fixed beddreformers)。

铂族金属被称为“现代工业的维他命”，它们的应用和发展在一定程度上反映了一个国家的现代化水平，并将在新的尖端技术领域中起着重要作用。西方国家对铂的需求量及需求结构见表1-1-1。

表1-1-1 西方国家对铂的需求量及需求结构

近10年来，铂和钯的价格已大幅度增加，分别从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。