Электролизер для получения хлора и раствора гидроокиси щелочного металла

(прол ип) оду. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(54)(57) ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ХЛОРА И РАСТВОРА ГИДРООКИСИ ЩЕЛОЧНОГО ИЕТАЛЛ 3. электролизом растворахлорида щелочного металла содержащий анод и катод, разделенные ионообменной мембраной из Фторированного полимера, содержащего сульфонильные группы, присоединенные катому углерода с, по крайней мере,одним атомом фтора, присоединеннымкнему, отличающийсятем, что, с целью снижения энергозатрат, используют ионообменную .мембрану из двух слоев полимера,причем один из слоев, составляющий1/0-1/3 толщины мембраны, состоитиз слоя полимера с эквивалентнымвесом на 250-700 ед. большим эквивалентного,веса полимера другогослояи мембрана установлена вэлектролизе так, что слой с большимэквивалентным весом обращен к каИзобретение относится к электро- химическому производству, в частности к электролизерам для получения хлора и раствора гидроокиси щелочных металлов электролизом раствора хлорида щелочного металла с 5 использованием ионообменных мембран.Известно применение ионообменной мембраны из фторированного полимера, содержащего сульфонильные группы Г 1 3. 10Недостатком известной мембраны является ее невысокая прочность, что ведет к использованию сравнительно толстых мембран и, следовательно, к повышенным затратам энергии на 15 проведение процесса.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является электролизер, содержащий корпус, разделенный на анодную и катодную камеры ионообменной мембраной, причем в качестве мембраны используют пленку типа сэндвич, выполненную из гидролизованного сополимера тетрафторэтилена и сульфированного окисла перфторвинила с эквивалентным весом 900-1600 2 .Недостатком известного электролизера является повышенный расход энергии на проведение процесса.Целью изобретения является сниже,ние энергозатрат.Поставленная цель достигается тем, что в электролизере для получения хлора и раствора гидроокиси щелочного металла электролизом раствора хлорида щелочного металла, содержащем анод и катод, разделенные ионообменной мембраной из фторирован ного полимера, содержащего сульфо нильные группы, присоединенные к атому углерода с, по крайней мере, одним атомом фтора, присоединенным к нему, используют ионообменную мембрану из двух слоев полимера, 45 один из слоев, составляющий 1/10-1/3 толщины мембраны, состоит из слоя полимера с эквивалентным весом на 250-700 ед. большим эквивалентного веса полимера другого слоя, и мембрана установлена в электролизере так, что слой с большим эквивалентным весом обращен к катоду.Ионообменные полимеры имеют дополнительную боковую цепь, содержащую сульфинильные группы, присоединенные к атомам углерода и имеющие включенными в них по крайней мере .один атом фтора. Миграция анионов уменьшается за счет тонкого барьерного слоя или оболочки, состоящей из имеющего высокий эквивалентный вес полимера, нанесенного на находящуюся в электролизере поверхность пленки, обращенную в сторону катода. Этот слой с высоким удельным электрическим сопротивлением составляет малую Полимеры могут быть изготовлены 60 из мономеров, которые или фторируются, или в них атом фтора замещает виниловые соединения.Полимеры могут быть изготовлены, по крайней мере, из двух мономеров, причем, по крайней мере, один мономер выбирается из одной из двух описанных групп. В первую, группу входят фторированные виниловые соединения, например фтористый винил, шестифтористый пропилеи, винилфторид, трехфтористый этилен, хлортрифторэтил, исчерпывающее фторированное соединение (алкилдивиниловый эфир), четырехфтористый этилен и их смеси. При использовании сополимеров при электролизе электролита желательно, чтобы исходный виниловый мономер не содержал водорода.Во вторую группу входят сульфонилосодержащие мономеры, содержащие исходные соединения - 802 Р и ЯО 2 С Г.Предпочтительным сополимером, используемым в пленке, является исчерпывающе фторированный .углеводород, хотя могут быть использованы и другие сополимеры, содержащие атом фтора, соединенный с атомом углерода, который присоединен к сульфонильной группе полимера. Наиболее предпочтительным сополимером является сополимер четырехфтористого этилена и исчерпывающе фторированного соединения 3,6-диокси-метил-октенсульфонилфторид), содержащий по весу 10-60, предпочтительнее 25-50 последнего соединения.Сополимер изготавливается при помощи известных методов полимеризации, применяемых для гомополимеризации и сополимеризации фторированных этиленов, в частности четырехфтористого этилена.Используют пленку, в которой фторированный полимер составляет не более одной трети толщины пленки и имеет эквивалентный вес, по крайней мере, в 250 раз больше веса остальной части пленки.С увеличением эквивалентного веса полимера удельное сопротивление полимера возрастает до значительной величины, что приводит к потреблению большего количества энергии. Желательно использовать пленку с относительно низким эквивалентным весом. Однако вследствие миграции анионов через пленку в процессе производства гидроокиси металла токовая эффективность уменьшается.1075986 часть толи(ины пленки и, следовательно, вызванное этим слоем увеличение полного удельного сопротивления относительно мало. Преимущества При использовании барьерного слоя превосходят недостаток, 5связанный с высоким эквивалентнымвесом полимера, имеющего высокоеэлектрическое удельное сопротивление;Существенным моментом при расположении составной пленки вэлектролитическом элементе являетсято, чтобы полимер с высоким эквивалентным весом,был обращен в сторону катода электролитического элемен- )5та. Обратное расположение пленкив электролитическом элементеприводит к значительному снижению электрической эффективности,Применение мембраны, содержащейбарьерный алой разницей в эквивалентном весе меньше 250 и толщи, ной меньше 1/10, не приводит к улучшению свойств мембраны, с исполь зованием более толстых слоев и полимеров с большим эквивалентным весом приводит к возрастанию сопротивления мембраны,П р и м е р 1. Пленки с опреде"ленными удельными эквивалентнымивесами (ЕЯ) получают из исходногосополимера, полученного из четырехфтористого этилена иСР= СРОСР 2 С ГОСР 250 Г1 35Сополимер превращают в ионную форму с сульфонильной группой видаЯО"Иаф в процессе работы хлорно 3щелочного элемента.Составную мембрану, состоящуюиз пленки толщиной 1,27;10м иЪквивалентным весом 1700 и пленкитолщиной 10,16 10м с эквивалент. ным весом 1100, помещают в лабораторный хлорно-щелочной элемент 45между двумя плоскими металлическими электродами. Используемые электроды представляют собой сетчатыйкатод из нержавеющей стали и устойчивый титановый сетчатый анод, покрытый окислом благородного металла.Расстояние между пленкой, и каждымиз электродов составляет приблизительно 1/3 дюйма.(1 дюйм=25,4 ммСо стороны анода в элементе циркулирует горячий (80 ОС) водныйраствор хлористого натрия, весовуюСоставительРедактор Н.Рогулич Техред Л.Коцю концентрацию которого поддерживаютна уровне 12-15. Концентрация каустика горячего (80 С) каталита поддерживают на уровне 5-7 н. раствора,что достигают непрерывным добавлением воды в каталит.После того, как температураэлемента. достигает 800 СР черезэлемент пропускается ток, величинакоторого составляет 2 А/дюйм мембраны. После трех дней непрерывнойработы найдена эффективность гальванического. элемента путем определения количества полученного каустика как функции количества электричества, прошедшего через элемент.Найденная эффективность составляет85,6, напряжение на гальваническомэлементе 4,43 В, а концентрация каустика католита - 7,1 н., потребление энергии - 1,775 кЗт ч/фунт(454 г) хлора.П р и м е р 2.(сравнительный).Мембрана, состоящая из пленки толщиной 12,710м с эквивалентнымвесом. 1200, аналогично примеру 1установлена в лабораторном хлорнощелочном гальваническом элементе.После двух дней непрерывной работыопределена эффективность гальванического элемента, которая состав"ляет 47,2, напряжение - 3,34 В,а концентрация каустика - 6 н.После дополнительных пяти днейнепрерывной работы эффективностьэлемента равна 46,4. Напряжениесоставляет 3,32 В, а концентрациякаустика - 6,8 н. Таким образом,потребление энергии составляет2,427. кВт ч/фунт хлора.П р и м е р 3 (сравнительный).Составная мембрана, состоящая издвух слоев пленки толщиной 12,7 фх 10м с эквивалентным весом 1100,установлена в лабораторном хлорно"щелочном гальваническом элементе,описанном в примере 1. После трехдней непрерывной работы определена эффективность гальваническогоэлемента, которая составляет 38,6,напряжение на гальваническом элементе - 3,32 В, а концентрация ка"устика в католите - 5,4 н., пот"ребление энергии " 2,950 кВт.ч/фунтхлора,Таким образом, расход энергиив предлагаемом электролизере значительно ниже, чем в известных приболее высокой эффективности по току.Т.Барабашбняк Корректор АЗимокосов Филиал ППП ффПатентф, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Заказ 545/54 Тираж 63.7 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5