Технологическая схема получения хлора и щелочи методом электролиза с ртутным катодом

Технологическая схема получения хлора и щелочи методом электролиза с ртутным катодом отличается от схемы для диафрагменных электролизеров. Первое отличие заключается в том, что на приготовление исходного рассола направляется не свежая вода, а электролит после электролиза с температурой около 70^оС. Он донасыщается от 270 до 310 г/л, а объем добавляемых свежих порций воды весьма невелик и равен ее испарению и разложению в электролизере.

Другим существенным отличием этой схемы являются мероприятия по очистке газов и анолита от следов ртути.

Схема показана на рис. 4.22. Условно она может быть разделена на водородную, хлорную части и рассольный цикл. Уходящий из разлагателя водород поступает в трубчатый холодильник, где охлаждается до 20-30^оС. При этом происходит конденсация паров воды и паров ртути (2-3 г/м³), уносимых водородом из разлагателя. Далее водород отмывается от щелочного тумана хлорной водой, щелочью и водой и направляется потребителю.

Рис.4.22. Технологическая схема получения хлора и щелочи электролизом со ртутным катодом.

1-электролизер, 2-разлагатель,3-отделитель водорода, 4, 10-холодитьники, 5-7 - колонны для очистки водорода, 8-ртутный насос, 9-отделитель хлора и рассола, 11-колонна осушки хлора, 12- вакуумная колонна, 13-отдувочная колонна, 14-бак для обесхлоривания, 15-фильтр, 16-склад-растворитель, 17-отстойник рассола, 18-напорный бак, 19-вакуумный насос.

Хлор обрабатывается аналогично после электролизеров всех типов: он поступает в холодильник на осушку, затем промывается серной кислотой.

Анолит, уходящий из электролизера, насыщен хлором и ртутью. Очистка анолита от хлора заключается в смещении равновесия растворенного хлора и хлора над раствором. Для этого на первом этапе обработки анолита осуществляется отделение хлора при вакуумировании в абшайдерах, где отделяется основное количество хлора. Затем производится отдувка воздухом - через колонну с анолитом барботируют пузырьки воздуха и содержание хлора в анолите уменьшается до 10-20 мг/л. После этого производится обработка анолита раствором сульфида натрия. При этом не только уменьшается содержание активного хлора за счет восстановления, но и происходит очистка от ртути, уносимой анолитом из электролизера в количестве около 20 мг/л. При обработки сульфидом образуется труднорастворимый осадок сульфида ртути, затем отделяющийся при фильтровании.

Отфильтрованный рассол поступает на перколяционное донасыщение хлоридом натрия, фильтруется и подается в напорный бак, откуда поступает в электролизеры.

4.5. Мембранные электролизеры

Мембранный электролиз и мембранные электролизеры имеют признаки как диафрагменного, так и ртутного метода. Электролизеры с вертикальным расположением электродов и стальными сетчатыми катодами, как в диафрагменном методе, а питание электролизера электролитом осуществляется раздельно по анодным и катодным пространствам. В анодные подается рассол, в катодные - деминерализованная вода - как в ртутном методе. Раздельное питание рассолом и водой и отсутствие фильтрации через мембрану позволяют получать щелочь более чистую и с большей концентрацией, чем в диафрагменном методе.

Используемые для разделения электродных пространств катионообменные мембраны беспористые и фильтрация электролита через них отсутствует. Мембраны не обладают 100 % униполярной проводимостью, при высоких концентрациях щелочи в катодном пространстве отмечен значительный перенос ОН^--ионов в анодное пространство. В результате этого уменьшается выход по току и щелочи и хлора и анолит загрязняется гипохлоритом и хлоратом. Поэтому концентрация получаемой щелочи не очень высока и меньше, чем в ртутном способе производства.

Конструкция мембранных электролизеров в определяющей степени зависит от параметров выпускаемых мембран. Ионообменные мембраны имеют вид листов, толщиной 0,3-0,5 мм и габаритами 2400х1200 мм. Потому в настоящее время наибольшее распространение получили мембранные электролизеры прямоугольной формы такой высоты и ширины.

Высокая стоимость мембран определила еще одну особенность электролизеров. Мембранные электролизеры обычно работают с принудительным протоком электролита и внешней сепарацией газа и жидкости. При внутреннем разделении газовой и жидкой фаз часть объема электролизера занята хлором или водородом (например, электролизер БГК). При этом из работы исключалась бы часть ионообменной мембраны (ток идет только в жидкой фазе и не идет через газ!). Поэтому, для повышения эффективности использования мембран принята внешняя сепарация газов. Это интересный пример, как мембрана, лист которой весит около 1 кг, определяет особенность конструкции технического устройства массой несколько десятков тонн.

По типу электродов электролизеры могут быть с выносными и совмещенными рабочими поверхностями, съемными и неразъемными, плоскими, рифлеными и др. Отличительным признаком электролизеров является их фильтр-прессная конструкция. Мембранные электролизеры могут быть моно- и биполярные. Монополярные электролизеры требуют подведения электрического тока к каждой ячейке, то есть отличаются сложной ошиновкой. Однако напряжение на ячейках мало и одинаково.

Биполярные электролизеры исключают применение индивидуальных токоподводящих шин, но отличаются наличием токов утечки и большей сложностью изготовления и обслуживания. Особо значимых преимуществ того или иного типа электролизеров на данный момент не выявлено, и в промышленности применяются и моно- и биполярные электролизеры.