氯碱生产工艺路线分析与选择

知识目标

1．了解氯碱生产方法的历史；

2．掌握氯碱生产方法的特点。

能力目标

1．能够熟练利用工具书、网络资源等查找氯碱生产有关知识；

2．能够从节能环保和循环经济的角度分析烧碱生产方法的发展必要性。

素质目标

1．提升严谨科学的工作态度；

2．建立化工生产过程安全、清洁的责任意识。

（一）布置任务

检索氯碱工业生产技术的发展历程。

（二）任务总结

历史上，烧碱有两种生产方法：一种是化学法或称苛化法，另一种是电解法。

1．苛化法。

以纯碱水溶液与石灰乳为原料，通过苛化反应生成烧碱（NaOH）的方法，反应的化学方程式为

Na2CO3＋Ca（OH）===22NaOH＋CaCO3↓

苛化法生产过程分为化碱、苛化、澄清、蒸发等四个工序。

与电解法制烧碱相比较，由于纯碱是纯度较高的原料，含氯化钠极少，所得烧碱的纯度也较高，但是需要消耗另一种重要的产品——纯碱。

19世纪末，世界上一直是用苛化法生产烧碱。1851年Watt发表了用电解食盐水溶液制备氯气的专利，但直到直流发电机发展以后才于1890年实现工业化生产。1890年德国首先用隔膜法生产烧碱，第一台水银电解槽是1892年取得专利。1966年，美国开发出宇宙技术燃料电池用的全氟磺酸阳离子交换膜，能耐食盐水溶液电解时的苛刻条件，因而1972年以后大量生产转为民用并用于氯碱工业，离子交换膜法实现大工业化生产。

2．电解法。

电解法是电解饱和食盐水制得烧碱、氯气和氢气的生产工艺。电解法生产烧碱在制得烧碱的同时还制得氯气和氢气，所以工业上电解法生产烧碱也称氯碱工业。根据电解槽结构、电解材料和隔膜材料的区别，电解法又分为隔膜法、水银法和离子交换膜法。

（1）隔膜法（简称D法）。隔膜法电解是利用多孔渗透性的隔膜材料作为隔层，把阳极产生的氯与阴极产生的氢氧化钠和氢分开，以免它们混合后发生爆炸和生成氯酸钠。由于此过程产生的氯和烧碱是强腐蚀性物质，因此阳极材料和隔膜材料的选择是隔膜法工业生产的关键问题。

隔膜法电解槽制得的电解液含NaOH质量分数为10%～12%，因此需要用蒸发装置来浓缩，消耗大量蒸汽；蒸发后可获得含NaOH质量分数50%的液碱，但仍含有质量分数为1%的氯化钠。该法的总能耗比较高，而且石棉隔膜寿命短又是有害物质。

（2）水银法（简称M法）。水银电解槽由电解室和解汞室组成。在汞阴极上进行Na＋的放电生成金属钠，立即与汞作用得到钠汞齐。

Na＋＋nHg＋e→NaHgn

钠汞齐从电解室排出后，在解汞室中与水作用生成氢氧化钠和氢气。

NaHgn＋H2O→NaOH＋H2＋nHg

由于在电解室中产生氯气，在解汞室中产生氢氧化钠和氢气，因而解决了阳极产物和阴极产物分开的关键问题。

水银法的优点是电解槽流出的溶液产物中NaOH质量分数较高，可达50%，不需蒸发增浓；产品质量好，含盐低，约为0．003%。但是，水银是有害物质，应尽量避免使用，因此水银法已逐渐被淘汰。

（3）离子交换膜法（简称IEM法）。离子交换膜法是在应用了美国开发出的化学性能稳定的全氟磺酸阳离子交换膜之后，日本首先工业化生产的氯碱新工艺。该法用离子膜将电解槽的阳极室和阴极室隔开，在阳极上和阴极上发生的反应与一般隔膜法电解相同，但离子膜的性能好，不允许Cl－透过。因此，阴极室得到的烧碱纯度高，其电能和蒸汽消耗与隔膜法和水银法比可节约20%～25%，而且建设投资费、解决环境保护等方面均优于其他方法。因此，离子膜法是当今氯碱工业的主要生产技术。

同时，根据中华人民共和国发展和改革委员会第9号令《产业结构调整指导目录（2011年版）》的要求，隔膜法苛性钠生产装置2015年底前全部淘汰，所以，本项目后续内容只针对离子膜电解法烧碱生产工艺。