CN110983367A - 含多孔型导电板的氯碱膜电解槽 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种氯碱膜电解装置，特别涉及一种含多孔型导电板的氯碱膜电解槽。电解槽阳极与氯碱膜之间填充阳极多孔型导电材料，电解槽阴极与氯碱膜之间填充阴极多孔型导电材料。本发明通过在阴极、阳极引入多孔型的导电材料，多孔型的导电材料一方面可以对含氟离子交换膜起到支撑作用，可以降低对含氟离子交换膜的力学性能要求；另一方面多孔型导电材料既是电子传输通道，又是电解催化的载体，电解效率更高。该新型结构充分利用普通氯碱电解槽结构优点加以改进，结构中多孔型导电材料与膜材料零距离接触，使电解过程真正实现“零极距”，以消除阴/阳极电解液层所带来的槽电压增量。

Description

含多孔型导电板的氯碱膜电解槽
技术领域
本发明涉及一种氯碱膜电解装置，特别涉及一种含多孔型导电板的氯碱膜电解槽。
背景技术
离子膜电解槽自上世纪70年代诞生以来给氯碱工业带来了颠覆性的发展，能耗得到大幅下降，产品质量得到显著提高。然而面对能源日益紧缺、国家相关职能部门不断加强环保管理和提高节能要求的形势，氯碱行业对电解槽的节能性提出了更高的目标和要求；而随着电解技术的发展，高电流密度和低能耗的电解槽已成为当今行业的发展趋势。在高电流密度运行下，如何降低电解槽的槽电压和提高电流效率是实现节能降耗增加企业效益的关键所在。
专利CN 206015108 U公开了一种电解槽，该装置包括上接盘、主控制器、气泵、通气管道、漏孔、槽体、制冷器、温度感应器、下接盘、液位感应器，在槽体上下两端分别设置上接盘和下接盘，在上接盘底端设置漏孔，在槽体内设置S型制冷器，在下接盘上端设置气泵，气泵通过通气管道连接槽体。但是该装置槽体中，无法达到彻底消除阴/阳极电解液层所带来的槽电压增量的功能，使现如今普通氯碱电解槽的发展未能取得突破性的进展，电解过程因为电解设备的原因未能实现真正的“零极距”，该技术问题急需解决。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种含多孔型导电板的氯碱膜电解槽，通过增加多孔型导电材料，多孔型导电材料与膜材料零距离接触，使电解过程真正实现“零极距”，以消除阴/阳极电解液层所带来的槽电压增量。
本发明是采用以下技术方案实现的：
所述的含多孔型导电板的氯碱膜电解槽，包括依次设置的电解槽左夹板，阴极室槽、阴极多孔型导电材料、阴极垫片、含氟离子交换膜、阳极垫片、阳极多孔型导电材料、阳极室槽、电解槽右夹板，所述电解槽左夹板和电解槽右夹板内均嵌有电极片，用于连接整流电源，所述阴极室槽下侧面设置有纯水入口，阴极室槽上侧面设置有远程测温口及碱液和氢气出口分别连接阴极室；所述阳极室槽下侧面设置有精制盐水入口，阳极室槽上侧面设置有远程测温口及淡盐水和氯气出口分别连接阳极室；所述全氟离子交换膜为含氟磺酸离子交换膜与含氟羧酸离子交换膜的复合膜；所述多孔型导电材料表面及内部涂有催化涂层。其中阳极侧多孔型导电材料的催化涂层与通用电解槽阳极催化涂层成分相同，阴极侧催化涂层与通用电解槽阴极催化涂层成分相同。
所述的电解槽左夹板几何中心嵌有与阴极室槽和阳极室槽尺寸相同的阴极电极板或阴极电极网，阴极电极板或阴极电极网上侧设置有接线柱，接线柱与整流电源负极相连；所述电解槽右夹板几何中心嵌有与阴极室槽和阳极室槽尺寸相同的阳极电极板或阳极电极网，阳极电极板或阳极电极网上侧设置有接线柱，接线柱与整流电源正极相连。
所述的阴极电极板或阴极电极网是由镍金属网焊接在镍刚性框架内而成。
所述的阳极电极板或阳极电极网是由钛金属网焊接在钛刚性框架内而成。
所述的阳极室槽几何中心处设有凹槽，所述凹槽的深度为1～30mm，所述的阴极室槽与阳极室槽呈对称设计。
所述的电解槽槽体本身材质为不锈钢、镍材质、钛材质、有机玻璃或聚四氟乙烯中的一种。
所述的阴极多孔型导电材料和阳极多孔型导电材料厚度优选为0.1～10mm；所述多孔型导电材料既是电子传输通道，又是电解催化载体。
上述电解槽的多孔型导电材料的材质可以是非金属材料，如导电碳毡、导电石墨毡等；也可以是金属材料，如烧结铜、烧结钛、多孔型不锈钢及多孔型镍等。
所述的阴极垫片和阳极垫片的材质均为二元乙丙、三元乙丙橡胶或四氟乙烯材料中的一种或多种。
所述的电解槽在如下条件下运行操作：电流密度为1～7kA/m2；阳极液为175～305g/L的NaCl溶液或KCl溶液；阴极液为24～35wt％的NaOH溶液或20～32wt％的KOH溶液；操作温度为65℃～95℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明的创新之处在于在阴极、阳极引入多孔型的导电材料，多孔型的导电材料一方面可以对含氟离子交换膜起到支撑作用，可以降低对含氟离子交换膜的力学性能要求；另一方面多孔型导电材料既是电子传输通道，又是电解催化的载体，电解效率更高。该新型结构充分利用普通氯碱电解槽结构优点加以改进，结构中多孔型导电材料与膜材料零距离接触，使电解过程真正实现“零极距”，以消除阴/阳极电解液层所带来的槽电压增量。
附图说明
图1为本发明的电解槽槽体结构示意图；
图2为本发明阴阳槽室之间详细结构示意图；
图3为本发明电解槽阳极室主视图；
图4为本发明电解槽阳极室左视图；
图中：1、电解槽左夹板；2、整流电源；3、电解槽阴/阳隔室；4、电解槽阳极室；5、多孔型导电材料；6、电解槽垫片；7、含氟离子交换膜。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
本发明实施例公开了一种新型氯碱膜电解槽，其结构主要由电解槽左夹板、阴极室槽、阴极多孔型导电材料、阴极垫片、全氟离子交换膜、阳极垫片、阳极多孔型导电材料、阳极室槽、电解槽右夹板及整流电源构成(如图1)。所述电解槽左夹板和右夹板内嵌有电极片用于连接整流电源；所述阴极室槽下侧面设置有纯水入口，上侧面设置有远程测温口及碱液和氢气出口分别连接着阴极室；阳极室槽下侧面设置有精制盐水入口，上侧面设置有远程测温口及淡盐水和氯气出口分别连接着阳极室；所述全氟离子交换膜为含氟磺酸离子交换膜和含氟羧酸离子交换膜的复合膜；所述多孔型导电材料表面及内部均涂有催化涂层。其中阳极侧多孔型导电材料的催化涂层与通用电解槽阳极催化涂层成分相同，阴极侧催化涂层与通用电解槽阴极催化涂层成分相同。
按照本发明，用上述装置进行氯碱电解实验为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的新型氯碱膜电解槽实验结果进行展示，本发明的保护范围不受以下实施例的限制，图1是本发明装置示意图，下属三项实施例均使用图1装置进行实验，以下实施例以阴极填充材料为例。
实施例1
表1材料不同电解实验结果汇总表
Figure BDA0002353017400000031
这里以槽电压表征能耗，每批次实验运行电流密度均为6kA/m2，从表1可以看出，碳毡、烧结铜板及泡沫镍运行能耗均高于普通实验槽，其中泡沫镍的实验效果虽优于碳毡及烧结铜板，但是也比普通实验槽能耗略高，因此需持续优化。
实施例2
本实施例装置与实施例1相同，该实验过程是在实施例1的基础上，对不同厚度的泡沫镍进行优化实验，每批次实验运行电流密度均为6kA/m2，其他操作条件和过程均与实施例1相同，实验结果如表2。
表2泡沫镍不同厚度电解实验结果汇总表
Figure BDA0002353017400000041
这里同样以槽电压表征能耗，从表3可以看出，厚度为0.2mm的泡沫镍实验效果优于0.5mm和1.0mm的泡沫镍，从该实施例数据可确定，厚度越小的泡沫镍效果越好，但是仍然需要继续优化。
实施例3
本实施例装置与实施例2相同，该实验过程是在实施例2的基础上，对阴极填充材料有无活性涂层进行实验，每批次实验运行电流密度均为6kA/m2，其他操作条件和过程均与实施例2相同，实验结果如表3。
表3材料有无活性涂层电解实验结果汇总表
Figure BDA0002353017400000042
这里同样以槽电压表征能耗，从表2可以看出，有活性涂层的泡沫镍实验效果优于无活性涂层的泡沫镍，但是有活性涂层的泡沫镍与普通实验槽能耗相比依然持略高，仍需持续优化。
以上结果证明本发明所提出的新型氯碱膜电解槽，并展示其实施优化过程，最终获得了良好的效果。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种含多孔型导电板的氯碱膜电解槽，其特征在于：包括依次设置的电解槽左夹板，阴极室槽、阴极多孔型导电材料、阴极垫片、含氟离子交换膜、阳极垫片、阳极多孔型导电材料、阳极室槽和电解槽右夹板，所述电解槽左夹板和电解槽右夹板内均嵌有电极片，用于连接整流电源，所述阴极室槽下侧面设置有纯水入口，阴极室槽上侧面设置有远程测温口及碱液和氢气出口分别连接阴极室；所述阳极室槽下侧面设置有精制盐水入口，阳极室槽上侧面设置有远程测温口及淡盐水和氯气出口分别连接阳极室；所述全氟离子交换膜为含氟磺酸离子交换膜与含氟羧酸离子交换膜的复合膜；所述多孔型导电材料表面及内部涂有催化涂层。
2.根据权利要求1所述的含多孔型导电板的氯碱膜电解槽，其特征在于：所述的电解槽左夹板几何中心嵌有与阴极室槽和阳极室槽尺寸相同的阴极电极板或阴极电极网，阴极电极板或阴极电极网上侧设置有接线柱，接线柱与整流电源负极相连；所述电解槽右夹板几何中心嵌有与阴极室槽和阳极室槽尺寸相同的阳极电极板或阳极电极网，阳极电极板或阳极电极网上侧设置有接线柱，接线柱与整流电源正极相连。
3.根据权利要求2所述的含多孔型导电板的氯碱膜电解槽，其特征在于：所述的阴极电极板或阴极电极网是由镍金属网焊接在镍刚性框架内而成。
4.根据权利要求2所述的含多孔型导电板的氯碱膜电解槽，其特征在于：所述的阳极电极板或阳极电极网是由钛金属网焊接在钛刚性框架内而成。
5.根据权利要求1所述的含多孔型导电板的氯碱膜电解槽，其特征在于：所述的阳极室槽几何中心处设有凹槽，所述凹槽的深度为1～30mm，所述的阴极室槽与阳极室槽呈对称设计。
6.根据权利要求1所述的含多孔型导电板的氯碱膜电解槽，其特征在于：所述的电解槽槽体本身材质为不锈钢、镍材质、钛材质、有机玻璃或聚四氟乙烯中的一种。
7.根据权利要求1所述的含多孔型导电板的氯碱膜电解槽，其特征在于：所述的阴极多孔型导电材料和阳极多孔型导电材料厚度为0.1～10mm；所述多孔型导电材料既是电子传输通道，又是电解催化载体。
8.根据权利要求1或7所述的含多孔型导电板的氯碱膜电解槽，其特征在于：所述的多孔型导电材料为导电碳毡、导电石墨毡、烧结钛、烧结铜、不锈钢或镍。
9.根据权利要求1所述的含多孔型导电板的氯碱膜电解槽，其特征在于：所述的阴极垫片和阳极垫片的材质均为二元乙丙、三元乙丙橡胶或四氟乙烯材料中的一种或多种。
10.根据权利要求1所述的含多孔型导电板的氯碱膜电解槽，其特征在于：所述的电解槽在如下条件下运行操作：电流密度为1～7kA/m2；阳极液为175～305g/L的NaCl溶液或KCl溶液；阴极液为24～35wt％的NaOH溶液或20～32wt％的KOH溶液；操作温度为65℃～95℃。
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