FI121076B - Menetelmä alkalimetallikloraatin valmistamiseksi - Google Patents

Description

Menetelmä alkalimetallikloraatin valmistamiseksi

Keksinnön kohteena on menetelmä alkalimetallikloraatin elektrolyyttiseksi valmistamiseksi, missä pH:n säätökemikaalien tarve suurelta osin katetaan integroidulla hapon 5 ja alkalimetallihydroksidin valmistuksella. Menetelmä pitää sisällään sen, että osavirta valmistetusta k 1 oraattielektrolyytistä elektrolysoidaan erottimella varustetussa kennossa alkalimetallihydroksidia sisältävän katalyytin sekä suolahappoa sisältävän anolyytin valmistamiseksi. Katalyytti ja anolyytti käytetään alkaloinnissa ja hapotuksessa klo-raattiprosessissa, millä alennetaan voimakkaasti epäpuhtauksien tuontia ulkopuolella 10 tuotettujen kemikaalien mukana.

Alkalimetallikloraatti ja erityisesti natriumkloraatti ovat tärkeitä kemikaaleja selluloo-sateollisuudessa, missä niitä käytetään raaka-aineena klooridioksidin valmistamiseksi, joka on merkittävä selluloosakuitujen valkaisuaine.

15

Alkalimetallikloraatti valmistetaan elektrolysoimalla kloridirikastettua vesipitoista elektrolyyttiä summakaavan mukaisesti:

MeCl + 3 H20-> Me CIO2 + 3 H2 (1) 20 missä Me = alkalimetalli.

Prosessi ajetaan kiertona, missä ensimmäisessä vaiheessa kloridielektrolyytti johdetaan elektrolysaattoriin hypokloriitin muodostamiseksi, minkä jälkeen saatu kloraat- 2 5 tielektrolyytti johdetaan reaktorisäiliöihin reagoitettavaksi edelleen kloraatiksi. Muo dostunut kloraatti erotetaan kiteyttämällä, kun emäneste sitä vastoin palautetaan klori-dielektrolyytin valmistukseen elektrolysoitavaksi edelleen hypokloriitiksi.

Kloraattiprosessin kiertokulussa säädetään pH:ta useissa kohdin välillä 5,5 - 12, jotta 3 0 prosessiolosuhteet vastaaville yksikkötoiminnoille olisivat optimaaliset. Näin ollen käytetään heikosti hapanta tai neutraalia pH:ta elektrolysaattorissa sekä reaktiosäiliöis-sä kloorin muuntumisen edesauttamiseksi hypokloriitin kautta kloraatiksi, kun taas pH on kiteyttäjässä alkalinen hypokloriitin ja kloorin kaasuuntumisen estämiseksi sekä korroosioriskin vähentämiseksi.

Hapotuksessa käytetään tavallisesti suolahappoa, mutta myös kloorin käyttöä esiintyy. Liuosten alkaliseksi tekemiseksi käytetään useimmiten alkalimetallihydroksidia. Suolahappo ja alkalimetallihydroksidi lisätään vesiliuoksina. Markkinoilla esiintyvät tek- 35 2 niset suolapon ja alkalimetallihydroksidin liuokset sisältävät epäpuhtauksia, jotka voivat olla peräisin kloori-/alkalitehtaasta ja/tai sen jälkeisestä kuljetuksesta ja varastoinnista.

5 Kloraattikennossa elektrolysoitava kloridielektrolyytti ei saa sisältää suuria määriä epäpuhtauksia. Ca2+, Mg2+ja SO42" aiheuttavat kerrostumia katodeille ja aiheuttavat näinmuodoin korkeamman käyttöjännitteen sekä energiakustannukset, kun taas raskasmetallit hajottavat muodostettua hypokloriittia kloridiksi ja hapeksi toivotun kloraatin sijasta.

10

Alkalimetallihydroksidi käytetään kloraattielektrolyytin alkalointiin ennen kloraatin kiteytystä, aikalisissä puhdistusprosesseissa sekä ioninvaihtajan regeneroinnissa. Alka-limetallihdyroksidia käytetään edelleen kaasumaisten klooriyhdisteiden esiintymisen eliminointiin. Klooriyhdisteet aiheuttavat haju-, terveys- ja korroosio-ongelmia, ja li-15 kaavat sitäpaitsi muodostuvan vetykaasun, joka usein käytetään raaka-aineena erilaisiin synteeseihin. Suolahappoa käytetään kloraattielektrolyytin hapottamiseen ennen elektrolyysiä. Tällöin sekoituksen täytyy olla erittäin hyvän, mm. kloorin ja klooridi-oksidin muodostumisen estämiseksi paikallisesti voimakkaasti happamilla alueilla, mikä johtaisi räjähdysvaaraan sekä työympäristöongelmiin.

20

Kloraattia valmistettaessa kuluu merkittäviä määriä suolahappoa ja alkalimetallihyd-roksidia, mikä merkitsee merkittävää kustannusta. Hapon ja lipeän käsitteleminen on sitäpaitsi monimutkaista tiukkojen turvallisuusvaatimusten vuoksi kuljetuksessa, varastoinnissa ja annostuksessa. Edelleen on kaupallisesti saatavien tuotteiden pitoisuus 2 5 merkittävästi korkeampi kuin mitä kloraattiprosessissa suoraan voidaan käyttää.

Julkaisussa EP-A-498 484 käsitellään prosessia alkalimetallikloraatin valmistamiseksi yhdessä kloorin ja alkalimetallihydroksidin kanssa, joita apukemikaaleja käytetään kloraattiprosessissa. Valmistettaessa klooria ja alkalimetallihydroksidia tämän proses- 3 0 sin mukaisesti elektrolysoidaan elektrolyyttiä, joka sisältää vettä kloraattikiteytystor- nin lauhduttimesta sekä puhdistettua alkalimetallikloridia. Tämä kloorin ja alkalimetallihydroksidin valmistaminen tarkoittaa kloori-alkalikennoa. Katoditilan kautta kierrätetään katalyyttiä, joka sisältää 30 paino-% natriumhydroksidia, mikä vastaa pH:ta 15. Anoditilassa kierrätetään korkealle puhdistettua natriumkloridia sisältävää anolyyt-3 5 tiä, jonka pH on 2, jolloin anodilla muodostuu kloorikaasua. Anolyytti ja katalyytti eivät kumpikaan sisällä kloraattia ja ne kumpikin johdetaan kloraattielektrolyytin 3 haihdutuksesta tulevaan hyvin puhdistettuun veteen. Anodilla muodostuva kloorikaasu poistuu anoditilasta ja se on poltettava vetykaasun kanssa, jolloin muodostuva suolahappo voidaan sitten johtaa kloraattiprosessiin hapottamista varten, tai liuottaa nesteeseen prosessissa. Tällä prosessilla alennetaan tosin epäpuhtauksien tuontia, mutta se 5 vaatii laajan laitteiston, johtaa riskipitoiseen kloorikaasun käsittelyyn ja paikallisesti voimakkaasti happamien alueiden esiintymisen riski kloraattielektrolyytissä säilyy hapotuksessa.

Keksinnön mukaisesti on aikaansaatu elektrolyyttinen menetelmä jolla alkalimetalli-10 kloraattia voidaan valmistaa energiankäytön suhteen tehokkaasti sekä merkittävästi pienemmillä riskeillä terveydelle ja ympäristölle, jolloin suuri osa tavanomaisiin menetelmiin tuoduista kemikaaleista hapotusta ja alkalointia varten jää tarpeettomiksi. Menetelmä sisältää elektrolyysin kloraattielektrolysaattoreissa, joissa on vesipitoista, puhdistettua alkalimetallikloridia sisältävää elektrolyyttiä, minkä jälkeen näin saadun 15 kloraattielektrolyytin osavirta elektrolysoidaan erottimella varustetussa kennossa alka-limetallihydroksidia sisältävän katalyytin valmistamiseksi, joka katalyytti ainakin osittain käytetään alkalimetallikloraatin valmistukseen. Kennon anoditilassa muodostuu klooria, joka voidaan liuottaa välittömästi ja hydrolysoida alikloorihapokkeeksi.

2 0 Keksintö käsittää siten menetelmän alkalimetallikloraatin valmistamiseksi patenttivaatimuksessa annetuin ominaispiirtein. Keksinnön mukaisesti kyseessä on integroitu prosessi, missä pääosa prosessin protonitarpeesta sekä hydroksi-ionitarpeesta katetaan kloraattielektrolyytin elektrolyysillä erottimella varustetussa kennossa. Näin saadaan elektrolyysillä anolyytti ja katalyytti, joiden pH on alempi, vastaavasti korkeampi kuin 2 5 tuodulla kloraattielektrolyytillä.

Kyseessä olevalla menetelmällä vähennetään ulkopuolella tuotetun hapon ja alkalime-tallihydroksidin tarvetta, mitä kautta epäpuhtauksien joutuminen kloraattiprosessiin vähenee. Edelleen vähenevät riskit hapon ja alkalimetallihydroksidin kuljetuksessa, 3 0 varastoinnissa sekä annostuksessa siten, että apukemikaalit valmistetaan suoraan pro sessissa. Kromaattipuskurin käyttöä voidaan myös vähentää siten, että alkalimetallihydroksidin valmistusta voidaan yksinkertaisesti lisätä.

Kyseessä oleva menetelmä voidaan integroida edullisesti klooridioksidivalmistukseen. 3 5 Tietyn tyyppisissä integroiduissa tehtaissa klooridioksidin valmistamiseksi ei ole mahdollista syöttää alkalimetalli-ioneja prosessiin. Tämä koskee ensisijaisesti prosesseja 4 klooridioksidin valmistamiseksi kokonaismassatasapainon mukaisesti

Cl2 + 4 H20 —> 2 C102 + 4 H2 (2) 5 Tässä toimii alkalimetalli-ioni, etenkin natrium, ainoastaan vastaionina kloraatti- ja kloridi-ioneille ja kierrätetään kloraattielektrolyyttiin. Tämän vuoksi ei voida systemaattisesti tuoda alkalimetallihydroksidia, koska tällöin aikaansaataisiin alkalime-talli-ionien kertyminen. Kyseessäolevan menetelmän mukaisesti valmistetun katalyytin käyttämisellä klooridioksidin valmistamiseksi prosesseissa, joissa alkalimetalli-10 -ioneja ei voida tuoda systemaattisesti, on erittäin edullista, koska hydroksidi-ionit voidaan valmistaa suoraan ilman vastaionin käyttöä.

Kyseessäolevaa menetelmää toteutettaessa johdetaan kloraattielektrolyytin osavirta monopolaariseen tai bipolaariseen kennoon. Osavirta voi olla noin 3 - 50 m1/tonni -3 15 alkalimetallikloraattia, sopivasti 10 - 30 m /alkalimetallikloraattia.

Kloraattielektrolyytti otetaan sopivasti reaktorisäiliöistä tai kloraattielektrolysaatto-reista, edullisesti reaktorisäiliöistä, koska kloraattielektrolyytti on täydellisemmin reagoinut kloraatti-ioneiksi tässä kohdassa. Kloraattielektrolyytin valmistaminen, joka 2 0 otetaan reaktiosäiliöistä tai kloraattieletrolysaattoreista ja johdetaan erottimella varustettuun kennoon, voidaan toteuttaa niin, että C103~:n väkevyys on välillä noin 100 -1000 g/1 natriumkloraattina laskettuna, sopivasti 300 - 650 g/1, ja edullisesti 500 - 600 g/1 natriumkloraattina laskettuna. Sen kloraattielektrolyytin valmistaminen, joka otetaan reaktiosäiliöistä tai kloraattielektrolysaattoreista ja johdetaan erottimella varustet- 2 5 tuun kennoon, voidaan toteuttaa niin, että CT:n väkevyys on välillä noin 30 - 200 g/1 natriumkloridiksi laskettuna, sopivasti 70 - 150 g/1 ja edullisesti 100-130 g/1 natrium-kloridina laskettuna.

Anodilla varustetussa kennossa, jossa vallitsee suuri happikaasun ylimäärä kehittyy 3 0 anodilla kloorikaasua, kun taas vetykaasua ja hydroksidi-ioneja saadaan katodipuo- lella. Kloorikaasu liukenee suoraan anolyyttiin, ts. pääosa kloorikaasuta ei poistu kennosta, jota seuraa osittainen hydrolyysi alikoloorihapokkeeksi seuraavan mukaisesti 5 C12 + H20 -> HCIO + HCI (3) 5

On edullista, jos pH ei laske anolyytissä alle arvon 4. Muutoin muodostuu, kuten EP-A-498484 kuvaamassa prosessissa, kloorikaasua, joka poistuu anoditilasta ja joka täytyy polttaa vedyllä suolahapoksi ja johtaa tämän jälkeen kloraattiprosessiin. Ali-kloorihapoke dissosioituu puskurin tai hydroksidi-ionien (B ) läsnäollessa hypoklo-5 riitiksi seuraavasti: HCIO + B' -> HB + CIO- (4)

Koska hypokloriitti on toivottu tuote kloraattielektrolysaattoreilla, on erityisen edul-10 lista käyttää tällaista anolyyttia kloraattielektrolysaattoreille tulevan elektrolyytin ha-pottamiseen.

Erottimella varustetulle kennolle tulevan kloraattielektrolyytin pH on sopivasti välillä noin 5,0 - 7,5 ja edullisesti välillä 5,5 - 7,3. Tämän korkean pH:n ansiosta ulosmene-15 vässä anolyytissä ei tämä sisällä kloorikaasua, vaan sen sijaan saadaan suoraan hapo-tettua kloraattielektrolyyttiä, joka voidaan johtaa kloraattiprosessiin.

Valmistetun anolyytin pH voidaan säätää tarpeen mukaan ohjaamalla anolyyttivirtaa välillä noin 0,5 - 5 m3/kAh. kAh:lla tarkoitetaan käytetyn Faraday-varauksen koko- 2 0 naismäärää, ts. varausten summaa, jotka johdetaan kunkin yksittäiskennon kautta.

Valmistetun anolyytin pH on sopivasti välillä noin 4,5 - 6,5, edullisesti välillä 5-6. Vastaavalla tavalla voidaan pH:ta säätä valmistetussa katolyytissä tarpeen mukaan. pH voi olla valmistetussa katolyytissä välillä noin 9 - 13, sopivasti välillä 10 -12 ja edullisesti välillä 10 - 11.

25 Pääasiassa klooritonta katalyyttiä valmistettaessa voi katolyyttivirta olla merkittävästi pienempi kuin yllämainittu anolyyttivirta. Katolyyttivirta voi näinmuodoin olla välillä noin 0,01 - 0,1 m3/kAh. Tässä tapauksessa voi alkalimetallihydroksidin väkevyys katolyytissä olla välillä noin 13 - 130 g/1 laskettuna natriumhydroksidina.

30

Kyseessäolevassa menetelmässä voi erottimella varustetussa kennossa vallitseva lämpötila olla välillä noin 20 - 100 °C, sopivasti 40 - 80 °C.

Erottimella varustettujen kennojen elektrodit voivat olla tavanomaisia kloraattielektro- 3 5 deja, sopivasti yhdensuuntaisissa tasoissa olevia levyjä, jotka on päällystetty esimer kiksi RuCVTiC^lla tai Pt/Ir:lla. Katodi voi olla valmistettu ruostumattomasta tai 6 matalaseosteisesta teräksestä tai titaanista, mahdollisesti aktivoituna platinaryhmän metallilla. Sopivasti käytetään teräksistä katodia.

Elektrolyysikennossa alkalimetallihydroksidia sisältävän katalyytin valmistamiseksi 5 ovat anodi- ja katoditilat erottimen erottamia. Erotin on sopivasti klooria ja alkalimetallihydroksidia pääasiassa kestävä diafragma tai kalvo, edullisesti diafragma. Dia-fragmalla voidaan varauksen omaavia ioneja kuljettaa kumpaankin suuntaan. Näin ollen voivat kationit, ensisijaisesti alkalimetalli-ionit kulkea diafragman läpi anolyy-tistä katalyyttiin, kun taas anionit, ensisijaisesti kloridi- ja kloraatti-ionit voivat kulkea 10 vastakkaiseen suuntaan. Ioniselektiivisellä kalvolla erottimena sitä vastoin rajoitetaan tätä kuljetusta esimerkiksi kationeihin, ensisijaisesti natriumiin.

Diafragma tarkoittaa kaasua erottavia rakenteita, jotka ovat epäorgaanista materiaalia, ja perustuvat esimerkiksi asbestiin, orgaanisia materiaaleja, kuten fluoripitoisia poly-15 meereja, polyeteeniä, polypropeenia ja polyvinylikloridia, tai tällaisten materiaalien yhdistelmiä, kuten fluoripitoinen polymeeri venttiilimetallia, kuten titaani tai zirkonium, olevalla kantajalla (esimerkiksi Polyramix(R\ jota markkinoi Oxytech, USA).

Kalvoja kyseessäolevassa menetelmässä käytettäessä on sopivaa, että nämä ovat ioni-2 0 valikoivia. Ionivalikoivat kalvot voivat olla kationisia tai anionisia, edullisesti kationi-sia. Kationiselektiivisen kalvon sekä kloorikaasua kehittävän anodin käyttäminen mahdollistaa väkevöidyn alkalimetallihydroksidin valmistamisen, jonka kloraatti- ja kloridi-ionipitoisuudet ovat matalat sekä suolahappoisen klooripitoisen anolyytin valmistamisen, jossa on korkea alikloorihapokepitoisuus. Tässä tapauksessa johdetaan 2 5 kloraattielektrolyytin osavirta anoditilaan, kun taas tarvittava vesimäärä johdetaan katoditilaan.

Valmistettu katalyytti voidaan ottaa suoraan erottimella varustetusta kennosta, tai kierrättää katoditilaan lisäelektrolyysiä varten kunnes toivottu pitoisuus on saavutettu.

3 0 Samalla tavalla voidaan valmistettu anolyytti ottaa suoraan erottimella varastetusta kennosta tai kierrättää anodikammioon lisäelektrolyysiä varten kunnes toivottava väkevyys on saavutettu.

Alkalimetallihydroksidia sisältävä valmistettu katalyytti voidaan käyttää kloraatti-3 5 elektrolyytin alkalointiin ennen kloraatin kiteytystä, kennokaasu- ja reaktorikaasu-pesureissa tai epäpuhtauksien saostamisessa ja ioninvaihtohartsin regeneroinnissa 7 teknisen alkalimetallikloridin liuotuksen ja puhdistuksen yhteydessä. Niinpä voidaan katalyyttiä käyttää aikalisien maametallien, raudan ja alumiinin hydroksidien saosta-miseen, sekä ioninvaihtohartsin regenerointiin ensimmäisessä, vastaavasti toisessa vaiheessa tuoreen suolaliuoksen puhdistamiseksi. Katalyyttiä voidaan käyttää myös 5 kennokaasu- ja reaktorikaasupesureissa kloraattikennoista tulevassa vetykaasussa ja mahdollisen vetykaasupolttimen poistokaasussa olevan kloorin poistamiseen, vastaavasti kloorin absorboimiseksi reaktorisäiliöstä tulevasta prosessi-ilmasta. Katalyyttiä voidaan käyttää myös esimerkiksi klooriyhdisteiden puhdistamiseen, joita muodostuu erottimella varustetussa kennossa.

10

Erottimella varustetussa kennossa valmistettu alkalimetallihydroksidimäärä voi olla noin 50 kg laskettuna natriumhydroksidina tonni kuivaa natriumkloraattia kohti. Sopivasti on määrä välillä 10 - 25 kg laskettuna natriumhydroksidina tonnia kohti kuivaa natriumkloraattia.

15

Valmistettava kloori tai alikloorihapoke voidaan käyttää alkalimetallikloraatin valmistuksessa hapottajana. Erityisesti voidaan kloraattielektrolysaattoreille tuleva elektrolyytti hapottaa poistetulla happamalla anolyytilla. Happaman anolyytin lisääminen voi tapahtua johonkin kloraattielektrolyysivalmistukseen tulevaan elektrolyytti virtaan, esi-2 0 merkiksi kloraattikiteytyksestä tulevaan kiertävään emänesteeseen, sekä reaktorisäili-öistä haaroitettuun elektrolyyttiin. Sopivasti tapahtuu lisäys elektrolyytin jäähdytyksen lämmönvaihtimien ja elektrolysaattoreiden välillä lisäämällä elektrolyytin päävirtaan.

Kyseessäolevaa menetelmää käytetään sopivasti natrium- tai kaliumkloraatin valmista- 2 5 miseen, edullisesti natriumkloraatin valmistukseen, mutta myös muita alkalimetalli- kloraatteja voidaan valmistaa. Kaliumkloraatin valmistaminen voi tapahtua puhdistetun kaliumkloridiliuoksen lisäämisellä alkaloituun, elektrolyyttisesti valmistetun nat-riumkloraatin osavirtaan, jota seuraa kiteiden saostaminen jäähdyttämällä ja haihduttamalla. Kloraatti valmistetaan sopivimmin jatkuvalla menetelmällä, mutta myös panok- 3 0 sittainen menetelmä on käyttökelpoinen.

Keksintöä selvitetään nyt viittaamalla kuvaan 1, joka esittää kaaviomaista kuvausta laitteistosta natriumkloraatin valmistamiseksi keksinnön mukaisesti. Edelleen kuvataan anolyytin ja katalyytin valmistusta diafragmalla varustetussa kennossa, mutta 3 5 myös kalvolla varustettu kenno on käyttökelpoinen.

8

Teknisen suolan muodossa olevaa natriumkloridia sekä raakavettä johdetaan suolaliet-teen valmistukseen (1). Tälläinen valmistus on kuvattu mm. julkaisussa EP-A-0 498 484. Näin puhdistettu suolaliete käytetään elektrolyytin valmistukseen (2) kloraatin valmistamiseksi, yhdessä kloraattielektrolyytin kanssa reaktiosäiliöistä (5) ja kloraatti-5 kiteytyksen (8) emänesteen kanssa. Näin väkevöity elektrolyytti sisältää 100 - 140 g natriumkloridia litrassa ja 500 - 650 g natriumkloraattia litrassa, edullisesti 110 - 125 g natriumkloridia litrassa ja 550 - 580 g natriumkloraattia litrassa. Elektrolyytti jäähdytetään ja pH säädetään (3) välillä 5,5 - 6,5 lisäämällä hapanta anolyyttiä diafragma-kennosta (12) sekä mahdollisesti tuoretta suolahappoa, minkä jälkeen elektrolyytti joh-10 detaan kloraattielektrolysaattorin kennoihin (4). Kokonaisvirtaama kloraattikennoihin on tavallisesti 75 - 200 m3 elektrolyyttiä tuotettua kloraattitonnia kohti. Kukin kloraat-tikenno toimii 50 - 100 °C:ssa, sopivasti 60 - 80 °C:ssa, ja virtatiheydellä noin 10 -100 A/ kiertävää elektrolyyttilitraa kohti. Kloraattielektro 1 yytti johdetaan (4):stä reaktoriin (5), missä reaktio kloraatin muodostumiseksi jatkuu. Osa kloraattielektrolyytistä 15 kierrätetään (5):stä (2):een, osa johdetaan anodi- ja katoditiloihin (12):ssa ja osa alka-lointiin sekä elektrolyytin suodatukseen (6) ja lopulliseen pH:n säätöön (7) ennen (8). Näin alkaloidi elektrolyytti (7):stä haihdutetaan (8):ssa, jolloin natriumkloraatti kiteytyy ja otetaan ulos suodattimen tai sentrifugin avulla, kun taas poistettu vesi konden-soidaan. Emäneste, joka on kloraatin suhteen kyllästettyjä sisältää suuria natriumklo-2 0 ridipitoisuuksia, palautetaan toisaalta suoraan (2):een ja toisaalta kennokaasupesurei-den (9) ja reaktiokaasupesureiden (10) kautta (2):een ja/tai (5):een.

Diafragmakennon katoditilassa valmistettu alkalinen katalyytti käytetään alkaloimaan kloraatielektrolyytti (6):ssa ja (7):ssa, klooriyhdisteiden poistumisen estämiseksi 2 5 (8):ssa, vastaavasti metalliepäpuhtauksien saostamiseksi metallihydroksideina. Alkali nen katalyytti käytetään edelleen kennokaasun, reaktorikaasun ja dialyysikaasun (9, 10, vast. 11) pesurisysteemissä happamien komponenttien absorboimiseksi (4):stä, (5):stä, vastaavasti (12):sta tulevista kaasuvirroista.

3 0 Anodilla muodostuu klooria, joka liukenee suoraan elektrolyyttiin ja hydrolysoituu alikloorihapokkeeksi. Kennosta poistamisen jälkeen on anolyytin pH noin 5,5. Poistettu anoi yytti johdetaan pH-säätöön (3) ennen kloraattielektrolysaattoreita (4).

(4):ssä muodostuva vetykaasu johdetaan (9):ään, ja ne kaasut, jotka poistuvat (5):stä 3 5 johdetaan (10):een, kun taas katoditilasta (12):ssa tulevat kaasut johdetaan (9):ään (10):een, tai erilliseen dialyysipesureihin (11). Puhdistettu vetykaasu voidaan käyttää 9 esimerkiksi erilaisiin synteeseihin tai polttoaineena.

Keksintöä sekä sen etuja kuvataan lähemmin seuraavalla esimerkillä, joka on tarkoitettu ainoastaan havainnollistamaan keksintöä ilman että se rajaisi sitä. Selityksessä, 5 patenttivaatimuksissa ja esimerkissä käytetyt prosentit ja osuudet ovat painoprosentteja sekä paino-osuuksia, ellei muuta ole ilmoitettu.

Esimerkki 1 10 Kloraattielektrolyyttiä, jossa oli 110 g NaCl ja 600 g NaClCE/1 sekä vähäisempiä määriä Na2Cr2C>7, NaC104 ja Na2S04 pumpattiin elektrolyyttisen kennon anoditilan kautta nopeudella 10-20 1/min. Ennen elektrolyysiä oli kloraattielektrolyytin pH noin 6 ja lämpötila noin 50 °C.

15 Kenno oli laboratoriokenno, joka oli varustettu sintratusta polyeteenistä valmistetulla diafragmalla. Elektrodien pinta-ala oli 1 dm2. Käytettiin mittapysyvää titaanikloori-anodia (DSA) sekä päällystämätöntä titaanikatodia. Diafragman ja kummankin elektrodin välinen etäisyys oli 7 mm. Kennon tilavuus oli 2 1.

2 0 Kloraattielektrolyytti pumpattiin anoditilan kautta virtana 10-20 1/min. Katoditilan ja ylivirtauspoistolla varustetun 2 l:n reaktorin kautta kierrätettiin katolyyttiä virtauksella 4 1/min. Katolyyttiä johdettiin samaan kloraattielektrolyyttiin virtauksella 0,141/min.

Elektrolyysi suoritettiin elektrolyyttilämpötilassa 50-70 °C, virtatiheydellä 1-3 kA/m 2 5 sekä pH:ssa 11,8 asti katalyytin osalta ja pH:ssa 5-6 anolyytin osalta. Virtaa vaihdel tiin välillä 10 ja 30 A.

Kaikissa käyttöolosuhteissa oli virtahyötysuhde yli 90% ja useimmissa tapauksissa yli 95%. Virtahyötysuhde on tällöin laskettu todellisen ja teoreettisen maksimaalisen nat- 3 0 riumhydroksidituotantomäärän välillä. Hydroksidi-ionien tuotanto määritettiin analy soimalla hydroksidi-ionien pitoisuus katalyytissä ja kertomalla kerätyllä virtauksella. Suhteutettuna protonien ja hydroksidi-ionien tuotantoon ilmaistuna natriumhydroksi-dina ja suolahappona, oli energian kulutus välillä 2000 ja 2300 kWh/tonni natriumhy-droksidia sekä ekvivalentti määrä suolahappoa. Ekvivalenttina määränä suolahappoa 3 5 tarkoitetaan suolahapon ja alikloorihapokkeen kokonaismäärää, joka muodostuu kloorihydrolyysissä, laskettuna puhtaana suolahappona.

Claims (11)

1. Menetelmä alkalimetallikloraatin valmistamiseksi puhdistettua alkalimetalliklori-5 dia sisältävän vesipitoisen elektrolyytin elektrolyysillä, tunnettu siitä, että saadun kloraattielektrolyytin osavirta elektrolysoidaan erottimella varustetussa kennossa, alkalimetallihydroksidia sisältävän katalyytin valmistamiseksi, joka katalyytti ainakin osittain käytetään alkalimetallikloraatin valmistuksessa, ja että klooria valmistetaan kennon anoditilassa, ja liuotetaan valmistettuun anolyyttiin ja hydrolysoidaan ali-10 kloorihapokkeeksi anoditilassa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kloraatin pitoisuus elektrolyytissä, joka johdetaan erottimella varustettuun kennoon on välillä 300 -650 g/1 natriumkloraattina laskettuna. 15

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kennossa oleva erotin on diafragma.

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kennossa 2 0 oleva erotin on ioniselektiivinen kalvo.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kalvo on kat-ioniselektiivinen. 2 5

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että valmistettua katalyyttia käytetään kloraattielektrolyytin alkalointiin ennen kloraatin kiteyttämistä, kennokaasun ja reaktorikaasun pesussa tai epäpuhtauksien saostamisessa ja ioninvaihtohartsin regeneroinnissa yhdessä teknisen alkalimetallikloridin liuottamisen ja puhdistuksen kanssa. 30

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että valmistettu kloori tai alikloorihapoke käytetään alkalimetallikloraatin valmistuksessa.

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 3. kloraattielektrolyytti viedään kennon anoditilaan.

9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kloraattielektrolyytti viedään kennon anoditilaan ja katoditilaan.

10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 5 valmistettu katalyytti käytetään klooridioksidin valmistukseen integroiduissa prosesseissa, missä yksi yksikkö kloraatin valmistamiseksi yhdistetään yksikön kanssa klooridioksidin valmistamiseksi, ja missä alkalimetalli-ioneja ei voida lisätä systemaattisesti.

11. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että valmistetun anolyytin pH on välillä noin 4,5 - noin 6,5.