RU1836493C - Способ получени диоксида хлора - Google Patents

Abstract

Двуокись хлора получают путем электролиза в катодном отделении электролизера с использованием пористого катода. Катодное отделение отделено от анодного отделени  катионообменной мембраной. Хлорат натри  вступает во взаимодействие с ионами водорода и хлоридными ионами в катодном отделении, а двуокись хлора отвод т из катодных отделений. Хлор, полученный в качестве побочного продукта двуокиси хлора, восстанавливают на катоде дл  получени  хлоридных ионов дл  реакции , в то врем  как полученные в результате электролиза ионы водорода перемещаютс  через мембрану из анодного отделени  в катодное отделение с целью получени  ионов водорода дл  реакции. 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к получению двуокиси хлора, по существу, в чистом виде, то есть, практически не содержащей хлора.

Двуокись хлора широко используют в качестве отбеливающего химического соединени , и известно его получение восстановлением хлората натри  в кислотной водной реакционной среде. Реакци ; с помощью которой получают двуокись хлора, представлена уравнением:

СЮз + СГ + 2Н+ 1/2CI2 + H2.0

Как правило, поэтому хлор образуетс  .совместно с двуокисью хлора.

Целью изобретени   вл етс  повышение чистоты получаемого продукта.

В соответствии с насто щим изобретением , предусматриваетс  электролиз,-который осуществл ют в катодном отделении

электролизера, разделенного катионообменной мембраной, в котором электролитически восстанавливают совместно полученный хлор и в котором расположен пористый катод. Ионы хлората, как правило в виде водного раствора хлората натри , ввод т в катодное отделение, в котором наход тс  ионы водорода и ионы хлорида. Ионы хлората восстанавливают с помощью ионов водорода и ионов хлорида в катодном отделении дл  получени  двуокиси хлора, которую отвод т из катодного отделени , в то врем  как подвод т электрический ток дл  восстановлени  совместно полученного хлора до ионов хлорида. Ионы водорода образуютс  в результате электролиза в анодном отделении и перемещаютс  из анодного отделени  в катодное отделение. Этим путем из хлоратного сырь  с помощью

СО

со о

4 О 0

00

электролиза получают двуокись хлора с высокой степенью чистоты.

Двуокись хлора получают химическим образом в катодном отделении согласно уравнению:

№СЮз + 2Н+ + 2СР

СЮ2+ 1/2Cl2 + NaCI + H20

Хлор, полученный совместно с двуокисью хлора в катодном отделении, в соответствии с этим уравнением, электролитически восстанавливают до ионов хлорида, обеспечива  выход готовой двуокиси хлора из катодного отделени  практически не содержащей хлора.

Попеременно вместе с одним молем хлорида натри  можно вводить в катодное отделение Т/2 мол  хлора. В этом случае два мол  Н+ перенос тс  из анодного отделени  в катодное отделение дл  удовлетворени  потребности в ионах водорода в этом процессе, в то врем  как 1/2 мол  хлора, вводимого в катодное отделение, и 1 /2 мол  хлора, полученного в качестве побочного продукта в катодном отделении, подвергаютс  электрохимическому восстановлению с образованием двух молей ионов хлорида.

На чертеже дано схематичное изображение электролизера дл  получени  двуокиси хлора в соответствии с одним вариантом изобретени .

Водный раствор хлората.натри  подают потрубопроводу в катодное отделениеэлектролизера , в котором помещен пористый электрод. В катодное отделение по трубопроводу также ввод т кислоту, предпочти тельно сол ную. Водный раствор хлората натри  имеет концентрацию, достаточную дл  обеспечени , при наличии расхода относительно высокой концентрации хлората натри  в катодном отделении, 5-мол рную, предпочтительно приблизительно 5-6,5 мол рную . В электролизере имеетс  катионо- обменна  мембрана, отдел юща  катодное отделение от анодного отделени . После начальной загрузки оксикислоты в анодное отделение по трубопроводу подают воду, и ионы водорода, полученные в результате электролиза анолита, мигрируют через катионообменную мембрану в катодное отделение . Анолитный раствор серной кислоты подвергают рециркул ции. Миграци  ионов водорода через катионообменную мембрану и ввод сол ной кислоты по трубрпроводу обеспечивают общую кислотную нормальность в катодном отделении, равную по меньшей мере приблизительно 0,01 N, предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 0,05 N. Кислород, полученный а качестве побочного продукта в процессе электролиза в анодном отделении, отвод т

по трубопроводу из анодного отделени . В катодном отделении хлорат натри , вступает в химическую реакцию с ионами водорода и ионами хлорида, полученными в

результате электролиза ионами водорода, переносимыми через катионообменную мембрану, и ионами хлорида, полученными в результате электролиза в катодном отделении , как описано ниже, с образованием

двуокиси хлора и хлора в соответствии со следующим уравнением: №еЮз + 2Н++2С1-

СЮ2+ 1/2Cl2 + NaCI + H20 Одна половина потребности в ионах водорода удовлетвор етс  за счет кислоты, подаваемой по трубопроводу, а остальна  потребность в ионах водорода обеспечиваетс  за счет ионов водорода, перемещаемых из анодного отделени .

Полученный в качестве побочного продукта хлор восстанавливают в электрохимических услови х, которые существуют в катодном отделении, избирательно по отношению к присутствующей в нем двуокиси

хлора. Полученные таким путем ионы хлорида обеспечивают половину потребности в ионах хлорида дл  химического восстановлени  хлората, остальна  потребность в ионах хлорида обеспечиваетс  при этом за

счет подачи сол ной кислоты по трубопроводу , или из другого удобного внешнего ис- точника ионов хлорида, такого как, например, хлорид натри .

В зависимости от условий электролиза

в катодном отделении, ионы хлорида можно получить непосредственно из полученного в качестве побочного продукта хлора в результате электрохимического восстановле; ни , в соответствии со следующим

уравнением:

1/2012+

В этой последней операции образование иона хлорида результируют таким образом, чтобы избежать последующего восстановлени  в результате электролиза хлорида, которое приводит к значительному образованию хлора..

Подача хлората натри  по трубопроводу и ввод ионов хлорида по трубопроводу, так

же как полученные электрохимически ионы хлорида обеспечивают соотношение между ионами хлората и хлорида в катодном отделении , равное приблизительно 1:1, предпочтительно от приблизительно 2:1 до

приблизительно 4:1.

Электродный потенциал, приложенный к катоду,  вл етс  более положительным, чем -1 В, по сравнению с насыщенным каломельным электродом (НКЭ).

Электродный потенциал катода св зан с потенциалом раствора. Пористый электрод характеризуетс  распределением потенциала своей структуры, и действительный потенциал будет зависеть от места определени  и может быть более отрицательным, чем -1 В, относительно насыщенного каломельного электрода.

В катодном отделении предпочтительно поддерживают повышенную температуру дл  того, чтобы способствовать образованию двуокиси хлора. Как правило, используют температуру выше приблизительно 50°С. предпочтительно приблизительно 60-70°С.

Двуокись хлора, полученную в результа- те химической реакции, практически не содержащую хлора, отвод т из катодного отделени  в качестве целевого газового потока по трубопроводу. Этот поток двуокиси хлора можно использовать в дальнейшем, как описано, например, в отношении варианта , изображенного на фиг.2 ниже.

Побочный хлорид натри  из процесса химического производства двуокиси хлора удал ют из катодного отделени  в виде вод- ного раствора по трубопроводу. Этот водный раствор хлорида натри  может быть направлен в электролизер дл  получени  хлоратов с целью электролитического превращени  в водный раствор хлората дл  возврата в катодное отделение с целью образовани , по меньшей мере, частично хлората натри  в трубопроводе.

Материалы дл  изготовлени  таких электродов с низким перенапр жением из- вестны. Такие электроды в основном содержат подложку, в качестве которой используетс  титан, цирконий, тантал или гафний, с расположенным на ней электропровод щим покрытием, в качестве которо- го могут служить драгоценный сплав, например, платина, сплав драгоценного металла , например, платино-иридиевый сплав; оксид металла, например, окись рутени  или диоксид титана; платинат, напри- мер, платинат лити  или платинат кальци ; или смеси двух или более таких материалов. Любой из этих материалов можно использовать дл  получени  материала, служащего дл  изготовлени  катода с низким перенап- р жением.

Электролизер, в котором осуществл ют электролизное производство двуокиси хлора в соответствии с насто щим изобретением, может иметь любую удобную конструкцию. Как правило, электролизер разделен на ана- литное и католитное отделени  и ионообменной мембраной, как правило, катионообменной мембраной, с тем, чтобы промотировать перенос ионов водорода и

предотвратить взаимодействие газов, полученных на аноде, обычно кислорода, с двуокисью хлора, электролитическое восстановление на катоде. Анод электролизера может быть изготовлен из любого необходимого электропровод щего материала, например, из графита или металла.

Обраща сь теперь к фиг.2, на ней можно увидеть соединение генератора двуокиси хлора, изображенного на фиг.1, с электролизером дл  получени  хлората и хлоридобразующим электролизером.

Насто щее изобретение иллюстрируетс  при помощи следующего примера.

Экспериментальный электролизер был выполнен в соответствии с чертежом. Электролизер представл л собой обычный электролизер среднего давлени  фирмы Электроцал АБ, который был модифицирован под трехмерный электрод, образованный путем установки графитового войлока (поставл емого.Юнион Карбайд Корпорей- шен) в катодное отделение. Электролизер был разделен на анодное и катодное отделени  катионообменный мембраной (НА- ФИОН 120). Площадь мембраны составила 1 дм , в то врем  как площадь катода по оценкам экспериментаторов приблизительно в 100-1000 раз превышала площадь мембраны . В качестве анода был использован стабильный по размерам электрод, выдел ющий кислород.

Загрузка катодного отделени  составила 8,626 молей хлората натри , 2,356 молей хлорида натри  и 1,536 молей HCI. В качестве анолита использовали 6N H2S04. К катоду был приложен электродный потенциал около -0,7 вольт по отношению к НКЭ, при плотности тока 1,97 кА/м в течение периода времени, равного 4 часа, при температуре 70°С. В выход щем из катодного отделени  потоке содержалось 7.659 молей NaCto и 3,548 молей NaCI. Отход щие газы были исследованы, и в них содержалось 0,626 молей CI02 и 0,68 молей Ch.

Чистота двуокиси хлора составл ла 90,2%, выход химической реакции составил 82,2%.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ получени  диоксида хлора, включающий обработку водного раствора, содержащего смесь ионов хлората, хлорида, водорода и щелочного металла, в мембранном электролизере, отличающийс  тем, что, с целью повышени  чистоты получаемого продукта, процесс ведут в катодной камере электролизера с катионообменной мембраной на пористом катоде при подаче исходной смеси в катодную камеру с концентрацией хлората щелочного металла не менее 5 м при потен- -1,0 В относительно каломельного электро- циале катода более положительном, чем да.

   С

   МаСЮэ НО

   Чт г)

   .Ha,SO4

   н+

   нго

   XI Ог

   б±NdCI