专利名称：一种硫酸钠、硫酸氢钠的电解方法
技术领域：
本发明涉及一种电解方法，更具体地说是涉及一种配合烟气脱硫，并能降低能耗，提高产出物浓度的硫酸钠、硫酸氢钠的电解方法。
在造纸、化工、冶金、烟气脱硫环保等行业中，有大量的主要含有硫酸钠(Na2SO4)和硫酸氢钠(NaHSO4·H2O)的溶液排出，含有上述成份的废液如果不加以综合回收利用，不但白白地浪费了可再生资源，而且污染了环境。因此，国内外积极地展开了用电解法处理硫酸钠和硫酸氢钠的研究，并取得很大进展。通过对含硫酸钠、硫酸氢钠溶液的电解可制得氢氧化钠(NaOH)和硫酸(H2SO4)，而氢氧化钠和硫酸在化学工业中有着广泛的应用。现有的电解硫酸钠、硫酸氢钠所用的电解槽大都采用阳离子交换膜型、隔膜型、双极膜型、双膜三室型等。上述电解槽虽可制得较高浓度的氢氧化钠，但在某些特定的场合，如烟气脱硫的场合，对氢氧化钠的浓度和纯度要求并不高，电解后的氢氧化钠溶液中含有大量的其他成分也无太大的影响，因为氢氧化钠溶液是作为脱硫剂循环使用；相反地，阳极产物中的硫酸则希望浓度和纯度越高越好。在这种特定场合中，采用现在常用的电解槽型，显然不很适宜，存在着或者投资及运行费用太高，或者前处理和后处理工艺复杂，或者技术及材料的工业化成熟程度低等缺点。阴离子膜电解槽虽适合于烟气脱硫场合使用，但由于存在一定的技术难度，因而迄今为止尚无有关用阴离子膜电解槽电解硫酸钠、硫酸氢钠的工艺参数及如何提高其电解效能的文献记载，也无相应的工业报道。因此，提供一套用于烟气脱硫场合，并适用于阴离子膜电解槽的工艺方法，就成为一个亟待解决的技术问题。
本发明的目的即在于提供一种用于烟气脱硫场合，并适合于阴离子膜电解槽的一种硫酸钠、硫酸氢钠的电解方法，使电解的产物能适合于烟气脱硫中对脱硫剂的浓度要求，其综合经济技术指标适合工业化应用。
为实现上述目的，本发明提供一种硫酸钠、硫酸氢钠的电解方法，该方法的特征在于a、自电解槽阴极液体入口导入浓度为20-30％、温度为55-90℃的硫酸钠和硫酸氢钠溶液；自电解槽阴极液体出口导出1％-3％氢氧化钠和18％-28％硫酸钠混合溶液；b、自电解槽阳极液体入口导入浓度大于1％-5％、温度为55-90℃的稀硫酸溶液；自电解槽阳极液体出口导出浓度为5％-10％的浓硫酸溶液；c、电解的电流密度为1500-3500A/m2。
所述电解槽为单膜双室阴离子膜电解槽。
在温度为55-90℃、电流密度为1500-3500A/m2的工况下，电解槽的单元槽电压为3.0-3.8V。
本发明的积极效果在于，它所提供的硫酸钠、硫酸氢钠的电解方法从烟气脱硫的实际需要出发，合理的应用阴离子膜电解槽，制定了有效的工艺参数，使得产出物NaOH的浓度不仅能适用于烟气脱硫中对脱硫剂的浓度要求，而且能耗较低。实验证实，用本发明的方法，每生产一吨100％的NaOH，其电解能耗降低为3000度电。同时，其产出物中也得到了浓度较高的浓硫酸，因而具有较大的实用价值。
下面通过一个优选实施例对本发明作更详细的说明。
本发明对硫酸钠、硫酸氢钠的电解是在单膜双室的阴离子膜电解槽中进行。电解槽由阴极室、阳极室组成，阴极室和阳极室之间有阴离子交换膜隔开，阳极室和阴极室都分别有液体导入口、液体导出口、气体导出口。在以上工况下，电解槽的设计单元槽电压低于3.5V。槽内恒温85～90℃，电解槽内电解液的温度应保证不低于入口溶液的温度。阴离子膜采用AHA型。电解槽最好采用零极距设计，使槽电压尽可能降低。
本发明的电解硫酸钠、硫酸氢钠方法的主要技术手段是控制电解槽阴极和阳极溶液入口和出口的溶液浓度和温度，以及电解的电流密度。
本实施例中，导入电解槽阴极溶液入口硫酸钠溶液的浓度为20％，进入电解槽前加热到75-80℃。溶液浓度、温度越高，电解制碱的能耗越小，但太高的浓度将导致整个脱硫系统的液体温度必须保持较高的水平，否则会导致局部因温度较低而产生结晶；太高的温度则易导致电解液沸腾，阴极气体带水严重，增加气液分离的难度。
控制阴极入口溶液的流量，使阴极出口的混合溶液的NaOH浓度为1％，硫酸钠浓度为19％。NaOH溶液的浓度越低，电解制碱的能耗则越低。但太低的NaOH浓度有可能达不到对制碱浓度的要求，例如达不到脱硫时对脱硫剂的浓度要求。
自阳极溶液入口导入75-80℃的1％的稀硫酸溶液。溶液浓度太低则不利于保持电解槽阳极室的溶液导电性能。但浓度太高时会增加硫酸向阴极室的反渗作用，从而增加制碱的能耗。温度越高，电解制碱的能耗越小，但太高的温度则易导致电解液沸腾，阳极气体带水严重，增加气液分离的难度。
控制阳极入口硫酸溶液的流量，使阳极液体导出口导出浓度为5％的浓硫酸溶液。电解槽阳极浓度太低，势必增加硫酸处理难度，浓度太高时会增加硫酸向阴极室的反渗作用，从而增加制碱的能耗。
电解的电流密度为3000A/cm2，电流密度越低，电解能耗越低，但增加了电解的工作面积，增加设备的初投资。
经过充分时间的电解并达到稳定状态后，通过测试阴极室的NaOH产量，可以得到每产生1吨100％的NaOH，其电解能耗低于3000度电。
权利要求
1.一种硫酸钠、硫酸氢钠的电解方法，其特征在于a、自电解槽阴极液体入口导入浓度为20-30％、温度为55-90℃的硫酸钠和硫酸氢钠溶液；自电解槽阴极液体出口导出1％-3％氢氧化钠和18％-28％硫酸钠混合溶液；b、自电解槽阳极液体入口导入浓度大于1％-5％、温度为55-90℃的稀硫酸溶液；自电解槽阳极液体出口导出浓度为5％-10％的浓硫酸溶液；c、电解的电流密度为1500-3500A/m2。
2.按照权利要求1的方法，其特征在于，所述电解槽为单膜双室阴离子膜电解槽。
3.按照权利要求1的方法，其特征在于，在温度为55-90℃、电流密度为1500-3500A/m2的工况下，电解槽的单元槽电压为3.0-3.8V。
全文摘要
一种用于烟气脱硫场合,并适合于阴离子膜电解槽的硫酸钠、硫酸氢钠的电解方法,其特征在于:a、自电解槽阴极液体入口导入浓度为20—30%、温度为55—90℃的硫酸钠和硫酸氢钠溶液;其出口导出1%—3%氢氧化钠和18%—28%硫酸钠混合溶液;b、自电解槽阳极液体入口导入浓度大于1%—5%、温度为55—90℃的稀硫酸溶液;其出口导出浓度为5%—10%的浓硫酸溶液;c、电解的电流密度为1500—3500A/m
文档编号C25B1/00GK1302920SQ0013085
公开日2001年7月11日 申请日期2000年12月14日 优先权日2000年12月14日
发明者慎义勇, 郑智慧, 覃征远, 支男刚 申请人:深圳市柯雷恩环境科技有限公司