专利名称：一种氧阴极制碱离子膜电解槽装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种制碱装置，尤其是涉及一种使用氧阴极制碱离子膜电解槽装置。
技术背景
氯碱工业通过电解食盐水生产烧碱和氯气，同时副产氢气，是在国民经济中占有 重要地位的基础化工原料工业。目前国内制碱有隔膜法和离子膜法，生产成本中电耗成本 约占60%，从某种意义上讲，降低电耗是提高氯碱行业经济效益的决定性因素。
具体来说，氯碱厂生产1吨烧碱，副产0. 886吨氯气及1200多立方米的氢气，约需 耗2500电度，是化学工业中的“电老虎”，每年要吃掉化工用电的20%。多年来，人们曾通 过改进隔膜，改进电槽结构，将石墨阳极改造为金属阳极。采用四效蒸发工艺，以及提高生 产管理水平等途径使总能耗下降了 30%。但是，从根本上讲，氯碱工业巨大的耗电量是由其 化学反应本身所决定的。这就告诉我们要实现氯碱工业的大幅度节能，必须改变其电化学 反应，从而降低它的理论分解电压，达到节电目的。众所周知，目前氯碱生产的主要电化学 反应是
2NaCl+2H20 = 2Na0H+H2 +Cl2 个
在阳极2Crie= Cl2Φ ° Cl2/Cr = 1. 359 伏
在阴极2H20+2e= H2 +20F Φ ° Η20/0Γ = _0· 828 伏
所以，其理论分解电压E° =Φ°阳-Φ°阴
Ε° = 1· 359 伏-(-O.拟8 伏)=2· 187 伏
如果将电极过程的总反应改变为
2NaCl+H20+l/202 = 2Na0H+Cl2 个
在阳极2Crie= Cl2 个Φ° Cl2/Cr = 1. 359 伏
在阴极2H20+l/2&+2e= 20FΦ ° Η20/0!Γ = 0· 391 伏
所以，其理论分解电压V = Φ °阳-Φ °阴
V = 1. 359 伏-0. 391 伏=0. 968 伏
从上述二种电极过程看出，它们的阳极过程没有变，阴极由原来的水在电能作用 下分解为氢气和氢氧根，改变为水与空气中的氧作用生成氢氧根，使其不再产生氢气。显而 易见，改造后的电极过程，仅由理论分解电压一项就降低了 1.22伏。由标准电位估算，可节 电 56%。
但是，现有技术中还没有出现很好的将上述理论直接运用于实际生产的氧阴极制 碱电解槽装置。发明内容
本发明设计了一种氧阴极制碱离子膜电解槽装置，其解决的技术问题是(1)国 内制碱有隔膜法和离子膜法耗费电源过大，不符合当前低碳环保的要求；( 氧阴极制碱 电解槽装置的氧阴极特殊的复合结构导致其在安装时不能焊接，密封难度大的问题。
为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了以下方案
一种氧阴极制碱离子膜电解槽装置，主要包括离子膜电解槽的阳极和离子膜电解 槽的阴极，在所述离子膜电解槽的阴极一侧设有阴极气室(7)和阴极液室O)，所述阴极气 室和所述阴极液室之间设有氧阴极扩散电极(17)，所述氧阴极扩散电极(17)依次由防水 层(M)，催化层0 以及导电网06)组成；向所述阴极气室(7)输送氧气，所述氧气通过 所述氧阴极扩散电极(17)作用下与H2O—起转变为OH—进入所述阴极液室0)，从而在所 述阴极液室(2)生成NaOH，同时在所述离子膜电解槽的阴极没有H2析出。
进一步，所述阴极液室(2)主要通过氧阴极扩散电极(17)和离子膜(8)构成，所 述氧阴极扩散电极(17)和离子膜(8)两端分别通过设置垫片进行密封连接。
进一步，所述垫片包括薄垫片( 和厚垫片(6)；所述薄垫片( 和所述厚垫片 (6)上都设置有供阴极液进入的通孔；在所述厚垫片(6)上设有台阶，所述薄垫片( 位于 所述台阶中；所述氧阴极扩散电极(17)的两端分别设置于所述薄垫片( 和所述厚垫片 (6)之间。
进一步，下边框(1)上设有阴极液入口 OO)以及上边框C3)上设有阴极液出口[23]，阴极液通过所述阴极液入口(20)、所述阴极液出口以及所述薄垫片( 和厚垫 片(6)的组合件进出所述阴极液室O)。
进一步，所述下边框(1)中设有供阴极液进入的方管；所述上边框C3)中设有供阴 极液流出的方管。
进一步，所述氧阴极扩散电极(17)通过粘接剂固定在所述上边框C3)和所述下边 框(1)上，并依靠整体挤压力，形成密封的所述阴极气室(7)。
进一步，所述阴极气室(7)上设有进气管(5 和排气口(5 ；氧气从所述进气管 (55)进入所述阴极气室(7)，经过反应消耗掉部分氧气，剩余气体从所述排气口(5 排出。
该氧阴极制碱离子膜电解槽装置与传统制碱装置相比，具有以下有益效果
(1)本发明中的制碱装置的阴极由于存在2Η20+1/2Α+& = 20Η_化学反应，因而使 得分解电压就降低1. 22伏，由标准电位估算，可节电56%以上。
(2)本发明由于将氧阴极扩散电极和离子膜两端分别通过设置垫片进行密封连 接，克服了氧阴极特殊复合结构在安装时不能焊接的缺陷，可以直接依靠简单的接触密封 方式进行密封。
图1是本发明氧阴极制碱离子膜电解槽装置的结构示意图2是本发明中氧阴极扩散电极的结构剖面图3是本发明氧阴极制碱离子膜电解槽装置的侧面剖视图4是本发明氧阴极制碱离子膜电解槽装置的俯视剖视图5是本发明氧阴极制碱离子膜电解槽装置的阴极液循环系统示意图。
附图标记说明
1-下边框；17-氧阴极扩散电极；2-阴极液室；20-阴极液入口 ；23-阴极液出口 ； 24-防水层；25-催化层；26-导电网；3-上边框；4-左边框；5-薄垫片；52-排气口 ；55-进 气管；6-厚垫片；7-阴极气室；8-离子膜。
具体实施方式
下面结合图1至图5，对本发明做进一步说明
—种氧阴极制碱离子膜电解槽装置，主要包括离子膜电解槽的阳极和离子膜电解 槽的阴极，在离子膜电解槽的阴极一侧设有阴极气室7和阴极液室2，阴极气室和阴极液室 之间设有氧阴极扩散电极17 ；向阴极气室7输送氧气，氧气通过氧阴极扩散电极17作用下 与H2O —起转变为0H_进入所述阴极液室2，从而在阴极液室2生成NaOH，同时在所述离子 膜电解槽的阴极没有H2析出。因而使得分解电压就降低1.22伏，由标准电位估算，可节电 56%以上。
如图1所示，下边框1上设有阴极液入口 22以及上边框3上设有阴极液出口 23， 阴极液通过阴极液入口 22、所述阴极液出口 23以及薄垫片5和厚垫片6的组合件进出阴极 液室2。下边框1中设有供阴极液进入的方管；上边框3中设有供阴极液流出的方管。阴 极气室7上设有进气管55和排气口 52 ；氧气从进气管55进入阴极气室7，经过反应消耗掉 部分氧气，剩余气体从排气口 52排出。
如图2所示，阴极气室7和阴极液室2之间的氧阴极扩散电极17依次由防水层 对，催化层25以及导电网沈组成。
如图3和图4所示，阴极液室2主要通过氧阴极扩散电极17和离子膜8构成，氧 阴极扩散电极17和离子膜8两端分别通过设置垫片进行密封连接。具体来说，垫片包括薄 垫片5和厚垫片6 ；薄垫片5和厚垫片6上都设置有供阴极液进入的通孔；在厚垫片6上设 有台阶，薄垫片5位于台阶中；氧阴极扩散电极17的两端分别设置于薄垫片5和所述厚垫 片6之间。
如图5所示，氧阴极扩散电极17通过粘接剂固定在上边框3和下边框1上，并依 靠整体挤压力，形成密封的所述阴极气室7。
该氧阴极制碱离子膜电解槽装置工作原理如下该反应包括气液两条线路
1、氧气从进气管55进入阴极气室7，经过反应消耗掉部分氧气，剩余气体从排气 口 52排除；
2、氢氧化钠溶液从阴极液入口 20流经下边框1中的方管，再通过薄垫片5和厚垫 片6上的通孔进入密闭的阴极液室2，经过电化学反应后，高浓度的氢氧化钠溶液流入上边 框3中的方管，并从阴极液出口 23流出电解槽进入下一系统。
3、氧气通过氧阴极扩散电极作用下与H2O—起转变为0H—进入阴极液室，从而在阴 极液室生成NaOH溶液，同时在离子膜电解槽的阴极没有H2析出。
该电极过程的总反应改变为
2NaCl+H20+l/202 = 2Na0H+Cl2↑
在阳极2Crie= Cl2 ↑Φ ° Cl2/Cr = 1. 359 伏
在阴极JHW+l/^A+Ze = 20F Φ ° Η20/0!Γ = 0· 391 伏
所以，其理论分解电压V = Φ °阳-Φ °阴
V = 1. 359 伏-0. 391 伏=0. 968 伏
因此，仅由理论分解电压一项就降低了 1.22伏。由标准电位估算，可节电56%。
该氧阴极制碱离子膜电解槽装置与传统制碱装置相比，具有以下有益效果
(1)本发明中的制碱装置的阴极由于存在2Η20+1/2Α+& = 20Η_化学反应，因而使 得分解电压就降低1. 22伏，由标准电位估算，可节电56%以上。
(2)本发明由于将氧阴极扩散电极和离子膜两端分别通过设置垫片进行密封连 接，克服了氧阴极特殊复合结构在安装时不能焊接的缺陷，可以直接依靠简单的接触密封 方式进行密封。
上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式 的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明 的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种氧阴极制碱离子膜电解槽装置，主要包括离子膜电解槽的阳极和离子膜电解槽 的阴极，其特征在于在所述离子膜电解槽的阴极一侧设有阴极气室(7)和阴极液室0)， 所述阴极气室和所述阴极液室之间设有氧阴极扩散电极(17)，所述氧阴极扩散电极(17) 依次由防水层(M)，催化层0 以及导电网06)组成；向所述阴极气室(7)输送氧气，所 述氧气通过所述氧阴极扩散电极(17)作用下与压0—起转变为OH—进入所述阴极液室0)， 从而在所述阴极液室(2)生成NaOH，同时在所述离子膜电解槽的阴极没有H2析出。
2.根据权利要求1所述氧阴极制碱离子膜电解槽装置，其特征在于所述阴极液室(2) 主要通过氧阴极扩散电极(17)和离子膜(8)构成，所述氧阴极扩散电极(17)和离子膜(8) 两端分别通过设置垫片进行密封连接。
3.根据权利要求2所述氧阴极制碱离子膜电解槽装置，其特征在于所述垫片包括薄 垫片( 和厚垫片(6)；所述薄垫片( 和所述厚垫片(6)上都设置有供阴极液进入的通 孔；在所述厚垫片(6)上设有台阶，所述薄垫片( 位于所述台阶中；所述氧阴极扩散电极 (17)的两端分别设置于所述薄垫片(5)和所述厚垫片(6)之间。
4.根据权利要求3所述氧阴极制碱离子膜电解槽装置，其特征在于下边框(1)上设 有阴极液入口 OO)以及上边框C3)上设有阴极液出口(23)，阴极液通过所述阴极液入口(20)、所述阴极液出口 以及所述薄垫片( 和厚垫片(6)的组合件进出所述阴极液室 ⑵。
5.根据权利要求4所述氧阴极制碱离子膜电解槽装置，其特征在于所述下边框(1) 中设有供阴极液进入的方管；所述上边框(3)中设有供阴极液流出的方管。
6.根据权利要求1至5中任何一项所述氧阴极制碱离子膜电解槽装置，其特征在于 所述氧阴极扩散电极(17)通过粘接剂固定在所述上边框C3)和所述下边框(1)上，并依靠 整体挤压力，形成密封的所述阴极气室(7)。
7.根据权利要求1至6中任何一项所述氧阴极制碱离子膜电解槽装置，其特征在于 所述阴极气室(7)上设有进气管(5 和排气口(5 ；氧气从所述进气管(5 进入所述阴 极气室(7)，经过反应消耗掉部分氧气，剩余气体从所述排气口(5 排出。
全文摘要
本发明涉及一种氧阴极制碱离子膜电解槽装置，主要包括离子膜电解槽的阳极和离子膜电解槽的阴极，在所述离子膜电解槽的阴极一侧设有阴极气室和阴极液室，所述阴极气室和所述阴极液室之间设有氧阴极扩散电极(17)，所述氧阴极扩散电极(17)依次由防水层(24)，催化层(25)以及导电网(26)组成；向所述阴极气室(7)输送氧气，所述氧气通过所述氧阴极扩散电极(17)作用下与H2O一起转变为OH-进入所述阴极液室(2)，从而在所述阴极液室(2)生成NaOH，同时在所述离子膜电解槽的阴极没有H2析出。本发明中的制碱装置的阴极由于存在2H2O+1/2O2+2e＝2OH-化学反应，因而使得分解电压就降低1.22伏，由标准电位估算，可节电56％以上。
文档编号C25B1/34GK102031534SQ20101062280
公开日2011年4月27日 申请日期2010年12月29日 优先权日2010年12月29日
发明者宋明周, 张兀, 张良虎, 王峰, 王贺生, 郭利平, 闫冬升 申请人:蓝星(北京)化工机械有限公司