生产基本干燥卤素气体的方法和电化学槽技术

一种由基本无水卤化氢直接产生基本干燥卤素气体的方法，其中：（ａ）基本无水卤化氢分子被送至电化学槽的入口和迁移至该槽的阳极；（ｂ）基本无水卤化氢分子在阳极被氧化产生基本干燥的卤素气体和质子；（ｃ）此质子被迁移通过该电化学槽的阳离子迁移膜；和（ｄ）被迁移的质子在阴极被还原。２．权利要求１的方法，其中产生卤素气体的卤化氢选自氯化氢、溴化氢、氟化氢和碘化氢。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
1.专利
本专利技术涉及一种应用阳离子迁移膜将无水卤化氢转化为基本干燥卤素气体的电化学转化方法。特别是，本方法可用于从相应的无水卤化氢如氯化氢、溴化氢、氟化氢和碘化氢生产卤素气体如氯、溴、氟和碘。2.相关技术描述氯化氢(HCl)或氢氯酸是许多应用氯气的生产工艺的反应副产物。例如，应用氯气生产聚氯乙烯、异氰酸酯和氯代烃/氟代烃，在这些工艺过程中都有副产物氯化氢。由于供应超过需求，因而生产出的氯化氢或氢氯酸即使经过精细提纯也往往不能售出或利用。过长距离的装运在经济是不可行的。将酸或氯离子排放至废水中对环境也是不妥的。为处理HCl副产物，最理想的方法是回收和将氯送回生产工艺过程。已经研究出一些商业化方法，以使HCl转化为有用的氯气。例如请参阅F.R.Ming的论文“用于回收氯的HCl电解技术”，Bayer AG，Conference onElectrochemical Processing，Innovation & Progress，Glasgow，Scotland，UK，4/21-4/23，1993。目前，有热催化氧化法用以转化无水HCl和含水HCl为氯气。商业化方法，已知如“Shell-chlor”、“Kel-chlor”和“MT-chlor”等方法，是基于Deacon反应。于1870年代提出的最初的Deacon反应曾使用流化床，其中包括起催化剂作用的氯化铜盐。Deacon反应通常表示如下其中，依据反应或应用式(1)的方法，可应用下列催化剂。催化剂反应或方法CuDeaconCu、稀士、碱金属 shell-chlorNO2、NOHSO4Kel-chlorCrmOnMT-chlor对Deacon反应的商业化改进已经采用其他催化剂以补充或替代Deacon反应中应用的铜，如稀土化合物、各种形式的氮的氧化物以及铬的氧化物，以便改善转化速率、降低能耗和减少由于苛刻的化学反应条件而产生的对工艺设备的腐蚀作用。然而，一般说来，这些热催化氧化方法比较复杂，因为这些方法要求分离不同的反应组分以达到产品的纯度。这些方法还包括产生高腐蚀性的中间体，因而反应系统需要昂贵的结构材料。此外，这些热催化氧化法需在250℃以及更高的高温条件下操作。为转化含水HCl为氯气，目前还有电化学方法，此方法是在溶液中通过直流电流。目前流行的商业化电化学方法称为Uhde法。在Uhde法中，浓度约为22％的HCl水溶液在65至80℃下被送至电化学槽的两个小室中，在电化学槽中通过直流电流发生电化学反应，同时产生氯气和氢气，并使HCl浓度降至17％。用聚合物隔板将两个小室分隔开。此方法要求循环使用电解过程产生的HCl稀溶液(17％)，使其再生为浓度22％的HCl溶液，以便送回电化学槽。Uhde法的总反应用下式表示由(2)式可以看出，Uhde法产生的氯气是潮湿的，通常含有约1％至2％的水。这种潮湿的氯气之后必须进一步处理为干燥的能用的气体。如果HCl在水中的浓度过低，就有可能从Uhde法中存在的水中产生出氧气。由于存在水，Uhde法的这一可能的副反应可用下式表示(3)此外，在Uhde体系中，水的存在限制着电流密度，由于此副反应使电化学槽运行的电流密度低于500amps/ft2。其结果降低了电能效率，并使电化学槽的构件由于氧而发生腐蚀。处理含HCl的另一电化学方法在Balko的美国专利U.S.Patent No.4,311,568中已描述过。Balko使用一种具有固体高聚物电解质膜的电解槽。在电解槽中通入以氢离子和氯离子形式存在于水中的氯化氢。固体高聚物电解质膜与阳极贴合在一起，以允许从阳极表面迁移进入电解质膜。在Balko法中，控制和减少析氧副反应是一重要的考虑因素。氧气的析出不仅降低电解槽效率，而且导致电解槽构件的迅速腐蚀。Balko所采用的阳极微孔尺寸及电极厚度的设计和结构最大限度地有利于氯离子迁移。其结果可使氯气放出更有效，同时减少氧的析出，这是因为氧的析出倾向于在阳极表面附近氯离子耗尽的条件下增加。在Balko法中，虽然氧的析出可以减少，但并不能消除。从Balko的图3至图5可以看出，随着总电流密度的提高，氧的析出速率也提高，这可由产生的氯气中发现氧的浓度增加来证明。Balko法可在较高的电流密度下运行，然而受到析氧的有害作用限制。如果Balko电解槽在高电流密度下运行，阳极将受到破坏。一般说来，电化学过程的速率可由其电流密度表征。在许多情况下，若干个电化学反应可同时发生。当实际情况如此时，电化学反应的电推动力可导致一个以上电化学反应的相当大的电流密度。对于这些情况，所记录的或测定的电流密度是由一个以上电化学反应的电流得到的结果。含水氯化氢的电化学氧化反应就是这种情况。氯离子的氧化反应是主要反应。然而，在含水氯化氢中存在的水也被氧化而释放出氧气，此反应如式(3)所示。这是一个不希望有的反应。电流效率可以定量地描述多重来源电流的相对贡献。例如，如果在阳极或阴极上有多重反应发生，那么电流效率可由下式表不ηj=ijΣj=1NRij------(4)]]>其中，ηj是反应j的电流效率，NR是发生反应的数目。以Hcl水溶液和阳极为例，上述一般表达式为ηCl2=iCl2iCl2+iO2------(5)]]>ηCl1+ηO2=1.0]]>就氯化氢水溶液而论，氯化物的氧化是主反应，而氧的析出是副反应。在这种情况下，电流密度是这两个阳极反应的总合。由于ηO2不为零，所以氯化物氧化反应的电流效率小于1，如下面式(7)和式(8)所示。每当涉及水溶液中氯化物的氧化反应时，氧析出反应的电流效率就不为零，并且对氯气的收率及产量有不利作用。ηO2≠0-----(7)]]> 此外，含水HCl的电解过程可受传质限制。物质浓度以及扩散速率对传质的影响非常大。被迁移物质的扩散系数和浓度是影响传质速率的重要因素。在水溶液中，如在Balko法中所用者，物质的扩散系数为～10-5cm2/sec。在气体中，物质的扩散系数显著提高，其值为～10-2cm2/sec。在电解含水氯化氢的常规工业实践中，氯化氢或氯离子的实际浓度是～17％至22％，而在无水氯化氢气体中氯化氢的浓度是100％。若高于22％，则电导下降，且电力损耗开始上升。若低于17％，根据式(3)的副反应，氧气可由水中析出，导致腐蚀电解槽构件、降低电能效率和污染氯气。专利技术概述本专利技术通过提供一种由无水卤化氢直接产生基本干燥卤素气体的方法，来解决现有技术问题。本方法能直接处理由各种制造工艺生产的无水卤化氢，无需首先将卤化氢溶解于水中。这一直接产生基本干燥卤素气体，例如氯气的方法比现有技术投资少，因后者需要从氯气中将分离出去。本专利技术还通过提供一种由基本无水的介质产生氯气的方法，来解决现有技术问题。从而，在电化学转化氯化氢(气体)为氯气和氢气中，没有可察觉量的氧气产生。在阳极上水的氧化是不希望发生的副反应，在本专利技术中这种副反应实质上已被消除。因此，转化为氯气的反应能在较高的电流密度下进行，这可使单位电极面积有较高的氯气产量。因而，本专利技术比现有技术电化学转化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：JA特莱恩汉姆，小CG罗，JS纽曼，KB基廷，DJ伊米斯，
申请(专利权)人：纳幕尔杜邦公司，
类型：发明
国别省市：