專利名稱：電化學方法
技術領域：
本發明涉及一種電化學方法，更具體地說是涉及一種由硫酸鈉的水溶液生產硫酸和氫氧化鈉的電化學方法。另一方面，本發明還涉及一種用于實施本發明方法的電化學槽。
很多工業方法包括將硫酸或氫氧化鋼中和的工序。這些方法產生一種商業價值很低的副產品硫酸鈉。這類方法的一個例子是再生纖維素的生產，在此方法中，為了生產每一噸纖維素的薄膜或纖維，要排放稍稍超過一噸的廢硫酸鈉。很多其他方法包括將硫酸鈉作為副產品生產的工藝。
已知可用電化學方法來使硫酸鈉分裂成由它的組分構成的酸和堿，即硫酸和氫氧化鈉。
用于從硫酸鈉的水溶液生產硫酸和氫氧化鈉的已知電化學方法有兩種類型，即所謂“電滲析法”和電解法。
在電解方法中，利用電極反應
來使水分裂，并利用離子-選擇性交換膜來使不同的離子隔開。在實施該方法時，可以使用雙室電解槽、三室電解槽或超過三室的電解槽。
在雙室電解槽中，可以使用一塊陰離子選擇性的或陽離子選擇性的交換膜來把電解槽的陽極室和陰極室隔開。當使用陽離子選擇性交換膜時，將硫酸鈉水溶液加入電解槽的陽極室，在此處，硫酸鈉溶液轉變成硫酸和氧，而鈉離子通過離子交換膜遷移入陰極室，在此處生成了氫氧化鈉和氫。當使用陰離子選擇性交換膜時，將硫酸鈉水溶液加入電解槽的陰極室，這時硫酸根離子通過離子交換膜遷移入陽極室，在此處生成了硫酸和氧，而在陰極室則生成氫氧化鈉溶液和氫。
在一種具有一個中間室、一個陽極室和一個陰極室的三室電解槽中，硫酸鈉水溶液加入中間室。該中間室被一塊陰離子選擇性交換膜將其與陽極隔開，同時還被一塊陽離子選擇性交換膜將其與陽極隔開。當電流通過該電解槽時，硫酸在陽極室生成而氫氧化鈉在陰極室生成，同時，硫酸鈉在中間室按等價量地消耗掉。
在所謂的電滲析方法中，該電滲析槽在其終端陽極和終端陰極之間含有一系列交換排列的雙極膜與離子交換膜。該雙極膜被用來將水分裂成H和OH，在電場的影響下，這兩種離子被分離到該雙極膜的相反兩側。在一種利用例如陽離子交換膜的電滲析方法中，硫酸鈉水溶液被加入到雙極膜的陽極液一側，這時鈉離子通過陽離子選擇性交換膜遷移到一塊相鄰的雙極膜的陰極液一側，在此處生成了氫氧化鈉，而硫酸則在雙極膜的陽極液一側生成。
然而這些已知方法都有一些缺點。例如，該方法的電流效率(以穿透過陽離子交換膜的Na+離子對Na+離子與H+離子的總數的比例來量度)可能相當小，并且，由于H+也穿透過該離子交換膜，因此所生產出的硫酸的濃度可能達不到商業上可接受的濃度。
上述的已知方法在工藝中所用的溫度至為60℃，而所用的陽極液(即硫酸鈉水溶液)的濃度至多為30%(重量)硫酸鈉。在中性條件下和在已知方法中所采用的溫度下，30%(重量)的硫酸鈉溶液是一種飽和的硫酸鈉溶液。
本發明提供一種用于從硫酸鈉水溶液來生產氫氧化鈉和硫酸的方法，在該方法中，電流效率要比迄今為止的已知方法高得多，并且用該方法生產出的硫酸的濃度也要高得多，這樣就使該方法有更大的工業吸引力。
本發明提供了一種通過電解硫酸鈉水溶液來生產硫酸和氫氧化鈉的電化學方法，其特征在于，用于電解的硫酸鈉水溶液的濃度要高于在所使用的溫度下和在中性條件下的硫酸鈉飽和溶液的濃度。
在中性條件下，在大多數的溫度下硫酸鈉飽和溶液的濃度約為30%(重量)，雖然有時該濃度可能高一些，但在約35℃下達到的最高濃度也只有約32%(重量)。由于我們發現，該方法的電流效率隨硫酸鈉水溶液濃度的增高而增高，因此在本發明中，采用的硫酸鈉的濃度將大于30%(重量)，較佳為大于32%(重量)，更好是大于34%(重量)，而最好是大于36%(重量)，的硫酸鈉以溶液的總重量為基。
應該理解，電化學方法的含義包括所謂的電滲析方法和常規的電解方法二者，而本發明的方法可用任一種電化學方法以便從硫酸鈉的水溶液這生產氫氧化鈉和硫酸，其條件是所說的硫酸鈉需符合上面限定的條件。這樣，當本發明的方法以電滲析來實施時，硫酸鈉的水溶液就加入處于雙極膜陽極一側的小室中，而當采用電解法時，硫酸鈉水溶液將被加入含有一塊陽離子交換膜的雙室電解槽的陽極室中，或者被加入三室電解槽的中心室中。
然而，我們較希望采用雙室電解槽來實施本發明，在此電解槽中，陽極和陰極被一塊陽離子交換膜隔開，由于采用這樣一種雙室電解槽，這就允許使用那些能在更高的較佳工藝溫度下工作的電極和隔膜，這一點前面已作了介紹。
根據本發明的一個較佳實施例方案，提供了一種通過電解硫酸鈉的水溶液來生產硫酸和氫氧化鈉的方法，該方法使用的電解槽含有在一個陽極室中的至少一個陽極以及與其分隔開的在一個陽極室中的至少一個陰極，所說的陽極室和陰極室由一塊陽離子交換膜分隔開，其特征在于，用于電解的硫酸鈉水溶液的濃度大于在中性條件下和在所使用的溫度下的硫酸鈉飽和溶液的濃度。
為了更清楚起見，下文將參考利用本發明較佳實施方案的電解槽來實施本發明方法的具體步驟來解釋本發明，可是本發明不受這些實施方案的限制。
如上所述，在中性條件下，飽和的硫酸鈉水溶液中所含的硫酸鈉不超過32%(重量)，因此，這一數值就被確定為用于電解的硫酸鈉水溶液濃度的上限值。而且，硫酸鈉的這一最高濃度是在約30℃至約40℃之間的一個非常窄的溫度范圍內才能達到的，因此，為了使用這樣一種較高的硫酸鈉濃度，就必須確定一個狹窄的操作溫度范圍。
為了使得用于電解的硫酸鈉水溶液的濃度大于在中性條件下和在所使用的溫度下的硫酸鈉飽和溶液的濃度，可以將該硫酸鈉水溶液酸化，例如，可以使該硫酸鈉溶液同時含有硫酸。因此，在制備用于電解的硫酸鈉水溶液時，可以將硫酸鈉溶解于硫酸溶液中而不路溶于水中。所說的硫酸鈉水溶液可以含有至少為0.5(重量)的硫酸，通常至少為1%(重量)的硫酸，較佳至少為5%(重量)，而最好為7%(重量)的硫酸。因為在含有至少7%(重量)硫酸的硫酸鈉水溶液中所能達到的硫酸鈉的最大濃度要明顯地高于中性溶液所能達到的濃度。當硫酸鈉水溶液含有7%(重量)的硫酸時，硫酸鈉的濃度在60℃下可以增加到34%(重量)。
而且，在硫酸鈉的酸性水溶液中，硫酸鈉的濃度將隨溫度的升高而顯著地提高。在已知的方法中，提高溫度并不能在硫酸鈉的溶解度方面獲得好處，因為在硫酸鈉的飽和中性溶液中，硫酸鈉的濃度與溫度沒有明顯的依賴關系，實際上，對于中性溶液來說，當溫度升高到35℃以上時，飽和硫酸鈉溶液的濃度隨著溫度的升高而略有下降。然而，當用于電解的硫酸鈉水溶液是一種經過酸化的溶液時，特別是當它是硫酸鈉的硫酸溶液時，硫酸鈉的濃度可以隨溫度的升高而增加。因此，最好使操作溫度至少為65℃，而更好的是超過75℃。而且，當硫酸鈉水溶液含有至少7%(重量)的硫酸時，而特別是當該溶液含有至少12%(重量)的硫酸時，提高溫度對提高硫酸鈉溶解度的影響更為顯著，因此，在實施該方法時，最好使用含有至少7%(重量)硫酸的硫酸鈉溶液和采用65℃以上的溫度，更好是使用含有至少12%(重量)硫酸的硫酸鈉溶液和采用75℃以上的溫度。這樣，當溫度為80℃時，在含有12%(重量)硫酸的硫酸鈉水溶液中，硫酸鈉的濃度有可能高達36%(重量)。通常，使用溫度不應超過約100℃，因為當所用的溫度超過100℃時，在該工藝中使用的隔膜和電極將不能有效地和長時間地工作。
可以理解，在本發明的電子學方法中，含水的硫酸鈉分裂成硫酸和氫氧化鈉，在工藝過程中要消耗硫酸鈉和水，因此，在陽極液中的硫酸鈉濃度將隨之降低。然而，在本發明的方法中，硫酸鈉水溶液的初始濃度(它可以說是加入電解槽陽極室中的含水硫酸鈉陽極液的進料液濃度)大于在中性條件和在所用溫度下硫酸鈉飽和溶液的濃度。因此本發明的方法可以包括，將硫酸鈉溶解于硫酸水溶液中以使硫酸鈉的濃度大于在中性條件和在所用溫度下硫酸鈉飽和溶液的濃度，然后將所獲溶液加入電化學槽中。
另外，在本發明的一個較佳實施方案中，盡管在工藝過程中，溶解于溶液中的硫酸鈉要消耗掉一部分以及在陽極液中的硫酸濃度有所提高，但溶液中的硫酸鈉濃度仍被維持在高于在中性條件和在所用溫度下硫酸鈉飽和溶液的濃度。
這一點可以通過用硫酸鈉來使陽極液再飽和的方法來達到，例如，向電解槽中加入一種已被硫酸鈉所飽和并且其中還含有懸浮的硫酸鈉固體的硫酸鈉水溶液，以便抵消在電解過程中由于溶解的硫酸鈉被消耗而引起的硫酸鈉溶液濃度的降低。
然而，最好是通過將陽極液再循環的方法來使陽極液再飽和，該方法是使陽極液首先通過一個裝有固體硫酸鈉的再飽和容器，然后再返回電解槽中。
當電化學槽是一種三室電解槽時，在陽極液中生成了硫酸產品，同時從中心室中排出已貧化了的硫鈉鈉溶液。在這一種方案中，至少有一部分產生于陽極液中的硫酸隨同來自中心室的已貧化的硫酸鈉溶液一起再循環，以提供為了使返回電解槽中心室的硫酸鈉溶液再飽和所需的硫酸。
任選地，可以直接地向來自電解槽中心室已貧化了的再循環硫酸鈉溶液中加入硫酸，或者，借助于所用的陰離子和陽離子交換膜在離子交換效率上的不平衡，使得在中心室中生成的酸有少量的積累，借此提供所需的硫酸。
根據本發明的另一個方面，提供了一種通過電解硫酸鈉酸性水溶液的方法來生產硫酸和氫氧化鈉所用的電化學槽，該電化學槽包含在一個陽極室中的至少一個陽極和與其分隔開的在一個陰極室中的至少一個陰極，這兩個室之間至少有一塊離子交換膜將其彼此隔開(任選地可有一個中間室)，以及一個用于硫酸鈉再飽和的貯存器，其特征在于，該貯存器與陽極室(和/或與中間室)之間有液流通道，這樣就可使得至少有一部分來自上述的室中的產品，通過該貯存器進行再循環。
該電解槽的結構，例如陽極和陰極的材料、離子交換膜(特別是陽離子交換膜)以及電解槽的類型(例如壓濾型)都可按常規技術設計。
例如，該電化學槽的陰極可以使用任何一種適用于制造能產生氫氣的陰極的常規材料來制造。這樣，該陰極可以含有一個金屬基體，其表面至少覆蓋有至少一種鉑族金屬和/或至少一種鉑族金屬氧化物，以降低氫的超電位。值得提出的這類金屬基體的例子有鐵族金屬，例如鐵，或者，較佳地是非鐵金屬，例如銅或鉬或這些金屬的合金。但是該金屬基體最好包含鎳或鎳合金。陰極的金屬基體可用鎳或鎳合金來制造，或者它可含有一個由其他金屬(例如鐵或鋼或銅)制成的芯子以及一層由鎳或鎳合金構成的外表面。
一種特別理想的陰極是在鎳或鎳合金的基體上包含一層由一種鉑族金屬或鉑族金屬的混合物，或一種鉑族金屬氧化物或鉑族金屬氧化物的混合物構成的復蓋層，或由一種鉑族金屬和一種鉑族金屬氧化物共同構成的復蓋層。
該電化學槽的陽極可以使用任何一種適用于制造能產生氧氣的陽極的常規材料來制造。通常，該陽極包含一個由成膜金屬構成的基體和一層由電催化活性物質構成的復蓋層，所說成膜金屬的例子有鈦、鋯、鈮、鉭或鎢，或一種主要由這些金屬中的一種或多種金屬組成的合金，而所說的電催化活性物質的例子有一種或多種鉑族金屬，即鉑、銠、銥、釕、鋨和鈀或這些金屬的合金和/或這些金屬的一種氧化物或多種氧化物的混合物。特別適用于本發明的較佳實施方案中的電催化活性物質包括含有IrO2的覆蓋層，例如一種由IrO2本身組成的覆蓋層;一種含有由IrO2與一種電子管金屬的氧化物的固熔體形式(例如IrO2和Ta2O5的固熔體)組成的覆蓋層;以及一種含有Pt和IrO2的混合物的覆蓋層。
陽離子交換膜的性質應使得該隔膜能抵抗由電解槽液(即硫酸鈉、氫氧化鈉和硫酸)所引起的降解作用。該隔膜適宜用一種含有陽離子交換基團的含氟聚合物來制造，所說陽離子交換基團的例子有磺酸基、羧酸基或膦酸基，或其衍生物，或者兩種或多種的這類基團的混合物。
這類陽離子交換膜在現有技術中是已知的。適用的陽離子交換膜記載于，例如，英國專利Nos1184321、1406673、1455070、1497748、1497749、1518387和1531068等專利文件中。
在用一個包含一塊陽離子交換膜的雙室電解槽來實施本發明的方法時，將如上所限定的硫酸鈉水溶液加入電解槽的陽極室中，并將一種氫氧化鈉溶液加入電解槽的陽極室中，而當使用一種三室電解槽時，則將如上所限定的硫酸鈉水溶液加入電解槽的中心室中，同時將水或硫酸溶液加入電解槽的陽極室中以及將氫氧化鈉溶液加入電解槽的陰極室中。在雙室電解槽運行過程中，由于在陰極上消耗了水并產生氫氣和OH-，以及由于OH-與通過陽離子交換膜而從陽極液遷移到陰極液中的Na+之間的反應而生成了氫氧化鈉，因此使得陰極液中氫氧化鈉的濃度逐漸增加。同樣地，在三室電解槽中，由于Na+從電解槽的中心室遷移入陰極室，因此使得陰極室中的氫氧化鈉濃度逐漸增加。
加入電解槽陰極室中的氫氧化鈉溶液的濃度可以在較寬的范圍內變化，這取決于所需的在陰極室中所生成的最終純氫氧化鈉溶液的濃度。通常，加入電解槽陰極室中的氫氧化鈉的濃度在約5%～32%(重量)的范圍內，較佳是在15%～32%(重量)的范圍內，這樣就能使得本發明的方法可以生產出濃度高達35%(重量)的氫氧化鈉溶液。
本發明的方法可以按間歇式操作，在此方法中，將硫酸鈉的水溶液在所需溫度下加入電解槽的陽極室(或三室電解槽的中心室)中，并把氫氧化鈉溶液在所需溫度下加入電解槽的陰極室中。陽極液最好按如下方式進行再循環，即首先通過一個分離器(例如一種蒸氣捕集冷凝器)，以便將在陽極處產生的氧氣從陽極液中分離出去，然后可將該陽極液通過一個硫酸鈉再飽和器，最后再返回電解槽的陽極室。該硫酸鈉再飽和器最好也維持在最佳的操作溫度下，以便能夠達到最大的再飽和程度。在經過所需的時間后，可以將硫酸溶液產品收集，例如將陽極液從電解槽中排放出來或者將其再循環。
同樣地，加入電解槽陰極室的氫氧化鈉溶液也可按如下方式進行再循環，即首先通過一個分離器(例如蒸氣捕集冷凝器)，以便將在陰極處產生的氫氣從陰極液中分離出去，然后至少使一部分的陰極液返回陰極室。
然而，本發明最好是按連續式來操作，在此方法中，將酸化了的硫酸鈉水溶液連續地泵入電解槽的陽極室并把氫氧化鈉水溶液連續地泵入電解槽的陰極室，至于酸化的硫酸鈉水溶液的制備，例如可以將足夠的硫酸鈉溶解于具有所需濃度的硫酸中，以使得在陽極液的進料溶液中具有所需的硫酸鈉濃度和硫酸濃度。可以將陽極液連續地從陽極室中抽出并使其通過一個分離器，以便將在陽極處產生的氧氣從陽極液中分離出去，然后可將該陽極液通過一個硫酸鈉飽和容器并用硫酸鈉將其再飽和。產品硫酸溶液可以連續地從再循環的陽極液流中分流排出。按該方法可讓再循環的陽極液流能提供必需的硫酸濃度，以使得在再飽和器中僅需添加水和硫酸鈉就能維持在進入電解槽陽極室的料液中所需的硫酸鈉濃度。
供入電解槽陽極室的再循環陽極液的流量可以在較寬范圍內變化，這主要決定于在電解槽中使用的隔膜的有效面積。陽極液的供料流量應能保證陽極液具有最大的飽和度以及所需產品酸的濃度。例如，該陽極液進料流量通常在約0.1m3/h至約20m3/h的范圍內。
與那些按已知方法生產的硫酸溶液相比，本發明的方法使得有可能生產出濃度高得多的硫酸溶液。在實際上，該硫酸溶液可能是一種10%的硫酸溶液，而且甚至是一種15%的硫酸溶液。可以使殘留在產品硫酸溶液中的硫酸鈉從該溶液中結晶出來并將其返回飽和器中，以用于使再循環的陽極液再飽和。
按本發明的方法操作可以獲得高達75%，甚至高達80%的電流效率，同時能夠生產出具有15%硫酸濃度的硫酸溶液。
現在參考附圖
來解釋本發明，該附1是一個表示用于本發明較佳實施方案中的間歇式操作的設備的示意圖。
在此圖中，1是一個雙室的隔膜式電解槽，在此情況下它可以是一個FM-01或電解槽(從ICIChemicals&PolymersLtd購得)，它含有被陽離子交換膜4分隔開的一個陽極室2和一個陰極室3，其中的陽離子交換膜是一種具有0.0064m2有效面積的Nafion 324(由E.I.Du Pont De Nemours提供)。陽極室中安裝有一個陽極(未示出)，該陽極包含一個鈦金屬基體，其上面具有一層IrO2電催化活性的覆蓋層，陰極室中安裝有一個經噴砂處理過的鎳陰極。
5是一個陽極液飽和器/貯存器，它裝備有一個加熱器6、一個陽極液蒸氣冷凝器7、一個溫度指示器8、一個攪拌器9以及一塊燒結玻璃隔板10。陽極液貯存器5通過一個陽極液循環泵11與電解槽的陽極室相連接，而電解槽的陽極室通過一根出口管12與陽極液貯存器5相連接。
13是一個陰極液貯存器，它裝備有一個加熱器14、一個陰極液蒸氣冷凝器15和一個溫度指示器16。陰極液貯存器通過一個陰極液循環泵17與電解槽的陰極室相連接。而電解槽的陰極室通過一根出口管18與陰極液貯存器13相連接。
在操作該設備時，陽極液是通過將已知量的硫酸水溶液和硫酸鈉加入陽極液貯存器的方法來制備的。加入具有所需過剩量的足夠的硫酸鈉，以便在整個操作過程中保持一種飽和溶液。在陽極液貯存器中的燒結玻璃隔板可以防止固體硫酸鈉落入泵中和堵塞電解槽的進出口。將陽極液加熱并使其通過電解槽的陽極室進行循環。陰極液是通過向陰極液貯存器加入所需濃度的氫氧化鈉水溶液來制備的，這一濃度應能使得在工藝操作結束時，產生的氫氧化鈉具有合乎要求的濃度。將陰極液加熱并使其通過電解槽的陰極室進行循環。然后將該電解槽與電源接通并在陽極與陰極之間通入電流。
陽極液與陰極液皆通過電解槽進行再循環。把從電解槽排出的陽極液送入陽極液貯存器，該陽極液已貧化了硫酸鈉和增濃了硫酸并已被氧所污染。可以用蒸氣捕集冷凝器來分離氧并將其排放掉。留下的液相用硫酸鈉來再飽和然后將其返回電解槽的陽極室。
把從電解槽排出的陰極液隨同在陰極處產生的氫一起送入陰極液貯存器。將氫氣分離并使其通過蒸氣捕集冷凝器排出。將沒有氫的陰極液通過陰極液循環泵返回電解槽的陰極室。
將陽極液與陰極液的循環連續地進行到所需的時間，然后將陰極液和陽極液從電解槽和貯器中排放出來。
現在通過下面的實施例來進一步解釋本發明，所有的這些實施例皆是使用如上面一般性地描述的設備來進行的。
實施例1電解硫酸鈉時使用一種含有硫酸的陽極液，并通過再飽和陽極液流的方法使陽極液中的硫酸鈉濃度維持在30%以上，本實施例就是解釋進行這種電解操作的效果。
將一種含有0.7013kg硫酸鈉、0.1016kg硫酸和0.6008kg水的漿液加入陽極液貯存器中。將一種含有0.1509kg氫氧化鈉和0.8537kg水的溶液加入陰極液貯存器中。使該陽極液與陰極液以每分鐘1.2升的流量和在62.2℃的溫度下通過電解槽進行循環。
將19.2安培的電流通過電解槽并使該電解槽運行299分鐘。對陽極液中硫酸和硫酸鈉的濃度、陰極液中氫氧化鈉的濃度以及電流效率皆進行了監測，所獲結果示于表1中。
所獲的結果表明，即使酸的濃度增加到18%(重量)的硫酸，工藝過程的電流效率仍高達70%。
實施例2和3解釋溫度的增加對電解過程電流效率的影響。
實施例2重復實施例1的步驟，所不同的是，陽極液含有0.7021kg硫酸鈉、0.1002kg硫酸和0.6009kg水，陰極液含有0.150kg氫氧化鈉和0.8503kg水，以及電解在72.1℃下進行。
所獲結果示于表2中。
實施例3重復實施例1的步驟，所不同的包括陽極液含有0.7002kg硫酸鈉、0.1002kg硫酸和0.6001kg水，陰極液含有0.1517kg氫氧化鈉和0.8501kg水以及電解溫度為80.3℃。
所獲結果示出表3中。
所獲的結果表明，在較高的溫度下，工藝過程的電流效率可以維持在較高水平。
為了模擬本發明方法中的連續操作步驟，進行了下面的實施例4和5以及比較例1，在這些實施例中所用設備是在實施例1-3中的基礎上進行了改進的設備，其改進之處是用一個硫酸鈉料液貯存器和一個陽極液收集貯存器來代替原來再飽和器。在實施例4、5和比較例1中，硫酸鈉料液從料液貯存器通過陽極室連續地進料，而來自陽極室的產品連續地收集于陽極液收集室中。
實施例4以0.37kg/h的流量把含有2.6%(重量)硫酸和32.3%(重量)硫酸鈉的硫酸鈉溶液連續地送入陽極室并從陽極室連續地排出陽極液產品，實驗共進行了6個月。在這段時間內，電流效率維持75%的平均值，而收集到的陽極液產品的平均硫酸濃度為8%(重量)。
實施例5重復實施例4的操作步驟，所不同的只是硫酸鈉料液含有8.6%的硫酸和34.5%的硫酸鈉。以0.28kg/h的流量將料液連續地進料并將產品溶液連續地收集，實驗共進行4個月。在這段時間內，電流效率維持70%的平均值，而收集到的陽極液產品的平均硫酸濃度超過15%(重量)。
比較例1本實施例依據電流效率和產品的酸濃度來說明使用一種濃度比用中性硫酸鈉溶液所能達到的濃度更大的硫酸鈉溶液來操作時所獲得的好處。
重復實施例4的步驟，所不同的是硫酸鈉料液含有10.7%的硫酸和25.0%的硫酸鈉。以0.30kg/h的流量將料液連續地進料并將產品溶液連續地收集，實驗共進行1個月。在這段時間內，電流效率維持58%的平均值，而收集到的陽極液產品的平均硫酸濃度為15%(重量)。
表1
表2
表權利要求
1.一種通過電解硫酸鈉水溶液來生產硫酸和氫氧化鈉的電化學方法，其特征在于，用于電解的硫酸鈉水溶液的濃度要高于在所使用的溫度下和在中性條件下的硫酸鈉飽和溶液的濃度。
2.如權利要求1的方法，其中用于電解的硫酸鈉水溶液的濃度大于32%(重量，以溶液的總重為基)。
3.如權利要求2的方法，其中用于電解的硫酸鈉水溶液的濃度大于34%(重量，以溶液的總重為基)。
4.如權利要求1的方法，其中所用的電解槽包含在一個陽極室中的至少一個陽極以及與其分隔開的在一個陰極室中的至少一個陰極，所說的陽極室和陰極室被一塊陽離子交換膜分隔開。
5.如權利要求1至4中任一項權利要求的方法，其中用于電解的硫酸鈉水溶液還含有硫酸。
6.如權利要求5的方法，其中硫酸鈉水溶液含有至少0.5%(重量)的硫酸。
7.如權利要求1至6中任一項權利要求的方法，該方法操作時所用的溫度至少為65℃。
8.如權利要求1至7中任一項權利要求的方法，該方法包括，將硫酸鈉溶解于一種硫酸水溶液中，以使硫酸鈉的濃度大于在所使用的溫度下和在中性條件下硫酸鈉飽和溶液的濃度，以及電解該溶液。
9.如權利要求1至8中任一項權利要求的方法，其中，通過將硫酸鈉水溶液和至少有一部分生產出的硫酸通過硫酸鈉再飽和器再循環，來使硫酸鈉水溶液的濃度維持在大于在所使用的溫度下和中性條件下硫酸鈉飽和溶液的濃度。
10.一種通過電解硫酸鈉水溶液來生產硫酸和氫氧化鈉所用的電化學槽，它包含在一個陽極室中的至少一個陽極以及與其分隔開的在一個陰極室中的至少一個陰極，該陽極室和陰極室被至少一塊離子交換膜分隔開，一個硫酸鈉再飽和貯存器以及任選地包含一個中間室，其特征在于，貯存器與陽極室和/或中間室以液流互相連通，以使得至少有一部分從上述所說的室中出來的產品可以通過貯存器再循環。
全文摘要
一種通過電解硫酸鈉水溶液來生產硫酸和氫氧化鈉的電化學方法，在此方法中，用于電解的硫酸鈉水溶液的濃度大于在工藝溫度下和中性條件下硫酸鈉飽和溶液的濃度。該方法可使用一種含有由一塊陽離子交換膜分隔開的一個陽極室和一個陰極室的雙室電解槽來進行。
文檔編號C25B9/08GK1070958SQ92110670
公開日1993年4月14日 申請日期1992年9月11日 優先權日1991年9月13日
發明者A·D·馬丁 申請人:帝國化學工業公司