СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ХЛОРНОЙ КИСЛОТЫ Российский патент 1997 года по МПК C25B1/22 C25B1/26 

Изобретение относится к электрохимической технологии получения хлорной кислоты.

Известен способ получения хлорной кислоты электрохимическим окислением хлора в растворе 4-5 М хлорной кислоты в диафрагменном электролизе при высоком анодном потенциале и низкой температуре /1, 2/.

Недостатками способа являются низкие выходы хлорной кислоты по току и веществу, необходимость применения дополнительного оборудования для компромирования и повторного использования хлора после его очистки от выделяющего при электролизе кислорода.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения хлорной кислоты электрохимическим окислением молекулярного хлора на платиновом аноде на фоне 4-5 М хлорной кислоты при потенциале 2,9-3,1 В и пониженной температуре до 20^oC /3/.

Сущность изобретения в том, что электрохимическое окисление хлора в растворе соляной и хлорной кислот на платиновом аноде при плотности тока 0,5 А/см² и температуре 0^oC, на фоне 4 М хлорной кислоты проводится в бездиафрагменном электролизе путем последовательного насыщения электролита хлором под давлением 0,3-0,6 МПа, а затем кислород под давлением в 4,0-5,0 МПа и плотности тока на пористом графитовом катоде до 10 мА/см².

Исследованиями разных авторов установлено, что в электрохимическом синтезе хлорной кислоты решающую роль играет потенциал анода. Только при потенциале платинового анода 2,9-3,1 В наблюдается высокие выходы хлорной кислоты по току. Концентрации используемых электролитов, температуру, высокие плотности тока необходимо подбирать для достижения таких анодных потенциалов.

Электролиз проводится в автоклаве из титанового сплава, устойчивого в атмосфере влажного хлора. Платиновый анод и пористый графитовый катод с медным отводом закреплены на крышке автоклава и опущены в стеклянный стакан с раствором соляной и хлорной кислот. Электролит насыщается последовательно сначала хлором до 0,3-0,6 МПа, затем кислородом до 4,0-5,0 МПа. При электролизе на аноде образуется хлорная кислота, а катодный процесс выделения водорода заменяется процессом восстановления газообразных хлора и кислорода до соляной кислоты и воды. Пределы применяемых оптимальных давлений кислорода объясняются тем, что выше 4,0-5,0 МПа скорость восстановления кислорода возрастает незначительно и осложняется конструкция аппаратуры для работы при высоких давлениях. Пористый графитовый катод приобретает каталитические свойства за счет катодного осаждения растворяющейся на аноде платины. При плотности тока свыше 10 мА/см² начинает на катоде выделяться водород. Соотношения катодной и анодной плотностей тока, следовательно, и поверхность электродов при определенных условиях электролиза подбирается таким образом, чтобы при достижении максимального выхода хлорной кислоты по току на аноде, катодным процессом был бы процесс восстановления кислорода и хлора до воды и соляной кислоты.

Пример 1. В стеклянный стакан, помещенный внутри автоклава, загружается 1000 мл раствора концентрации 4 М по хлорной и 0,1 М по соляной кислотам. Катод пористый графит с видимой поверхностью 200 см². Плотность катодного тока D_k 8,0 мА/см². Анод платиновая пластина. Плотность анодного тока D_a 0,25 А/см². Температура 0^oC. Электролит насыщается при перемешивании газообразным хлором при давлении 0,6 мПа, а затем кислородом 4,0 МПа. Выход хлорной кислоты по току составил 78% Снижение напряжения на электролизе 0,55В.

Пример 2. Опыт проводится аналогично первому описанному опыту 1 с тем отличием, что давление кислорода 5,0 мПа. Плотность катодного тока 10 мА/см². Выход хлорной кислоты по току 86% Снижение напряжения на электролизе 0,6 В.

Пример 3. Опыт проводится в условиях, описанных в примере 1, с тем отличием, что давление газообразного кислорода равно 6,0 МПа. Снижение напряжения на электролизе составляет 0,61 В. Выход хлорной кислоты по току 85%
Осуществление электролиза раствора хлорной и соляной кислот без диафрагмы при одновременном катодном восстановлении растворенных под давлением кислорода и хлора позволяет получать хлорную кислоту почти с количественными выходами по току и веществу при значительно низком напряжении на электролизе. Основными преимуществами предлагаемого способа получения хлорной кислоты являются: снижение энергозатрат из-за отсутствия диафрагмы и регуляторов давления катодных и анодных газов, снижение напряжения на электролизе в результате повышения скорости катодного восстановления хлора и кислорода за счет увеличения растворимости их под давлением.

Предлагаемый способ получения хлорной кислоты электрохимическим окислением молекулярного хлора под давлением отличается от известных способов тем, что электролиз проводится без диафрагмы под повышенным давлением хлора и кислорода, используя в качестве катода пористый графит. При проведении электролиза в таких условиях процесс выделения газообразного водорода на катоде заменяется процессом восстановления хлора до соляной кислоты, а кислорода - до воды, что приводит к снижению катодного потенциала. Осуществление синтеза хлорной кислоты по предлагаемому способу приводит к значительному снижению энергозатрат на получение целевого продукта из-за отсутствия диафрагмы, регулятора давления катодного и анодного газов, снижения катодного потенциала.

Способ получения хлорной кислоты путем электрохимического окисления молекулярного хлора на платиновом аноде в растворе 0,1 М соляной кислоты и 4 М хлорной кислоты при температуре 0^oС и анодной плотности тока 0,4 0,7 А/см², отличающийся тем, что процесс ведут в бездиафрагменном электролизере с графитовым катодом с последовательным насыщением раствора хлором под давлением 0,3 0,6 МПа и кислородом под давлением 4,0 5,0 МПа при катодной плотности тока 8 10 мА/см².