发生器及其在制浆工业的应用（上）

2007/8/10 15:04:24

提要：在阴极水溶液中添加非离子型催化剂的方法，极大地提高了氧在阴极还原反应中的传质速度，并且有效地防止了HO-2离子进一步还原为OH-离子的副反应，使碱性H2O2水溶液和O2发生器（简称EOP发生器）顺利地实现了工业化。　　关键词：H2O2/O2发生器；非离子型催化剂；使用成本　　目前Cl2的使用费约是每吨1500元，在纸厂由Cl2制成Ca（ClO）2时，以每吨有效氯计算，约是每吨2000元。以此为标准，以相同的化学当量计（H2O2/Cl2为34/71），当H2O2的使用费降至每吨4170元（100%计）时，已和Ca（ClO）2相当。当H2O2的使用费降低至每吨3130元时，已和Cl2相当。　　由此可见，当H2O2（100%计）使用费降至每吨3000元以下时，在无氯漂白的流程中，EOP段的比重将会提高，从而达到无氯漂白的成本不高于原来的氯漂，本文介绍的EOP发生器可以实现这一目标。　　1　EOP发生器的技术路线　　氧在阴极还原反应的研究，在80年代利用高表面积碳素的技术路线，其原理是：每克碳黑或活性碳拥有数十乃至上百平方米的表面积，用这类高表面积碳素和抗水剂混合，然后经过成型、烧结制成阴极，利用其对氧的巨大吸附能力，防止氧的两电子还原生成HO-2离子的反应出现极化，从而提高了发生器的电流密度，并且有效地防止了HO-2离子被进一步还原的副反应。该项技术路线的致命缺点是：一旦阴极的抗水性能下降，碳素的表面被淹死，寿命就终止了。因此上述方法难以进入工业化应用。　　在阴极水溶液中添加非离子型催化剂的方法（中国发明专利94107429.3）的工作原理如图1（略）。　　由于非离子化合物不受阴极排斥，可以吸附在阴极上，由催化剂取代O2直接在阴极上得电子还原，因此显著提高了氧的传质速度。另外，催化剂还原反应的E比O2得电子的E显著移向正方，所以有效地防止了HO-2离子的进一步还原。由表1可见，在不使用催化剂条件下，当电流密度提高时，各项指标均出现恶化。　　在使用催化剂的条件下，当电流密度提高时，各项指标均良好。　　表1 项　　　目不使用催化剂使用催化剂12345槽电压　V 电流密度 A/m2阴极出H2O2浓度　g/l阴极出NaOH浓度　g/l碱比　NaOH/H2O2电流效率　%直流电耗　kWh/kgH2O2阴极能力　kgH2O2/m2h1.822.9917.1536.742.1491.53.130.1712.0144418.855.82.9867.54.690.1882.2164623.2576.523.2957.56.070.2322.0761834.8780.332.394.73.450.3822.48101938.4282.722.15993.950.64　　如图2（略）所示，为EOP发生器的流程示意图。　　本项技术路线的优点是：　　（1）不使用纯氧，只需送入低压空气（0.1MPa），因此设备简单，运行费用也低；　　（2）不用高表面积碳素和抗水剂制造阴极，因此不存在阴极使用寿命问题；　　（3）非离子型催化剂不受阴极排斥，可吸附在阴极表面，因此水溶液中的浓度很低时（1×10-5mol/l），即可达到满意的工作指标，故避免了回收催化剂的麻烦，使发生器顺利地实现工业化应用。　　2　发生器生产H2O2的成本　　2.1　1997年在新疆博湖纸厂投产的2台发生器，总生产能力是每日1.1tH2O2（100%计），其成本核算如表2。（未完待续）

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