用于交换膜燃料电池和氯碱工业的氯碱离子膜的区别

简介和挑战 

       氯碱生产厂使用饱和盐水和电力，利用先进的膜技术来生产氯，广泛用于纯净漂白剂和其它含氯产品， 以及烧碱等。盐水中的过量有机污染物能够破坏膜系统，致使工厂停产。因此，改进生产中水流的有 机物监测，对于保护设备、维持生产运行是至关重要的。 

       北加州的氯碱生产厂利用实验室TOC分析技术来监测饱和盐水溶液中的有机物含量。虽然氯碱厂认识到TOC监测对保护先进的膜系统的重要性，但其实验室的TOC仪器依赖于高温氧化技术，无法满足连续运行的时间要求。因此，实验室经理决定寻求其它的在线监测技术方案，以更好地掌握生产过程， 同时满足可靠性和正常运行时间的需求。

解决方案 

       Sievers分析仪为现场测试提供了一套InnovOx在线型演示仪器。InnovOx在线型TOC分析仪能够连续、 精确地测量水中的有机碳，测量浓度范围广，从盐水到蒸汽冷凝水。用户安装了InnovOx在线型分析仪，用于监测盐水离子交换器和超纯盐水存储器之间的盐水。用户得到了盐水成分的连续数据，从而做出明智决策来保护膜系统。 

       Sievers的解决方案包括带有涡流冷却器的NEMA 4X 机壳。稍微加压机壳能够起到两个作用：冷却和净化气室， 防止腐蚀性气体进入。

       安装在现场的示范机不间断运行3个月，在运行期间工厂也进行了实验室测量，以确认分析仪的连续性能表现。典型的测量数据约为2 ppm TOC（见图 1），带有自动确效标样（5 ppm 碳的蔗糖）的峰值。 

       预防性维护计划（见图 2）旨在Z大程度降低关键运行中的意外风险。分析仪的标准配置双样品流功能，可用于自动清水冲洗，进一步降低了维护要求。

图 1 – Sievers InnovOx 在线型分析仪在监测氯碱厂的盐水供应时得到的 TOC 测量数据

图 2 - InnovOx 预防性维护时间表

结果 

       经过评估，该公司订购了 InnovOx 在线型 TOC 分析仪，并对此在线监测方案非常满意。公司的决定主要基于以下几方面： 

       • 数据精确度高，正常运行时间长 

       • 维护要求极低 

       • 改进的测量数据，先进的膜技术

       即便是在氯碱行业如此具有挑战性的应用中， Sievers InnovOx 分析仪也能够提高性能表现，延长正常运行时间。InnovOx 分析仪的优点包括：特定应用的样品制备、稳健的样品处理、业界ling先的超临界水氧化（SCWO）技术、精确的 TOC 测量、便捷的维护和操作。 InnovOx 在线型 TOC 分析仪能够提供连续数据，帮助工厂做出自信的决策，以保护设备和极大提高生产效率。

概况 

       很多成品Z终质量完全由原材料的初始质量决定， 如聚合物、有机和无机溶剂、清洁剂、纸和杀虫剂。 Z普遍的原材料是氯气与氢氧化钠等，由氯碱行业生产。 

       氯碱工艺就是通过电解近饱和、饱和以及超饱和的盐水来制取氢氧化钠和氯气。在强电流下，盐水分解产生氢氧化钠、氯气和氢气。这就是氯碱工艺， 工艺过程越GX，产品质量和利润就越高。 

       世界氯碱年产量已超过了 4500 万吨，其中北美和亚洲合计产出 1400 万吨，欧洲 1000 万吨，许多其 他区域提供余下的 2100 万吨。

生产方法 

       图 1 即为氯碱制造的大致的流程，从原始的盐水溶 液开始。盐水溶液浓度在 3.5% － 28.0%之间。对 此溶液用盐使之饱和、过滤、然后置入电解池。通强电流后，溶液被电解生成氯气、氢气和产生苛性碱溶液。此过程生成的三种产物都被净化，然后出售或用于其他内部工艺。进入电解池前，在盐水处理工艺的任何工艺点（如灰色区域所示）都可以进行总有机碳 TOC 检测。 

图 1 氯碱工艺

       在苛性碱溶液工艺区（橙色区域），可以进行氢氧 化钠溶液中无机碳（IC）的质量保证检测。

       饱和食盐水在直接电流刺激下被电解，在阳极产生 氯气，在阴极产生氢氧化钠和氢气。 为了避免氢氧化钠、氢气，与氯气发生化学反应，在电解槽中插入一张有孔的隔膜将其隔为阳极室和阴极室 （见图 2）。

       随着氢氧化钠在阴极富集，水被分解成氢气和氢氧根离子，化学方程式如 下： 2Na⁺ + 2H₂O + 2e^-→ H₂+ 2NaOH 要电解出氢氧化钠必须防止氢氧化钠和氯气发生反应。通常，有三种处理方式：在电解槽中加入汞池、隔膜法和使用隔膜池工艺。其中，隔膜池工艺是Z经济有效的电解制碱方法，因为它耗电Z少，在碱浓缩过程中需要的蒸汽也相对较少。 

       膜池工艺使用全氟磺酸膜，具有离子选择性，以分隔阳极与阴极反应。只有钠离子和少量的水可以通过这张膜。 这样可以生产高质量的氢氧化钠（NaOH）。

图 2 氯碱生产

为什么检测总有机碳？ 

       精良的氯碱工艺是建立在严格的变量控制基础上的， 电化过程中的各种影响因子需被监测和控制在一个稳定水平。其中一项重要指标就是盐水溶液中的总有机碳含量。通常，溶液中的总有机碳含量不能超过 10ppm。低于这个值，离子膜可以正常使用，但如果高于这个值，过量的有机物则可能会使溶液发泡阻塞离子膜，局部脱水，严重的甚至灼烧离子膜。 一旦离子膜遭到破坏，就必须重换一张以确保Z佳 效果。如果继续使用原离子膜，就必须大幅加强电压。不管用何种方法处理，一旦制碱过程受到干扰， 生产成本就会增加。

Sievers InnovOx方法学 

       Sievers 分析仪在总有机碳分析领域一直引ling创新的潮流，旨在为Z困难的基体提供Z有力的分析仪。 Sievers InnovOx 总有机碳分析仪在原有基础上进一步创新 ， 采 用 超 有 效 的 超 临 界 水 氧 化 （Supercritical Water Oxidation，SCWO）技术， 能连续分析成百上千的水样，而无需重新校准，无 需系统维护，无更换部件。 

       Sievers InnovOx 分析仪的工作原理基于湿化学氧化技术，在水样中加入酸和氧化剂。通过吹扫去除无机碳，然后在升高的温度下样品被过硫酸盐氧化。 产生的二氧化碳被非色散红外光度计检测。

       分析仪内部配有加温装 置使水样和试剂温度升高，促进有效的氧化反 应，并使液态水转化成超临界水。到这个阶段 就产生了超临界水氧化 （SCWO）现象。这一突破性技术实现了99% 的氧化效率，确保分析结果有很高的准确度和 精确度。 

       同时，每次分析过程结束，InnovOx分析器都会自动去除样品基体中 的污物杂质，以保证没有盐或者氧化副产物遗 留在反应室、管道或阀中。

样品数据 

       表1和图3的数据显示了氯化钠溶液中总有机碳含量的回收率。这说明InnovOx能够有效分析TOC，不被溶液中的盐离子影响。数据表明InnovOx能够测定饱和盐水溶液中的TOC。

表1 TOC 回收率

图3 NaCl回收率

结论 

       氯碱行业负责为成千上万的消费产品提供原材料。 产品的制造商需要一个可接受的纯度起始水平，以保证Z终产品的质量。氯碱行业通过使用TOC及几个其他的关键指标来监测其制造工艺的纯度。

       InnovOx分析仪重新定义了饱和盐水分析的生产量和生产效率。以前使用燃烧法分析仪需要两周才能完成分析的水样，现在使用InnovOx一个晚上就能解决，成本非常小。得益于先进的超临界水氧化 （SCWO）技术，Sievers InnovOx总有机碳TOC分析仪可以对各种困难基体的水样进行分析，可靠、 方便、Z低维护。

简介和挑战

氯碱生产厂使用饱和盐水和电力，利用先进的膜技术来生产氯，广泛用于纯净漂白剂和其它含氯产品，以及烧碱等。盐水中的过量有机污染物会破坏膜系统，致使工厂停产。因此，改进生产中水的有机物监测，对于保护设备、维持生产运行是至关重要的。

北加州的氯碱生产厂利用实验室TOC分析技术来监测饱和盐水溶液中的有机物含量。虽然氯碱厂认识到TOC监测对保护先进的膜系统的重要性，但其实验室的TOC仪器依赖于高温氧化技术，无法满足连续运行的时间要求。因此，实验室经理决定寻求其它在线监测技术方案，以更好地掌握生产过程，同时满足可靠性和正常运行时间的需求。

解决方案

Sievers分析仪为现场测试提供了一套InnovOx在线型演示仪器。InnovOx在线型TOC分析仪能够连续、精确地测量水中的有机碳，测量浓度范围广，从盐水到蒸汽冷凝水。用户安装了InnovOx在线型分析仪，用于监测盐水离子交换器和超纯盐水存储器之间的盐水。用户得到了盐水成分的连续数据，从而做出明智决策来保护膜系统。

Sievers®的解决方案包括带有涡流冷却器的NEMA 4X机壳。稍微加压机壳能够起到两个作用：冷却和净化气室，防止腐蚀性气体进入。

安装在现场的示范机不间断运行3个月，在运行期间工厂也进行了实验室测量，以确认分析仪的连续性能表现。典型的测量数据约为2 ppm TOC（见图 1），带有自动确效标样（5 ppm 碳的蔗糖）的峰值。

预防性维护计划（见图2）旨在最 大程度降低关键运行中的意外风险。分析仪的标准配置双样品流功能，可用于自动清水冲洗，进一步降低了维护要求。

图1. Sievers InnovOx在线型TOC分析仪

在监测氯碱厂的盐水供应时得到的TOC测量数据

图 2. InnovOx 预防性维护时间表

结果

经评估，该公司订购了InnovOx在线型TOC分析仪，并对此在线监测方案非常满意。公司的决定主要基于以下几方面：

数据精确度高，正常运行时间长

维护要求极低

改进的测量数据，先进的膜技术

即便是在氯碱行业如此具有挑战性的应用中，Sievers InnovOx分析仪也能够提高性能表现，延长正常运行时间。InnovOx分析仪的优点包括：特定应用的样品制备、稳健的样品处理、业界领先的超临界水氧化（SCWO）技术、精确的TOC测量、便捷的维护和操作。

InnovOx在线型TOC分析仪能够提供连续数据，帮助工厂做出自信的决策，以保护设备和极大提高生产效率。