氧陰極氯堿電解的發展現狀及經濟分析

趙學軍，袁　瑋（.濱化集團股份有限公司，山東濱州56600；.濱州市金融工作辦公室，山東濱州56600）

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氧陰極氯堿電解的發展現狀及經濟分析

趙學軍1，袁瑋2
（1.濱化集團股份有限公司，山東濱州256600；2.濱州市金融工作辦公室，山東濱州256600）

摘要：對ODC（氧去極化陰極）氯堿電解原理、ODC催化劑、ODC電極制備、ODC電解槽設計以及ODC氯堿電解技術的應用進行了總結，并對ODC氯堿電解的發展及前景進行了分析。

關鍵詞：氯堿；ODC催化劑；ODC電極；ODC氯堿電解槽

1　傳統的氯堿電解工藝

氯堿技術起源于隔膜法和水銀法的發明。最早是1807年英國人Davy對食鹽熔融法電解的研究，他于1808年提取出氯元素，1810年發現金屬鈉與汞能生成鈉汞齊，為電解食鹽和水銀法制堿奠定了基礎。1892年，水銀法工業化，其基本原理是電解食鹽水生成Cl2和鈉汞齊，然后鈉汞齊單獨水解生成H2和燒堿，實現了H2與Cl2的分離和燒堿與鹽的分離［1］。迄今為止，氯堿電解主要有3種技術。

1.1水銀法電解

1892年，水銀法Castner振動式電解槽取得專利技術，反應方程式為：

水銀法的優點是堿液濃度高、質量好、成本低；缺點是污染嚴重。

1.2隔膜法電解

1851年，第一個隔膜電解食鹽水的專利出現，1890年，隔膜法實現工業化。該方法是產品Cl2與H2通過隔膜隔離.但由于當時只有壓力滲透膜，產品燒堿只能與滲透的鹽水混合后流出電解槽，再通過蒸發使鹽堿分離產生產品燒堿和回收鹽。反應方程式為：

缺點是投資大，能耗高，產品燒堿中會含有食鹽。

1.3離子膜法電解

1953年，美國離子公司的Juda和Macrae申請了離子交換材料及其制造和應用方法的專利，之后的開發研究使該技術實現了電滲析的工業化應用，直到杜邦公司開發了能在Cl2和堿環境中使用的陽離子交換全氟磺酸材料，離子交換膜法開始在氯堿領域中試用。1961年，ICI公司申請了零極距離子交換膜電解槽專利。1964年，Du Pont公司首次將全氟離子交換膜Nation用于氯堿示范槽。1975年，旭化成延岡工廠實現離子膜法工業化。

離子膜法的基本原理與隔膜法相同，只是采用了陽離子交換膜代替壓力滲透膜。其優點是堿液中只含有微量鹽，燒堿純度高，操作易控制，適應負荷變化的能力大；缺點是鹽水質量要求高，離子膜價格貴。但總體來說，離子膜電解是氯堿工藝技術的飛躍。

1.4氯堿電解3種技術分析

氯堿工藝在世界范圍的地理分布明顯不同，在西歐55%的氯產品基于水銀電解槽工藝，在美國，隔膜電解槽工藝占有70%的份額，而在日本，95%的產品是基于現代膜電解槽工藝。3種工藝技術的分析見表1。

由表1可以看到，水銀法可以生產出高質量的NaOH溶液，但水銀對環境造成極大的污染；隔膜法耗能大，且NaOH的質量低；離子膜法比水銀法和隔膜法有著低能耗、高質量的優點。隨著能源價格的上漲，環境的嚴格監管，在日本，離子膜法已占據主導地位，西歐國家要求到2020年完成氯堿行業離子膜技術的轉型。

在世界上，氯堿產業仍是能源密集型產業之一。據估計，在美國Cl2生產需要約2%的總電能，假設平均3 000 kW·h/（t Cl2）的能源需求，目前的總能量消費金額超過1.59×1 011 kW·h/a。這些數據明顯表明，氯堿行業節能降耗非常關鍵，新的節能技術有待研究發展。

表1　氯堿三種電解法的分析

2　ODC電解技術

ODC技術應用于氯堿電解并非全新理念，早在1950年初，Butler就提出將這一理念應用于隔膜法。1959年，Juda介紹了陽離子膜和耗氧陰極在氯堿工藝中的應用，成功表明ODC的應用可以有效降低電解槽電壓，但是當時氯堿電解工業中沒有足夠穩定的膜支持此項試驗而終止。Vielstich在原理上描述了ODC如何降低槽電壓。針對傳統的汞齊電解，1963年，Yeager提出了鈉汞齊做陽極液和ODC燃料電池理念。

2.1ODC電解技術的原理

借鑒燃料電池的原理，用多孔氣體擴散材料作為陰極，使O2在陰極發生還原反應生成OH-，從而抑制H2的形成。析氫型和ODC型電解示意圖見圖1。

ODC電解技術的理論分解電壓比析氫型降低1.229 V［2］。ODC電解的主要電化學反應如下：

圖1　析氫型和ODC氯堿電解示意圖

理論電壓V0=1.36-0.401=0.959 V，比離子膜電解理論電壓2.188 V降低了1.229 V。

2.2O2在堿液中的反應

根據Yeager研究表明，在堿液中O2的還原反應有2種途徑，主要的反應途徑是O2通過四電子轉移直接生成OH-，第二個反應途徑是先通過兩電子轉移生成HO2-，再進一步生成OH-。

四電子路徑中，O2還原為OH-，并沒有形成HO2-，但這并不排除整個還原反應中過氧化物中間體的存在；兩電子路徑中，HO2-在電解液中被檢測出來，HO2-的形成有可能減少OH-的含量，并最終成為一種副產品。HO2-還原轉化為OH-有電化學和催化2種可能的途徑。

這2種途徑有可能在電極表面同時發生，如果HO2-的還原反應速率很高，那么在很大程度上可以阻止過氧化物中間體的形成，因為HO2-還原轉化為OH-是等值的，所以整體來看燒堿電流效率并沒有變化。

眾所周知，在強堿環境下，O2在碳表面很容易還原為HO2-，HO2-可能分解為氣態氧或是轉化成Na2O2沉淀，附著在膜表面。

Na2O2沉淀會造成氣相和液相的流動問題，附著在電極的活性表面，破壞氣體擴散的微孔結構。洛斯阿拉莫斯國家實驗室［3］和伊朗阿拉克大學化工系［4］分別研究了各因素對HO2-形成的影響。研究表明，HO2-和OH-的摩爾比隨陽極液pH值的增加而增高；隨電流密度的增加而增加；HO2-和OH-的摩爾比隨著鉑負載量的減少而降低；隨著O2流量的增加而降低。在電流密度為10 kA/m2的條件下，電解100 h后HO2-的含量趨于穩定，穩定狀態下，HO2-和OH-的摩爾比隨著鹽水濃度的提高而提高，這種現象是因為鹽水濃度的增加導致反應區的水活性降低造成的。

3　ODC催化劑的發展

ODC氯堿電解耐久性試驗一直被研究，實驗結果明確表明在熱的濃NaOH溶液環境下，對催化劑的要求很嚴格［5］。總體來講，氣體擴散性的ODC催化劑必須具備以下要求。

（1）在80～90℃的濃堿中具有高的化學穩定性；

（2）高的機械穩定性和耐久性；

（3）高電導率和低厚度；

（4）高的催化活性和較大的有效反應面積；

（5）具有良好的疏水/親水孔隙結構；

（6）價格低廉。

很多材料被用作在堿性溶液中的氧還原催化劑，例如鈀、釕、金、鎳、過渡金屬氧化物、金屬硫化物和鈣鈦礦等，雖然取得一定程度的成果，但在高溫濃堿的惡劣環境下這些材料的活性或穩定性并不理想。通過不斷地探索發現，在NaOH溶液中比較適用的氧還原催化劑是碳負載鉑和銀或碳負載或純金屬［6］。

眾所周知，鉑催化劑在氧還原反應中具有很高的催化活性，但是在堿性溶液中只能獲得類似于銀催化劑的活性。Staab和Schmid報道了鉑和銀在ODC中相似的初始活性。Furuya［7］研究表明陰極含量為3 mg/m2的銀和0.56 mg/m2的鉑電極具有相似的活性，在這2種情況下，電流密度為3 kA/m2，操作溫度為90℃，ODC氯堿電解的操作電解為2 V。Chatenet等也表明在高溫高濃度NaOH溶液中銀作為催化劑比鉑更具有競爭力。

從2個材料的價格差異可以看出，銀在ODC技術中的應用具有較大的潛力。此外，許多研究證明，在ODC氯堿電解中銀催化劑具有較高的穩定性［8］。Sakata等人研究報道，鉑催化劑在ODC中運行350天后催化劑嚴重惡化，槽電壓升高，陰極液透過電極泄漏，而銀電極穩定運行1 100天。最近有關銀-鉑雙金屬催化劑的研究表明，其具有和純鉑相似的催化活性，在電解槽停車時不存在催化劑惡化，并且陰極室無需用惰性氣體沖洗。

在濃堿環境下，因為濃堿可以氧化碳，導致緊密接觸的催化劑顆粒和碳載體分離。斯坦布研究表明，碳基銀-PTFE電極更容易失活，特別是在電解槽停車之后。

研究表明，銀無碳電極做電催化劑具有很高的穩定性。Hoechst開發了一種不同類型的電極催化劑，銀/PTFE的混合物和金屬網絲一起處理形成厚度為300～500 mm的多孔結構電極。這種電極在有效接觸面積為40 cm2的電解槽中測試其耐久性，電流密度為2 kA/m2，反應溫度為85℃，其耐久性長達13 000 h，空氣環境下長時間處理后測得槽電壓為2.1 V。

盡管銀基比鉑碳電極催化劑更穩定，但是耐久性研究也揭示銀電極催化劑的電化學性能也會下降。Wagner等人報道在30 wt%KOH溶液中，反應溫度為70℃，槽電壓以20 μV/h的速度增加，在運行了5 000 h后槽電壓升高了100 mV，這種退化主要歸因于PTFE電極性能改變導致疏水性的損失。

4　ODC電極的研究

氣體擴散型ODC電極有許多不同的制備方法，基本上可以分為干法和濕法2大類［9，10］。干法是將催化劑和聚合物（一般用聚四氟乙烯）混合，分布到電流收集器上（典型的電流收集器包括鎳網、泡沫鎳或銀網），通過壓片機將顆粒材料固定在電流收集器上制成ODC。濕法制備首先要準備粘結劑、催化劑及聚合物的懸浮液，表面活性劑添加到懸浮液中以提高穩定性，粘結劑通過絲網印刷或軋光固定在電流收集器上，而低粘性的懸浮液使用噴涂技術，由此制備ODC電極。電極基本可以分為氣-液不滲透型電極和氣-液滲透型電極。

4.1氣-液不可滲透型電極

氣-液不滲透型電極應用于三室電解槽的自支撐結構，ODC在電解質膜的一邊，O2在多孔結構的另一面進入，這種電極必須保證反應物不能通過滲透接觸。氣-液不滲透電極包括單一的均勻層和具有催化功能及氣體傳輸功能的分離層，這樣的金屬集電器包括ODC在內，其厚度約為300～1000μm。氣-液不滲透型電極結構見圖2。

圖2　氣-液不滲透ODC電極

單一層的氣-液不可滲透型ODC是由Hoechst AG開發的siflon電極。這個無碳電極是通過pH控制銀的還原過程，使銀均勻的沉淀到聚四氟乙烯上制成的［11］。在質量含量為85%～90%的干燥銀和聚四氟乙烯的混合物中加入一定量的有機溶劑和碳酸氫銨作為生孔劑，通過抽吸除掉多余的有機溶劑而形成多孔催化劑層的混合體，然后將鎳網固定在混合體上，最后將電極在250℃下煅燒，拆除孔隙生成器，獲得機械穩定性良好的電極。這些電極可制成雙層結構，即在卷起的鎳網涂上鎳鋁合金后再展開，制得原電極，通過溶解鋁在合金中得到細小的孔隙。應用此電極實驗，接觸面積為0.32 m2，實驗表明，電流密度為3 kA/m2時，槽電壓為2.17 V。

ETEK［12］研制了2層碳基ODC電極，第一層具有催化活性，包括承載著細微Pt催化劑的親水性碳基和憎水性粘合劑（如聚四氟乙烯）、O2供應的疏水通道及OH-從膜到電極所需的親水通道，這一層是面向液體的一面；第二層是預先形成的多孔疏水電絕緣膜和粘結的催化層，防止電解液泄漏到氣體側，以免形成阻止O2擴散的液體膜。在電流密度為3 kA/m2、操作溫度85℃下運用純氧得到標準電壓為2 V，運行60～70天后，由于O2通道充滿液體阻礙了O2運輸，從而導致電極惡化。通過對原有ODC的改進，Furuya［13］提出了碳和聚四氟乙烯擴散層的電極設計，催化層和擴散層連接在具有導電結構的鎳網上，反應層的疏水性由聚四氟乙烯和碳的混合比例調整。

Koda等研究了雙層不滲透ODC電極的孔隙結構對電解質流動、氣體滲透和電化學性能的影響。據分析，當電極直徑足夠小且孔隙均勻分布，可以防止垂直操作高度1 m以上的氣體和液體的滲透。

4.2氣-液可滲透型電極

傳統ODC的氧氣是在電極的一側提供，通過疏水性多孔結構，到達反應層發生電化學反應。這種類型ODC電極使O2和電解液是不相通透的，但很難阻止NaOH溶液泄漏到氣相室中，特別是在具有高度壓力差的大型電解槽中。為了避免這些問題，將ODC直接放置在離子交換膜上的電極結構被研究，這類的ODC適用于2個隔室的零極距電解槽［14］。ODC電極見圖3。

這類電極必須保證對氣體和液體具有良好地通透性，因為在電解中O2需要透過多孔結構，同時NaOH溶液和O2產生對流。Staab已成功制備了銀基ODC的零極距電解槽，電極是由銀粒子和聚四氟乙烯懸浮混合物安裝在具有不同孔隙率的2層板上制的。研究發現，電解槽中NaOH的濃度隨O2的濕度不同而變化，而電解槽的電壓強烈依賴于NaOH的濃度。實驗在干燥O2，陽極液濃度為175 g/L，電流密度為3 kA/m2環境下運行，槽電壓達到2.05 V，盡管由于水泡的產生不得不改變膜，該電解槽仍穩定運行700天。膜上的水泡可能是由于膜和連接陰極之間的陰極電解液濃縮導致的。近期有基于銀催化劑和金剛石顆粒組成的ODC電極應用于氯堿零極距電解槽的專利申請。

圖3　氣-液可滲透ODC電極

5　ODC電解槽

在原理上有兩室和三室的電解槽適用于ODC氯堿電解技術。即傳統的三室、有間隙電解槽和兩室、零極距電解槽。

5.1有間隙電解槽

電解槽中ODC將陰極區分成O2室和NaOH溶液區，電極和膜之間1～3 mm的小間隙中填充著NaOH溶液，這種類型的電解槽允許通過稀堿循環獨立調整NaOH溶液的濃度。NaOH溶液的濃度通常是在30%～33%范圍內，以確保膜的最佳性能。

這種電槽設計的主要缺點是NaOH溶液和O2的壓力差可能導致氣體或液體穿透。電解槽溶液存在的壓力梯度有3種方法可以解決，一種是可以獨立調節氧氣側隔層的壓力，這些隔層的高度盡可能防止電解液湍流和氣體滲透。20世紀80年代，陶氏化學提出了氯堿電解槽的條塊分割概念。拜耳和迪諾拉基于氧氣袋的壓力補償系統已成功應用于電極面積2.5 m2、16雙極元件中式和工業化規模的電解槽中，操作溫度為85℃，電流密度為3、4.5、和6 kA/m2分別對應的操作電壓為2 V、2.3 V和2.5 V。氧氣袋壓力補償結構見圖4。

降膜電解槽是電解液在重力的作用下由電解槽頂部流到底部，這個靜水壓力由相同高度的水動力壓降來補償，因此，ODC側的電解液和氣體的壓差在整個垂直高度上保持不變。此外，降膜電解槽允許膜和ODC之間的電解液間隙小于1 mm。在某些情況下，由金屬、金屬氧化物或聚合物制備的多孔材料可應用于降膜電解槽的陰極室。降膜電解槽示意圖見圖5。

圖4　氣囊壓力補償設計

圖5　降膜電解槽

5.2零極距ODC電解槽

電解槽中ODC直接連接在膜上，這種設計具有2個潛在的優勢：首先，壓力差的問題可以解決；其次，陰極間隙的歐姆損失最小化。不利因素是O2的傳輸可能受到阻礙，NaOH溶液的濃度主要由膜的水滲透性能所決定，當陽極液的濃度為200 g/L時，膜的輸水能力是每摩爾Na+能傳輸3.8～4.0 mol的H2O，以這個比率可以預測，NaOH溶液的濃度可能會超過膜的穩定極限。ODC零極距電槽見圖6。

圖6　ODC零極距電解槽

ODC的零極距電解槽存在的問題是O2和電解液在電極上的逆向流動［15］。如果NaOH溶液通過ODC的表面時形成粘性液體膜，就會阻礙O2向催化活性點的運輸。為了防止粘性液體膜的形成，利用ODC表面更具親水性的孔、裂縫或界定的區域引導液體流動，允許O2進入陰極。最新的零極距電解槽在膜和ODC之間增加了親水性液體可滲透材料，該裝置具有1條可以插入液體滲透材料的縫隙，電解液被這種材料的彎曲件隔離而O2可以到達ODC表面，見圖7。

圖7　縫隙ODC設計

零極距電解槽設計可以減少歐姆損失并避免氣液壓力差，但該電解槽的設計比有限間隙電解槽復雜的多，此外，必須通過加水調節堿濃度來保證膜的穩定。

6　ODC氯堿技術在國內外的應用

6.1ODC技術的國外應用

20世紀80年代，膜技術的發展促進了ODC在氯堿電解中的研究和發展。從1977年第一次嘗試ODC在隔膜電解槽的應用，ODC氯堿電解技術經過了長期的探索，充分證明了ODC代替析氫電極可以實現能源節約。美國和德國很多企業加大了研發投入，另外，科學研究在德國的多特蒙德大學、加拿大的不列顛哥倫比亞大學和美國的凱斯西楚大學拉開序幕。

Eltech System應用高分子型燃料電池的碳基電極進行實驗，在電流密度為3 kA/m2和空氣環境下成功運行了350天，空氣經過洗滌除去CO2，以防電解液中形成碳酸鈉。商業規模的電解槽運行了2 500 h，因為ODC沒有足夠耐久性，而被迫中止。經過20世紀70年代和80年代的研究探索，雖然充分表明ODC技術在氯堿電解中的可行性，但相對于當時較低的電能成本，ODC技術不足以促成經濟的變革，因此，該技術沒有得以進一步的發展和商業項目運行。

20世紀90年代，日本貿易和工業部與日本純堿工業協會的合作引領了ODC氯堿電解研究和發展的第二世代。隨后眾多企業加入了此次研發計劃，其中，三井化學主要研發電解槽，山梨大學主要集中發展ODC技術。1998年，拜耳與德國的伍德迪諾拉開始合作，膜面積達2.7 m2配備ODC的大規模工業電解槽成功運行。

諸多實驗室甚至大規模的試點實驗證實ODC替代析氫陰極可以達到1 V電解電壓的收益。日本和德國致力于電解槽的設計，有效處理陰極室存在的壓力差問題。除了傳統的有限間距電解槽，ODC零極距電解槽也成功用于較小壓力差的電解槽中［3］。

隨著不斷地研究，ODC技術取得了快速發展，拜耳和伍德迪諾拉合作的ODC鹽酸電解成功應用。2004年，德國Cl2產能20 kt/a的小型裝置調試成功。2006年，拜耳聯合工業界和大學共同研究電解ODC的工業運用。拜耳在2007年4月17日的新聞發布會上宣布將于2008年在中國漕涇建立215 kt/a的鹽酸電解廠。在進行ODC氯堿產業化的同時電極的研究也在進行，在洛斯拉斯莫斯國家實驗室進行碳基電極在零極距氯堿電解槽應用的開發和測試。最近，挪威科技工業研究院和瑞典皇家理工學院開始研究碳基電解發展。

6.2ODC技術的國內應用

在中國，氯堿工業的總耗電量占整個工業用電的5%左右，其電能主要消耗在目前氯堿工業的核心裝備—離子膜電解槽上，因此，中國也積極加入到國際行列，研究新型離子膜電解槽制備技術—ODC離子膜電解槽。

1982年，福州大學［6］利用ODC電解槽不生成H2，因而電解液無氣體攪拌現象的特點，采用無隔膜、設置排堿陷堿井的特異結構，進槽鹽水含NaCl = 310 g/L，含SO4=3.5 g/L，pH值7～8，極距B=15 mm，陷堿井高度H=220 mm，電流密度i=15 A/cm2，槽溫t=50～52℃條件下，通過實驗考察，槽電壓E=2.32 V，當電流效率A=95.8%出槽堿液濃度為C=216 g/L，電流效率A=93.0%，出槽堿液濃度為C= 244 g/L。

1995年，衣寶廉采用ODC壓濾機式氯堿電解槽進行試驗，成功證明該電解技術在電極工作電流密度在200 mA/cm2左右運行時，即使采用空氣作為極化劑，生產每噸堿至少可以節省電耗400～500 kW·h，由此證明應用該技術是氯堿節能的有效措施［15］。北京大學化工系［16］將ODC技術應用于電解Na2CO3制備NaOH和NaHCO3，該試驗結果顯示，該技術應用可以有效降低槽電壓和電能消耗。

2003年，清華大學化學系［17］對IEM和采用純氧的ODC-IEM 2種食鹽電解工藝進行比較，實驗表明，ODC-IEM法電解槽溫度每上升5℃，槽電壓下降3 mV左右，而堿液中堿質量分數每升高1%槽電壓下降10 mV。實驗過程中，ODC-IEM法食鹽電解性能良好、穩定性好，再次證明ODC應用于IEM法電解槽對于大幅度降低小型電解槽槽電壓是完全可行的。

2008年，北京市科委設立了“高效節能型氧陰極離子膜電解槽的開發與生產示范”重大項目。在該項目支持下，藍星（北京）化工機械有限公司與北京化工大學產學研聯合，順利攻克了納米碳材料負載的金屬納米粒子復合催化劑制備技術，并研制出符合氯堿電解生產用ODC電極材料和電極，解決了ODC離子膜電解槽產業化裝置研制中的核心問題。在國內首次開發出ODC低槽電壓離子膜法電解制燒堿技術，達到國際領先水平，是國際氯堿工業領域的重大技術突破，可使中國氯堿工業降低電能消耗30%。該公司已申請國家專利6項，國際專利1項，并建立了200 t/a新型氧陰極離子膜電解槽試驗裝置，為國內氧陰極離子膜電解槽高端裝備產業化奠定了堅實基礎，將對中國氯堿工業的節能減排產生巨大推力。

2009年10月22日，拜耳材料科技和中國藍星（集團）于今天在北京舉行的簽約儀式上簽署了合作協議，拜耳將向中國藍星提供其創新的ODC，以集成到藍星的NaCl溶液電解槽中，用于氯堿工業中的Cl2生產。

2010年5月10日，“高效節能型氧陰極離子膜電解槽的開發與生產示范”項目中小型試驗2個課題順利通過驗收，這標志著中國攻克了ODC離子膜電解槽關鍵技術，在氯堿工業核心裝備方面取得了自主知識產權并達到國際領先水平。

在河北滄州大化黃驊氯堿有限公司所屬的“中國化工電解技術產業化基地”內，建成的國內首臺5 000 t級的ODC離子膜電解槽實驗裝置，已于2012年6月30日通過中國石化聯合會組織的專家72 h考核，各項指標達到的課題任務書提出的相關設計要求，尤其是氯堿電解節電達到35%左右。目前，北京藍星正與國內幾家氯堿企業探討，確定更大規模的產業化示范項目。

2014年2月，濱化集團股份有限公司和伍德迪諾拉公司在山東濱州簽訂8萬t/a燒堿裝置合同，這是伍德迪諾拉公司全球第一個鹽水氧陰極電解專利技術裝置合同工廠。該合同項目分為兩期實施，一期4萬t/a裝置于2015年9月已安裝完成具備開車條件，擇機投產。

7　經濟效益分析

經過幾十年的深入研究和發展，ODC氯堿電解這一概念毫無疑問的在技術上達到了可行性。相對比較先進的電極和電解槽的設計，以及相對成功的長期耐久性試驗，都證明ODC技術在氯堿工業中大規模應用的可行性。總體看來，基于銀催化劑的無碳ODC和有限間距降膜電解槽設計是目前最有前途的路線。

ODC離子膜電解槽因為陰極沒有H2析出，降低了陰極放電電位，一般使單槽電壓下降0.85～1.00 V，噸堿直流電耗下降600～700 kW·h，若工業用電價格按0.6元/（kW·h）計算，直流電耗噸堿可節約成本360～420元，其經濟效益十分顯著。2012年世界燒堿產量7 800萬t/a，若將其中的50%改為ODC離子膜電解，每年節電234億kW·h，工業電按0.5元/（kW·h），每年節電價值117億元。2014年國內燒堿產量為3 180.20萬t/a，若將其中的30%改為ODC離子膜法，每年節電價值47.7億元，單從電能來看ODC電解具有很大的經濟效益。

但是該技術經濟的產業化程度還有待研究，一方面是新技術的成本問題，ODC電極、新型電解槽和所需O2的費用；另一方面，H2的性質和市場利用前景。事實上用ODC技術每生產1 t燒堿就少生產285 m3的H2，若世界30%的氯堿電解改為ODC技術，ODC技術生產3 900萬t/a燒堿就少生產97.5萬t/a H2。如今，H2的用途日益廣泛，也是目前最清潔的能源，有些有機物加氫以后附加值更高，H2還可用于某些貴金屬的的生產，若通過其他方法制備H2，那也會額外增加H2的成本。由此可以發現，H2的未來市場和消耗量制約著ODC技術的發展前景。

綜上所述，在任何情況下，ODC氯堿電解的經濟效益與世界能源市場的未來發展密切相關。

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Development and prospect of chlor-alkali electrolysis with oxygen depolarized cathode

ZHAO Xue-jun，YUAN Wei
（Befar Group Co.，Ltd.，Binzhou Financial Work Office，Binzhou 256600，China）

Abstract：The ODC（Oxygen depolarization cathode）chlor-alkali electrolysis principle，ODC catalyst，the preparation of ODC electrode，the design of electrolytic cell and the application of ODC chlor -alkali electrolysis technology were summarized. The development and prospect of oxygen depolarized cathodes in chlor-alkali were analyzed in this paper.

Key words：chlor-alkali；ODC catalyst；ODC electrode；ODC chlor-alkali electrolysis

中圖分類號：TQ114.26+2

文獻標識碼：B

文章編號：1009-1785（2016）03-0003-08

收稿日期：2015-10-15