JP2002511530A - ハロゲンガスを製造する電解装置 - Google Patents
ハロゲンガスを製造する電解装置Info
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Abstract
Description
電解槽により水性アルカリハロゲン溶液からハロゲンガスを製造する電解装置で
あって、これら複数の板状電解槽がそれぞれに少なくとも一個のケ−ス後壁に外
側接触地帯を備える電導性材料製の二つの半殻から成るケ−スを有し、このケ−
スが電解電流と電解開始材料を供給する装置と電解電流と電解製品を排出する装
置とそれぞれ二つの実質的に平らな電極(陽極と陰極)を有し、これら陽極と陰
極は電解開始材料と電解製品を貫流するブラインド状穿孔を備え、分離壁によっ
て互いに分離されて互いに平行に配置され、金属補強部によりケ−スのそれぞれ
の付属する後壁と電導的に接続されている電解装置に関する。
と陽極と陰極並びに分離壁を介在して且つ金属補強部によってそれらを固定して
構成され、陽極とケ−ス或いは陰極とケ−スが電導的に互いに固定される様に製
造され、引き続き、その様に製造された板状電解槽は並列に一つの堆積体に電導
的に配置され且つ相互に堆積体に持続的接触のために緊張されている。
の中立面に対してほぼ垂直方向に槽堆積体を通過され、電解電流は堆積体の他方
の外槽で排出される。中立面に関連させて、電解電流が少なくとも4KA/m2 の平均電流密度値に達する。
号明細書から公知である。この公知の電解装置では、陽極或いは陰極は垂直なウ
エブ状金属補強部を介してケ−ス半部のそれぞれの後壁と接続されている。陽極
或いは陰極半殻の後面には、電気的接触用のそれぞれ一つの垂直接触地帯が隣接
されて等しく組み立てられた電解槽に取り付けられる。電流は接触地帯を介して
後壁を通して垂直なウエブ状金属補強部に流れ、そこから電流は金属接触位置(
補強部/陽極)から出発して陽極を介して分配される。電流は分離壁(膜)を通
して通過された後に、電流は垂直なウエブ状金属補強部を介して陰極面上の後壁
へ流し、更に接触地帯へ、そこから次の電解槽に入るように、陰極から受けられ
る。この場合に電導性構成部材の結合は溶接によって行われる。溶接では電解電
流は最高電流密度に収束される。
され、そのウエブの側面縁が後壁と陽極或いは陰極との全高さを介して後壁と陽
極或いは陰極に隣接している。
ンに細分する。それぞれのケ−ス半部の深さに沿って電解液では全く不規則な濃
度分布を生じないので、各ケ−ス半部にて入口分配器が設けられ、この入口分配
器を介して電解開始材料はケ−ス半部におけるウエブから形成された個々のセグ
メンに供給できる。
或いはアルカリ性水電解のようなガス発生電解作用が実行される。アルカリ塩素
−電解では、水性アルカリハロゲン溶液、例えば塩化ナトリウムと塩化カリウム
が電解槽において電流の影響の下で水性アルカリ溶液に、例えばソ−ダ溶液或い
はカリ溶液に並びにハロゲンガスに、例えば塩素と水素に分解される。水電解で
は水が分解され、水素と酸素が電極に発生される。
交換膜によって行われる。隔膜は電解槽に発生する媒体、温度と圧力に関して化
学的、熱的且つ機械的に安定である多孔性材料から成る。イオン交換膜では一般
にふっ化された炭化水素が重要である。これらの膜は気密に且つほぼ流体密封で
あるけれども、電界においてイオン搬送を許す。
対して押圧されると言う事実を生じる。そのために分離壁が固定され、それで機
械的にあまり負荷されないから、この事実は必要である。しばしば分離壁が両電
極の一方に載置する。と言うのはこの方法でしか総ての成分(電極と分離壁)が
出来るだけ長い寿命を達成できないからである。分離壁の両電極との直接接触で
は、若干の場合には化学的反応が分離壁と電極或いは電極に発生されたガスとの
間に生じ得る。それで、アルカリ塩素−電解では膜と陰極の間に間隔が設置され
る。と言うのは、さもないと電気触媒が、或いは不活性ニッケル陰極の場合には
ニッケルが、電極から溶解されるからである。他の例は、アルカリ性水電解に挿
入される酸化ニッケル隔膜である。水素発生電極に対して僅かの間隔の場合には
、酸化ニッケルがニッケルに還元され、それで伝導性となり、結局は短絡される
。
には、電極と膜或いは隔膜との間の電解液限界層にガスよどみを生じることをま
ねく。これには、電極が電解開始材料と電解製品から貫流できるように構成され
ている前述の電極自体が該当されている。そのような電極は特に穿孔を備える(
ブラインド状穿孔を持つ孔板、延性金属、編細工或いは薄板)ので、電解槽にお
ける平らな配置にもかかわらず、電解では限界層に発生するガスが電解槽の後空
間に容易に流入できる。
ガス気泡が集積し、隣接する分離壁(膜)と穿孔縁との間の楔にしっかりと残っ
ている。これらの気泡が膜交換面を封鎖して、それにより通さなく、また不活性
になるから、気泡は分離壁によって電流搬送、即ち材料搬送を妨害する。
5146号明細書に記載されている一方の電極構成の場合には、これら電極が例
えば溝と孔を備えているから、電極が形成される。この方法では、一方でガスが
容易に発生でき、他方では更に新しい電解液が電極と膜との間の電解液に活性す
る限界層に到達できる。けれども、4KA/m2以上の電流密度を備えるこのよ
うに形成された電極の作用では、ガス発生がなお増加し、その形成された電極は
そのガス排出力の限界に到る。
リ水電解の陽極酸素発生の場合に生じる如く、そのほかに分離問題を生じる、即
ち発生したガスが電解液から分離しなく、それで泡発生をまねく。この問題は、
電流密度分布が特に4KA/m2以上の電流密度の場合に不均質であることをま
ねく。それにより一方では膜、隔膜と電極活性部のような活性槽成分の寿命が制
限される。他方では電解槽は最高電流密度についておよそ4KA/m2に制限す
る。そのほかに、泡発生は電気化学的槽内部で圧力変動をまねく。と言うのは泡
は発生したガス用の槽出口を少なくとも短期間に閉鎖させるからである。出口は
僅かな圧力上昇によって槽内部に更に自由に吹き出され、それは波状流動の公知
の効果や圧力変動をまねく。それは電解槽の運転にとって欠点である。
解槽の陽極空間における食塩濃度が均質であればあるほど、膜の寿命が大きくな
る。均質な電解液分布を達成するために、外部に配置されたポンプを介して追加
的な循環が形成されるか、或いは槽に伝導薄板を組付けることにより内部循環が
濃度差異に基づいて惹起される。
合にも限界層で膜の持続耐用年数の保持の下で脈動が少なく運転され得る電解装
置を創作することである。
ブラインド状穿孔が水平に対して傾斜して配置されることによって解決される。
A/m2までの電流密度が膜の持続耐用年数の保持の下で達成されるように、膜
に近い電解液限界層からガス排出を改良させる。生じるガス気泡は電極の下辺に
沿って水平に対する電極棒の傾斜に基づいて転がり、電極辺に付着する泡と衝突
し、連合する。これはさらにガス気泡が増加する容積に基づいて加速され、即ち
効果が加速することをまねく。同時に電気活性地帯にあるガス容積が下降し、そ
れによって僅かな槽電圧が達成される。ガス気泡の運動によって電極辺に沿って
惹起される吸引効果は、新しい電解液が膜或いは隔膜と電極との間の電気活性地
帯に吸い込まれ、それが例えばアルカリ塩素電解槽において長い膜寿命の必要な
必要条件であることを配慮している。更に総てのガス気泡が一方向に強制案内さ
れるから、一方に向いた流動を生じる。それにより一側面に増加するガス含有量
に基づいて電解液/ガス混合物の濃度が下降し、それは内部循環をまねく、その
内部循環は電解液電流への流入と比較して、係数が10から100まで大きい。
それにより電解液のすぐれた均質化が達成される。
にあることが明らかになった。
行に配置され、陽極と陰極のブラインド状穿孔がそれぞれのケ−スの下面に対し
て傾斜して配置されることが備えられる。電解装置自体は公知の電解装置に対し
て僅かに修正すべきであり、陽極と陰極のみが傾斜して組み込まれ、縁側に一致
して構成され、それにより陽極と陰極は一致して組み込まれ得る。
る。個々のケ−スは今まで公知のケ−スに比べて実質的に変更されないにちがい
なく、ケ−スは水平に対してただ傾斜して組み込まれなければならなく、それに
より、自動的に陽極と陰極のブラインド状穿孔が水平に対して傾斜して配置され
る。
列に配置された電解槽を通る断面を示し、図2は図1の断面斜視図を示し、図3
は図1の拡大断面斜視図を示す。
解装置は、複数の並列に一つの堆積体に配置され且つ電気接触する板状電解槽2
を有し、そのうちから図1で実例の二つのそのような板状電解槽2が並列に配置
されたものが図示されている。これらの板状電解槽2の各々は、フランジ状縁を
備え、二つの半殻の間にパッキング5によってそれぞれ一つの分離壁(膜6)が
張られている二つの半殻3、4から成る一つのケ−スを有する。膜6の張り付け
は場合によっては他の方法でも行われ得る。
地帯7が配置されており、この接触地帯7は溶接などによって該当するケ−ス後
壁4Aの外面に固定されるか或いは塗布される。これら接触地帯7は隣接した電
解槽2に対して、即ち該当するケ−ス後壁3Aに対して電気接触を成しており、
このケ−ス後壁には固有の接触地帯が設けられていない。
な陰極9が設けられており、陽極8或いは陰極9はそれぞれに接触地帯7と一直
線に並んで配置された補強部と接続され、この補強部はウェブ10として形成さ
れている。ウェブ10は特にその全側面縁10Aに沿って陽極8或いは陰極9に
金属伝導的に固定されている。電解開始材料の供給と電解製品の排出を可能とす
るために、ウェブ10は側面縁10Aから出発してその幅に渡って隣接した側面
縁10Bまで先細にされ、そこで接触地帯7の高さと一致する高さを有する。接
触地帯はそれに応じてその両縁10Bによって接触地帯7の全高さに渡ってケ−
ス後壁3A或いは4Aの接触地帯7と対抗する後面に固定されている。
れ、そのような手段が11で示されている。同様に各電解槽では電解製品を排出
する手段が設けられるけれども、この手段は図示されていない。
を貫流させるように、構成されており、陽極8と陰極9はブラインド状に構成さ
れ、即ちそれぞれに個々のブラインド状電極棒から成り、ブラインド状穿孔の間
に設けられいる。これは陽極8と陰極9に適し、図2と図3にはそれぞれ一個の
みの電極8、9が図示されている。そこで個々のブラインド状電極棒は8A或い
は9Aにより示され、一方ブラインド状穿孔は8B或いは9Bにより示されてい
る。このブラインド状穿孔8B、9Bが水平に対して傾斜して配置され、特に7
度と10度との間の角度により傾斜して配置されることは、この発明にとって重
要である。この角度は、図2でαにより示される。
よって区画される(多数の部屋に細分される)。明らかになった如く、この構成
は生じるガス気泡が陽極8或いは陰極9の下辺に電極棒8A,9Aを適切に配置
することにより陽極8或いは陰極9に沿って転がり、電極辺に付着する泡と集積
され、連合されることをまねく。このことは、ガス気泡が増加する容積に基づい
て加速されるので、効果自体が加速することをまねく。同時に電気活性地帯にあ
るガス容積が下降し、それにより僅かな槽電圧が達成される。ガス気泡の運動に
よって電極辺に沿って惹起される吸引効果は、新しい電解液が膜6或いは隔膜と
電極8、9の間の電気活性地帯に供給され、それが例えばアルカリ塩素電解にお
いて長い膜寿命のための必要な条件であることを配慮している。更に総てのガス
気泡が一方向に強制案内されるので、一方に向いた流動を生じる。この流動は図
2で矢印によって示される。それにより一方の側面で増加するガス含有量に基づ
いて電解液混合物の濃度が下降し、それは内部循環をまねき、その内部循環は流
入する電解液流れと比較して係数が10から100まで大きい。それにより電解
液の優れた均質化が達成される。
電解槽2の並列配置は台架において所謂槽台架に生じる。板状電解槽2は槽台架
の両上長手支持体の間に吊るされるので、その板平面は長手支持体軸線に対して
垂直に立っている。板状電解槽2はその重量を長手支持体の上フランジに伝達で
きるために、板状電解槽は上板辺で各側面にブ−ム状保持体を有する。保持体は
板平面の方向に水平に延びていてフランジの縁を越えて外へ突き出す。台架に吊
るされた板状電解槽の場合には、ブ−ム状保持体の下辺が上フランジに載置する
。
−ド箱に吊るす。槽台架には電解槽の板面は、あたかも板面が堆積されるように
、機械的且つ電気的に接触する。この構成態様の電解槽は吊るし堆積体構成にお
ける電解槽と呼ばれている。
ことにより、電解槽2は接触地帯7を介して一個の堆積体におけるそれぞれに隣
接した電解槽と伝導的に接続されている。接触地帯7から電流は半殻を通ってウ
ェブ10を渡って陽極8へ流れる。膜6を通る貫流に基づいて、電流はウェブ1
0を介して他の半殻へ或いは後壁3Aへ流れて、次の槽の接触地帯7を越えるた
めに、陰極9から受けられる。この種類や方法では電解電流は全電解槽堆積体を
通過され、電解電流は一方の外槽に案内され、他方の外槽に誘導される。
ない。電解液入口は瞬間的に並びに所謂流入分配器により行われている。流入分
配器は、パイプが開口を所持する要素に配置されているように構成されている。
一方の半殻は後壁3A或いは4Aと電極8、9との間の接続を図示するウェブ1
0によって分割されるので、両半殻3、4が流入分配器を備えるならば、最適な
濃度分布を達成でき、半殻に配置された流入分配器の長さは半殻の幅と一致し、
各セグメントは流入分配器における少なくとも一個の開口によってそれぞれの電
解液を供給される。流入分配器における開口の横断面の和は分配器パイプのパイ
プ内部横断面より少ないか或いは同じであるべきである。
えていて、フランジがボルト締めされている。そのように組み立てられた槽は図
示されていない槽台架に吊るされるか、設置される。槽台架における吊るし或い
は設置は図示されていなく、フランジにある保持装置によって行われる。電解装
置1は若干の槽から成るか或いは特に吊るし堆積体構成に複数の電解槽2を並列
配置することにより構成される。複数の個別槽が吊るし堆積体原理に基づき圧縮
されるならば、緊張装置が結合される前に個別槽が面平行に整列されなければな
らない。と言うは、さもなと一個の個別槽から次の個別槽までの電流移動が総て
の接触地帯7を介して行われ得ないからである。槽を吊るし或いは設置に基づき
槽台架に平行に整列できるために、空状態で通常はおよそ210kgの重さの要
素が容易に移動されることが必要である。この必要条件を満足するために、図示
されていない保持体或いは槽フレ−ムや槽台架にある載置面が付属された被膜を
備えている。要素フランジフレ−ムにある保持体は、合成樹脂、例えばPE、P
P、PVC、PFA、FEP、E/TFE、PVIF、或いはPTFEにより裏
打ちされ、一方槽台架にある載置面が同様にこれら合成樹脂のひとつにより被膜
されている。合成樹脂は単に載置されるか或いはナットを介して案内され、貼り
付けられ、溶接されるか或いはボルト締めされる。単に合成樹脂土台が固定され
ていることが重要である。二つの合成樹脂面が接触することによって、台架にあ
る個別要素が容易に移動できるので、これら個別要素は追加的上昇装置或いは移
動装置なしに手により平行に整列され得る。緊張装置を結合させる場合に要素は
その槽台架における容易な移動性に基づき全後壁に渡って平らに当接し、それは
同じ電流分布のための必要条件である。更に、この方法では槽は槽台架に対して
電気的に絶縁されている。
基本思想を捨てることなしに可能である。図示される如く、水平に対する両電極
8、9のブラインド状穿孔8B、9B或いは電極棒8A、9Aの勾配だけ、それ
ぞれの電極8、9は適切に斜めにそれぞれの電解槽2に組立てられ得る。しかし
、別の実施態様によれば、全電解槽は、それぞれのケ−ス半殻の下面が水平に対
して傾斜し配置されるので、強制的にブラインド状穿孔8B、9Bが傾斜して配
置され且つ図2と図3に記載された効果に関して調整するように、斜めに配置さ
れることも可能である。
Claims (4)
- 【請求項1】 複数の並列して一つの堆積体に配置され且つ電気的接触する板状
電解槽により水性アルカリハロゲン溶液からハロゲンガスを製造する電解装置で
あって、これら複数の板状電解槽がそれぞれに少なくとも一個のケ−ス後壁に外
側接触地帯を備える電導性材料製の二つの半殻から成るケ−スを有し、このケ−
スが電解電流と電解開始材料を供給する装置と電解電流及び電解製品を排出する
装置とそれぞれ二つの実質的に平らな電極(陽極と陰極)とを有し、これら陽極
と陰極は電解開始材料と電解製品を貫流するブラインド状穿孔を備え、分離壁に
よって互いに分離されて互いに平行に配置され、金属補強部によりケ−スのそれ
ぞれの付属する後壁と電導的に接続されている電解装置において、陽極(8)と
陰極(9)のブラインド状穿孔(8B,9B)が水平に対して傾斜して配置され
ていることを特徴とする電解装置。 - 【請求項2】 ブラインド状穿孔(8B,9B)の傾斜角は水平に対して7度と
10度の間にあることを特徴とする請求項1に記載の電解装置。 - 【請求項3】 それぞれのケ−ス(3,4)の下面は水平に対して平行に配置さ
れ、陽極(8)と陰極(9)のブラインド状穿孔(8B,9B)はそれぞれのケ
−ス(3,4)の下面に対して傾斜して配置されていることを特徴とする請求項
1又は請求項2に記載の電解装置。 - 【請求項4】 それぞれのケ−ス(3,4)の下面は水平に対して傾斜して配置
されていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の電解装置。
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