JPH0598485A - 複数の電解槽を有する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数の電解質を、複数の電解槽を有する同一
の電解槽室で電解し、複数の電解製品をそのような同一
電解槽室で製造できる装置。 【構成】 二つ又はそれ以上の電解槽グループ、異なる
電解質を異なるグループの電解槽に満たすことのできる
複数のヘッダー、及び異なる電解製品を異なるグループ
の電解槽から取り出すことのできる複数のヘッダーを有
する装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数の電解槽を有する
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電解槽は、適当な電解質の電解によっ
て、広い範囲のいろいろな化学品を製造するのに用いら
れる。例えば多くの電気有機合成は工業的に行われてい
るが、化学品製造用への電解槽の本来の使用は、ハロゲ
ン化アルカリ金属水溶液の電解にある。したがってその
ような溶液は、塩素、水素及び苛性アルカリ水溶液を製
造するために、全世界できわめて大規模に電解されてお
り、例えば塩化ナトリウム水溶液は、水酸化ナトリウム
水溶液、塩素及び水素を製造するために電解され、塩化
カリウム水溶液は、水酸化カリウム水溶液、塩素及び水
素を製造するために電解される。そのような溶液はま
た、アルカリ金属塩素酸塩水溶液を製造するためにも大
規模に電解されている。

【０００３】そのような電解が行われる電解槽は、アル
カリ金属塩素酸塩製造用電解槽では分割されていないけ
れども、一般に電解槽を複数の陽極室及び陰極室に分割
するセパレーターによって隣接する陰極から隔てられて
いる各陽極をもった、複数の陽極及び陰極を有してい
る。そのような電解槽の陽極室は、好ましくは１本の共
通ヘッダーから電解槽へ電解液を供給する手段、及び好
ましくは１本又は複数本の共通ヘッダーを経て電解槽か
ら電解製品を取り出す手段を備えている。同様に、電解
槽の陰極室は、好ましくは１本又は複数本の共通ヘッダ
ーを経て電解槽から電解製品を取り出す手段を備え、さ
らに好ましくは複数本の共通ヘッダーから電解槽へ水又
は他の流体を供給する手段を任意に備えている。

【０００４】電解槽は、隔膜式又は膜式であってよい。
隔膜式電解槽では、隣接する陽極と陰極との間に位置決
めされるセパレーターは微孔性であり、使用中、電解質
は、隔膜を通って電解槽の陽極室から陰極室へ通り抜け
る。膜式電解槽では、セパレーターは本質的に水不浸透
性であり、使用中、イオン核は、膜を横切って電解槽の
陽極室から陰極室へ移される。

【０００５】アルカリ金属塩化物水溶液が隔膜式電解槽
で電解される場合、溶液は１本の共通ヘッダーから電解
槽の陽極室に供給されるのが適当であり、電解で製造さ
れる塩素は１本の共通ヘッダーを経て電解槽の陽極室か
ら取り出され、アルカリ金属塩化物水溶液は隔膜を通過
し、電解によって製造された水素とアルカリ金属水酸化
物は１本又は複数本のヘッダーを経て陰極室から取り出
され、アルカリ金属水酸化物は、アルカリ金属塩化物と
アルカリ金属水酸化物の水溶液の形で取り出される。

【０００６】アルカリ金属塩化物水溶液が膜式電解槽で
電解される場合、溶液は１本の共通ヘッダーから電解槽
の陽極室に供給されるのが適当であり、電解で製造され
た塩素及び消耗されたアルカリ金属塩化物溶液は１本又
は複数本のヘッダーを経て陽極室から取り出され、アル
カリ金属イオンは、水又は希薄アルカリ金属水酸化物水
溶液が１本の共通ヘッダーから供給される電解槽の陰極
室へ膜を横切って移され、アルカリ金属イオンと水との
反応によって製造された水素とアルカリ金属水酸化物溶
液は、１本又は複数本のヘッダーを経て陰極室から取り
出される。

【０００７】電解槽は、特に電解槽がフィルタープレス
式である場合は多数の陽極及び陰極を有することがで
き、例えば５０又はそれ以上の陽極及び陰極を含むこと
ができる。電解槽はまた、単極式でも二極式でもよい。
単極式電解槽では、複数の陽極及び陰極は交互に位置決
めされ、セパレーターがあるときは、それは各陽極と隣
接する陰極との間に位置決めされる。二極式電解槽は、
陽極面と陰極面をそれぞれもった複数の電極を有し、セ
パレーターがあるときは、それはある電極の陽極面と隣
接する電極の陰極面との間に位置決めされる。

【０００８】複数のそのような電解槽を有する電解槽室
の作業では、１本の共通ヘッダーを経て共通の供給源か
ら電解質を電解槽に満たすこと、１本又は複数本の共通
ヘッダーを経て電解槽から電解製品を取り出すことが行
われる。例えば膜式電解槽でのアルカリ金属塩化物水溶
液の電解では、溶液は一般に、１本の共通ヘッダーから
各電解槽の陽極室に満たされ、水又はアルカリ金属水酸
化物水溶液は、１本の共通ヘッダーから各電解槽の陰極
室に満たされるであろう。

【０００９】同様に、電解で製造された塩素及び消耗さ
れたアルカリ金属塩化物溶液は一般に、１本又は複数本
の共通ヘッダーを経て電解槽の陽極室から取り出され、
電解で製造された水素及びアルカリ金属水酸化物水溶液
は一般に、これらの製品用の１本又は複数本の共通ヘッ
ダーを経て陰極室から取り出されるであろう。

【００１０】複数の電解槽を有する電解槽室のこの通常
の配置が、そのような電解槽室の操業の融通性をきびし
く制限することをわれわれは理解した。したがって上記
のような複数の電解槽及び複数のヘッダーも有するその
ような電解槽室では、そのような電解槽室の電解槽内の
特別な一電解質のみを電解することが可能であり、それ
と対応して特別な一製品又は特別な一製品グループのみ
を製造することが可能である。例えばそのような電解槽
室では、塩化ナトリウム水溶液又は塩化カリウム水溶液
を電解し、それに対応してそれぞれ塩素、水素、水酸化
ナトリウム水溶液を、もしくは塩素、水素、水酸化カリ
ウム水溶液を製造することができる。そのような電解槽
室では、前に述べた両方の電解質を同時に電解すること
は不可能であり、また前に述べた両方の製品グループを
同等に製造することもできない。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】われわれは、そのよう
な電解槽室をもつと融通性のあるやり方で、特に２種類
以上の電解質が、複数の電解槽を有する同一の電解槽室
で電解できるようなやり方で、かつ２種類以上の製品グ
ループが、そのような複数の電解槽を有する同一電解槽
室で製造できるようなやり方で操業できることが所望の
目的であることも確認した。本発明は、この目的が達成
され、そのような電解槽室の操業の融通性を大きく増大
できる手段を提供する。特にそのような電解槽室の操業
のやり方は、そのような電解槽室で製造できるいろいろ
な電解製品についての要求を変える必要があるために急
速に変更することができる。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、複数の
電解槽、電解質を電解槽に満たす１本のヘッダー、１種
又はそれ以上の電解製品を電解槽から取り出す１本又は
それ以上のヘッダー及び電解槽が接続され、それによっ
て電力を電解槽に供給する電気回路を有する装置であ
り、電解槽が二つ又はそれ以上のグループに配置され、
前記装置が、異なるグループの電解槽に異なる電解質を
満たすことのできる複数のヘッダー、及び異なるグルー
プの特定の電解槽から異なる電解製品を取り出すことの
できる複数のヘッダーを有する装置を提供できる。

【００１３】装置は、複数の電解槽又は異なるグループ
に属する全電解槽でさえも接続される単一の電気回路を
有することができる。もちろんこのことは、複数の電解
槽を有する電解槽室での従来のやり方である。しかしな
がら本発明の新規性及び進歩性は、装置における複数の
ヘッダーの配置にある。

【００１４】従来のやり方では、電解質は、単一の共通
ヘッダーから一つのグループの全電解槽に満たされ、そ
れにより一つのグループの電解槽が、いつでも１種類の
電解質の電解に、例えば塩化ナトリウム水溶液又は塩化
カリウム水溶液の電解に使うことができるが、両方の溶
液は同時にそのグループの電解槽で電解されることはな
い。しかしながら、異なる電解質を複数の特定の電解槽
又は複数の特定の電解槽グループに満たす複数のヘッダ
ーを有する本発明の装置では、一つの電解槽グループで
１種類の電解質を、一つ又は複数の他の電解槽グループ
で他の１種類の電解質を電解することが可能である。

【００１５】電解槽を適当な１本のヘッダーに接続する
ことによって、またこれらの接続を所望のように変える
ことによって、商業的要求の変化に応じて複数の電解槽
グループで電解される異なった電解質の比率を変えるこ
とができる。２種類又はそれ以上の異なる電解質が複数
の電解槽で電解される場合、もちろん、異なる電解質を
電解槽に満たし、異なる電解製品を電解槽から取り出
す、対応する数のヘッダーを有することが装置にとって
必要であろう。

【００１６】２種類又はそれ以上の電解質が同時に本装
置で電解されることは可能であるが、一般には２種類の
電解質のみが同時に電解され、すなわち本装置は一般に
二つの電解槽グループを有するであろう。例として本装
置は、塩化ナトリウム水溶液及び塩化カリウム水溶液の
本装置における同時電解に関して述べられるであろう。
この場合、電解槽は一つの電気回路に接続され、装置は
２本のヘッダーを有するであろう。それらのヘッダーの
一方は塩化ナトリウム水溶液を一方の電解槽グループに
満たし、他方のヘッダーは塩化カリウム水溶液を他方の
電解槽グループに満たすことができる。

【００１７】両電解槽グループで電解中に製造される１
種類又はそれ以上の電解製品、例えば塩化ナトリウム水
溶液及び塩化カリウム水溶液が電解される場合には塩素
及び水素が、全電解槽について１本又は複数本の共通ヘ
ッダーを通ることができるが、装置は、水酸化ナトリウ
ム水溶液が通過するであろう一方のヘッダー、及び水酸
化カリウム水溶液が通過するであろう他方のヘッダーの
２本のヘッダーを有するであろう。異なるヘッダーに接
続される電解槽グループの電解槽の数を変えることによ
って、商業的要求の変化に応じて電解される塩化ナトリ
ウムと塩化カリウムとの比率を著しく変えることが可能
である。

【００１８】装置の電解槽は、本発明が装置に使用され
る特殊な型の電解槽にあるのではないので、どのような
構造をもっていてもよい。例えば電解槽は単極式であっ
ても、二極式であってもよいし、単極式電解槽で各陽極
と隣接する陰極との間に、二極式電解槽で二極式電極の
陽極と隣接する二極式電極の陰極とその間に位置決めさ
れたセパレーターを取りつけることもできる。

【００１９】セパレーターが存在する場合、電解槽のセ
パレーターの性質は、電解されるべき電解質の性質に依
存する。当業者であれば、適当なセパレーターを選択す
るのに困難はないであろう。単に例として、アルカリ金
属塩化物水溶液が電解される場合、隔膜として使用に適
した材料は、アスベストのシート又はポリテトラフルオ
ルエチレンのような化学作用に対して強い高分子材料の
微孔性シートであるが、例えばテトラフルオルエチレン
・ヘキサフルオルプロピレン・コポリマー、フッ化ビニ
リデン・ポリマー又はコポリマー及びフッ素化されたエ
チレン・プロピレン・コポリマーを含む他の材料も使用
できる。

【００２０】そのような材料が電解される場合、イオン
交換膜として使用に適した材料は、陰イオン交換グルー
プ、例えばスルホン酸、カルボキシル酸又はホスホン酸
グループ、それらの誘導体もしくはそのようなグループ
２種類又はそれ以上の混合物を含む含フッ素高分子材料
である。適当な陰イオン交換膜は、例えばイギリス国特
許第１，１８４，３２１号、第１，４０２，９２０号、
第１，４０６，６７３号、第１，４５５，０７０号、第
１，４９７，７４８号、第１，４９７，７４９号、第
１，５１８，３８７号及び第１，５３１，０６８号に記
載されたものである。

【００２１】アルカリ金属塩化物水溶液が電解される場
合、陽極として使用に適した材料は、フィルム形成金属
又はその合金で、例えばジルコニウム、ニオブ、タング
ステン、タンタルであるが、チタンが好ましく、陽極の
表面は電気触媒的に活性な導電材料で被覆されているの
が適当である。被覆は、１種類又はそれ以上の白金族の
金属、すなわち白金、ロジウム、イリジウム、ルテニウ
ム、オスミウム又はパラジウム、及び／又はこれらの金
属の１種類又はそれ以上のものの酸化物である。

【００２２】白金族の金属及び／又は酸化物の被覆は、
１種類又はそれ以上の非貴金属酸化物、特に酸化チタン
のような１種類又はそれ以上のフィルム形成金属酸化物
と混合して存在することができる。アルカリ金属塩化物
水溶液の電解用電解槽の陽極被覆として使用する、電気
触媒的に活性な導電材料及びそのような被覆の利用方法
は公知技術である。

【００２３】アルカリ金属塩化物水溶液が電解される場
合、陰極として使用に適した材料は、鉄、鋼又はニッケ
ルである。陰極は、電解の水素過電位を低減するように
つくられた材料で被覆することができる。

【００２４】電解槽グループの電解槽は、実質的に同で
あってよい。しかしながら、このことは必ずしもそうで
はない。例えば、電解槽のセパレーターの性質は、電解
される電解質の性質によって変化することができる。し
たがって電解槽がイオン交換膜を備えている場合、塩化
ナトリウムが電解されているそれらの電解槽内の膜は、
いくつかの電解槽が異なる電解質を電解するように使用
できるけれども、塩化カリウム水溶液が電解されている
電解槽内のイオン交換膜とは異なっていてもよい。 電
解槽グループの個々の電解槽は、変化する製造要求に応
じて急速に変えられ、変化する製造要求を満足させるの
にさらに適した電解槽に取り換えるために、電解槽、好
ましくは各電解槽が電気回路から電解槽をすぐに短絡す
るための手段を備えることが好ましく、それによって電
解槽は取り除かれ、他の電解槽によって置き換えられ
る。さらに電解槽の撤去と置換を容易にするために、電
解槽が適切なヘッダーからはずされ、そのヘッダーに再
び取りつけられるのが好ましい。

【００２５】電解槽グループの個々の電解槽について変
化する製造要求に合わせて取り換えることは必ずしも必
要ではない。したがって異なる電解が同一電解槽内で行
われ、行われている電解に変化が生じるときに必要なす
べてが、１本又は複数本のヘッダーからはずされ、他の
１本又は複数本のヘッダーに取りつけられるべき電解槽
用であることは可能である。電解質の性質が変えられる
ときは、異なる電解質との電解を開始するに先立って電
解槽を洗い流すことも必要である。

【００２６】本発明の装置は概念としては簡単である
が、操業上は利益を提供し、特にその使用が、変化する
製造要求にすぐに追随して適用できる複数の電解槽を提
供する。したがって装置は、例えば水酸化カリウム水溶
液への増大した需要に水酸化ナトリウム水溶液の損失で
直ちに対応でき、またその逆も可能である。

【００２７】本発明は、複数の電解槽を有する装置を図
解的に示している添付の図を参照して以下に述べられる
であろう。説明の目的から、装置は、塩化ナトリウム水
溶液が電解される電解槽グループ及び塩化カリウム水溶
液が電解される電解槽グループに関して述べられるであ
ろう。

【００２８】

【実施例】装置は、複数の単極式電解槽１〜１０を有
し、各電解槽は複数の陽極及び陰極を有し、各陽極は、
各電解槽内に複数の陽極室及び陰極室を設ける陰イオン
交換膜によって隣接する陰極から隔てられている。各電
解槽は、一つの共通電気回路に接続されている。

【００２９】装置は、複数のヘッダー１２〜２１を有
し、ヘッダー１２〜１７は、管路２２〜２７によってそ
れぞれ電解槽１に接続され、電解槽６は、管路２８〜３
３によってそれぞれヘッダー１６〜２１に接続される。
電解槽２〜５は電解槽１と同じやり方でヘッダーに接続
され、電解槽１とともに第１電解槽グループを形成し、
電解槽７〜１０は、電解槽６と同じやり方でヘッダーに
接続され、電解槽６とともに第２電解槽グループを形成
する。

【００３０】ヘッダー１２〜２１は、それぞれ１２はＮ
ａＣｌ溶液の供給、１３は消耗ＮａＣｌ溶液の戻り、１
４はＮａＯＨ溶液の供給、１５はＮａＯＨ溶液の戻り、
１６は塩素用ヘッダー、１７は水素用ヘッダー、１８は
ＫＣｌ溶液の供給、１９は消耗ＫＣｌ溶液の戻り、２０
はＫＯＨ溶液の供給、２１はＫＯＨ溶液の戻り、の機能
を果たす。

【００３１】作動中、ＮａＣｌ水溶液及びＮａＯＨ希薄
水溶液は、それぞれ管路２２及び２４を経て、ヘッダー
１２及び１４から電解槽１及び電解槽２〜５に満たさ
れ、消耗ＮａＣｌ水溶液、ＮａＯＨ水溶液、塩素及び水
素は、それぞれ管路２３，２５，２６，２７を経て、ヘ
ッダー１３，１５，１６，１７に送られる。ＫＣｌ水溶
液及びＫＯＨ希薄水溶液は、それぞれ管路３０及び３２
を経て、ヘッダー１８及び２０から電解槽６及び電解槽
７〜１０に満たされ、消耗ＫＣｌ水溶液、ＫＯＨ水溶
液、塩素及び水素は、それぞれ管路３１，３３，２８，
２９を経て、ヘッダー１９，２１，１６，１７に送られ
る。電解槽１〜５の第１グループ及び電解槽６〜１０の
第２グループの両方で製造された塩素及び水素が送られ
る塩素ヘッダー及び水素ヘッダーを、いずれも１本しか
装置が有していないことは注目されるべきである。

【００３２】電解されるＫＣｌ水溶液に対するＮａＣｌ
水溶液の比率を変えること、例えば比率を大きくするこ
とは必要であり、例えば電解槽６〜１０のグループの１
個又はそれ以上の電解槽をヘッダー１２，１４，１３及
び１５に接続してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による複数の電解槽を有す装置の略図。

【符号の説明】

１〜１０ 単極式電解槽 １１ 電気回路 １２〜２１ ヘッダー ２２〜２３ 管路

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の電解槽、電解質を電解槽に満たす
   １本のヘッダー、１種類又はそれ以上の電解製品を電解
   槽から取り出す１本又はそれ以上のヘッダー、及び電解
   槽が接続され、それによって電力を電解槽に供給する電
   気回路を有する複数の電解槽を有する装置において、電
   解槽が二つ又はそれ以上のグループに配置され、前記装
   置が、異なるグループの電解槽に異なる電解質を満たす
   ことのできる複数のヘッダー、及び異なるグループの電
   解槽から異なる電解製品を取り出すことのできる複数の
   ヘッダーを有する装置。
2. 【請求項２】 二つ又はそれ以上の電解槽グループに配
   置された複数の電解槽及び電解槽グループの全電解槽が
   接続される単一の電気回路を有する請求項１記載の装
   置。
3. 【請求項３】 二つの電解槽グループを有する請求項１
   又は２記載の装置。
4. 【請求項４】 １種類又はそれ以上の電解製品を二つ以
   上の電解槽グループの電解槽から取り出す１本又は複数
   本の共通ヘッダーを有する請求項１ないし３のいずれか
   １項に記載の装置。
5. 【請求項５】 電解槽が、電解槽を直ちに短絡する手段
   を備えている請求項１ないし４のいずれか１項に記載の
   装置。
6. 【請求項６】 塩化ナトリウム水溶液及び塩化カリウム
   水溶液の電解に使用する請求項１ないし５のいずれか１
   項に記載の装置。