JPH0673587A - フッ素の製造方法及びフッ素製造用電解槽 - Google Patents
フッ素の製造方法及びフッ素製造用電解槽Info
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- JPH0673587A JPH0673587A JP5100235A JP10023593A JPH0673587A JP H0673587 A JPH0673587 A JP H0673587A JP 5100235 A JP5100235 A JP 5100235A JP 10023593 A JP10023593 A JP 10023593A JP H0673587 A JPH0673587 A JP H0673587A
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
- C25B1/01—Products
- C25B1/24—Halogens or compounds thereof
- C25B1/245—Fluorine; Compounds thereof
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- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 従来技術の問題をある程度まで解決するよう
なフッ素の製造方法及びフッ素製造用電解槽を提供す
る。 【構成】 フッ素含有電解液を電解槽のアノードとカソ
ードとの間で非乱流に通す。アノードとカソードとの間
から流出した電解液を2つの流れに分割する。一方の流
れはアノードに隣接して流出し、フッ素を同伴してお
り、他方の流れはカソードに隣接して流出し、水素を同
伴している。その後、フッ素及び水素を電解液の夫々の
流れから分離する。
なフッ素の製造方法及びフッ素製造用電解槽を提供す
る。 【構成】 フッ素含有電解液を電解槽のアノードとカソ
ードとの間で非乱流に通す。アノードとカソードとの間
から流出した電解液を2つの流れに分割する。一方の流
れはアノードに隣接して流出し、フッ素を同伴してお
り、他方の流れはカソードに隣接して流出し、水素を同
伴している。その後、フッ素及び水素を電解液の夫々の
流れから分離する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はフッ素の製造方法及びフ
ッ素製造用電解槽に係る。
ッ素製造用電解槽に係る。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】現在使
用されているフッ素製造用電解槽の設計には多くの問題
がある。これらの問題を以下に説明する。
用されているフッ素製造用電解槽の設計には多くの問題
がある。これらの問題を以下に説明する。
【0003】1.低エネルギ効率 これは、(a)アノード表面における抵抗フッ化炭素ポ
リマーフィルムの形成により、アノード過電圧が高くな
ることと、(b)(現状の設計では)電流効率を低下さ
せないようにアノード及びカソード間のギャップを大き
くして生成物フッ素及び水素の再結合を最小にしなけれ
ばならないため、電解液抵抗損失が大きいこととの2つ
の主要因に起因する。
リマーフィルムの形成により、アノード過電圧が高くな
ることと、(b)(現状の設計では)電流効率を低下さ
せないようにアノード及びカソード間のギャップを大き
くして生成物フッ素及び水素の再結合を最小にしなけれ
ばならないため、電解液抵抗損失が大きいこととの2つ
の主要因に起因する。
【0004】2.低スペース/時間収率 これは、電解槽の単位容積当たり、単位時間当たりの生
成物の質量として定義され得る。現状の槽の設計では、
フッ素のスペース/時間収率は槽容積に対する非遮蔽ア
ノード面積の比が小さいために内在的に低い。アノード
の厚さ(>30mm)、及び上記アノード及びカソード
間の大きいギャップも問題となる。最終結果として、並
の量のフッ素を製造するための電解設備は(塩素のよう
な類似生成物に比較して)広い面積を占有する。
成物の質量として定義され得る。現状の槽の設計では、
フッ素のスペース/時間収率は槽容積に対する非遮蔽ア
ノード面積の比が小さいために内在的に低い。アノード
の厚さ(>30mm)、及び上記アノード及びカソード
間の大きいギャップも問題となる。最終結果として、並
の量のフッ素を製造するための電解設備は(塩素のよう
な類似生成物に比較して)広い面積を占有する。
【0005】3.低信頼性 アノード故障は当業者に周知であり、このような故障と
しては、「分極」(異常に高いアノード過電圧の発
生)、アノード破損、電気接続部の故障及びフッ素燃焼
が挙げられる。
しては、「分極」(異常に高いアノード過電圧の発
生)、アノード破損、電気接続部の故障及びフッ素燃焼
が挙げられる。
【0006】4.生成物ガスの低圧 現在使用されているフッ素製造用電解槽の固有の特徴
は、安全な運転のためには、発生する水素排ガス圧が大
気圧である場合にフッ素排ガス圧が水中に配置されたガ
ス分離スカートにより提供される静水圧以下である点に
ある。実際に、これは発生するフッ素圧を事実上最大値
約10cmの水柱圧に制限する。水素及びフッ素圧が完
全な平衡状態に維持されるならばこの圧力以上で運転す
ることもも理論的に可能であるが、外部シール又はジョ
イントが突然故障して電解槽内にフッ素/水素爆発を生
じる危険がある。
は、安全な運転のためには、発生する水素排ガス圧が大
気圧である場合にフッ素排ガス圧が水中に配置されたガ
ス分離スカートにより提供される静水圧以下である点に
ある。実際に、これは発生するフッ素圧を事実上最大値
約10cmの水柱圧に制限する。水素及びフッ素圧が完
全な平衡状態に維持されるならばこの圧力以上で運転す
ることもも理論的に可能であるが、外部シール又はジョ
イントが突然故障して電解槽内にフッ素/水素爆発を生
じる危険がある。
【0007】5.保守及び腐食の問題 現状の設計にはある程度までフッ素の高腐食性と、電解
液のエアゾールがフッ素ガスに同伴して槽の外側の管路
壁に堆積する「霧化」の効果とにより生じる保守の問題
もあり、こうして管路を妨げ、最終的に閉塞する。
液のエアゾールがフッ素ガスに同伴して槽の外側の管路
壁に堆積する「霧化」の効果とにより生じる保守の問題
もあり、こうして管路を妨げ、最終的に閉塞する。
【0008】従って、本発明の目的は上記問題をある程
度まで解決するようなフッ素の製造方法及びフッ素製造
用電解槽を提供することである。
度まで解決するようなフッ素の製造方法及びフッ素製造
用電解槽を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の1態様による
と、電解槽のアノードとカソードとの間で非乱流にフッ
素含有電解液を通し、アノードとカソードとの間から流
出する電解液を、フッ素を同伴しながらアノードに隣接
して流出する流れと、水素を同伴しながらカソードに隣
接して流出する流れとの2つの流れに分割し、その後、
夫々の前記流れからフッ素と水素とを分離することを特
徴とするフッ素の製造方法が提供される。
と、電解槽のアノードとカソードとの間で非乱流にフッ
素含有電解液を通し、アノードとカソードとの間から流
出する電解液を、フッ素を同伴しながらアノードに隣接
して流出する流れと、水素を同伴しながらカソードに隣
接して流出する流れとの2つの流れに分割し、その後、
夫々の前記流れからフッ素と水素とを分離することを特
徴とするフッ素の製造方法が提供される。
【0010】本発明の別の態様によると、比較的近接し
て並置されたアノード及びカソードと、アノード及びカ
ソード間で非乱流に通すように電解液を誘導するための
手段と、アノード及びカソード間から流出する電解液
を、アノードに隣接して流出する流れと、カソードに隣
接して流出する流れとの2つの流れに分割するための手
段とを備えることを特徴とするフッ素製造用電解槽が提
供される。
て並置されたアノード及びカソードと、アノード及びカ
ソード間で非乱流に通すように電解液を誘導するための
手段と、アノード及びカソード間から流出する電解液
を、アノードに隣接して流出する流れと、カソードに隣
接して流出する流れとの2つの流れに分割するための手
段とを備えることを特徴とするフッ素製造用電解槽が提
供される。
【0011】好ましくは、アノード及びカソードは、相
互に対向するように平行に配置された実質的に平坦な表
面を有しており、該表面は20mm以下のギャップを規
定する。
互に対向するように平行に配置された実質的に平坦な表
面を有しており、該表面は20mm以下のギャップを規
定する。
【0012】誘導手段は、アノードとカソードとの間の
スペースの入口に配置された有孔エレメント又はじゃま
板又は複数のチャネル(例えば管束)及び/又は平行な
プレートを含み得る。
スペースの入口に配置された有孔エレメント又はじゃま
板又は複数のチャネル(例えば管束)及び/又は平行な
プレートを含み得る。
【0013】好ましくは、非乱流は層流であり、望まし
くは2000未満、例えば500のレイノルズ数であ
る。
くは2000未満、例えば500のレイノルズ数であ
る。
【0014】有利には、流れ条件は生成されたフッ素及
び水素をアノード及びカソードに夫々実質的に隣接して
流動させるように選択される。
び水素をアノード及びカソードに夫々実質的に隣接して
流動させるように選択される。
【0015】分割手段は、ナイフエッジ状分流器であり
得、アノード及びカソード間の実質的に中間に配置され
得る。あるいは分流器は、アノード及びカソードの間の
どちらかに片寄って配置してもよく、好ましくは水素を
含有する流れの体積を増加するようにアノード寄りに配
置され得る。
得、アノード及びカソード間の実質的に中間に配置され
得る。あるいは分流器は、アノード及びカソードの間の
どちらかに片寄って配置してもよく、好ましくは水素を
含有する流れの体積を増加するようにアノード寄りに配
置され得る。
【0016】本発明の電解槽は、夫々の流れからのフッ
素及び水素の遊離が電解液を冷却及び濾過する機能も有
する別々の容器により実施され得る。遊離容器からの無
ガス電解液の2つの流れは合流し、電解槽入口に再循環
し得る。電解中に消費される電解液中のフッ化水素は、
電解槽を離れた後の任意の段階で流れに連続的に加える
ことにより交換され得る。
素及び水素の遊離が電解液を冷却及び濾過する機能も有
する別々の容器により実施され得る。遊離容器からの無
ガス電解液の2つの流れは合流し、電解槽入口に再循環
し得る。電解中に消費される電解液中のフッ化水素は、
電解槽を離れた後の任意の段階で流れに連続的に加える
ことにより交換され得る。
【0017】本発明により達せられる効果は、アノード
で発生されるフッ素の大部分がアノードの表面に移送さ
れるという点にある。フッ素の一部はアノードの表面か
ら離れるが、フッ素は電解液の流れの中で上昇するので
アノード表面のごく近傍に維持される。カソードの表面
で発生される水素はカソード表面から離れるが、電解液
の流れの中で上昇するので同様にカソード表面に近接し
続ける。こうして、生成物ガスはアノード及びカソード
が近接して並置されているにも拘わらず、混ざりあった
り再結合することがない。その後、水素及びフッ素の両
方を含む槽内の電解液の単一流は2つの流れに分割さ
れ、一方の流れは水素の大部分を含み、他方の流れはフ
ッ素の大部分を含む。場合によっては、アノード及びカ
ソードの一部又は全長にわたってアノード及びカソード
間に配置された透過性メッシュガスセパレータ(例えば
100μmの気孔寸法)を組み込むことによりこの効果
を補うことが望ましい。
で発生されるフッ素の大部分がアノードの表面に移送さ
れるという点にある。フッ素の一部はアノードの表面か
ら離れるが、フッ素は電解液の流れの中で上昇するので
アノード表面のごく近傍に維持される。カソードの表面
で発生される水素はカソード表面から離れるが、電解液
の流れの中で上昇するので同様にカソード表面に近接し
続ける。こうして、生成物ガスはアノード及びカソード
が近接して並置されているにも拘わらず、混ざりあった
り再結合することがない。その後、水素及びフッ素の両
方を含む槽内の電解液の単一流は2つの流れに分割さ
れ、一方の流れは水素の大部分を含み、他方の流れはフ
ッ素の大部分を含む。場合によっては、アノード及びカ
ソードの一部又は全長にわたってアノード及びカソード
間に配置された透過性メッシュガスセパレータ(例えば
100μmの気孔寸法)を組み込むことによりこの効果
を補うことが望ましい。
【0018】電気化学技術においては、一般に物質移動
を改善するために電極間ギャップ内の乱流を助長するこ
とに留意されたい。しかしながら、フッ素発生反応の場
合、物質移動は使用される電流密度での制限効果ではな
い。
を改善するために電極間ギャップ内の乱流を助長するこ
とに留意されたい。しかしながら、フッ素発生反応の場
合、物質移動は使用される電流密度での制限効果ではな
い。
【0019】本発明の使用により得られる利点のいくつ
かを以下に挙げる。
かを以下に挙げる。
【0020】1.アノード−カソードギャップが小さい
ため、電解液抵抗損失を著しく減らすことができ、従っ
て、現状の槽設計でギャップを減らすとフッ素/水素再
結合が増加するが、このような犠牲なしにパワー効率を
改善することができる。
ため、電解液抵抗損失を著しく減らすことができ、従っ
て、現状の槽設計でギャップを減らすとフッ素/水素再
結合が増加するが、このような犠牲なしにパワー効率を
改善することができる。
【0021】2.アノード−カソードギャップが狭いの
でコンパクトな設計が可能であり、スペース/時間収率
を低下させずにアノード電流密度を著しく例えば3分の
1に減らすことができる。槽の動作電流密度が低ければ
低いほど、アノード及びカソードの両方の過電圧は低
く、槽全体の抵抗損失は低くなる。従って、パワー効率
は更に改善される。
でコンパクトな設計が可能であり、スペース/時間収率
を低下させずにアノード電流密度を著しく例えば3分の
1に減らすことができる。槽の動作電流密度が低ければ
低いほど、アノード及びカソードの両方の過電圧は低
く、槽全体の抵抗損失は低くなる。従って、パワー効率
は更に改善される。
【0022】3.アノード−カソードギャップが狭いた
め、アノード電流密度が現状の槽設計で使用されている
電流密度に維持されるならば、単位体積当たりのフッ素
生産量を著しく増加することができる。しかしながら、
エネルギ効率及び信頼性のためには槽を低電流密度で運
転することが望ましく、従って、スペース/時間収率の
利点をある程度相殺される。スペース/時間収率が最重
要点である場合(例えば使用可能なスペースが制限され
ている場合)には、エネルギ効率の改善をやや妥協すれ
ば槽の小型化を完全に実現できる。
め、アノード電流密度が現状の槽設計で使用されている
電流密度に維持されるならば、単位体積当たりのフッ素
生産量を著しく増加することができる。しかしながら、
エネルギ効率及び信頼性のためには槽を低電流密度で運
転することが望ましく、従って、スペース/時間収率の
利点をある程度相殺される。スペース/時間収率が最重
要点である場合(例えば使用可能なスペースが制限され
ている場合)には、エネルギ効率の改善をやや妥協すれ
ば槽の小型化を完全に実現できる。
【0023】4.現状の槽における腐食の問題の多く
は、やむを得ず高い使用動作電圧(槽当たり9〜11ボ
ルト)に結び付けられ、従って重大な電気化学的腐食
(例えば電流路におけるガス分離スカートの双極腐食)
を生じる。本発明を使用すると槽当たりの動作電圧が低
いため(例えば5.〜6.0V)、特に双極性の電気化
学的腐食速度を著しく低下させることができる。電圧が
低いと、アノード表面上のフッ化炭素ポリマーの形成も
減少し、従ってアノードの「分極」故障の危険も減少す
る。現状の槽では、高い槽電圧で運転する場合に高アノ
ード過電位の結果として発生する熱はアノードの燃焼及
び破壊をもたらす。アノードが破壊すると、アノード接
続部と冷却用コイルとの間に短絡が生じ、この結果、多
くの場合はコイルに穴があき、槽に漏水し、フッ素の発
生が停止する。
は、やむを得ず高い使用動作電圧(槽当たり9〜11ボ
ルト)に結び付けられ、従って重大な電気化学的腐食
(例えば電流路におけるガス分離スカートの双極腐食)
を生じる。本発明を使用すると槽当たりの動作電圧が低
いため(例えば5.〜6.0V)、特に双極性の電気化
学的腐食速度を著しく低下させることができる。電圧が
低いと、アノード表面上のフッ化炭素ポリマーの形成も
減少し、従ってアノードの「分極」故障の危険も減少す
る。現状の槽では、高い槽電圧で運転する場合に高アノ
ード過電位の結果として発生する熱はアノードの燃焼及
び破壊をもたらす。アノードが破壊すると、アノード接
続部と冷却用コイルとの間に短絡が生じ、この結果、多
くの場合はコイルに穴があき、槽に漏水し、フッ素の発
生が停止する。
【0024】5.設計は、水素及びフッ素ガスの槽を分
離させるためにガス分離スカートシステムに依存しない
ので、既存の設計の数倍の圧力で安全に運転することが
できる。
離させるためにガス分離スカートシステムに依存しない
ので、既存の設計の数倍の圧力で安全に運転することが
できる。
【0025】
【実施例】以下、添付図面に関して本発明を実施例によ
り説明する。
り説明する。
【0026】まず図1について説明すると、図示システ
ムは夫々従来通りの設計のフッ素遊離セクション16及
び水素遊離セクション18に連結された出口管12,1
4を有する電解槽ユニット10を含む。
ムは夫々従来通りの設計のフッ素遊離セクション16及
び水素遊離セクション18に連結された出口管12,1
4を有する電解槽ユニット10を含む。
【0027】セクション16,18はガス出口22,2
4と、逆止弁27,29を備える底部排出管26,28
とを有しており、管26,28はフィルタユニット32
に連通する共通管30に連結されている。フィルタユニ
ット32は、冷却器36に連結された底部排出管34を
有する。冷却器36は、供給口40を有する配量タンク
38に連通する。タンク38は、ポンプ44に連結され
た排出管42を有する。ポンプ44は槽ユニット10に
連通するように管45により連結されている。
4と、逆止弁27,29を備える底部排出管26,28
とを有しており、管26,28はフィルタユニット32
に連通する共通管30に連結されている。フィルタユニ
ット32は、冷却器36に連結された底部排出管34を
有する。冷却器36は、供給口40を有する配量タンク
38に連通する。タンク38は、ポンプ44に連結され
た排出管42を有する。ポンプ44は槽ユニット10に
連通するように管45により連結されている。
【0028】次に図2について説明すると、図示の槽ユ
ニット10はフッ素プラスチック材料(例えばPTF
E)又はプラスチックポリマー被覆鋼から製造され得る
容器46から構成され、該容器は底板47、側面48及
びルーフ49を有する。容器46内には8個の電解槽5
0の列が平行に配置されており、各槽50は比較的狭い
スペース55を限定するように相互に対向するように平
行に配置された各々プレート形態の炭素アノード52及
び鋼カソード54を有しており、隣接槽50は共通のア
ノード52又はカソード54を共有する。各アノード5
2及びカソード54の低部は、夫々のアノード52又は
54と同一の横断面寸法のフッ素プラスチック(例えば
PTFE)部分56,58に夫々結合されている。フッ
素プラスチック部分56,58の底部には、鋼濾板60
の形態の有孔部材が底板47に平行に伸延している。容
器46の各側面48の位置66で濾板60にカソード電
気接続部64が形成され、電気接続部68はフッ素プラ
スチック部分58を通って各カソード54と濾板60と
の間に伸延している。各アノード52にはアノード電気
接続部70が形成されている。濾板60の下の容器46
の一方の側面48には図1の管45(図示せず)からの
電解液の入口ポート72が配置されている。容器46の
ルーフ49は、隣接するアノード52及びカソード54
の間を上昇する電解液を、図1の出口管12,14に夫
々連結された夫々の管76,78(破線で示す)に各々
向けられる2つの流れに分割するように各アノード52
及びカソード54の間の中間から伸延するV字形分流器
74を形成するように構成されている。
ニット10はフッ素プラスチック材料(例えばPTF
E)又はプラスチックポリマー被覆鋼から製造され得る
容器46から構成され、該容器は底板47、側面48及
びルーフ49を有する。容器46内には8個の電解槽5
0の列が平行に配置されており、各槽50は比較的狭い
スペース55を限定するように相互に対向するように平
行に配置された各々プレート形態の炭素アノード52及
び鋼カソード54を有しており、隣接槽50は共通のア
ノード52又はカソード54を共有する。各アノード5
2及びカソード54の低部は、夫々のアノード52又は
54と同一の横断面寸法のフッ素プラスチック(例えば
PTFE)部分56,58に夫々結合されている。フッ
素プラスチック部分56,58の底部には、鋼濾板60
の形態の有孔部材が底板47に平行に伸延している。容
器46の各側面48の位置66で濾板60にカソード電
気接続部64が形成され、電気接続部68はフッ素プラ
スチック部分58を通って各カソード54と濾板60と
の間に伸延している。各アノード52にはアノード電気
接続部70が形成されている。濾板60の下の容器46
の一方の側面48には図1の管45(図示せず)からの
電解液の入口ポート72が配置されている。容器46の
ルーフ49は、隣接するアノード52及びカソード54
の間を上昇する電解液を、図1の出口管12,14に夫
々連結された夫々の管76,78(破線で示す)に各々
向けられる2つの流れに分割するように各アノード52
及びカソード54の間の中間から伸延するV字形分流器
74を形成するように構成されている。
【0029】約100℃でKF.2HF電解液を用いて
運転すると、ポンプ44は図1のシステムに電解液を循
環させる。電解液はポート72を通って図2の容器46
に流入し、濾板60を通ってスペース55に入る。電解
液の流れは非乱流となるように制御され、レイノルズ数
は2000未満が好適であり、濾板60及びフッ素プラ
スチック部分56,58は電解液のこの非乱流を誘導す
るのを助長する。各槽50内では既知の化学反応2HF
→F2+H2が行われる。
運転すると、ポンプ44は図1のシステムに電解液を循
環させる。電解液はポート72を通って図2の容器46
に流入し、濾板60を通ってスペース55に入る。電解
液の流れは非乱流となるように制御され、レイノルズ数
は2000未満が好適であり、濾板60及びフッ素プラ
スチック部分56,58は電解液のこの非乱流を誘導す
るのを助長する。各槽50内では既知の化学反応2HF
→F2+H2が行われる。
【0030】遊離したフッ素は、アノード52を通って
管76に流入する電解液の部分に泡82(図3参照)と
して同伴され、遊離した水素はカソード54を通って管
78に流入する電解液の部分に泡84として同伴され
る。フッ素は既知方法によりセクション16で遊離さ
れ、水素は既知方法によりセクション18で遊離され
る。セクション16,18からの電解液残渣は、システ
ムを浸食する危険のある研磨固体(例えば炭素粒子)を
除去するためにフィルタユニット32に送られる。フィ
ルタユニット32からの電解液濾液は電解液の温度を約
100℃に維持するように冷却器36に移送される。配
量タンク38において電解液は電解液中のHF濃度を約
45v/oに維持するように(例えば貯蔵容器から)H
Fを補充され、その後、電解液はポンプ44により槽ユ
ニット10に送られる。
管76に流入する電解液の部分に泡82(図3参照)と
して同伴され、遊離した水素はカソード54を通って管
78に流入する電解液の部分に泡84として同伴され
る。フッ素は既知方法によりセクション16で遊離さ
れ、水素は既知方法によりセクション18で遊離され
る。セクション16,18からの電解液残渣は、システ
ムを浸食する危険のある研磨固体(例えば炭素粒子)を
除去するためにフィルタユニット32に送られる。フィ
ルタユニット32からの電解液濾液は電解液の温度を約
100℃に維持するように冷却器36に移送される。配
量タンク38において電解液は電解液中のHF濃度を約
45v/oに維持するように(例えば貯蔵容器から)H
Fを補充され、その後、電解液はポンプ44により槽ユ
ニット10に送られる。
【0031】電解液に同伴されるフッ素及び水素濃度は
各々約10v/oであり得、セクション16,18で遊
離すると、ある程度(恐らく15〜20v/o)のHF
を含有し得る。このHFは既知極低温技術により相当程
度(例えば2v/o未満まで)除去され得る。
各々約10v/oであり得、セクション16,18で遊
離すると、ある程度(恐らく15〜20v/o)のHF
を含有し得る。このHFは既知極低温技術により相当程
度(例えば2v/o未満まで)除去され得る。
【0032】アノード52及びカソード54は約20m
m以下、例えば15mmの最適間隔を有する。例えば部
分56,58の間に非乱流条件を制約するために、槽ユ
ニット10に付加的な整流器(例えば隣接する平行なプ
レート)を配置してもよい。必要な非乱流は、スペース
55内に約0.8m/秒までの電解液流量を可能にし得
るが、0.2m/秒が最適流量である。電解液の非乱流
は電解液がアノード52及びカソード54に到達する前
に部分56,58の間で開始することが望ましい。電解
液の流れの方向は、フッ素及び水素をスペース55から
除去するのを助長するように設計されている。
m以下、例えば15mmの最適間隔を有する。例えば部
分56,58の間に非乱流条件を制約するために、槽ユ
ニット10に付加的な整流器(例えば隣接する平行なプ
レート)を配置してもよい。必要な非乱流は、スペース
55内に約0.8m/秒までの電解液流量を可能にし得
るが、0.2m/秒が最適流量である。電解液の非乱流
は電解液がアノード52及びカソード54に到達する前
に部分56,58の間で開始することが望ましい。電解
液の流れの方向は、フッ素及び水素をスペース55から
除去するのを助長するように設計されている。
【0033】電解液の非乱流の結果、所望の生成物再結
合レベルで乱流パターンがより広いギャップを必要とす
る現状の設計よりも狭いギャップをアノードとカソード
との間に使用することができる。非乱流は好ましくはレ
イノルズ数2000以下、例えば500の層流であり得
る。槽ユニット10はフッ素及び水素により占有される
容積を減少させるように選択された圧力で運転され得、
例えば数インチ水柱圧又は中間圧力でなく約15psi
g以上(例えば400psi)の圧力が使用される。
合レベルで乱流パターンがより広いギャップを必要とす
る現状の設計よりも狭いギャップをアノードとカソード
との間に使用することができる。非乱流は好ましくはレ
イノルズ数2000以下、例えば500の層流であり得
る。槽ユニット10はフッ素及び水素により占有される
容積を減少させるように選択された圧力で運転され得、
例えば数インチ水柱圧又は中間圧力でなく約15psi
g以上(例えば400psi)の圧力が使用される。
【0034】本発明の1つの利点は、槽ユニット10中
で隣接槽50間にシールが不要であるという点にある。
アノード52及びカソード54は、対向するアノード5
2及びカソード54の間のギャップの制御を維持するよ
うに容器46のスロットに配置され得る。
で隣接槽50間にシールが不要であるという点にある。
アノード52及びカソード54は、対向するアノード5
2及びカソード54の間のギャップの制御を維持するよ
うに容器46のスロットに配置され得る。
【0035】必要に応じて電解液を不均等な流れに分割
するように分流器74を配置してもよく、カソードに隣
接する流れを大きい流れにするほうが好ましい。
するように分流器74を配置してもよく、カソードに隣
接する流れを大きい流れにするほうが好ましい。
【0036】制御された温度で電解液の流れを使用する
と、従来のフッ素タンク槽に通常見いだされるアノード
の「熱スポット」及びカソードの「冷スポット」の傾向
を減らすことができる。
と、従来のフッ素タンク槽に通常見いだされるアノード
の「熱スポット」及びカソードの「冷スポット」の傾向
を減らすことができる。
【0037】以上、カソード材料として鋼を使用する場
合について本発明を説明したが、ニッケル又はモネルの
ような他の適切な材料を使用してもよい。
合について本発明を説明したが、ニッケル又はモネルの
ような他の適切な材料を使用してもよい。
【0038】次に、本発明の電解槽を組み込んだ好適シ
ステムを図4について説明する。図4中、システム86
は電解液入口管89及び出口管90,91を有する電解
槽88から構成される。出口管90は槽88のアノード
領域から延びており、遊離容器92の低部に連結されて
いる。出口管91は槽88のカソード領域から延びてお
り、遊離容器94の低部に連結されている。戻り管96
は容器92を入口管89に連結し、戻り管98は容器9
4を入口管89に連結している。槽88は平坦なアノー
ド及び平坦なカソード104の間にスペース100を有
するという点をはじめとして、図2の個々の槽50と多
くの点で類似する。スペース100の底部には整流器1
06が配置され、スペース100内で電解液を非乱流に
流入させる。図5に示すような整流器106は、電解液
を流すように等間隔で配置された多数のチャネル(例え
ば約3mm平方)を限定する。スペース100の頂部に
はナイフエッジ状分流器108が配置され、スペース1
00に流入する電解液を夫々出口管90,91に向け
る。夫々の出口管90,91には分岐管110,111
が連通している。各容器92,94の底部の近傍には炭
素フィルタ112,114が夫々配置されており、各容
器92,94の頂部にはガス出口116,118が夫々
配置されている。
ステムを図4について説明する。図4中、システム86
は電解液入口管89及び出口管90,91を有する電解
槽88から構成される。出口管90は槽88のアノード
領域から延びており、遊離容器92の低部に連結されて
いる。出口管91は槽88のカソード領域から延びてお
り、遊離容器94の低部に連結されている。戻り管96
は容器92を入口管89に連結し、戻り管98は容器9
4を入口管89に連結している。槽88は平坦なアノー
ド及び平坦なカソード104の間にスペース100を有
するという点をはじめとして、図2の個々の槽50と多
くの点で類似する。スペース100の底部には整流器1
06が配置され、スペース100内で電解液を非乱流に
流入させる。図5に示すような整流器106は、電解液
を流すように等間隔で配置された多数のチャネル(例え
ば約3mm平方)を限定する。スペース100の頂部に
はナイフエッジ状分流器108が配置され、スペース1
00に流入する電解液を夫々出口管90,91に向け
る。夫々の出口管90,91には分岐管110,111
が連通している。各容器92,94の底部の近傍には炭
素フィルタ112,114が夫々配置されており、各容
器92,94の頂部にはガス出口116,118が夫々
配置されている。
【0039】5.5〜6.0Vの動作電位でKF.2H
Fを使用して運転すると、槽88は図2の槽50と同様
に動作する。電解液は入口管89から整流器106のチ
ャネル107を通ってスペース100に流入し、その
後、分流器108により分割されて出口管90,91及
び夫々の容器92,94に流入する。電解液は各容器9
2,94の高さの約3分の1を占有し、フッ素は容器9
2で発生して出口116から排出され、水素は容器94
で発生して出口118から排出される。炭素フィルタ1
12,114を通過して電解液残渣及び他の固体を除去
した後、電解液は夫々の戻り管96,98に流入して入
口管89に合流する。窒素及びHFの添加は必要に応じ
て分岐管110,111を介して行われ得る。スペース
100内でフッ素及び水素の泡が発生すると、スペース
100内の電解液に「エアリフトポンプ」効果を与え、
システム86はポンプにより電解液を常に循環させる必
要なしに運転する。
Fを使用して運転すると、槽88は図2の槽50と同様
に動作する。電解液は入口管89から整流器106のチ
ャネル107を通ってスペース100に流入し、その
後、分流器108により分割されて出口管90,91及
び夫々の容器92,94に流入する。電解液は各容器9
2,94の高さの約3分の1を占有し、フッ素は容器9
2で発生して出口116から排出され、水素は容器94
で発生して出口118から排出される。炭素フィルタ1
12,114を通過して電解液残渣及び他の固体を除去
した後、電解液は夫々の戻り管96,98に流入して入
口管89に合流する。窒素及びHFの添加は必要に応じ
て分岐管110,111を介して行われ得る。スペース
100内でフッ素及び水素の泡が発生すると、スペース
100内の電解液に「エアリフトポンプ」効果を与え、
システム86はポンプにより電解液を常に循環させる必
要なしに運転する。
【0040】スペース55又は100内のフッ素及び水
素の分離を強化するために、スペース55又は100の
一部又は全長にわたって夫々のアノード及びカソード間
に多孔質ガスセパレータ120(図6にはわかり易くす
るために拡大して示す)を配置してもよい。適切なセパ
レータの1例は、約100μmの気孔寸法を有する多孔
質PVDF(ポリフッ化ビニリデン)である。
素の分離を強化するために、スペース55又は100の
一部又は全長にわたって夫々のアノード及びカソード間
に多孔質ガスセパレータ120(図6にはわかり易くす
るために拡大して示す)を配置してもよい。適切なセパ
レータの1例は、約100μmの気孔寸法を有する多孔
質PVDF(ポリフッ化ビニリデン)である。
【0041】本発明の電解槽の好適態様は適切なプレー
ト及びフレーム設計に組み込むことができる。
ト及びフレーム設計に組み込むことができる。
【0042】適切な遊離容器92の1例を図7に示す。
容器92は長手方向に円筒形であり、発泡スペース12
7及び底部ギャップ128を画定する堰プレート126
を有しており、電解液はこのギャップを通ってスタブハ
ウジング130に保持された炭素フィルタ114に電解
液が移送され得る。電解液から発泡するフッ素は出口1
16に向かって流れる。容器92の寸法及び堰プレート
126の位置は、発泡127の位置で電解液の粒子が出
口116に向かって移送される危険を最小限にするよう
に、電解液が容器92の高さの約3分の1を占めるよう
に選択される。容器94は類似形であり得る。
容器92は長手方向に円筒形であり、発泡スペース12
7及び底部ギャップ128を画定する堰プレート126
を有しており、電解液はこのギャップを通ってスタブハ
ウジング130に保持された炭素フィルタ114に電解
液が移送され得る。電解液から発泡するフッ素は出口1
16に向かって流れる。容器92の寸法及び堰プレート
126の位置は、発泡127の位置で電解液の粒子が出
口116に向かって移送される危険を最小限にするよう
に、電解液が容器92の高さの約3分の1を占めるよう
に選択される。容器94は類似形であり得る。
【0043】現状の槽設計における電解液「霧化」の効
果により生じる閉塞は、本発明によると遠隔容器92,
94内で電解液からガスを遊離することにより解決され
得る。これらの容器92,94の設計は、アノード−カ
ソード連続対間で利用可能なスペースの制約がない。従
って、標準化学設計原理を使用してガス速度が電解液の
粒子を同伴しないように十分低くなるように、十分な大
きさに容器を設計することができる。
果により生じる閉塞は、本発明によると遠隔容器92,
94内で電解液からガスを遊離することにより解決され
得る。これらの容器92,94の設計は、アノード−カ
ソード連続対間で利用可能なスペースの制約がない。従
って、標準化学設計原理を使用してガス速度が電解液の
粒子を同伴しないように十分低くなるように、十分な大
きさに容器を設計することができる。
【0044】システム86の設計は、内在的に安全な最
大排ガス圧が遊離容器92,94の底部と分流器108
の低部点との間に静水圧により提供される圧力となるよ
うに選択され得る。これは、水素又はフッ素ガス管路の
突発故障の場合にフッ素及び水素の槽を離間しておく最
大作動圧力である。遊離容器92,94は槽88の上方
数メートルに配置され得るので、この圧力は現状の槽設
計の5〜10cmに比較して5000cm以上の水柱圧
に等しい。
大排ガス圧が遊離容器92,94の底部と分流器108
の低部点との間に静水圧により提供される圧力となるよ
うに選択され得る。これは、水素又はフッ素ガス管路の
突発故障の場合にフッ素及び水素の槽を離間しておく最
大作動圧力である。遊離容器92,94は槽88の上方
数メートルに配置され得るので、この圧力は現状の槽設
計の5〜10cmに比較して5000cm以上の水柱圧
に等しい。
【0045】以上、図1及び図4のシステムについて本
発明を説明したが、本発明を別のシステムにも組み込む
ことができることは理解されよう。本発明の方法を実施
するために他の形態の装置及び電解槽を使用することが
でき、本発明のシステムに適切な加熱手段及び冷却手段
を組み込むことができる。
発明を説明したが、本発明を別のシステムにも組み込む
ことができることは理解されよう。本発明の方法を実施
するために他の形態の装置及び電解槽を使用することが
でき、本発明のシステムに適切な加熱手段及び冷却手段
を組み込むことができる。
【図1】図1はフッ素製造システムの概略説明図であ
る。
る。
【図2】図2は図1のシステムにおける電解槽の断面図
である。
である。
【図3】図3は図2の槽の部分拡大断面図である。
【図4】図4はフッ素製造システムの変形例を示す。
【図5】図4の矢印Aの方向における部分拡大図であ
る。
る。
【図6】図4のシステムの変形部分の部分拡大図であ
る。
る。
【図7】図4のVII−VII線における拡大図であ
る。
る。
10 電解槽ユニット 12,14 出口管 16 フッ素遊離セクション 18 水素遊離セクション 22,24 ガス出口 26,28 排出管 27,29 逆止弁 36 冷却器 38 配量タンク 40 供給入口 50 電解槽 52 アノード 54 カソード 56,58 フッ素プラスチック部分 60 濾板
Claims (17)
- 【請求項1】 電解槽のアノードとカソードとの間で非
乱流にフッ素含有電解液を通し、アノードとカソードと
の間から流出する電解液を、フッ素を同伴しながらアノ
ードに隣接して流出する流れと、水素を同伴しながらカ
ソードに隣接して流出する流れとの2つの流れに分割
し、その後、夫々の前記流れからフッ素と水素とを分離
することを特徴とするフッ素の製造方法。 - 【請求項2】 比較的近接して並置されたアノード及び
カソードと、アノード及びカソード間で非乱流に通すよ
うに電解液を誘導するための手段と、アノード及びカソ
ード間から流出する電解液を、アノードに隣接して流出
する流れと、カソードに隣接して流出する流れとの2つ
の流れに分割するための手段とを備えることを特徴とす
る請求項1に記載のフッ素の製造方法で使用される電解
槽。 - 【請求項3】 アノード及びカソードが、相互に対向す
るように平行に配置された実質的に平坦な表面を有して
おり、該表面が20mm以下のギャップを規定すること
を特徴とする請求項2に記載の電解槽。 - 【請求項4】 誘導手段が、アノード及びカソード間の
スペースの入口に配置された有孔エレメント、じゃま
板、複数のチャネル(例えば管束)及び/又は平行なプ
レートから選択されることを特徴とする請求項2に記載
の電解槽。 - 【請求項5】 分割手段がアノード及びカソードの間の
実質的に中間に配置された分流器からなることを特徴と
する請求項2に記載の電解槽。 - 【請求項6】 分流器がアノード及びカソードの間で一
方に片寄って配置されていることを特徴とする請求項2
に記載の記載の電解槽。 - 【請求項7】 分流器が水素を含有する流れの体積を増
加するようにアノード寄りに配置されていることを特徴
とする請求項6に記載の電解槽。 - 【請求項8】 槽が使用中に夫々の流れからフッ素及び
水素を遊離するための別々の容器を含むシステムに組み
込まれていることを特徴とする請求項2から7のいずれ
か一項に記載の記載の電解槽。 - 【請求項9】 槽が、使用中に遊離容器からの無ガス電
解液の2つの再結合した流れを槽に再導入するための入
口を含んでいることを特徴とする請求項8に記載の電解
槽。 - 【請求項10】 アノード及びカソードの長さの一部又
は全部にわたってアノードとカソードとの間に透過性メ
ッシュガスセパレータが組み込まれていることを特徴と
する請求項2から9のいずれか一項に記載の電解槽。 - 【請求項11】 透過性メッシュガスセパレータが約1
00μmの気孔寸法を有する多孔質PVDF(ポリフッ
化ビニリデン)からなることを特徴とする請求項10に
記載の電解槽。 - 【請求項12】 非乱流が層流であり、流れが2000
未満のレイノルズ数であることを特徴とする請求項1に
記載の記載の方法。 - 【請求項13】 流れが400〜600のレイノルズ数
であることを特徴とする請求項12に記載の方法。 - 【請求項14】 流れ条件が、生成されたフッ素及び水
素をアノード及びカソードに夫々実質的に隣接して流動
させるように選択されることを特徴とする請求項12又
は13に記載の方法。 - 【請求項15】 非乱流が電極間で約0.8m/sまで
の電解液速度であることを特徴とする請求項12から1
4のいずれか一項に記載の方法。 - 【請求項16】 電解液の非乱流が、電解液がアノード
及びカソードに到達する前に開始されることを特徴とす
る請求項12から15のいずれか一項に記載の方法。 - 【請求項17】 槽がフッ素及び水素により占有される
容積を減少させるように選択された圧力で運転されるこ
とを特徴とする請求項1に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
GB929207424A GB9207424D0 (en) | 1992-04-04 | 1992-04-04 | A process and an electrolytic cell for the production of fluorine |
GB9207424.4 | 1992-04-04 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0673587A true JPH0673587A (ja) | 1994-03-15 |
Family
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Family Applications (1)
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