JPS621237Y2 - - Google Patents

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JPS621237Y2
JPS621237Y2 JP1979144958U JP14495879U JPS621237Y2 JP S621237 Y2 JPS621237 Y2 JP S621237Y2 JP 1979144958 U JP1979144958 U JP 1979144958U JP 14495879 U JP14495879 U JP 14495879U JP S621237 Y2 JPS621237 Y2 JP S621237Y2
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hydrochloric acid
unit
anode
chamber
electrolysis
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Description

【考案の詳細な説明】 本考案は塩素を生成するための塩酸電解用電解
装置に関するものであり、低電解電圧、高電流効
率で、かつ原料である塩酸の利用率を高く維持し
て、塩酸を電解することのできる電解装置を提供
するものである。
[Detailed description of the invention] The present invention relates to an electrolysis device for hydrochloric acid electrolysis for producing chlorine. The purpose of the present invention is to provide an electrolysis device that can electrolyze.

塩素を使用する現場に塩酸の電解装置を設置
し、生成した塩素をその場で使用する場合、塩酸
の電解電圧をできるだけ低く維持し、高い電流効
率でかつ原料である塩酸の有効利用を図り、経済
的に塩素を製造することが望まれる。
When installing a hydrochloric acid electrolyzer at a site where chlorine is used and using the generated chlorine on the spot, the electrolytic voltage of hydrochloric acid should be kept as low as possible to ensure high current efficiency and effective use of the raw material, hydrochloric acid. It would be desirable to produce chlorine economically.

一般に電解終了後の希薄な塩酸はアルカリによ
つて中和処理して投棄されるので、経済的な観点
から電解終了後の塩酸はできるだけ低濃度でかつ
量的に少ないことが必要となる。しかし、従来塩
酸電解に用いられていた無隔膜式又は隔膜式の電
解槽において塩酸の濃度が極く低いところまで電
解を行うと、電解電圧が高くなり、また酸素の発
生により電流効率が低下してしまうので、塩酸の
濃度はある程度以上に維持しなければならない。
従つて、従来の塩酸電解槽では経済的に塩素を生
成することは難しかつた。
Generally, dilute hydrochloric acid after electrolysis is neutralized with an alkali and discarded, so from an economical point of view, it is necessary that the hydrochloric acid after electrolysis be as low in concentration as possible and as small in quantity as possible. However, when electrolysis is carried out to a point where the concentration of hydrochloric acid is extremely low in the non-diaphragm type or diaphragm type electrolyzers conventionally used for hydrochloric acid electrolysis, the electrolysis voltage becomes high and the current efficiency decreases due to the generation of oxygen. Therefore, the concentration of hydrochloric acid must be maintained above a certain level.
Therefore, it has been difficult to economically produce chlorine using conventional hydrochloric acid electrolyzers.

また、電解後の低濃度の塩酸に塩化水素ガスを
吹き込み、濃度を高めた塩酸を電解槽に循環する
方法も提案されているが、この場合は原料として
塩化水素ガスを使用するため、高圧塩化水素ガス
を運搬、貯蔵しなければならず、安全性に問題が
あつた。
Another method has been proposed in which hydrogen chloride gas is injected into low-concentration hydrochloric acid after electrolysis, and the concentrated hydrochloric acid is circulated to the electrolytic cell. Hydrogen gas had to be transported and stored, which raised safety issues.

本考案は以上のような問題点を解決し、低電解
電圧、高電流効率を維持したままで低濃度まで塩
酸を電解して塩素を取得でき、かつ原料となる塩
酸を有効に利用することのできる塩酸電解用電解
装置を提供すべくなされたものである。
The present invention solves the above-mentioned problems, makes it possible to obtain chlorine by electrolyzing hydrochloric acid to a low concentration while maintaining low electrolysis voltage and high current efficiency, and makes it possible to effectively utilize the raw material hydrochloric acid. This invention was made in order to provide an electrolytic device for hydrochloric acid electrolysis that can be used in hydrochloric acid electrolysis.

本考案は、陽極作用面を有する箱型の陽極構造
体と、該陽極作用面の外側表面に装着した陽イオ
ン交換膜、及び該陽イオン交換膜の外側に取り付
けた陰極板より成る電解エレメントを、仕切板に
より複数の単位槽に区分された電解装置本体内の
各単位槽に各々設けることにより、前記箱型の陽
極構造体各々の内部に単位陽極室を形成せしめ、
前記電解エレメントの外側と前記仕切板との間に
各々、陰極室を形成せしめた電解装置において、
前記単位陽極室の1つに原料となる塩酸水溶液を
供給するための供給口、該1つの単位陽極室から
排出される電解後の塩酸水溶液を別の1つの単位
陽極室に供給するための配管、以下同様に各単位
陽極室から排出される電解後の塩酸水溶液を順次
別の新たな単位陽極室に供給するための配管、及
び最後の単位陽極室から排出される電解後の低濃
度の塩酸水溶液を前記陰極室内に供給するための
配管を有することを特徴とする塩酸電解用電解装
置に関するものである。
The present invention comprises an electrolytic element consisting of a box-shaped anode structure having an anode active surface, a cation exchange membrane attached to the outer surface of the anode active surface, and a cathode plate attached to the outside of the cation exchange membrane. , a unit anode chamber is formed inside each of the box-shaped anode structures by providing each unit tank in the electrolytic device main body divided into a plurality of unit tanks by a partition plate,
In an electrolytic device in which a cathode chamber is formed between the outside of the electrolytic element and the partition plate,
A supply port for supplying an aqueous hydrochloric acid solution as a raw material to one of the unit anode chambers, and piping for supplying an aqueous hydrochloric acid solution after electrolysis discharged from the one unit anode chamber to another unit anode chamber. , Piping for sequentially supplying the electrolyzed aqueous hydrochloric acid solution discharged from each unit anode chamber to another new unit anode chamber, and the low-concentration hydrochloric acid after electrolysis discharged from the last unit anode chamber. The present invention relates to an electrolysis device for hydrochloric acid electrolysis, characterized in that it has piping for supplying an aqueous solution into the cathode chamber.

以下、図面に従つて本考案を説明する。 The present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図は本考案に係る塩酸電解用電解装置の一
部切欠斜視図であり、第2図は第1図のa−a線
部分断面図である。
FIG. 1 is a partially cutaway perspective view of an electrolysis device for hydrochloric acid electrolysis according to the present invention, and FIG. 2 is a partial sectional view taken along the line a-a in FIG. 1.

第1図及び第2図において、1は電解槽であ
り、2は電解槽の蓋板である。電解槽1の内部は
仕切板3によつて5つの単位槽に区分されてお
り、各単位槽内には各々電解エレメント4が設置
されている。各陽極室ユニツト4は、陽極作用面
5を有する箱型の陽極構造体6と、陽極構造体6
の外側表面に装着した陽イオン交換膜7及び陽イ
オン交換膜7の外側に取り付けた陰極板8より構
成されている。陽極作用面5はフレーム9に固定
され、陰極板8はフレーム10に固定されてい
る。陽極作用面5及び陰極板8は網板状又は多孔
板状である。陽イオン交換膜7は陽極のフレーム
9と陰極のフレーム10とによつて挟持される。
陽イオン交換膜7によつて仕切られて各陽極構造
体の内部に陽極室11が形成され、電解エレメン
トの外側には陰極室12が形成される。
In FIGS. 1 and 2, 1 is an electrolytic cell, and 2 is a lid plate of the electrolytic cell. The inside of the electrolytic cell 1 is divided into five unit cells by a partition plate 3, and an electrolytic element 4 is installed in each unit cell. Each anode chamber unit 4 includes a box-shaped anode structure 6 having an anode working surface 5, and an anode structure 6.
It consists of a cation exchange membrane 7 attached to the outer surface of the cation exchange membrane 7 and a cathode plate 8 attached to the outside of the cation exchange membrane 7. The anode working surface 5 is fixed to a frame 9 and the cathode plate 8 is fixed to a frame 10. The anode working surface 5 and the cathode plate 8 are in the shape of a mesh plate or a perforated plate. The cation exchange membrane 7 is sandwiched between an anode frame 9 and a cathode frame 10.
An anode chamber 11 is formed inside each anode structure partitioned by a cation exchange membrane 7, and a cathode chamber 12 is formed outside the electrolytic element.

単位陽極室の1つに原料となる塩酸水溶液が供
給される供給口13が設けられている。またこの
単位陽極室から排出される電解後の塩酸水溶液を
別の1つの単位陽極室に供給するための配管1
4、及び同様に各単位陽極室から排出される電解
後の塩酸水溶液を順次、別の新たな単位陽極室に
供給するための配管15,16,17が設けられ
ている。5番目のすなわち最後の単位槽内の単位
陽極室から排出される電解後の低濃度の塩酸水溶
液を同単位槽内の陰極室内に供給するための配管
18が、5番目の単位槽の単位陽極室と陰極室と
の間に設けられている。該5番目の単位槽の陰極
室から順次ひとつ前の単位槽の陰極室に陰極液と
しての低濃度の塩酸水溶液を供給するための配管
が設けられている。第5番目の単位槽の陰極室か
ら第4番目の単位槽の陰極室への配管19及び第
3番目の単位槽の陰極室から第2番目の単位槽の
陰極室への配管20が本体の一側面に設けられて
おり、第4番目の単位槽の陰極室から第3番目の
単位槽の陰極室への配管及び第2番目の単位槽の
陰極室から第1番目の単位槽の陰極室への配管は
反対側の側面に設けられている。また、陽極室に
は、各陽極室で発生する塩素ガスの出口21が設
けられており、陰極室には各陰極室で発生する水
素ガスの出口22と陰極液の抜き出し配管23が
設けられている。
One of the unit anode chambers is provided with a supply port 13 through which an aqueous hydrochloric acid solution serving as a raw material is supplied. Also, piping 1 for supplying the hydrochloric acid aqueous solution after electrolysis discharged from this unit anode chamber to another unit anode chamber.
4, and similarly, piping 15, 16, 17 for sequentially supplying the electrolyzed aqueous hydrochloric acid solution discharged from each unit anode chamber to another new unit anode chamber are provided. The pipe 18 for supplying the low concentration hydrochloric acid aqueous solution discharged from the unit anode chamber in the fifth or last unit tank into the cathode chamber in the same unit tank is connected to the unit anode in the fifth unit tank. It is provided between the chamber and the cathode chamber. Piping is provided for supplying a low concentration aqueous hydrochloric acid solution as a catholyte from the cathode chamber of the fifth unit tank to the cathode chamber of the previous unit tank in sequence. Piping 19 from the cathode chamber of the fifth unit tank to the cathode chamber of the fourth unit tank and piping 20 from the cathode chamber of the third unit tank to the cathode chamber of the second unit tank are connected to the main body. Provided on one side, piping is provided from the cathode chamber of the fourth unit tank to the cathode chamber of the third unit tank, and from the cathode chamber of the second unit tank to the cathode chamber of the first unit tank. Piping is provided on the opposite side. Further, the anode chamber is provided with an outlet 21 for chlorine gas generated in each anode chamber, and the cathode chamber is provided with an outlet 22 for hydrogen gas generated in each cathode chamber and a catholyte extraction pipe 23. There is.

本考案に係る電解槽において使用される陽極の
材質としては、チタン又はチタン合金の表面に白
金族金属の酸化物等を被覆したものや、グラフア
イト等が使用可能であり、陰極の材質としては、
チタン、チタン−パラジウム合金等のチタン合
金、ニオブ、タンタル、ジルコニウム、耐塩酸ニ
ツケル合金又はグラフアイト等が使用可能であ
る。また、使用される陽イオン交換膜は、スルフ
オン酸基系のもの、カルボン酸基系のものいずれ
でも良いが、材質は塩素に対して耐食性のあるも
の、例えばフツ素樹脂系のものが望ましい。本考
案に係る電解装置の本体はチタン又はチタン合金
等でも使用可能であるが、塩酸に対する耐食性の
ある合成樹脂、例えば塩化ビニル等が望ましい。
As the material of the anode used in the electrolytic cell according to the present invention, titanium or titanium alloy whose surface is coated with platinum group metal oxide, graphite, etc. can be used, and as the material of the cathode, ,
Titanium, titanium alloys such as titanium-palladium alloys, niobium, tantalum, zirconium, hydrochloric acid-resistant nickel alloys, graphite, etc. can be used. Further, the cation exchange membrane used may be either sulfonic acid group-based or carboxylic acid group-based, but the material is preferably one that is resistant to corrosion by chlorine, such as a fluororesin-based one. Although titanium or a titanium alloy can be used for the main body of the electrolytic device according to the present invention, it is preferable to use a synthetic resin that has corrosion resistance against hydrochloric acid, such as vinyl chloride.

第1図に示すような本考案に係る塩酸電解用電
解装置において塩酸を電解する場合、原料となる
塩酸水溶液は、供給口13よりはじめの単位陽極
室に供給され、この単位陽極室から排出される電
解後の塩酸水溶液は配管14により隣りの単位陽
極室内部に供給される。同様にして各単位陽極室
から排出される電解後の塩酸水溶液は順次、配管
15,16,17により、各々次の単位陽極室内
部に供給される。各単位陽極室内では塩素イオン
が酸化されて塩素ガスが発生し、発生した塩素ガ
スは陽極室のガス出口21から取り出される。最
後の単位陽極室から排出される低濃度となつた塩
酸水溶液は配管18によつて陰極室に供給され
る。
When hydrochloric acid is electrolyzed in the electrolytic device for hydrochloric acid electrolysis according to the present invention as shown in FIG. The aqueous hydrochloric acid solution after electrolysis is supplied to the interior of the adjacent unit anode chamber through a pipe 14. Similarly, the electrolyzed aqueous hydrochloric acid solution discharged from each unit anode chamber is sequentially supplied to the inside of the next unit anode chamber through pipes 15, 16, and 17, respectively. In each unit anode chamber, chlorine ions are oxidized to generate chlorine gas, and the generated chlorine gas is taken out from the gas outlet 21 of the anode chamber. The low concentration hydrochloric acid aqueous solution discharged from the last unit anode chamber is supplied to the cathode chamber through a pipe 18.

本考案によれば、各単位陽極室と陰極室とが陽
イオン交換膜によつて区画されているため、陽イ
オン交換膜を通して水素イオンが陽極室から陰極
室に移行し、その際水分子を同伴するのでその分
だけ陽極室の水の量が減少し陽極室における塩酸
濃度の低下が防止される。
According to the present invention, since each unit anode chamber and cathode chamber are separated by a cation exchange membrane, hydrogen ions move from the anode chamber to the cathode chamber through the cation exchange membrane, and at that time, water molecules are Since the water is entrained, the amount of water in the anode chamber is reduced by that amount, and a drop in the concentration of hydrochloric acid in the anode chamber is prevented.

一般に塩酸水溶液の濃度の低下は電流効率の低
下及び電解電圧の上昇を招くが、本発明によれば
陽極液中の水の減少に伴う濃度の上昇により、電
流効率を高く維持し電解電圧を低く維持したまま
で、原料である塩酸を有効に利用することができ
る。
Generally, a decrease in the concentration of an aqueous hydrochloric acid solution causes a decrease in current efficiency and an increase in electrolysis voltage, but according to the present invention, the concentration increases as water in the anolyte decreases, thereby maintaining a high current efficiency and lowering the electrolysis voltage. Hydrochloric acid, which is a raw material, can be used effectively while maintaining the same condition.

また、本考案の電解装置で塩酸を電解する場
合、最後の陽極室から排出される低濃度の塩酸水
溶液は電解装置内の陰極室に供給されるので、廃
棄前の低濃度の塩酸水溶液を導電性の陰極液とし
て有効に利用することができる。また、陽極室か
ら排出される塩酸水溶液は陽極で発生する塩素を
一部溶解してClO-イオンを含んでいるため陽極
室からの排出液を廃棄するにはアルカリとの中和
前に、ClO-イオンを還元してCl-イオンにするの
に亜硫酸ソーダ等の還元剤を多量に必要とするの
に対して、本考案の電解装置によるときは、陽極
室からの排出液を陰極室に供給するので、陰極還
元反応によつてClO-イオンがCl-イオンに還元さ
れて少なくなるため高価な還元剤の必要量が減少
し処理費が低減される。
In addition, when hydrochloric acid is electrolyzed using the electrolysis device of the present invention, the low-concentration hydrochloric acid aqueous solution discharged from the last anode chamber is supplied to the cathode chamber in the electrolyzer, so that the low-concentration hydrochloric acid aqueous solution is conductive before being disposed of. It can be effectively used as a catholyte. In addition, the hydrochloric acid aqueous solution discharged from the anode chamber dissolves some of the chlorine generated at the anode and contains ClO - ions, so in order to dispose of the discharged liquid from the anode chamber, it is necessary to use ClO - In order to reduce ions to Cl - ions, a large amount of reducing agent such as sodium sulfite is required, whereas when using the electrolyzer of this invention, the liquid discharged from the anode chamber is supplied to the cathode chamber. Therefore, ClO - ions are reduced to Cl - ions by the cathodic reduction reaction, reducing the amount of expensive reducing agent required and reducing processing costs.

更に、本考案に係る電解装置は、各単位槽内に
各々電解エレメントが設置された構造であるた
め、電極又は陽イオン交換膜に部分的損傷が生じ
た場合、該当の電解エレメントを取り出して補修
すれば良く電解装置を解体する必要がなく取り扱
いが便利である。
Furthermore, since the electrolytic device according to the present invention has a structure in which an electrolytic element is installed in each unit tank, if the electrode or cation exchange membrane is partially damaged, the corresponding electrolytic element can be taken out and repaired. It is convenient to handle as there is no need to disassemble the electrolyzer.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本考案に係る塩酸電解用電解装置の一
部切欠斜視図であり、第2図は第1図のa−a線
部分断面図である。 1……電解槽、2……電解槽の蓋板、3……仕
切板、4……陽極室ユニツト、5……陽極作用
面、6……陽極構造体、7……陽イオン交換膜、
8……陰極板、9,10……フレーム、11……
陽極室、12……陰極室、13……供給口、1
4,15,16,17,18,19,20……配
管、21……塩素ガス出口、22……水素ガス出
口、23……陰極液抜き出し配管。
FIG. 1 is a partially cutaway perspective view of an electrolysis device for hydrochloric acid electrolysis according to the present invention, and FIG. 2 is a partial sectional view taken along the line a-a in FIG. 1. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Electrolytic cell, 2... Lid plate of electrolytic cell, 3... Partition plate, 4... Anode chamber unit, 5... Anode working surface, 6... Anode structure, 7... Cation exchange membrane,
8... Cathode plate, 9, 10... Frame, 11...
Anode chamber, 12... Cathode chamber, 13... Supply port, 1
4, 15, 16, 17, 18, 19, 20... Piping, 21... Chlorine gas outlet, 22... Hydrogen gas outlet, 23... Catholyte extraction piping.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 陽極作用面を有する箱型の陽極構造体と、該陽
極作用面の外側表面に装着した陽イオン交換膜、
及び該陽イオン交換膜の外側に取り付けた陰極板
より成る電解エレメントを、仕切板により複数の
単位槽に区分された電解槽の各単位槽に各々設け
ることにより、前記電解エレメントの外側と前記
仕切板との間に各々陰極室を形成せしめた電解装
置において、前記単位陽極室の1つに原料となる
塩酸水溶液を供給するための供給口、該1つの単
位陽極室から排出される電解後の塩酸水溶液を別
の1つの単位陽極室に供給するための配管、以下
同様に各単位陽極室から排出される電解後の塩酸
水溶液を順次別の新たな単位陽極室に供給するた
めの配管、及び最後の単位陽極室から排出される
電解後の低濃度の塩酸水溶液を前記陰極室内に供
給するための配管を有することを特徴とする塩酸
電解用電解装置。
a box-shaped anode structure having an anode working surface; a cation exchange membrane attached to the outer surface of the anode working surface;
By providing an electrolytic element consisting of a cathode plate attached to the outside of the cation exchange membrane in each unit cell of an electrolytic cell divided into a plurality of unit cells by a partition plate, the outside of the electrolytic element and the partition In an electrolytic device in which a cathode chamber is formed between each of the plates, a supply port for supplying an aqueous hydrochloric acid solution serving as a raw material to one of the unit anode chambers, and a supply port for supplying an aqueous solution of hydrochloric acid as a raw material to one of the unit anode chambers, and an electrolytic solution discharged from the one unit anode chamber. Piping for supplying an aqueous hydrochloric acid solution to another unit anode chamber, piping for sequentially supplying an aqueous hydrochloric acid solution discharged from each unit anode chamber after electrolysis to another new unit anode chamber, and An electrolytic device for hydrochloric acid electrolysis, comprising piping for supplying a low-concentration hydrochloric acid aqueous solution after electrolysis discharged from the last unit anode chamber into the cathode chamber.
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