JP2014015649A

JP2014015649A - 苛性ソーダの製造方法

Info

Publication number: JP2014015649A
Application number: JP2012152814A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Osaki; 恭大崎
Original assignee: Tosoh Corp
Current assignee: Tosoh Corp
Priority date: 2012-07-06
Filing date: 2012-07-06
Publication date: 2014-01-30

Abstract

【課題】塩素の副生がないため、苛性ソーダと塩素の需給に影響されることのない苛性ソーダの製造方法を提供する。
【解決手段】イオン交換膜法によりナトリウム塩水溶液を電気分解して苛性ソーダを製造する方法において、陽極に水素ガス拡散電極を用い、陰極室で苛性ソーダを生成し、陽極室で酸を生成させ、該酸をソーダ灰および／または重炭酸ソーダと反応させてナトリウム塩を生成し、それを電気分解に用いる。
【選択図】図２

Description

本発明は、イオン交換膜法によりナトリウム塩水溶液を電気分解して苛性ソーダを製造する方法に関し、塩素と水素を併産することなく、それらのガス成分、特に塩素の需要に影響されることなく苛性ソーダを選択的に製造する方法に関するものである。

従来、イオン交換膜法により食塩水を電気分解する苛性ソーダの製造法が工業的に広く実施されており、陽極、陰極、イオン交換膜の改良により、高い電流効率と低電圧化による省エネルギー化も進んでいる。

一方、従来の電解法では、苛性ソーダとともに塩素および水素を併産するため、特に塩素の需要変動によって苛性ソーダの生産が制約を受けるという課題があった。

塩素を発生しない苛性ソーダの製造法として、例えば、食塩水の代わりに芒硝水溶液を電気分解する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。芒硝水溶液を用いることにより、塩素は発生しないが、陽極室に硫酸が副生し、陽極室のｐＨが低下し、苛性ソーダを生成できなくなる、或いは電流効率が低くなるという課題を有していた。また、食塩に比べ芒硝は高コストであるとともに、溶解度が低いため高濃度の電気分解ができないという課題もあった。

特許３１９６３８２号公報

本発明は、イオン交換膜法によりナトウム塩水溶液を電気分解する際に塩素や塩素含有化合物を副生することなく、苛性ソーダのみを製造する方法を提供するものである。

本発明者等は、イオン交換膜法により食塩水を電気分解する苛性ソーダの製造方法について鋭意検討を重ねた結果、陽極に水素ガス拡散電極を用い、陰極室で苛性ソーダを生成し、陽極室で酸を生成させ、該酸をソーダ灰および／または重炭酸ソーダと反応させてナトリウム塩を再生し、それをさらに電気分解することにより、塩素の副生がなく苛性ソーダを製造できることを見出し、本発明を完成するに至った。

以下、本発明の苛性ソーダの製造方法について説明する。

本発明の電気分解は、イオン交換膜法により食塩水を電気分解する苛性ソーダの製造方法において、陽極に水素ガス拡散電極を使用する。

従来の電解法では、金属および／または金属酸化物などの電極が用いられるが、食塩水を原料に用いた場合には、塩素ガスおよび水素ガスが発生していた。それに対して、本発明の方法では水素ガス拡散電極を用いることにより、塩素ガスを発生させず、なおかつ消費エネルギーを低減することができる。

一方、陰極室では通常の電気分解と同様に、苛性ソーダを生成し、電極からは水素が発生する。発生した水素は水素ガス拡散電極に供給する水素（またはその一部）として用いることができる。

陽極室では酸が発生するが、該酸はソーダ灰および／または重炭酸ソーダと反応させてナトリウム塩を再生させる。再生したナトリウム塩は、さらに電気分解に供給してリサイクルする。

本発明の方法において、陽極室で発生した酸とソーダ灰および／または重炭酸ソーダとの反応では炭酸ガスが発生するが、本発明の方法で発生する炭酸ガスは極めて高純度かつ高濃度であるため、工業用原料としての価値が高いものである。

本発明の方法において、発生した酸とソーダ灰および／または重炭酸ソーダとの反応は別の反応室で行ってもよいが、ソーダ灰および／または重炭酸ソーダを陽極室に導入することにより、電気分解による酸発生と同時に反応を行って、よりコンパクトな反応装置設計が可能となる。

本発明の方法では、ソーダ灰および／または重炭酸ソーダを陽極室に導入することにより、電気分解による酸発生と同時に反応を行う場合には、電解槽内でのスケーリングや電気分解反応への不具合抑止や反応の進行および二酸化炭素の脱気を促進させるため、加温、撹拌することが好ましい。

本発明の方法では、陽極室は２≦ｐＨ≦６で電気分解することが好ましい。ｐＨが２より小さい領域では陽極室液相側の水素イオンが高濃度となり、カチオン交換膜を通して陰極室側に移動するため、苛性ソーダ生成の電流効率が低下する。また、ｐＨが６を超える領域では中和反応が遅くなり、ソーダ灰および／または重炭酸ソーダや、生成した二酸化炭素が溶液中に残存しやくなる。陽極室のｐＨは３〜４に調整することが特に好ましい。

陰極にはガス発生型電極に加え、酸素を導入するガス拡散型電極を用いることができる。またイオン交換膜にはカチオン交換膜が用いられる。電極の材質およびカチオン交換膜は特に限定されないが、従来の電解法による苛性ソーダ製造に用いられているものを用いることができる。

本発明の方法によれば、イオン交換膜電解法による苛性ソーダ製造において、塩素、水素を副生せず、それらのガス需給に影響されことなく苛性ソーダが製造できるとともに、電解法におけるエネルギー消費を低減することができる。

電解槽および外部中和プロセスの概要を示す。電解槽および槽内中和プロセスの概要を示す。

次に、本発明を具体的な実施例で説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

実施例１
陽極として白金を担持した多孔室電極、陰極としてニッケル電極を備え、カチオン交換膜（デユポン社製ナフィオン膜）によって陽極室と陰極室に分離された２室型の電解槽を用いた。陽極室液相側に３００ｇ／Ｌの食塩水を供給し、排出塩水のｐＨが３になるように流量を調整した。陽極室ガス相側には水素ガスを１Ｌ／分の速度で供給した。陰極室へは苛性濃度が３０ｗｔ％になるように純水を供給しながら、電解電流密度３ｋＡ／ｍ^２で電気分解を実施した。このときの電解電圧は２．４Ｖであり、苛性ソーダ生成の電流効率は９３％であった。

陽極室から排出された塩酸と食塩水の混合水溶液に、ソーダ灰を添加し、塩酸を中和するとともに、食塩水濃度を３００ｇ／Ｌに調整し、電気分解に再利用した。また、ソーダ灰を添加した時に発生した二酸化炭素は、高純度品として回収した。

実施例２
陽極室液相側に２５０ｇ／Ｌの芒硝水溶液を供給した以外は、実施例１と同様の条件で電気分解を実施した。このときの電解電圧は２．６Ｖであり、苛性ソーダ生成の電流効率は９０％であった。

陽極室から排出された硫酸と芒硝の混合水溶液に、ソーダ灰を添加して硫酸を中和するとともに、芒硝水濃度を２５０ｇ／Ｌに調整し、電気分解に再利用した。また、ソーダ灰を添加した時に発生した二酸化炭素は、高純度品として回収した。

実施例３
実施例１と同様の電解槽を用いて、陽極室液相側に２００ｇ／Ｌの食塩水を張り込んだ。陽極室内の食塩水のｐＨが６となるようにソーダ灰溶液を供給しながら、実施例１と同様の条件で電気分解を実施した。このときの電解電圧は２．７Ｖであり、苛性ソーダ生成の電流効率は９５％であった。

陽極室液側から発生した二酸化炭素は、高純度品として回収した。

比較例１
排出塩水のｐＨを１とした以外は、実施例１と同様の条件で実験を行った。このときの電解電圧は２．３Ｖであり、苛性ソーダ精製の電流効率は７５％であった。

本発明は、塩素を副生しない苛性ソーダの製造に使用することができる。

Claims

イオン交換膜法によりナトリウム塩水溶液を電気分解して苛性ソーダを製造する方法において、陽極に水素ガス拡散電極を用い、陰極室で苛性ソーダを生成し、陽極室で酸を生成させ、該酸をソーダ灰および／または重炭酸ソーダと反応させてナトリウム塩を生成し、それを電気分解に用いることを特徴とする苛性ソーダの製造方法。
ソーダ灰および／または重炭酸ソーダと陽極室内において生成する酸の反応を陽極室中で行うことを特徴とする請求項１に記載の苛性ソーダの製造方法。
陽極室の電解液を２≦ｐＨ≦６で電気分解することを特徴とする請求項１または２記載の苛性ソーダの製造方法。
ナトリウム塩が、塩化ナトリウムであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の苛性ソーダの製造方法。
ナトリウム塩が、硫酸ナトリウムまたは硝酸ナトリウムであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の苛性ソーダの製造方法。
陰極が、酸素ガス拡散電極であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の苛性ソーダの製造方法。