JP2014091838A - Reverse current prevention method for ion exchange membrane electrolytic cell - Google Patents
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Abstract
【課題】イオン交換膜電解槽の運転停止後に生じる逆電流を防止することができるイオン交換膜電解槽の逆電流防止方法を提供する。
【解決手段】陽極を収容する陽極室107と、陰極を収容する陰極室110と、陽極室107に陽極液を供給する陽極液供給用マニホールド121と、陰極室110に陰極液を供給する陰極液供給用マニホールド124と、を有するイオン交換膜電解槽100の逆電流防止方法である。イオン交換膜電解槽100の運転停止後に、陽極液タンク123から陽極液供給用マニホールド121に陽極液を供給する陽極液供給管127、および、陰極液タンク123から陰極液供給用マニホールド124に陰極液を供給する陰極液供給管128のうち少なくとも一方に、陽極液または陰極液よりも電気伝導率の低い低導電性物質を注入する。
【選択図】図1A reverse current prevention method for an ion exchange membrane electrolytic cell capable of preventing a reverse current generated after the operation of the ion exchange membrane electrolytic cell is stopped is provided.
An anode chamber containing an anode, a cathode chamber containing a cathode, an anolyte supply manifold for supplying an anolyte to the anode chamber, and a catholyte for supplying the catholyte to the cathode chamber. A reverse current prevention method for the ion exchange membrane electrolytic cell 100 having a supply manifold 124. After the operation of the ion exchange membrane electrolytic cell 100 is stopped, the anolyte supply pipe 127 that supplies the anolyte from the anolyte tank 123 to the anolyte supply manifold 121, and the catholyte from the catholyte tank 123 to the catholyte supply manifold 124. Is injected into at least one of the catholyte supply pipe 128 for supplying the anolyte or a low-conductivity substance having a lower electrical conductivity than the catholyte.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、イオン交換膜電解槽(以下、単に「電解槽」とも称する)の逆電流防止方法に関し、詳しくは、イオン交換膜電解槽の運転停止後に生じる逆電流を防止することができるイオン交換膜電解槽の逆電流防止方法に関する。 The present invention relates to a method for preventing reverse current of an ion exchange membrane electrolytic cell (hereinafter also simply referred to as “electrolytic cell”), and more specifically, ion exchange capable of preventing reverse current generated after the operation of the ion exchange membrane electrolytic cell is stopped. The present invention relates to a method for preventing reverse current of a membrane electrolytic cell.
今日、イオン交換膜電解槽として、片面に陽極を持つ陽極室と片面に陰極を持つ陰極室とを一体化したバイポーラエレメントを、イオン交換膜を挟んで配置する複極式のイオン交換膜電解槽が知られている。このタイプの電解槽は、イオン交換膜を挟んで数10個のバイポーラエレメントが直列に配置されて電解槽を構成し、この電解槽の複数個が電気的に接続されて運転されている。 Today, as an ion exchange membrane electrolytic cell, a bipolar ion exchange membrane electrolytic cell in which a bipolar element in which an anode chamber having an anode on one side and a cathode chamber having a cathode on one side is integrated is arranged with an ion exchange membrane interposed therebetween. It has been known. In this type of electrolytic cell, several tens of bipolar elements are arranged in series across an ion exchange membrane to constitute an electrolytic cell, and a plurality of electrolytic cells are electrically connected to operate.
電解槽の運転中において、陽・陰極液供給管や陽・陰極液排出管を通じて電解液が循環していると、各バイポーラエレメントの配管を通して漏洩電流が流れる。例えば、食塩水の電解において、電解槽の運転を停止すると、陽極室の陽極液中の活性物質である塩素(Cl2)と、陰極室の陰極液中の活性物質である水素(H2)によって、イオン交換膜を介してユニットセルでは起電力を生じ、停止中も運転中と同様に配管を経由して漏洩電流が流れる。そのために、電解槽の内部に正電解方向とは逆方向の電流(逆電流)が流れてしまう。これらの逆電流は、陰極の劣化等の電解槽の性能劣化につながるため、逆電流の低減を目的とし、種々の措置が取られている。 When the electrolytic solution is circulated through the positive / catholyte supply pipe and the positive / catholyte discharge pipe during the operation of the electrolytic cell, a leakage current flows through the piping of each bipolar element. For example, in the electrolysis of salt water, when the operation of the electrolytic cell is stopped, chlorine (Cl 2 ) that is an active substance in the anolyte in the anode chamber and hydrogen (H 2 ) that is an active substance in the catholyte in the cathode chamber As a result, an electromotive force is generated in the unit cell via the ion exchange membrane, and a leakage current flows through the piping even during the stop as in the case of operation. Therefore, a current (reverse current) in the direction opposite to the normal electrolysis direction flows inside the electrolytic cell. Since these reverse currents lead to electrolytic cell performance deterioration such as cathode deterioration, various measures have been taken for the purpose of reducing the reverse current.
逆電流を防止する一般的な手法として、例えば、特許文献1では、食塩水電解槽の運転停止後に陽極室に食塩水を注入し、陽極室内に存在する活性物質である塩素(Cl2)を除去する技術が提案されている。この操作によれば、電解液中の活性物質の濃度が低下するため、逆電流の起電力を低減させることができる。さらに、逆電流の起電力が高くなる原因として、電解液の温度も関係している。電解液の温度が低くなれば、具体的には電解液の温度が室温に近くなれば逆電流の起電力が低下するため、電解槽の温度は低いほうが好ましく、陽極室への食塩水の注入は、電解液の温度を低下させる役割も果たしている。また、特許文献2では、水電解セルの残留電圧除去方法として、陽極室および陰極室の双方に電解液である純水を供給し続けて、陽極室に残留する酸素(O2)、陰極室に残留する水素(H2)を電解セルから除去する技術が提案されている。 As a general technique for preventing a reverse current, for example, in Patent Document 1, a saline solution is injected into the anode chamber after the operation of the saline electrolyzer is stopped, and chlorine (Cl 2 ) which is an active substance existing in the anode chamber is used. Techniques for removal have been proposed. According to this operation, since the concentration of the active substance in the electrolytic solution is lowered, the electromotive force of the reverse current can be reduced. Furthermore, the temperature of the electrolytic solution is also related as a cause of increasing the electromotive force of the reverse current. If the temperature of the electrolytic solution is lowered, specifically, if the temperature of the electrolytic solution is close to room temperature, the electromotive force of the reverse current is reduced. Therefore, the temperature of the electrolytic cell is preferably low, and the saline solution is injected into the anode chamber. Also plays the role of lowering the temperature of the electrolyte. Further, in Patent Document 2, as a method for removing a residual voltage of a water electrolysis cell, oxygen (O 2 ) remaining in the anode chamber, the cathode chamber is continuously supplied with pure water as an electrolytic solution to both the anode chamber and the cathode chamber. A technique for removing hydrogen (H 2 ) remaining in the electrolytic cell from the electrolytic cell has been proposed.
電解槽の逆電流の低減を目的とした他の技術として、特許文献3には、電解槽の運転を停止した後に、陽極と陰極との間に直流電圧を印加して、陽極から陰極へ微小電流(防食電流)を流すことにより逆電流の発生を防止する技術が提案されている。また、逆電流の影響を受けにくい電極の開発も行われている。例えば、特許文献4には、ニッケル表面を有する導電性基材表面に、金属ニッケル、ニッケル酸化物、炭素原子を含む混在層を形成し、この混在層上に、白金族の金属または白金族の金属化合物を含有する電極触媒層を設けた水溶液電気分解用陰極が提案されている。さらに、特許文献5では、陰極液出口と陰極液回収管とを接続するホースの長さや折れ曲がり位置を好適化する逆電流の低減方法が提案されている。 As another technique for reducing the reverse current of the electrolytic cell, Patent Document 3 discloses that after the operation of the electrolytic cell is stopped, a direct current voltage is applied between the anode and the cathode so that a minute amount is generated from the anode to the cathode. There has been proposed a technique for preventing the generation of a reverse current by passing a current (anticorrosive current). In addition, the development of electrodes that are less susceptible to the influence of reverse current is also underway. For example, in Patent Document 4, a mixed layer containing metallic nickel, nickel oxide, and carbon atoms is formed on the surface of a conductive substrate having a nickel surface, and a platinum group metal or platinum group metal is formed on the mixed layer. An aqueous electrolysis cathode provided with an electrode catalyst layer containing a metal compound has been proposed. Furthermore, Patent Document 5 proposes a method for reducing the reverse current that optimizes the length and the bent position of the hose connecting the catholyte outlet and the catholyte recovery tube.
特許文献1や特許文献2で提案されている技術は、電解槽の停止時に生じる逆電流に対する対策として、一定の効果は得られるものの、必ずしも満足のいくものではなく、さらなる改良の余地が残されている。また、電解槽を構成するエレメントの数が多い場合、エレメントは逆電流の重畳により、完全短絡よりも大きい逆電流が流れる場合がある。この場合、陰極電位は酸素(O2)の発生領域に達するおそれがある。このような状況において、特許文献3に記載の技術を適用して、陽極から陰極へ防食電流を流すと、陰極室から水素(H2)がイオン交換膜を通って陽極室へ拡散し、水素(H2)−酸素(O2)の爆発が生じるおそれがある。一方、水素(H2)−酸素(O2)の爆鳴気にならないよう、大電流の防食電流を流すと塩素(Cl2)が発生してしまうという問題を有している。 Although the techniques proposed in Patent Document 1 and Patent Document 2 provide a certain effect as a countermeasure against the reverse current generated when the electrolytic cell is stopped, they are not always satisfactory and leave room for further improvement. ing. Moreover, when there are many elements which comprise an electrolytic cell, the reverse current larger than a perfect short circuit may flow through an element by superposition | conversion of a reverse current. In this case, the cathode potential may reach an oxygen (O 2 ) generation region. In such a situation, when a technique described in Patent Document 3 is applied and an anticorrosion current is passed from the anode to the cathode, hydrogen (H 2 ) diffuses from the cathode chamber through the ion exchange membrane to the anode chamber, An explosion of (H 2 ) -oxygen (O 2 ) may occur. On the other hand, there is a problem that chlorine (Cl 2 ) is generated when a high-current anticorrosive current is applied so as not to cause hydrogen (H 2 ) -oxygen (O 2 ).
また、特許文献4に記載の水溶液電気分解用陰極は、発生してしまった逆電流に対する対策としては優れているが、逆電流の発生を防止するという効果は得られない。さらに、特許文献5のように、陰極液出口と陰極液回収管とを接続するホースの長さや折れ曲がり位置を好適化したとしても、十分に逆電流を防止することはできないというのが現状である。 Further, the aqueous solution electrolysis cathode described in Patent Document 4 is excellent as a countermeasure against the reverse current that has been generated, but the effect of preventing the generation of the reverse current cannot be obtained. Furthermore, as in Patent Document 5, even if the length and the bent position of the hose connecting the catholyte outlet and the catholyte recovery tube are optimized, the reverse current cannot be sufficiently prevented. .
そこで、本発明の目的は、イオン交換膜電解槽の運転停止後に生じる逆電流を防止することができるイオン交換膜電解槽の逆電流防止方法を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a reverse current prevention method for an ion exchange membrane electrolytic cell that can prevent a reverse current generated after the operation of the ion exchange membrane electrolytic cell is stopped.
本発明者は、上記課題を解消するために鋭意検討した結果、以下の着想を得るに至った。すなわち、特許文献1および2は、電解槽の運転停止後においても、陽極室および陰極室に電解液を供給し続けて陽極室内および陰極室内の活性物質を除去して、逆電流の起電力を低減させようというものである。しかしながら、逆電流の起電力を低減させること以外にも、配管内の液の電気抵抗を大きくすることで、逆電流を防止することが可能である。かかる着想のもと、本発明者はさらに鋭意検討した結果、電解槽の運転を停止する際、下記の手順に従うことで、上記課題を解消することができることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventor has obtained the following idea. That is, Patent Documents 1 and 2 disclose that an electromotive force of a reverse current is obtained by continuously supplying an electrolytic solution to the anode chamber and the cathode chamber to remove the active substance in the anode chamber and the cathode chamber even after the operation of the electrolytic cell is stopped. It is to reduce. However, in addition to reducing the electromotive force of the reverse current, it is possible to prevent the reverse current by increasing the electrical resistance of the liquid in the pipe. Based on such an idea, the present inventor has further intensively studied. As a result, when the operation of the electrolytic cell is stopped, it has been found that the above-mentioned problems can be solved by following the following procedure, and the present invention has been completed. It was.
すなわち、本発明のイオン交換膜電解槽の逆電流防止方法は、陽極を収容する陽極室と、陰極を収容する陰極室と、前記陽極室に陽極液を供給する陽極液供給用マニホールドと、前記陰極室に陰極液を供給する陰極液供給用マニホールドと、を有するイオン交換膜電解槽の逆電流防止方法において、
前記イオン交換膜電解槽の運転停止後に、陽極液タンクから前記陽極液供給用マニホールドに陽極液を供給する陽極液供給管、および、陰極液タンクから前記陰極液供給用マニホールドに陰極液を供給する陰極液供給管のうち少なくとも一方に、前記陽極液または前記陰極液よりも電気伝導率の低い低導電性物質を注入することを特徴とするものである。
That is, the reverse current prevention method for an ion exchange membrane electrolytic cell according to the present invention includes an anode chamber for housing an anode, a cathode chamber for housing a cathode, an anolyte supply manifold for supplying an anolyte to the anode chamber, In a method for preventing reverse current of an ion exchange membrane electrolytic cell having a catholyte supply manifold for supplying catholyte to a cathode chamber,
After the operation of the ion exchange membrane electrolytic cell is stopped, an anolyte supply pipe for supplying anolyte from the anolyte tank to the anolyte supply manifold, and a catholyte from the catholyte tank to the catholyte supply manifold The anolyte or a low-conductivity substance having a lower electrical conductivity than the catholyte is injected into at least one of the catholyte supply tubes.
本発明のイオン交換膜電解槽の逆電流防止方法においては、前記低導電性物質は、水であることが好ましい。また、本発明のイオン交換膜電解槽の逆電流防止方法においては、前記イオン交換膜電解槽の運転停止後に、前記陰極液の循環を停止することが好ましい。さらに、本発明のイオン交換膜電解槽の逆電流防止方法においては、前記イオン交換膜電解槽の運転停止後に、前記陽極液供給管、および前記陰極液供給管のうち少なくとも一方を不活性ガスで置換することが好ましい。さらにまた、本発明のイオン交換膜電解槽の逆電流防止方法においては、前記イオン交換膜電解槽が、陰極液排出用マニホールドと陰極液供給用マニホールドとを有する陰極液循環経路を少なくとも2経路有する場合、前記イオン交換膜電解槽の運転を停止した後、少なくとも1つの前記陰極液循環経路を他の陰極液循環経路から電気的に切断することが好ましい。 In the reverse current prevention method for an ion exchange membrane electrolytic cell of the present invention, the low-conductivity substance is preferably water. Moreover, in the reverse current prevention method of the ion exchange membrane electrolytic cell of this invention, it is preferable to stop the circulation of the catholyte after the operation of the ion exchange membrane electrolytic cell is stopped. Furthermore, in the method for preventing reverse current of the ion exchange membrane electrolytic cell of the present invention, after the operation of the ion exchange membrane electrolytic cell is stopped, at least one of the anolyte supply tube and the catholyte supply tube is made of an inert gas. Substitution is preferred. Furthermore, in the reverse current prevention method for an ion exchange membrane electrolytic cell according to the present invention, the ion exchange membrane electrolytic cell has at least two catholyte circulation paths each having a catholyte discharge manifold and a catholyte supply manifold. In this case, it is preferable that after the operation of the ion exchange membrane electrolytic cell is stopped, at least one of the catholyte circulation paths is electrically disconnected from other catholyte circulation paths.
本発明によれば、イオン交換膜電解槽の運転停止後に生じる逆電流を防止することができるイオン交換膜電解槽の逆電流防止方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the reverse current prevention method of the ion exchange membrane electrolytic cell which can prevent the reverse current which arises after the operation stop of an ion exchange membrane electrolytic cell can be provided.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図1は、2槽の複極式イオン交換膜電解槽を電気的に接続したイオン交換膜電解槽の一例の概略構成図であり、図2は、バイポーラエレメントの一例の概略構成図である。以下、本発明の電解槽の逆電流の防止方法を、食塩の電解を例に説明する。図1に示すイオン交換膜電解槽100は、点線で囲まれた電解槽Aと電解槽Bとが、電気的に接続されることにより構成されている。図示する各電解槽A、Bは、複数のバイポーラエレメント101がイオン交換膜102を介して積層されてなり、直列に配置された複数のバイポーラエレメント101の両端にはエンドアノードエレメント103およびエンドカソードエレメント104がそれぞれ配置されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an example of an ion exchange membrane electrolytic cell in which two bipolar ion exchange membrane electrolytic cells are electrically connected, and FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an example of a bipolar element. Hereinafter, the method for preventing reverse current in the electrolytic cell of the present invention will be described by taking electrolysis of salt as an example. An ion exchange membrane
図2に示すように、バイポーラエレメント101は、陽極105が陽極隔壁106から間隔をあけて配置された陽極室107と、陰極108が陰極隔壁109から間隔をあけて配置された陰極室110と、が一体的に形成されてなり、陽極105および陰極108は、それぞれ陽極隔壁106に設けられた陽極リブ111および陰極隔壁109に設けられた陰極リブ112に保持されている。また、陽極室107および陰極室110の上部には、それぞれ陽極室側気液分離手段113および陰極室側気液分離手段114が設けられている。図示例においては、陽極室107の下部に、陽極液供給部115が設けられており、陽極室側気液分離手段113には、濃度が低下した陽極液(塩水)を排出する陽極液排出部116が設けられている。また、陰極室110の下部には、陰極液供給部117が設けられており、陰極室側気液分離手段114には、濃度が増大した陰極液(水酸化ナトリウム水溶液)を排出する陰極液排出部118が設けられている。
As shown in FIG. 2, the
図1に示す例によれば、複数個のバイポーラエレメント101の陽極液排出部116、および陰極液排出部118は、それぞれ陽極液排出用マニホールド119および陰極液排出用マニホールド120に接続されている。また、陽極室107に陽極液を供給する陽極液供給用マニホールド121は、陽極液供給バルブ122を介して、陽極液供給タンクである供給塩水タンク123と接続されており、陰極室110に陰極液を供給する陰極液供給用マニホールド124は、陰極液供給バルブ125を介して、陰極液タンクである循環苛性タンク126に接続されている。なお、陽極液排出用マニホールド119で回収された陽極液は、溶存している塩素ガス(Cl2)が脱塩素塔で除去され、塩濃度の調整等を経て、供給塩水タンク123に送られる。また、陰極液排出用マニホールド120で回収された陰極液は、循環苛性タンク126に送られ、一部は電解槽に循環し、一部の苛性ソーダ(NaOH)は製品として取出される。
According to the example shown in FIG. 1, the
図1に示すような2槽の複極式イオン交換膜電解槽を電気的に接続した構成を有するイオン交換膜電解槽100を用いて食塩水を電気分解する場合、電解槽100の運転を停止すると、上述の通り、陽極室107中の溶存塩素と陰極室110中の水素とが駆動力となって、バイポーラエレメント101および各マニホールド等の配管に逆電流が生じる。そこで、本発明の逆電流防止方法においては、電解槽100の運転停止後、供給塩水タンク123から陽極液供給用マニホールド121に陽極液を供給する陽極液供給管127、および、循環苛性タンク126から陰極液供給用マニホールド124に陰極液を供給する陰極液供給管128のうち少なくとも一方に、陽極液または陰極液よりも電気伝導率の低い低導電性物質を注入する。
When the saline solution is electrolyzed using the ion exchange membrane
陽極液供給管127や陰極液供給管128に陽極液または陰極液よりも電気伝導率の低い低導電性物質を注入することで、配管内の液の電気抵抗が大きくなる。これにより、電解槽100の運転停止後に、内部起電力を持った各バイポーラエレメント101とマニホールド等の配管との間で形成される電気回路を流れる逆電流を低減することができる。なお、逆電流は、電解槽100の運転停止後の液温度が高く、電解液中の活性物質濃度が高い間は起電力が高くて顕著であるため、陽極液供給管127や陰極液供給管128への低導電性物質の注入は、運転停止後速やかに行うことが望ましい。
By injecting the
上述のとおり、従来、食塩水の電解槽の逆電流の防止技術においては、電解液中の活性物質の除去を主目的として、電解槽100の運転停止後に、陽極室107および陰極室110に電解液を注入してきた。これに対して、本発明の逆電流防止方法においては、陽極液または陰極液よりも電気伝導率の低い低導電性物質を、陽極液供給管127および陰極液供給管128のうち少なくとも一方に注入し、配管内の電解液の電気抵抗を増大させて逆電流を低減させている。また、低導電性物質を注入することは、活性物質(Cl2、H2)を除去することにもつながり、さらに、低導電性物質を注入することで、電解槽温度を下げることができる点でも優れている。
As described above, conventionally, in the technique for preventing reverse current in the electrolytic bath of saline solution, the
本発明の逆電流防止方法においては、低導電性物質としては、陽極液または陰極液よりも電気伝導率が小さく、逆電流を防止できるものであれば特に制限はなく、例えば、水を好適に用いることができる。低導電性物質として水を用いる場合、電気伝導率が10−5Ω−1cm−1以下のものが特に好適であり、純水、イオン交換水、ボイラー蒸気ドレン、苛性・塩水蒸発設備からの凝縮水等を好適に用いることができる。また、低導電性物質として不活性ガスを用いる場合は、窒素ガス(N2)、ヘリウムガス(He)、アルゴン(Ar)等を好適に用いることができる。図1に示す例においては、純水タンク129a、129bが配置され、それぞれ、陽極液供給管127、陰極液供給管128に純水を注入している。
In the reverse current prevention method of the present invention, the low-conductivity substance is not particularly limited as long as it has a lower electrical conductivity than anolyte or catholyte and can prevent reverse current. For example, water is preferably used. Can be used. When water is used as the low-conductivity substance, one having an electrical conductivity of 10 −5 Ω −1 cm −1 or less is particularly suitable, and it is from pure water, ion exchange water, boiler steam drain, caustic / salt water evaporation equipment. Condensed water or the like can be suitably used. In addition, when an inert gas is used as the low-conductivity substance, nitrogen gas (N 2 ), helium gas (He), argon (Ar), or the like can be preferably used. In the example shown in FIG. 1,
本発明の逆電流防止方法においては、陽極液供給管127や陰極液供給管128の両方に低導電性物質を注入するのが好ましいが、いずれか一方に低導電性物質を注入すればよい。例えば、陰極液供給管128のみに低導電性物質を注入して、陽極液供給管127は従来どおり陽極液(塩水)を供給して活性物質(Cl2)を除去してもよい。また、陽極液供給管127に、活性物質(Cl2)に対して2倍〜20倍のモル量の亜硫酸ソーダを陽極液に供給し、酸化還元反応により活性物質(Cl2)を除去することも有効である。
In the reverse current prevention method of the present invention, it is preferable to inject a low-conductivity substance into both the
また、本発明の逆電流防止方法においては、電解槽100の運転停止後に、陰極液の循環を停止することが好ましい。電解槽100の運転時は、陽極液は陽極液排出部116から、陰極液は陰極液排出部118からオーバーフローしている。このオーバーフローした陽極液は塩濃度調整等のため系外に除かれることになるが、陰極液の大部分は循環苛性タンク126に回収され、陰極液供給用マニホールド124を通り、陰極室110へ循環して利用される。そのため、各バイポーラエレメント101と各々のマニホールド等の配管との間で電気回路が形成されて漏洩電流が流れる。これが、電解槽100が運転を停止した場合に逆電流の原因となる。したがって、電解槽100の運転停止後に、陰極液の循環を停止させることで、各エレメント101と陰極液排出用マニホールド120との間に形成された電気回路を切断し、漏洩電流に起因する逆電流を防止する。
In the reverse current prevention method of the present invention, it is preferable to stop the circulation of the catholyte after the operation of the
さらに、本発明の逆電流防止方法においては、電解槽100の運転停止後に、供給塩水タンク123から陽極液供給用マニホールド121に陽極液を供給する陽極液供給管127、および循環苛性タンク126から陰極液供給用マニホールド124に陰極液を供給する陰極液供給管128のうち少なくとも一方を、N2ガス等の不活性ガスで置換することも好ましい。陽極液供給管127や陰極液供給管128を不活性ガスで置換することにより、各バイポーラエレメント101と各マニホールド等の配管との間に形成された電気的回路を切断して、漏洩電流に起因する逆電流を防止することができる。
Furthermore, in the reverse current prevention method of the present invention, after the operation of the
さらにまた、本発明の逆電流防止方法においては、複数の電解槽(図1に示す例においては電解槽A、Bの2槽)が一つの電気回路に組み込まれている場合、電解槽100が運転を停止した後、少なくとも1つの電解槽の陰極液循環経路を他の電解槽の陰極液循環経路から電気的に切断することが好ましい。具体的には、例えば、図1に示す陰極液供給用マニホールド124aと124bの間を、外部の循環苛性タンク126から陰極液を供給するラインの陰極液供給バルブ125a、125bを閉じることで、電解槽Aの陰極液循環経路と電解槽Bの陰極液循環経路の電気的接続を切断する。これは、特に、電解槽100を構成するエレメント101の数が多い場合に有効であり、図示例においては、電解槽A、Bおよび各マニホールド等の配管との間で形成される電位差が、電解槽Aとマニホールド等の配管との電位差と、電解槽Bとマニホールド等の配管との電位差とに分割されるため、逆電流を約1/2に低減させることができる。
Furthermore, in the reverse current prevention method of the present invention, when a plurality of electrolytic cells (two electrolytic cells A and B in the example shown in FIG. 1) are incorporated in one electric circuit, the
図3は、2槽の単極式イオン交換膜電解槽を電気的に接続したイオン交換膜電解槽の一例の概略構成図であり、図4は、(a)はアノードエレメントの一例の概略構成図であり、(b)はカソードエレメントの一例の概略構成図である。図3に示すイオン交換膜電解槽200は、図中、点線で囲まれた電解槽Cと電解槽Dとが、電気的に接続されることにより構成されている。図示する各電解槽C、Dは、アノードエレメン201と、カソードエレメント202と、がイオン交換膜203を挟んで交互に配置され、両端に、ハーフカソードエレメント204が配置されている。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of an example of an ion exchange membrane electrolytic cell in which two monopolar ion exchange membrane electrolytic cells are electrically connected. FIG. 4A is a schematic configuration of an example of an anode element. It is a figure, (b) is a schematic block diagram of an example of a cathode element. The ion exchange membrane
図4に示すように、アノードエレメント201は、両面に陽極205を有し、カソードエレメント202は、両面に陰極206を有し、それぞれが図3に示す電解槽C、Dの陽極室207および陰極室208を形成している。また、陽極室207および陰極室208の上部には、それぞれ陽極室側気液分離手段209および陰極室側気液分離手段210が設けられている。また、図示例においては、陽極室207の下部に、陽極液供給部211が設けられており、陽極室側気液分離手段209には、濃度が低下した陽極液(塩水)を排出する陽極液排出部212が設けられている。陰極室208には、陰極液供給部213が設けられており、陰極室側気液分離手段210には、濃度が増大した陰極液(水酸化ナトリウム水溶液)を排出する陰極液排出部214が設けられている。
As shown in FIG. 4, the
また、図3に示す例によれば、アノードエレメント201の陽極液排出部212、およびカソードエレメント202の陰極液排出部214は、それぞれ陽極液排出用マニホールド215および陰極液排出用マニホールド216に接続されている。さらに、陽極室207に陽極液を供給する陽極液供給用マニホールド217は、陽極液供給バルブ218を介して供給塩水タンク219と接続されており、陰極室208に陰極液を供給する陰極液供給用マニホールド220は、陰極液供給バルブ221を介して循環苛性タンク222に接続されている。なお、陽極液排出用マニホールド215で回収された陽極液は、溶存している塩素ガス(Cl2)が脱塩素塔で除去され、塩濃度の調整等を経て、供給塩水タンク219に送られる。また、陰極液排出用マニホールド216で回収された陰極液は、循環苛性タンク222に送られ、一部は電解槽に循環し、一部の苛性ソーダ(NaOH)は製品として取出される。
Further, according to the example shown in FIG. 3, the
図3に示すような2槽の単極式イオン交換膜電解槽を電気的に接続した構成を有するイオン交換膜電解槽200を用いて食塩水を電気分解する場合、やはり、複極式イオン交換膜電解槽と同様に、陽極室207中の溶存塩素(Cl2)と陰極室208中の水素(H2)とが駆動力となって、アノードエレメント201、カソードエレメント202およびマニホールド等の各配管に逆電流が生じる。そこで、本発明の逆電流防止方法においては、電解槽200の運転停止後、供給塩水タンク219から陽極液供給用マニホールド217に陽極液を供給する陽極液供給管223、および、循環苛性タンク222から陰極液供給用マニホールド220に陰極液を供給する陰極液供給管224のうち少なくとも一方に、陽極液または陰極液よりも電気伝導率の低い低導電性物質を注入する。
When the saline is electrolyzed using an ion exchange membrane
陽極液供給管223や陰極液供給管224に、陽極液または陰極液よりも電気伝導率の低い低導電性物質を注入することで、配管内の液の電気抵抗が大きくなり、逆電流を低減することができる。なお、逆電流の発生は、電解槽200の運転停止後の液温度が高く、電解液中の活性物質濃度が高い間は起電力が高くて顕著であるため、本実施の形態においても、陽極液供給管223や陰極液供給管224への低導電性物質の注入は、運転停止後速やかに行うことが望ましい。また、本実施の形態においても、低導電性物質を注入することは、活性物質(Cl2、H2)を除去することにもつながり、さらに、低導電性物質を注入することで、電解槽温度を下げることができる。
By injecting into the
本実施の形態においても、低導電性物質としては、陽極液または陰極液よりも電気伝導率が小さく、逆電流を防止できるものであれば特に制限はなく、例えば、水を好適に用いることができる。低導電性物質として水を用いる場合、電気伝導率が10−5Ω−1cm−1以下のものが好適であり、純水、イオン交換水、ボイラー蒸気ドレン、苛性・塩水蒸発設備からの凝縮水等を好適に用いることができる。また、低導電性物質として不活性ガスを用いる場合は、窒素ガス(N2)、ヘリウムガス(He)、アルゴン(Ar)等を好適に用いることができる。図3に示す例においても、純水タンク225a、225bが配置され、それぞれ、陽極液供給管223、陰極液供給管224に純水を供給している。
Also in this embodiment, the low-conductivity substance is not particularly limited as long as it has a lower electrical conductivity than anolyte or catholyte and can prevent reverse current. For example, water is preferably used. it can. When water is used as the low-conductivity substance, it is preferable that the electrical conductivity is 10 −5 Ω −1 cm −1 or less, and it is condensed from pure water, ion exchange water, boiler steam drain, caustic / salt water evaporation equipment. Water or the like can be suitably used. In addition, when an inert gas is used as the low-conductivity substance, nitrogen gas (N 2 ), helium gas (He), argon (Ar), or the like can be preferably used. In the example shown in FIG. 3 as well,
本実施の形態においても、陽極液供給管223や陰極液供給管224の両方に低導電性物質を注入するのが好ましいが、いずれか一方に低導電性物質を注入すればよい。例えば、陰極液供給管224のみに低導電性物質を注入して、陽極液供給管223は陽極液(塩水)を供給して活性物質(Cl2)を除去してもよい。また、活性物質(Cl2)に対して2倍〜20倍のモル量の亜硫酸ソーダを陽極液に供給し、酸化還元反応により活性物質(Cl2)を除去することも有効である。
Also in this embodiment, it is preferable to inject a low conductivity material into both the
また、本実施の形態においても、電解槽200の運転停止後に、陰極液の循環を停止することが好ましい。電解槽200の運転時は、陽極液が陽極液排出部212から、陰極液が陰極液排出部214からオーバーフローしている。このオーバーフローした陽極液は塩濃度調整等のため系外に排出されることになるが、陰極液の大部分は循環苛性タンク222に回収され、陰極液供給用マニホールド220を通り、陰極室208へ循環して利用される。そのため、カソードエレメント202および各々のマニホールド等の配管との間で電気回路が形成されて漏洩電流が流れる。これが、電解槽200が運転を停止した場合に逆電流の原因となる。したがって、電解槽200の運転停止後に、陰極液の循環を停止させることで、各カソードエレメント202と陰極液排出用マニホールド216との間に形成された電気回路を切断し、漏洩電流に起因する逆電流を防止する。
Also in the present embodiment, it is preferable to stop the circulation of the catholyte after the operation of the
さらに、本実施の形態においても、電解槽200の運転停止後に、供給塩水タンク219から陽極液供給用マニホールド217に陽極液を供給する陽極液供給管223、および循環苛性タンク222から陰極液供給用マニホールド220に陰極液を供給する陰極液供給管224のうち少なくとも一方を、N2ガス等の不活性ガスで置換してもよい。陽極液供給管223や陰極液供給管224を不活性ガスで置換することにより、アノードエレメント201、カソードエレメント202および各マニホールド等の配管の間に形成された電気的回路を切断して、漏洩電流に起因する逆電流を防止することができる。
Further, also in the present embodiment, after the operation of the
さらにまた、本実施の形態においても、複数の電解槽(図3に示す例においては電解槽C、Dの2槽)が一つの電気回路に組み込まれている場合、少なくとも1つの電解槽の陰極液循環経路を他の電解槽の陰極液循環経路から電気的に切断することが好ましい。具体的には、例えば、図3に示す陰極液供給用マニホールド220a、220bの間を、外部の循環苛性タンク222から陰極液を供給するラインの陰極液供給バルブ221a、221bを閉じることで、電解槽Cの陰極液循環経路と電解槽Dの陰極液循環経路の電気的接続を切断する。これは、特に、電解槽200を構成する各エレメント201、202の数が多い場合に有効であり、電解槽C、Dと各マニホールド等の配管との間で形成される電位差が、電解槽Cとマニホールドとの電位差と、電解槽Dとマニホールドとの電位差とに分割されるため、逆電流を約1/2に低減させることができる。
Furthermore, also in this embodiment, when a plurality of electrolytic cells (in the example shown in FIG. 3, two electrolytic cells C and D) are incorporated in one electric circuit, the cathode of at least one electrolytic cell. It is preferable to electrically disconnect the liquid circulation path from the catholyte circulation path of another electrolytic cell. Specifically, for example, the
ここまで、本発明の逆電流防止方法について、2槽の複極式イオン交換膜電解槽を電気的に接続した電解槽100と、2槽の単極式イオン交換膜電解槽を電気的に接続した電解槽200とに分けて詳細に説明してきたが、本発明の逆電流防止方法においては、イオン交換膜電解槽の運転停止後に、陽極室および陰極室のうち少なくとも一方の内部に低導電性物質を注入することのみが重要であり、それ以外の構成については特に制限はない。例えば、陽極および陰極は、従来から用いられている既知の電極を採用することができる。また、電解槽の運転条件についても、特に制限はなく、通常行われている一般的な条件を適用することができる。
Up to this point, in the reverse current prevention method of the present invention, the
なお、本発明の逆電流防止方法において、低導電性物質として純水を陽極室107、207や陰極室110、208に注入すると、イオン交換膜102、203が膨潤してしまい、これにより、イオン交換膜102、203にシワが生じ、機械的にダメージを与えてしまうという懸念がある。しかしながら、現行のイオン交換膜型食塩電解等で一般に使用されているカルボン酸やスルフォン酸、または両者複合の酸をイオン交換基とするパーフルオロ陽イオン交換膜の耐久性は日々向上し、最近では懸念も払拭され、問題なく使用することができる。例えば、旭硝子(株)社製のF8020、F8020SPおよびF8080や、デュポン(株)社製のN2010、N2030およびN2040、旭化成(株)社製のF4401、F4403およびF6801を好適に用いることができる。さらには、運転停止後、陰極室に400−600mmH2Oの圧力を与えることにより膜を陽極室側に押さえ、膜のしわを防止することも有効である。
In the reverse current prevention method of the present invention, when pure water is injected into the
また、本発明の逆電流防止方法を用いて電解槽の運転を停止した場合、低導電性物質を陽極室107、207や陰極室110、208に注入するのは、逆電流の影響が大きい時間のみでよい。これは、再度、電解槽を立ち上げる際に、陽極液や陰極液の濃度調整が困難になる場合があるからである。したがって、電解槽を保管する場合は、電解槽の運転停止後、上記本発明の逆電流防止方法を適用し、逆電流の影響がなくなったら、再度、陽極液および陰極液でそれぞれ陽極室および陰極室を置換して、保存するのが好ましい。
Further, when the operation of the electrolytic cell is stopped using the reverse current prevention method of the present invention, the low conductive material is injected into the
以下、本発明のイオン交換膜電解槽の逆電流防止方法を、実施例を用いてより詳細に説明する。
従来例および実施例のそれぞれの場合において、各マニホールドの電圧と逆電流値を測定した。図1に示すタイプの構成の電解槽として、n−BiTAC896(クロリンエンジニアズ(株)社製)を2槽直列に配置した電解槽を用いた。
Hereafter, the reverse current prevention method of the ion exchange membrane electrolytic cell of this invention is demonstrated in detail using an Example.
In each case of the conventional example and the example, the voltage and the reverse current value of each manifold were measured. As an electrolytic cell having a configuration of the type shown in FIG. 1, an electrolytic cell in which n-BiTAC 896 (manufactured by Chlorine Engineers Co., Ltd.) is arranged in series was used.
逆電流は、図5に示す構成の電流測定装置300を、陽極液排出用マニホールド119、陰極液排出用マニホールド120、陽極液供給用マニホールド121および陰極液供給用マニホールド124に組み込むことにより測定した。電解槽100内の各エレメント101から排出された陽極液および陰極液が、それぞれ陽極液排出用マニホールド119および陰極液排出用マニホールド120で合流した後、および、陽極液および陰極液が、それぞれ陽極液供給用マニホールド121および陰極液供給用マニホールド124で分散される前に、陽極液および陰極液が通過する場所にメッシュ状の2枚の白金電極301を設置し、これらの電極に電流計302を繋ぐことで電流値を測定した。白金電極301の間の配管303は絶縁のためにPVC製のものを用いた。なお、電流測定装置301の両側の配管304は、陽極測定用はチタン製、陰極測定用はニッケル製とした。また、図中の矢印は、陽極液および陰極液の流れを示す。
The reverse current was measured by incorporating the
<従来例>
電解槽100の運転を停止した後の処理として、温度60℃、濃度300g/Lの塩水を、0.25m3/h/エレメントの流量で陽極液供給用マニホールド121通して陽極室107へ供給した。また、温度85℃、濃度30質量%の水酸化ナトリウム(NaOH)水溶液を、0.25m3/h/エレメントの流量で陰極液供給用マニホールド124を通して陰極室110へ供給した。
<Conventional example>
As a treatment after the operation of the
運転停止3時間後と6時間後に、陽極液供給用マニホールド121、陽極液排出用マニホールド119、陰極液供給用マニホールド124および陰極液排出用マニホールド120における電位と逆電流を測定した。得られた結果を、電解槽100の運転停止後の条件とともに表1に示す。ここで、逆電流の値は各マニホールドで測定した電流の合算値であり、その最大値を示している。なお、運転停止3時間後のセル電圧は1.6V、陽極室107から排出されている陽極液は、温度65℃、濃度300g/Lの塩水であり、陰極室110から排出されている陰極液は、温度65℃、濃度28質量%の水酸化ナトリウム水溶液であった。さらに、運転停止6時間後のセル電圧は1.6V、陽極室107から排出されている陽極液は、温度40℃、濃度300g/Lの塩水であり、陰極室110から排出されている陰極液は、温度40℃、濃度28質量%の水酸化ナトリウム水溶液であった。
3 hours and 6 hours after the operation was stopped, the potential and reverse current in the anolyte supply manifold 121, the
<実施例>
電解槽100の運転を停止した後の処理として、温度25℃の純水(電気伝導率:10−5Ω−1cm−1以下)を0.25m3/h/エレメントの流量で、陽極液供給管127から陽極液供給用マニホールド121を通して陽極室107に注入した。また、温度25℃の純水(電気伝導率:10−5Ω−1cm−1以下)を0.25m3/h/エレメントの流量で、陰極液供給管128から陰極液供給用マニホールド124に注入した。なお、陰極液供給用マニホールド124への純水の供給については、陰極液供給用マニホールド124が純水に置換された後に停止した。
<Example>
As a treatment after the operation of the
従来例と同様に、運転停止3時間後と6時間後に、陽極液供給用マニホールド121、陽極液排出用マニホールド119、陰極液供給用マニホールド124および陰極液排出用マニホールド120における電位および逆電流を測定した。得られた結果を、電解槽100の運転停止後の条件とともに表1に示す。なお、運転停止3時間後のセル電圧は1.3V、陽極室107から排出されている陽極液は、温度40℃、濃度14g/Lの塩水であり、陰極室110からはほとんど陰極液が排出されていない状態であった。さらに、運転停止6時間後のセル電圧は1.3V、陽極室107から排出されている陽極液は、温度30℃、濃度1g/Lの塩水であり、陰極室110からはほとんど陰極液が排出されていない状態であった。ここで、陽極液供給用マニホールドと陰極液供給用マニホールドには純水を供給していること、陰極液排出用マニホールドにはほとんど液が流れていなかったことから、これらのマニホールド電位は測定できなかった。
Similar to the conventional example, the potential and reverse current in the anolyte supply manifold 121, the
表1より、本発明の逆電流防止方法によれば、電解槽の運転停止後における逆電流が大幅に低減できることがわかる。 From Table 1, it can be seen that according to the reverse current prevention method of the present invention, the reverse current after the electrolytic cell is stopped can be greatly reduced.
100 複極式イオン交換膜電解槽
101 バイポーラエレメント
102 イオン交換膜
103 エンドアノードエレメント
104 エンドカソードエレメント
105 陽極
106 陽極隔壁
107 陽極室
108 陰極
109 陰極隔壁
110 陰極室
111 陽極リブ
112 陰極リブ
113 陽極室側気液分離手段
114 陰極室側気液分離手段
115 陽極液供給部
116 陽極液排出部
117 陰極液供給部
118 陰極液排出部
119 陽極液排出用マニホールド
120 陰極液排出用マニホールド
121 陽極液供給用マニホールド
122 陽極液供給バルブ
123 供給塩水タンク
124 陰極液供給用マニホールド
125 陰極液供給バルブ
126 循環苛性タンク
127 陽極液供給管
128 陰極液供給管
129 純水タンク
200 単極式イオン交換膜電解槽
201 アノードエレメント
202 カソードエレメント
203 イオン交換膜
204 ハーフカソードエレメント
205 陽極
206 陰極
207 陽極室
208 陰極室
209 陽極室側気液分離手段
210 陰極室側気液分離手段
211 陽極液供給部
212 陽極液排出部
213 陰極液供給部
214 陰極液排出部
215 陽極液排出用マニホールド
216 陰極液排出用マニホールド
217 陽極液供給用マニホールド
218 陽極液供給バルブ
219 供給塩水タンク
220 陰極液供給用マニホールド
221 陰極液供給バルブ
222 循環苛性タンク
223 陽極液供給管
224 陰極液供給管
225 純水タンク
300 電流測定装置
301 白金電極
302 電流計
303、304 配管
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Bipolar ion exchange membrane electrolytic cell 101 Bipolar element 102 Ion exchange membrane 103 End anode element 104 End cathode element 105 Anode 106 Anode partition 107 Anode chamber 108 Cathode 109 Cathode partition 110 Cathode chamber 111 Anode rib 112 Cathode rib 113 Anode chamber side Gas-liquid separation means 114 Cathode chamber side gas-liquid separation means 115 Anolyte supply part 116 Anolyte discharge part 117 Catholyte supply part 118 Catholyte discharge part 119 Anolyte discharge manifold 120 Catholyte discharge manifold 121 Anolyte supply manifold 122 Anolyte Supply Valve 123 Supply Salt Water Tank 124 Catholyte Supply Manifold 125 Catholyte Supply Valve 126 Circulating Caustic Tank 127 Anolyte Supply Pipe 128 Catholyte Supply Pipe 129 Pure Water Tank 200 Monopolar Type Ion exchange membrane electrolytic cell 201 Anode element 202 Cathode element 203 Ion exchange membrane 204 Half cathode element 205 Anode 206 Cathode 207 Anode chamber 208 Cathode chamber 209 Anode chamber side gas-liquid separation means 210 Cathode chamber side gas-liquid separation means 211 Anode solution supply section 212 Anolyte Discharge Portion 213 Catholyte Supply Portion 214 Catholyte Discharge Portion 215 Anolyte Discharge Manifold 216 Catholyte Discharge Manifold 217 Anolyte Supply Manifold 218 Anolyte Supply Valve 219 Supply Salt Water Tank 220 Catholyte Supply Manifold 221 Cathode Liquid supply valve 222 Circulating caustic tank 223 Anolyte supply pipe 224 Catholyte supply pipe 225 Pure water tank 300 Current measuring device 301 Platinum electrode 302 Ammeter 303, 304 Piping
Claims (5)
前記イオン交換膜電解槽の運転停止後に、陽極液タンクから前記陽極液供給用マニホールドに陽極液を供給する陽極液供給管、および、陰極液タンクから前記陰極液供給用マニホールドに陰極液を供給する陰極液供給管のうち少なくとも一方に、前記陽極液または前記陰極液よりも電気伝導率の低い低導電性物質を注入することを特徴とするイオン交換膜電解槽の逆電流防止方法。 An anode chamber containing an anode; a cathode chamber containing a cathode; an anolyte supply manifold for supplying an anolyte to the anode chamber; and a catholyte supply manifold for supplying a catholyte to the cathode chamber. In the method for preventing reverse current of the ion exchange membrane electrolytic cell,
After the operation of the ion exchange membrane electrolytic cell is stopped, an anolyte supply pipe for supplying anolyte from the anolyte tank to the anolyte supply manifold, and a catholyte from the catholyte tank to the catholyte supply manifold A method for preventing reverse current in an ion exchange membrane electrolytic cell, wherein the anolyte or a low-conductivity substance having a lower electrical conductivity than the catholyte is injected into at least one of the catholyte supply tubes.
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