[发明专利]碱金属氢氧化物制造装置和碱金属氢氧化物制造装置的运转方法

说明书

本发明的课题在于提供一种在由共用的直流电源装置进行恒电流控制的电流回路上具有2室法气体扩散阴极的离子交换膜电解槽中，与在单元电解池间产生的因电压性能而引起的发热量等的差异无关，能够控制在与电流密度相应的均匀性高的温度的技术。本发明的解决课题的手段在于，在阴极室(3)内的与离子交换膜(1)相反的一侧设置有分隔壁(40)，构成冷却介质能够流通的冷却室(4)，设置能够对每个单元电解池调节冷却介质的供给流量的流量调节部例如手动阀(V1)～(V4)。于是，能够通过冷却介质流量的调节将每个单元电解池各自的电解温度控制在与电流密度相应的最佳的运转温度，而无需对每个单元电解池进行向单元电解池供给的盐水流量或盐水浓度的调节。

技术领域

本发明涉及一种利用离子交换膜来分隔设置有阳极的阳极室和设置有气体扩散电极的阴极室，一边向阳极室供给碱金属氯化物水溶液、并且向阴极室供给含氧气体，一边进行电解来制造碱金属氢氧化物的装置及其方法。

背景技术

在将气体扩散电极用作阴极的碱金属氯化物水溶液(盐水)的电解槽中，已知利用离子交换膜来分隔阳极室和阴极液室，上述阴极液室与气体室被气体扩散电极以具有液体隔离性的方式分隔的“3室法”(专利文献1)。另外，在这种电解槽中，阳极室和阴极液室被离子交换膜分隔，但也提出了不将阴极液和氧气分隔，而能够使在电解槽中生成的碱金属氢氧化物水溶液的排出和氧气向电极反应面的供给以及过剩气体向槽外的排出顺利进行的“2室法”(专利文献2)等。

在前者的3室法中，与现有的氢发生型电解槽同样地向阴极液的外部循环中添加适当量的浓度调节水，由此来调节从电解槽排出的碱金属氢氧化物的浓度，并且通过控制供给至电解槽的阴极液的温度、流量，能够控制电解槽温度。进一步，在专利文献1中记载了通过使阴极室内的阴极液的流动速度在规定范围内，能够提高电解槽内部的阴极液的温度、浓度的均匀性，从而提高电解槽整体的电流效率。然而在该3室法中，长期保持分隔阴极液室与气体室的气体扩散电极的液体隔离性能的电极耐久性存在问题，并且由于在气体扩散电极与离子交换膜之间存在阴极液层，因阴极液的电阻导致电解电压增大，在实用方面也有问题。

在后者的2室法中，对于气体扩散电极来说，不需要具备从构造上密封阴极液和氧气的液体隔离功能，电解槽构造也简单，因此，成为使用气体扩散电极由碱金属氯化物水溶液制造碱金属氢氧化物和氯气的主流的电解槽。然而，在2室法中，不从外部向阴极室供给阴极液、或者供给少量的水或稀碱金属氢氧化物水溶液，因此难以通过调节阴极液的供给温度来控制电解槽温度。假如在希望通过少量的阴极液的温度调节来控制电解槽温度时，为了将电解槽调节至合适的电解温度，必须使阴极液的温度大幅低于该合适的电解温度。在这样的运转方法中，在电解槽内部产生温度分布，不能使电解反应面形成均匀的状态，因此存在电压上升、或者产品的质量变差的问题。

在不从外部供给阴极液的2室法电解槽中，在阴极生成的碱金属氢氧化物水溶液的排出浓度支配性地由与碱金属离子一起从阳极室经由离子交换膜透过到阴极侧的膜透过水量决定。因此，通过根据离子交换膜的透水率特性来控制阳极液浓度，从而调节膜透过水量，由此来进行任意的碱金属氢氧化物排出浓度的调节。

因此，在2室法气体扩散电极电解槽中，为了调节阴极液的浓度，控制供给至电解槽的盐水的浓度和盐水的流量，为了调节阴极液的温度，控制供给至电解槽的盐水的温度和盐水的流量。

此外，在阴极使用气体扩散电极的食盐电解中，理论分解电压大约为0.96V，而运转电压大约为2.0V。使用氢发生型阴极利用食盐水的电解来制造氢氧化钠时，电解反应的理论分解电压大约为2.19V，而加上了电极过电压和离子交换膜等构成电解槽的材料的电阻后运转电压大约为3.0V左右。因此，虽然从节能的观点出发使用气体扩散电极是有利的，但运转电压与理论分解电压的电压差达到约1.04V，由于理论分解电压差异与该运转电流的关系，成为热损失，形成电解槽加热作用。