CN203295622U

CN203295622U - 电解池及电解槽

Info

Publication number: CN203295622U
Application number: CN2013203736713U
Authority: CN
Inventors: 佐佐木岳昭; 和田一也; 永野正光; 松冈卫
Original assignee: Asahi Kasei Chemicals Corp
Current assignee: Asahi Kasei Corp
Priority date: 2012-06-29
Filing date: 2013-06-27
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2023-06-27
Also published as: JP2014009385A; TWM466926U; JP5869440B2

Abstract

本实用新型提供电解池及电解槽，所述电解池可以抑制由于压力变动而导致的振动。电解池3具有阳极室23和阴极室33夹着隔离壁40而配置的结构，在阳极室23和阴极室33的上部设置有将导入至阳极室23和阴极室33的电解液和混入在该电解液中的气体分离的气液排出室26、37，气液排出室26、37通过分隔板27、38而与阳极室23和阴极室33分隔开，阳极室23与气液排出室26、以及阴极室33与气液排出室37是通过筒状部件28、39连通的，该筒状部件28、39配置在气液排出室26、37并且竖立设置于分隔板27、38上。

Description

电解池及电解槽

技术领域

本实用新型涉及电解池及电解槽。

背景技术

碱金属盐电解(以下称为电解)是一种对食盐水等碱金属氯化物水溶液进行电解来制造高浓度的碱金属氢氧化物、氢、氯等的方法。作为该方法，可举出基于水银法、或隔膜法的电解，但近年来，主要采用电力效率良好的离子交换膜法。在离子交换膜法中，使用隔着离子交换膜排列有多个具备阳极和阴极的电解池而成的电解槽来进行电解。电解池具有如下结构：安装有阴极的阴极部与安装有阳极的阳极部隔着隔离壁(背面板)背对背地进行配置(例如参照专利文献1)。

电解中，向阳极室供给碱金属氯化物水溶液、向阴极室供给碱金属氢氧化物，然后进行电解，由此在阳极室生成氯气，在阴极室中生成碱金属氢氧化物和氢气。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2001-64793号公报

实用新型内容

实用新型要解决问题

然而，对于电解池来说，在该电解池上部设置有用于排出生成气体和液体的气液排出室。在该气液排出室中，液体和气体经由形成于阳极室和阴极室的分隔部件的孔以气液混相的状态流入。上述结构的情况下，气液经由孔而流入气液排出室、并排出至电解池外时，有可能会产生由于电解池内的压力变动而产生振动，进一步会使离子交换膜破损等这样的问题。特别是，在电解槽中以大于4kA/m²的电流密度运转时，振动变得特别大，由此使离子交换膜受到损伤，因此难以长期稳定地进行运转。

本实用新型是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种电解池及电解槽，所述电解池可以抑制由于压力变动而导致的振动。

用于解决问题的手段

为了解决上述问题，本实用新型人进行了深入研究，结果发现，通过在电解池中使连通阳极室和气液排出室的部分、以及连通阴极室和气液排出室的部分为特定的结构由此可以容易地使气液分离，可以减少由于电解池内的压力变动而导致的振动，从而完成了本实用新型。

即，本实用新型的电解池是具有阳极室的阳极部和具有阴极室的阴极部夹着隔离壁而配置的电解池，其特征在于，在阳极室和阴极室的上部，设置有将导入至阳极室和阴极室的电解液和混入在该电解液中的气体分离的气液排出室，所述气液排出室通过分隔部件而与阳极室和阴极室分隔开，并且阳极室和阴极室的至少一个与气液排出室是通过筒状部件连通的，所述筒状部件配置在气液排出室并且竖立设置于分隔部件上。

本实用新型的一个实施方式中，可以使筒状部件的自分隔部件起的高度为20mm～65mm。

本实用新型的电解槽的特征在于，其是2个以上所述电解池隔着离子交换膜串联连接而成的。

实用新型效果

根据本实用新型，可以抑制由于压力变动而导致的振动。

附图说明

图1是示意性地示出本实用新型一个实施方式涉及的电解槽的图。

图2是电解池连接状态的一部分的截面图。

图3是示出电解池的主视图。

图4是示出电解池的截面构成的图。

图5是示出电解池的立体图。

图6是从上方观察气液排出部而得到的图。

符号说明

1…电解槽；3…电解池；5…离子交换膜；20…阳极部；23…阳极室；30…阴极部；33…阴极室；27、38…分隔板(分隔部件)；28、39…筒状部件；40…隔离壁。

具体实施方式

以下，参照附图对本实用新型优选的实施方式进行详细说明。需要说明的是，在附图说明中，对于相同或等同要素标注相同的符号，并省略重复的说明。以下的本实施方式是用于说明本实用新型的示例，并不意味着将本实用新型限定为以下内容。另外，附图是用于示出实施方式的一个示例，本实用新型的方式并不限定于此而被解释。可以在本实用新型的中心思想的范围内对本实用新型进行适当变形来实施。需要说明的是，对于附图中上下左右的位置关系来说，除非有特别说明，否则为基于附图所示的位置关系，附图的尺寸比例并不限于图示的比例。

图1是示意性地示出本实用新型一个实施方式涉及的电解槽的正视图。图2是示出电解池连接状态的一部分的截面图。如图1和图2所示，电解槽1是一种多极式离子交换膜法电解槽，其是2个以上的电解池3隔着离子交换膜5并通过加压器7串联连接而构成的。电解槽1中，在位于两端的电解池3中的一个上连接有阳极端子9，在另一个上连接有阴极端子11。

如图2所示，电解槽1中的电解是通过在电解池3的阳极室23(后述)、与邻接的电解池3的阴极室33(后述)之间的离子交换膜5进行分离而进行的。例如钠离子从电解池3的阳极室23起通过离子交换膜5向邻接的电解池3的阴极室33移动，电解中的电流沿着串联连接的电解池3的方向而流动。

对于离子交换膜5没有特别限定，可以使用众所周知的离子交换膜。例如，在通过氯化碱等的电解来制造氯和碱的情况下，从耐热性和耐化学药品性等优异的观点考虑，优选含氟系离子交换膜。作为含氟系离子交换膜，可举出具有使电解时产生的阳离子选择性透过的功能、且包含具有离子交换基的含氟系聚合物的离子交换膜等。此处所说的具有离子交换基的含氟系聚合物是指，具有离子交换基的含氟系聚合物、或者具有能够通过水解而形成离子交换基的离子交换基团前驱物的含氟系聚合物。例如可举出如下所述的聚合物等：其由氟化烃的主链构成，具有能够通过水解等转换为离子交换基的官能团作为侧基链，且能够进行熔融加工。

接着，对电解池3进行说明。图3是示出电解池的主视图。图4是示出电解池的截面构成的图。图5是示出电解池的立体图。如图3和图4所示，电解池3具备：阳极部20、阴极部30、和隔开阳极部20和阴极部30(阳极室23和阴极室33)的隔离壁40。阳极部20和阴极部30电连接。需要说明的是，在以下的说明中，图3的左右方向为电解池3的横向方向，图4中的左右方向为电解池3的宽度方向。

需要说明的是，本实施方式的电解池3可以是不与阴极和离子交换膜接触地进行电解的有限间距(finite gap)电解池、或是与阴极和离子交换膜接触地进行电解的零间距(zero gap)电解池。在为零间距电解池的情况下结构如下：使阳极的刚性较强，形成即使压按离子交换膜变形也较少的结构，仅使阴极侧为柔软的结构，从而吸收由于电解池的制作精度上的公差或电极的变形等导致的凹凸由此保持零间距。因此，在阳极室框内具备阳极，在阴极室框内具备阴极、垫件(マットレス)、集电体。在集电体与阴极之间具有垫件。

[阳极部]

阳极部20为如下构成：其包括阳极21、阳极侧电解液供给部22、通过阳极侧电解液供给部22而供给有电解液的阳极室23、和设置在阳极室23上部的气液排出部24。需要说明的是，对于阳极部20来说，可以在阳极室23内设置导流板。阳极21设置在电解池3的一个侧面侧，其可以使用在钛基材的表面上被覆以钌、铱为成分的氧化物的所谓的DSA等金属电极。

阳极侧电解液供给部22用于将电解液供给至阳极室23。需要说明的是，供给至阳极室23的电解液例如为碱金属氯化物水溶液。阳极侧电解液供给部22配置在阳极室23内的下部。作为阳极侧电解液供给部22，例如可以使用表面具有开口部的管(分散管)等。阳极侧电解液供给部22与向电解池3导入电解液的阳极侧电解液导入喷嘴25连接。由此，自阳极侧电解液导入喷嘴25导入的电解液经由阳极侧电解液供给部22而供给至阳极室23。

将分散管用作阳极侧电解液供给部22的情况下，对其内径没有特别限定，但从减少压力损失、横向方向上均匀地供给电解液的方面考虑，优选为20mm～30mm。分散管优选沿着电解池3的宽度方向而配置。另外，分散管的截面积越大，则越能够抑制分散管中的压力损失，越可均匀地维持电解液的流量。从该观点出发，作为阳极侧电解液供给部22的分散管的内径优选为20mm～30mm，更优选为22mm～28mm。

气液排出部24设置在阳极室23的上部，其具有气液排出室26。在电解中，气液排出部24具有将产生于阳极室23中的氯气等生成气体与电解液分离的功能。气液排出室26是通过分隔板(分隔部件)27而与阳极室23分隔开由此来划分出的。气液排出室26上配置有筒状部件28。

筒状部件28是连通阳极室23与气液排出室26的部件。如图3～图5所示，筒状部件28例如为圆筒状的管，竖立设置在分隔部件27上。筒状部件28的长度(高度)自分隔板27起为20mm～65mm左右。若筒状部件28的长度短于20mm，则流经筒状部件28的侧面的距离变短，因此气泡无法被充分拉伸，消泡效果变小。另外，若筒状部件28的长度长于65mm，则接近于排出口上端，因此压力损失增大，振动有可能增大。

另外，筒状部件28更优选配置在连通阳极室23与气液排出室26的所有孔上。在部分地配置筒状部件28的情况下，则液体和产生的气体主要从未配置筒状部件的部分排出，有可能形成非均匀流动(片流れ)的状态。

图6是从上方观察气液排出部的图。如图6所示，筒状部件28设置在以间隔D3配置的肋29之间，并且是沿着电解池3的横向方向而配置的。肋29彼此的间隔D3例如为125mm左右。筒状部件28隔着间隔D1而并排设置。间隔D1例如为30mm左右。夹着肋29而配置的筒状部件28、28彼此的间隔D2例如为35mm左右。

优选在阳极部20(气液排出室26)中设置30个～100个筒状部件28。若设置多于100个的筒状部件28，则强度下降，因此不优选。另外，筒状部件28的内径(在分隔板27上形成的孔的直径)优选为5mm～30mm左右。若筒状部件28的内径过小，则压力损失增大；若筒状部件28的内径过大，则强度下降，因此不优选。筒状部件28的内侧面的形状(孔的形状)无特别限定，可以为圆形形状、四边形形状等。

需要说明的是，筒状部件28形成为不突出至阳极室23内(筒状部件28不进入阳极室23内)的结构。在筒状部件28为突出至阳极室23内的结构的情况下，在筒状部件28的入口的上部会有产生气体的积留，因此不优选。

进一步，不需要在筒状部件28上开孔、或在筒状部件28上部(出口侧)安装网。例如，通过在筒状部件28上安装网，由此使气泡碰撞在网上从而可以一定程度地消除气泡，但该效果较小，因此没有必要为这样的形状。另外，网等会使流路的截面积减小，结果导致压力损失增大，振动变大，因此不优选。

[阴极部]

阴极部30为如下构成：其包括阴极31、阴极侧电解液供给部32、通过阴极侧电解液供给部32而供给有电解液的阴极室33、集电板34、在阴极室33的上部设置的气液排出部35。阴极31设置在电解池3的另一侧面侧，可以举出在镍基材上涂布镍、氧化镍、镍和锡的合金、活性炭和氧化物、氧化钌、铂等的阴极；等等。作为其制造方法，可以举出合金镀覆、分散/复合镀覆、热分解、热喷涂及它们的组合；等等。

阴极侧电解液供给部32用于将电解液供给至阴极室33。阴极侧电解液供给部32配置在阴极室33的下部。与阳极侧电解液供给部22同样地，阴极侧电解液供给部32可以使用例如表面具有开口部的管(分散管)等。阴极侧电解液供给部32与将电解液导入至电解池3的阴极侧电解液导入喷嘴36连接。由此，自阴极侧电解液导入喷嘴36导入的电解液经由阴极侧电解液供给部32被供给至阴极室33。

需要说明的是，将分散管用作阴极侧电解液供给部32的情况下，对其内径没有特别限定，但从减少压力损失、横向方向上均匀地供给液体的方面考虑，优选为5mm～15mm，更优选为6mm～14mm。与阳极部20同样地，阴极部30的分散管优选沿着电解池3的宽度方向而配置，例如，有时存在离阴极侧电解液导入喷嘴36较近的开口部、和离阴极侧电解液导入喷嘴36较远的开口部。这样的情况下，按照使流经各自的开口部的电解液的液体量相等的方式来进行控制，由此可以更均匀地维持电解池3的宽度方向的浓度分布。另外，分散管的截面积越大，则越可以抑制分散管中的压力损失，越可以均匀地维持电解液的流量。从上述观点、以及通常情况下阴极室33设计得要小于阳极室10的观点出发，阴极室33的分散管的内径优选为5mm～15mm。

集电板34沿着阴极31而配置。集电板34用于提高阴极31的集电效果。作为集电板34，可以使用众所周知的集电板，优选由导电性高的金属构成。

气液排出部35设置在阴极室33的上部，并具有气液排出室37。在电解中，气液排出部35具有将阴极室3中产生的氢气等生成气体与电解液分离的功能。气液排出室37是通过分隔板38而与阴极室33分隔开由此来划分出的。气液排出室37上配置有筒状部件39。

筒状部件39是连通阴极室33与气液排出室37的部件。筒状部件39例如为圆筒状的管，并且竖立设置在分隔板38上。筒状部件39的长度(高度)自分隔板38起为20mm～65mm左右。若筒状部件39的长度短于20mm，则流经筒状部件39的侧面的距离变短，气泡无法被充分拉伸，消泡效果变小。另外，若筒状部件39的长度长于65mm，则接近于排出口上端，因此压力损失增大，振动有可能增大。

筒状部件39具有与阳极部20的筒状部件28相同的构成，优选在阴极部30(气液排出室37)中设置有30个～100个筒状部件。

隔离壁40配置在阳极室23与阴极室33(阳极部20与阴极部30)之间。隔离壁40有时也被称为隔板(separator)，用于对阳极室23和阴极室33进行划分。隔离壁40可以使用公知的隔离壁作为电解用的隔板，例如可举出在阴极侧焊接由镍形成的板、在阳极侧焊接由钛形成的板而成的隔离壁等。

现有的电解池中，为了将阳极室和阴极室中产生的气体和电解液排出至气液排出室，在气液排出室的下端(上述的分隔板27、38)上形成有孔。现有的电解池为如下结构：通过所述孔将气体和液体向气液排出室排出。在为这样的结构的情况下会产生如下所述的不良情况：由于电解池内的压力变动而产生振动，进一步使离子交换膜破损等。特别是，在以大于4kA/m²的电流密度使电解槽1运转的情况下，振动变得特别大，难以长时间稳定地使电解槽1运转。

与此相对，本实施方式中，在气液排出室26、37上设置有筒状部件28、39，阳极室23与气液排出室26、以及阴极室33与气液排出室37是分别通过筒状部件28、39连通的。如此，使生成气体和电解液自阳极室23和阴极室33经由筒状部件28、39排出至气液排出室26、37，由此在流经筒状部件28、39时使气泡被拉伸，因此可以得到去除气泡的消泡效果(可以对气液进行分离)，可以使气液顺利地排出。因此，可以抑制由于电解池3内的压力变动而导致的振动。其结果是，即使以大于4kA/m²的电流密度使电解槽1运转的情况下，也可以长期稳定地进行运转。

本实用新型并不限于上述实施方式。例如，在上述实施方式中，在阳极部20和阴极部30中的气液排出部24、35分别设置了筒状部件28、39，但也可以构成为仅在气液排出部24、35的任一处设置筒状部件。需要说明的是，阳极侧会产生大量气泡，因此气液的排出易形成断续流。因此，筒状部件优选至少安装在阳极侧。

另外，上述筒状部件也可以安装在已有的电解池中。具体而言，在分隔阳极室与气液排出室的分隔板上、以及分隔阴极室与气液排出室的分隔板上形成有孔的结构中，按照孔与筒状部件连通的方式安装筒状部件。

实施例

通过以下的实施例对本实施方式进行更加详细的说明，但本实施方式并不受以下实施例的任何限定。

[电解槽的构成]

使用宽度为2400mm、高度为1200mm的电解池，并且该电解池在气液排出室下端在宽度方向中央开有76个直径10mm的圆形的孔。作为电解槽构成如下：串联排列10个所述电解池，在两端配置仅具有阳极室的电解池(阳极终端电解池)和仅具有阴极室的电解池(阴极终端电解池)，并将阳极端子配置在阳极终端电解池有、将阴极端子配置在阴极终端电解池上。在各电解池的开口部的周边部，利用粘接剂贴附有阳极侧衬垫和阴极侧衬垫，在各电解槽之间夹着离子交换膜ACIPLEX(注册商标)F6801，由此组装得到电解槽。

阳极是在进行扩展网(expanded mesh)加工后的钛板表面上被覆以钌、铱、钛为成分的氧化膜而制作得到的，阴极使用在镍制细网(fine mesh)基材上被覆钌的氧化物而得到的阴极。

向由各电解池排列而成的电解槽的阳极室供给300g/L的盐水作为阳极液，按照排出处附近氢氧化钠浓度为32重量%的方式将稀薄的氢氧化钠供给至阴极室，在电解温度90℃、阳极室侧气压为40kPa、阴极室侧气压为44kPa、电流密度4.5kA/m²的条件下电解1个月。另外，按照阳极液的排出处附近的盐水的pH为3的方式向所供给的盐水中添加盐酸进行电解。

另外，向电解池阳极室中央插入内径4mm的导管，通过压电元件将电解池内的振动转换为电信号而对其进行了测定。以采样频率100Hz对压力变动测定了40秒，将压力的最大值与最小值之差(单位以换算为水柱高度[cm]来表示。)作为电解池内的振动大小。

[实施例]

对全部76处自阳极室内向气液排出室连接的圆形的流路焊接安装直径为9.8mm、长度为50mm、厚度为0.5mm的Ti制圆筒形状的管。在电解中目测确认到：自电解池向排出软管排出的电解液以气液被分离的状态流动，未观测到断续流和脉动，电解液被顺利地排出。通过对电解中的阳极室内的振动进行测定的结果可知：水柱为5.1cm(0.5kPa)，振动被充分抑制。

[比较例]

76处自阳极室内向气液排出口连接的圆形的流路均未安装圆筒部件。在电解中目测观察到：自电解池向排出软管排出的电解液为气液混合的状态，以断续流的方式排出。对电解中的阳极室内的振动进行了测定，其结果，水柱为19.5cm(1.9kPa)。

Claims

1.一种电解池，其是具有阳极室的阳极部和具有阴极室的阴极部夹着隔离壁而配置的电解池，其特征在于，

在所述阳极室和所述阴极室的上部设置有气液排出室，该气液排出室用于将导入至所述阳极室和所述阴极室的电解液和混入在该电解液中的气体分离，

所述气液排出室通过分隔部件而与所述阳极室和所述阴极室分隔开，

所述阳极室和所述阴极室的至少一个与所述气液排出室是通过筒状部件连通的，所述筒状部件配置在所述气液排出室并且竖立设置于所述分隔部件上。

2.如权利要求1所述的电解池，其特征在于，所述筒状部件自所述分隔部件起的高度为20mm～65mm。

3.一种电解槽，其特征在于，该电解槽是2个以上权利要求1或2所述的电解池隔着离子交换膜串联连接而成的。