JPS5929115B2 - ノズル防蝕方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は複極式電極を有する隔膜電解槽における塩化ア
ルカリ水溶液の電解に関し、詳しくは該電解槽の陰極室
に付属する鉄または鉄合金製の液給排ノズルの防蝕方法
を提供するものである。

詳しくは、本発明は、アルカリ金属塩例えば塩化ナトリ
ウムや塩化カリウムなどの水溶液の電解に用いる複極式
フィルタープレス型の隔膜法電解槽におけるセルユニッ
トの陰極室に付属されている鉄類製の液給排ノズルの、
該電槽の運転に伴い発生する漏洩電流による電気腐食を
防止する方法であつて、該液給排ノズル部を通つて流出
する電流ＩＡ（アンペア）と該液給排ノズル内溶液の電
気抵抗ＲＡ（オーム）との間に次の不等式 １＜− の関係が成立するようにＩＡ及びＲＡを調節することを
特徴とする電解槽ノズルの防蝕方法である。

即ち、本発明において前記ＩＡは当該ノズルを通つてセ
ルユニット外に流出し、後述する分岐管を経て母管（ヘ
ッダーともいう）に到り、大部分は再度電槽に流入する
が、一部は迷走し接地等によつて消滅するものと思われ
る。このノズル部からの流出量は、当該ノズル部以降の
溶液その他電流が漏洩して行く物質の電気抵抗により決
まる。当然大きい電気抵抗であれば該漏洩電流量は小さ
くなる。次にＲＡは当該陰極室に付設されている液給排
ノズル内液の有する比抵抗、ノズルの長さ及び断面積に
よつて定まる。

換言すれば、本発明は前記不等式を満足するようにセル
ユニットのノズルの設計を行い、或いは該ノズルの接続
する配管内容液の電気抵抗が大きくなるような設計を行
ない、更に運転時の電解電流密度苛性アルカリ等の濃度
や温度を適宜選択するものである、本発明においてセル
ユニットとは複極式電極が隔壁により分離されて陽極室
と陰極室とを形成するもので、該セルユニットの複数個
をそれぞれ隔膜の１以上と交互にフィルタープレス式に
積層し、両端部に陽極室および陰極室のみを設けて隔膜
電解槽を構成するものである。

上記の隔膜電解槽において各セルユニツトの陰極室に付
属する液給排ノズルは、純水または苛性アルカリ水溶液
の供給用口および電解生成した苛性アルカリ水溶液又は
苛性アルカリと塩化アルカリの混合水溶液の抜き出し用
口であり、該抜き出し用口は生成苛性アルカリとともに
生成水素ガスの抜き出しに併用される場合もある。

該液給排ノズルはそれぞれ分岐管と接続し、さらに各分
岐管は共通の母管に接続して液の給排を行うのが一般的
な態様である。

液給排ノズルとしてはパイプ状のものが多く用いられる
がその他種種の形状のものが使用される。本発明の対象
となるセルユニツトの概念を図面によつて説明する。

第１図はフイルタープレス型の複極式・電解槽に用いる
単位電解槽（セルユニツト）の正面図である。また第２
図は、第１図のＡ−Ａ線で切断したところの断面図であ
る。これらの図において、１はセルユニツトの枠で一般
に金属である。２は陰極、３は隔壁、４は陽極、５は電
導性リブで隔壁と陰極とを電気的に接続すると共に陰極
の平坦性を保つ。

同様に６は、電導性リブで隔壁と陽極とを電気的に接続
すると共に陽極の平坦性を保つ。７は、陰極室液供給用
のへツダ一（母管）でフレキシブルパイプ８を介して陰
極室液供給用入口ノズル９に接続されている。

また１０は陰極室で発生するガス（水素ガス）の排出ノ
ズルで、フレキシブルパイプ１１を介して、陰極室液排
出へツダ一１２へ接続されている。更に陰極室液は同排
出ノズル１３より、フレキシブルパイプ１４を介して陰
極室液排出へツダ一内の滴下器１５を通るか、或いは通
らないで同ヘツダ一内に供給される。通常セルユニツト
に設けられた給排液ノズル類はセルユニツト枠に設けら
れた孔に挿入し、周囲を溶接により固定されている。第
１図及び第２図にあつては、排出ノズルを気、液別々に
示したが、これを一本として、気液混相流として排出さ
せるのも該排出用フレキシブルパイプ内で電気抵抗を増
大させるため有効な場合がある。１６は、セルユニツト
の陽極側供給へツダ一であり、陰極側と同様にフレキシ
ブルパイプ１７を経て、供給ノズル１８に到り陽極室に
塩水を供給する。

陽極側排液は、出口ノズル１９、フレキシブルパイプ２
０を経てへツダ一２１に回収される。陽極室で発生する
ガスは、ガス排出ノズル２２、フレキシブルパイプ２３
を経て同じくへツダ一２１に到る。本説明において防蝕
の対象とする陰極室に付属される液給排ノズルの材質は
鉄、ステンレススチール、軟鋼、鋳鉄なでの鉄類よりな
り、しかも該液給排ノズルは複極式電極と電気的に接続
しているものが対象となる。

通常、陰極室内面および陰極室枠は陰極室の環境に耐え
るものであればよいが少くとも一部は鉄類よりなり、該
陰極室枠の部分に液給排ノズルを熔接等によつて接続さ
れている態様が一般的である。上記したような隔膜電解
槽においてはセルユニツトを１０〜５０ケ、或いはそれ
以上に積層した場合該電解槽の両端間の電位差は相当に
大きく、高電圧が印加されるため漏洩電流は大きくなり
易い。

電極室に付属する液給排ノズルと複極式電極とが電気的
に接続されている場合には、金属の電気抵抗が小さいた
め電解中に該液給排ノズルも極電位に比較的近く分極さ
れた状態にあるが、陰極室内溶液は通常電気抵抗が大き
く、ノズル先端部あたりの溶液の電位は、ノズル自体の
電位より相当に差位を生じている。このために電力の損
失の面からはほとんど問題にならない場合でも、さらに
長期間の電解を実施する場合には電解槽の正側端に近い
液給排ノズルほど先端部から電蝕溶解を生じ、ついには
電解運転の継続を不可能にする場合もある。複極式電極
、隔膜の形状としてフインガ一状等のものを使用する場
合に比較して平板状のものを用いる場合にはセルユニツ
トの厚みが薄くなると共に一般に積層数も多くなるため
に問題である。隔膜電解槽を構成するセルユニツトの数
が９対以上に多くなり、電圧が大きくなるほど、また電
解槽が１５Ａ／Ｄｍ２以上の電流密度で運転され、電流
も大きくなるほど上記の液給排ノズルの電蝕溶解も著し
い。本発明者は上記した陰極室に付属する鉄類の液給排
ノズルが電蝕溶解する問題について種々検討し実験を重
ねた結果、該液給排ノズルから漏洩流出する電流を該ノ
ズル内溶液の電気抵抗によつて特定される限界値以下に
なるように該液給排ノズルに接続する配管内溶液に電気
抵抗（以下単に配管抵抗という）をあたえるなどによつ
て解決しうることを見出し本発明を完成したものである
。

但し陰極室に純水（実質的に電導性の無い水を含ωを供
給する場合には、純水供給ラインを通しての漏洩電流は
一般に極めて小さくなるために該ノズルの腐食に関して
は特に問題にする必要が無い場合も多く単に排液ノズル
だけを問題とすればよい。本発明においては鉄類の液給
排ノズルを通じて漏洩流出する電流１Ａ（アンペア）と
該液給排ノズル内容液の電気抵抗ＲＡ（オーム）との間
に不等式１Ａ＜πＹの関係を満足させることが必須であ
る。かかる関係を満足させる手段として、該ノズルに接
続する管以降の配管内溶液の電気抵抗を大きくすること
等が、該液給排ノズルの電蝕電解を防止して安定な電解
運転を可能にするものである。一般にノズルの断面積を
大きくし、且つ長さを短かくすること、或いは液給排ノ
ズルの形状、溶液の組成が一定であれば該ノズル内溶液
の電気抵抗ＲＡもほぼ一定であるから、配管内溶液の電
気抵抗を大きくすれば、漏洩電流１Ａは小さくできるの
でＩＡ＜ｔの関係を満足させることができる場合が多く
、液給排ノズルの電蝕溶解を防止１．５１．２工孟＝弄
：↓字ム：＝？ カリ水溶液の種類、濃度、温度の条件にかかわりなく、
また長期間に電解を行う場合にも上記鉄類の液給排ノズ
ルの電蝕溶解をほぼ完全に防止することができる。

本発明において配管内溶液の電気抵抗を大きくする方法
としては、液給排ノズルに接続する配管を長く細くする
方法、同配管中に多孔板等の滴下器を配して水酸化アル
カリ水溶液の流通を局部的に遮断する方法等が採用され
る。

上記の配管内溶液抵抗は、液給排ノズルから母管にいた
る分岐管或いは母管のいずれの位置において増大させて
もよいが分岐管における方が液量が少なく、管長も任意
に調節できるし、第１図に示す如く滴下器の取り付けも
容易であるために好ましい。

即ち第１図に示した滴下器１５はフレキシブルパイプ１
４の先端のヘツダ一１２内に挿入された部分に設けたシ
ヤワ一状の多孔板器具であり、一般にポリプロピレン樹
脂、テフロン（ポリ四フツ化エチレン又はその共重合体
）など耐アルカリ性材料で構成されている。また前記し
たように複数個のセルユニツトを積フ層した隔膜電解層
の正側端に近い液給排ノズルの電蝕溶解が著しいために
、実際に本発明の不等式を満足して配管内溶液の電気抵
抗を大きくする場合には、該電解槽の正側端に最も近い
液給排ノズルを対象にして目安にすればよい。

本発明において液給排ノズル内溶液の電気抵抗ＲＡ（オ
ーム）と液給排ノズルを通じて漏洩流出する電流１Ａ（
アンペア）とは下記の方法によつて求められる。

即ち、ＲＡはノズル内溶液の比抵抗とノズル内空間の断
面積とからオームの法則を用いて計算する。この場合に
溶液の比抵抗は文献あるいは通常の測定方法により求め
うる。またノズル内溶液の状態が変動する場合にはノズ
ル内溶液の電気抵抗のうち最も大きな値を採ればよい。
さらにＲＡは電解中におけるノズル内溶液の電圧降下の
測定から推定してもよい。他方１Ａは電解中における分
岐管内の給排液中の２点間の電圧降下を測定し、該２点
間における溶液の幾何学的寸法と比抵抗とから求めた電
気抵抗値を用いて計算する。上記の電圧降下を測定する
場合に用いる電極としては酸化水銀電極等の町逆電極を
用いれば謳）。また白金等の不溶性の電極で代用しても
よい。なお、本発明の隔膜電解槽において用いる隔膜と
しては中性膜、陽イオン交換膜のいずれもよく、それら
の１以上を複極式電極と交互に積層して一般に２室また
は３室のセルユニツトを複数構成される。なお、本発明
はセルユニツトの複数個からなる隔膜電解槽の２槽以上
を電気的に直列および／または並列に適宜組合せて構成
した場合にも有効に適用される。複極式電極としては従
来から公知のものが用いられ、例えば陰、陽極室の隔壁
にチタン一鉄製板を用い、該隔壁と電極とをリブまたは
ネジ機構によつて機械的かつ電気的に接続したもの等が
ある。陽極および陰極も従来から公知のものが用いられ
、それぞれ耐蝕性を有し塩素過電圧または水素過電圧の
十分に低いものであればよく、特に陽極としては＝般に
チタン坂を基本とし白金−イリジウム合金またはチタン
−ルテニウム混合物を被覆した多孔性のもの、陰極とし
ては一般に鉄類、ニツケル、ニツケルメツキした鉄類よ
りなる多孔性のものが好適である。実施例 １ 陽極はルテニウム−チタンの混合酸化物を被覆したチタ
ンのラス材、陰極は軟鋼のラス材からなる複極式電極を
有し、本体は軟鋼製で陽極室の内部はチタンライニング
を施した通電面積３０ｄｍ２（巾５０（１７７！、高さ
６０ＣＴｒＬ）のセルユニツトを用いた。

このセルユニツト２４対を陽イオン交換膜ＮａｆｉＯｎ
３ｌ５（デユポン社製）２５枚と交互にフイルタープレ
ス式に積層し、両端は陽極室のみと陰極室のみを夫々設
けて隔膜電解槽を構成した。なお、セルユニツトの厚み
は７０ｍｍ１陽極室および陰極室の厚みは共に３０誌、
陰、陽間の距離は３７１ｔ７１Ｌである。陰極室上部の
気相部には水素ガス抜き用の軟鋼製ノズル、陰極室側面
の液相部には苛性ソーダ水溶液の供給用ノズルおよび苛
性ソーダ水溶液の抜き出し用軟鋼製ノズルがそれぞれ軟
鋼製の枠本体に熔接によつて取り付けられている。苛性
ソーダ水溶液の供給用ノズルは内径１１．１ｍ７７！、
長さ１２、５ＣＴＩＬ、苛性ソーダ水溶液の抜き出し用
ノズルは内径１２．７ｍｍ、長さ１２ｃｍの直管であり
、各ノズルは陰極室枠を貫通している同一内径の孔の長
さも含めたものである。上記の隔膜電解槽を用いて電流
密度４５Ｖｄｍ２．温度約８０℃の条件で食塩の電解を
行つた。

即ち、陽極室に５．０Ｎの食塩水を分解率が約１０（ｆ
ｌ）になるように供給した。他方、陰極室には１４．６
％の苛性ソーダ水溶液（約３５℃）を供給して、約２０
％の苛性ソーダ水溶液を取得した。苛性ソーダ取得の電
流効率は約８０％で、電解槽両端の陰、陽極にかかる電
圧は１１０程度であつた。なお、苛性ソーダ水溶液の供
給は別途に設けた供給槽より各ユニツトセルに共通で電
解槽と平行に設けられた内径５．１ｃｎの母管を経て該
母管と各ユニツトセルを連絡する大部分の内径８．５詣
、長さ３．０ｍの分岐管より行つた。他方、抜き出した
苛性ソーダ水溶液は大部分の内径１１ｍｍ、長さ１，５
ｍの各分岐管から内径２５．５ｃｒ１Ｌの母管を経て集
液タンクに集めた。なお、分岐管から母管に入る個所に
第 ．−１図に示す如き多孔板滴下器を設けて苛性ソー
ダ水溶液を局部的に遮断して電気抵抗を付加した。本実
施例においては上記の母管と分岐管はそれぞれゴムおよ
び硬質塩ビより構成された。６ケ月以上の長期運転を行
つた後、陰極室の苛性ソーダ水溶液の供給および抜き出
し口の軟鋼ノズルを観察したが、腐食は認めむれなかつ
た。

上記の電解中における各軟鋼ノズルを通じての漏洩流出
する電流を分岐管内の苛性ソーダ水溶液中における５０
ＣｒｒＬ間の電圧降下の測定値から求めた結果、液供給
配管では７．２ボルト、同出口配管では１．５３ボルト
であり、溶液の比抵抗は供給液で２．０、排出液で０．
９７であるから電解槽の正側端のセルユニツトにおける
苛性ソーダの供給口ノズルで０．０４１Ａ１苛性ソーダ
水溶液の抜き出口ノズルで０，０３Ａであり、電解槽の
負側のセルユニツトにおけるほど小であつた。

なお、上記の苛性ソーダ水溶液の供給用ノズルおよび抜
き出用ノズル内の溶液抵抗を算出して、本発明で要求さ
れる漏光＝：：―種甲”Ｊ？″”゜＝ＲＡＯ 即ち入口ノズルについては、苛性ソーダ濃度１４．６％
、温度３５゜Ｃであり比抵抗ρは２．０でありノズル部
の溶液抵抗（ＲＡ）はρ×ｌ／Ｓ（但しｌはノズルの長
さ、Ｓは同断面積）に前記の各々の数値を代入し、ＲＡ
＝ρ×ｌ／Ｓ＝２，０×（１２，５／０．９７）＝２５
．８Ωこれを３／ＲＡおよび１．５／ＲＡを用いて計算
すると各々０．１２および０．０６となり、本例の０．
０４がこれら限界値より十分に小さい値であることがわ
かる。

また、同様に排出ノズルについて、ＲＡ＝ρ×ｌ／Ｓ＝
０．９７×（１２．７／１．２７）＝９．２Ωが得られ
、これを３／ＲＡおよび１．５／ＲＡに代入すると、そ
れぞれ０．３３および０．１６が得られる。

これらの値をまとめて第１表に示す。また上記に用いた
電解槽の正側端のセルユニツトにおける苛性ソーダ水溶
液の供給用ノズルのみに軟鋼の代りに鉄鋼、鋳鉄、ステ
ンレススチール製にした以外は全く同条件で電解を実施
したが同様に、各ノズルにおいて腐食は認められなかつ
た。

なお鋳鉄製ノズルの場合にはネジ込みによつて枠本体に
取り付けた。実施例 ２ 実施例１において苛性ソーダ水溶液の供給用の分岐管と
して内径８．５ｍｍ、長さ１．５ｍ、また苛性ソーダ水
溶液の抜き出し口用の分岐管として内径１１鼎、長さ１
．５ｍとし、分岐管から母管に入る個所に多孔板滴下器
を設けることなく他の条件は同様にして２ケ月の電解を
行つた。

その結果、いずれのセルユニツトの陰極室に付属する液
給排ノズルにも腐食は認められなかつた。この場合に電
解中における電解槽の正側端の陰極室に付属する軟鋼ノ
ズルを通じて漏洩流出する電流は、苛性ソーダ水溶液の
供給用ノズルで０．０８９アンペア、また苛性ソーダ水
溶液の抜き出し用ノズルで工０．２６アンペアであつた
。比較例 １ 実施例２において苛性ソーダ水溶液の供給用分岐管を内
径８．５ｍｍ、長さ１．０ｍ、または苛性ソーダ水溶液
の抜き出し用分岐管を内径１１ｍｍ１、長さ１．１ｍに
した以外は同様な条件で電解を行つた。

約２ケ月後に電解槽の正側端のセルユニツトにおける陰
極室に付属する液給排ノズルのいずれもが先端部から腐
食溶解のために電解の続行が不可能であつた。なお、電
解時における上記の液給排ノズルを通じて漏洩流出する
電流は苛性ソーダ水溶液の供給用ノズルで０．１４アン
ペア、また苛性ソーダ水溶液の抜き出し用ノズルで０．
４０アンペアであつた。

以上実施例１，２及び比較例１におけるＩＡ，ＲＡ及び
ＩＡ，ＲＡをまとめて第２表に示す。第２表よりＡ，Ｒ
Ａが約３を境としてこれ以下であればよい結果となるこ
とがわかる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に用いられるセルユニツトの正面概念図
、第２図は第１図のＡ−Ａ断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複極式・フィルタープレス型の隔膜法電解槽におけ
   るセルユニットの陰極室に付属されている鉄類の液給排
   ノズルの電気腐食を防止する方法として該液給排ノズル
   部から漏洩流出する電流ＩＡ（アンペア）と、該液給排
   ノズル内溶液の電気抵抗ＲＡ（オーム）との間に不等式
   ＩＡ＜３／ＲＡの関係が成立するようにＩＡ及びＲＡを
   調節することを特徴とする電解槽ノズルの防蝕方法。 ２ 電解槽が９対以上のセルユニットをフィルタープレ
   ス式に締め付けてなる電解槽である特許請求の範囲第１
   項記載の電解槽ノズルの防蝕方法。 ３ 電解槽が１５Ａ／ｄｍ＾２以上の電流密度で運転さ
   れる特許請求の範囲第１項記載の電解槽ノズルの防蝕方
   法。 ４ 不等式がＩＡ＜１．５／ＲＡである特許請求の範囲
   第１項記載の電解槽ノズルの防蝕方法。 ５ 不等式がＩＡ＜１．２／ＲＡである特許請求の範囲
   第１項記載の電解槽ノズルの防蝕方法。