KR20130105505A - Process for electrolysis of alkali metal chlorides with oxygen-consuming electrodes having orifices - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method of electrolyzing a chloride alkali metal is provided to use a silver catalyst as an electro catalyst, and to electrolyze a chloride alkali metal by using oxygen depolarized cathodes (OCE) that has a micro gap arrangement. CONSTITUTION: A method of electrolyzing a chloride alkali metal includes the coating of at least one carrier element with a sheetlike structure shape, a catalyst activating component, and a gas diffusion layer. The coating of the gas diffusion layer uses an oxygen consumption electrode that has at least one opening in diameter and height of 0.5 mm to 20 mm, and preferably 1 mm to 10 mm. The ratio of the entire area of an opening to the area of electrode facing an ion exchanging film is 0.05 to 15%, preferably 1 to 12% of the electrode area. The only coatings of a catalyst activating component and at least one carrier element of the gas diffusion layer have openings.

Description

오리피스를 가지고 있는 산소 소모 전극으로 염화 알칼리 금속을 전기분해하는 방법{PROCESS FOR ELECTROLYSIS OF ALKALI METAL CHLORIDES WITH OXYGEN­CONSUMING ELECTRODES HAVING ORIFICES}PROCESS FOR ELECTROLYSIS OF ALKALI METAL CHLORIDES WITH OXYGEN® CONSUMING ELECTRODES HAVING ORIFICES}

본 발명은 특히 클로르알칼리 전기분해에 사용하기 위한 산소 소모 전극, 그것의 제조, 전기분해 장치 및 특정 작동 변수(parameter)에 따르는 염화 알칼리 금속 수용액의 전기분해 방법에 관한 것이다. 나아가 본 발명은 클로르알칼리 전기분해 또는 연료 전기 기술에서의 이 산소 소모 전극의 사용에 관한 것이다.The present invention relates in particular to an oxygen consuming electrode for use in chlor-alkali electrolysis, to its preparation, to an electrolysis device and to a method for the electrolysis of aqueous alkali metal chloride solution according to certain operating parameters. The present invention further relates to the use of this oxygen consuming electrode in chloralkali electrolysis or fuel electric technology.

본 발명은 기체 확산 전극의 형태를 가지며 일반적으로 전기 전도성 담체(carrier) 및 촉매 활성 성분을 포함하고 있는 기체 확산층을 포함하는 산소 소모 전극을 이용한 염화 알칼리 금속 수용액의 전기분해로 그 자체로서 알려진 전기분해 방법으로부터 출발하여 이루어진 것이다.The present invention is an electrolysis known per se as electrolysis of an aqueous alkali metal chloride solution using an oxygen consuming electrode in the form of a gas diffusion electrode and generally comprising a gas diffusion layer comprising an electrically conductive carrier and a catalytically active component. It started from the method.

공업적 규모의 전기분해 전지에서의 산소 소모 전극의 작동에 관한 다양한 시도들이 종래기술을 통해 이론적으로 알려져 있다. 기본 아이디어는 전기분해(예를 들면 클로르알칼리 전기분해)에서의 수소 방출 캐소드(cathode)를 산소 소모 전극(캐소드)으로 대체하는 것이다. 가능한 전지 설계 및 해결책에 대한 개론을 문헌[Moussallem et al., "Chlor-Alkali Electrolysis with Oxygen Depolarized Cathodes: History, Present Status and Future Prospects", J. Appl. Electrochem. 38 (2008) 1177-1194]에서 찾을 수 있다.Various attempts at the operation of oxygen consuming electrodes in industrial scale electrolysis cells are known theoretically from the prior art. The basic idea is to replace the hydrogen releasing cathode with an oxygen consuming electrode (cathode) in electrolysis (eg chloralkaline electrolysis). For an overview of possible cell designs and solutions, see Mussallem et al., “Chlor-Alkali Electrolysis with Oxygen Depolarized Cathodes: History, Present Status and Future Prospects”, J. Appl. Electrochem. 38 (2008) 1177-1194.

산소 소모 전극(이하에서는 간략히 OCE로도 언급함)은 공업용 전해조에서 사용가능하기 위해 일련의 요건들에 부합해야 한다. 예를 들어, 이용되는 촉매와 모든 다른 물질들은 일반적으로 80-90 ℃의 온도에서 순수한 산소에 대해 및 농축된 수산화 알칼리 금속 용액에 대해서 화학적으로 안정해야 한다. 이와 유사하게, 전극이 일반적으로 면적이 2 ㎡(공업적 규모)가 넘는 크기의 전해조에서 설치되고 작동될 수 있기 위해서 고도의 기계적 안정성이 요구된다. 또 다른 바람직한 특징은 다음과 같다: 높은 전기 전도성, 얇은 층 두께, 넓은 내부 표면적 및 전극 촉매의 높은 전기화학적 활성. 기체와 전해질의 전도를 위해 적합한 소수성 및 친수성 구멍과 적절한 구멍 구조가 요구된다. 장기적인 안정성과 낮은 생산 비용은 공업적으로 사용 가능한 산소 소모 전극에 대한 또 다른 특정의 요건들이다.Oxygen consuming electrodes (hereinafter also referred to as OCE for short) must meet a set of requirements in order to be available in industrial electrolysers. For example, the catalyst and all other materials used must generally be chemically stable against pure oxygen and concentrated alkali metal hydroxide solutions at temperatures of 80-90 ° C. Similarly, high mechanical stability is required for the electrodes to be installed and operated in electrolyzers of size generally larger than 2 m 2 (industrial scale). Another preferred feature is: high electrical conductivity, thin layer thickness, large internal surface area and high electrochemical activity of the electrode catalyst. Appropriate hydrophobic and hydrophilic pores and suitable pore structures are required for conduction of gas and electrolyte. Long term stability and low production costs are other specific requirements for industrially available oxygen consuming electrodes.

막과 OCE 사이에 전해질 갭이 존재하는 캐소드 소자에서의 OCE 장치의 경우, 기체 측에서의 정수압력이 높이에 따라 일정한 것에 반해 캐소드액(catholyte) 측에서의 정수압력은 전극의 높이에 따라 압력 구배를 형성한다는 사실로부터 문제가 발생한다. 이러한 결과로 전극의 아래쪽에서는 소수성 구멍 역시 가득 차고, 액체가 기체 측으로 흘러들어갈 수 있다. 한편, OCE의 위쪽에서 지나치게 높은 기체 압력이 있는 경우, 액체가 친수성 구멍으로부터 대체되고 산소가 캐소드액(catholyte) 측으로 갈 수 있다. 두 결과 모두 OCE의 성능을 감소시킨다. 실제로는, 또 다른 조치가 취해지지 않는 한 OCE의 구조 높이가 약 30 cm로 제한되는 결과가 발생한다. 공업용 전해조에서 전극은 일반적으로 1 m 또는 그 이상의 높이로 만들어진다. 그러한 구조 높이의 구현을 위해서 다양한 기술들이 설명되었다.For OCE devices in cathode elements where there is an electrolyte gap between the membrane and the OCE, the hydrostatic pressure on the catholyte side forms a pressure gradient along the height of the electrode, whereas the hydrostatic pressure on the gas side is constant with height. The problem arises. As a result, the hydrophobic hole is also filled at the bottom of the electrode, and liquid can flow to the gas side. On the other hand, if there is an excessively high gas pressure above the OCE, the liquid may be replaced from the hydrophilic pore and oxygen may go to the catholyte side. Both results reduce the performance of the OCE. In practice, the result is that the height of the structure of the OCE is limited to about 30 cm unless further action is taken. In industrial electrolysers, electrodes are generally made at a height of 1 m or more. Various techniques have been described for the implementation of such structure heights.

WO2001/57290 A1은 OCE와 이온 교환 막 사이에 장착된 퍼콜레이터(percolator)라 불리는 편평한 다공성 요소를 통해 상부에서 아래 방향으로 일종의 자유낙하 액체 필름(간단히 낙하 필름이라고 불림)으로 OCE를 따라 액체가 전도되는 전지를 설명하고 있다(유한 갭 배치(finite gap arrangement)). 이 배치에서, 액체 컬럼은 OCE의 액체 측에 없고, 전지의 구조 높이에 따라 정수압력 프로필(profile)이 구축되지 않는다. 그러나 WO2001/57290A1에서 설명되는 구조는 매우 복잡하다. 균일한 알칼리 흐름과 OCE와 캐소드액 간의 균일한 접촉을 보장하기 위해서는 퍼콜레이터와 이온 교환 막 및 OCE가 매우 정확하게 위치하고 있어야 한다.WO2001 / 57290 A1 is a kind of free-falling liquid film (simply called a drop film) from top to bottom through a flat porous element called a percolator mounted between OCE and an ion exchange membrane, which conducts liquid along the OCE. Cells are described (finite gap arrangement). In this arrangement, the liquid column is not on the liquid side of the OCE, and no hydrostatic pressure profile is established depending on the structural height of the cell. However, the structure described in WO2001 / 57290A1 is very complicated. To ensure uniform alkali flow and uniform contact between the OCE and the catholyte, the percolator and the ion exchange membrane and the OCE must be positioned very accurately.

다른 실시태양에서, 전기분해 전지에서 애노드(anode) 공간을 캐소드(cathode) 공간으로부터 나눈 이온 교환 막은 수산화 알칼리 금속 용액이 이로 도입되고 또 이로부터 제거되는 사이 공간(캐소드액 갭) 없이 직접적으로 OCE에 붙어 있다. 이 배치는 또한 제로 갭 배치(zero gap arrangement)라고 불리기도 한다. 이 제로 갭 배치는 또한 일반적으로 연료 전지 기술에 사용되기도 한다. 여기서 바람직하지 못한 점은 형성되는 수산화 알칼리 금속 용액이 기체 측으로 OCE를 통과해야 하고 이후 OCE에서 아래로 흐른다는 점이다. 이러한 과정에서 OCE에 있는 구멍은 수산화 알칼리 금속 용액에 의해 막혀서는 안되며, 구멍 안에서 수산화 알칼리 금속의 어떠한 결정화도 있어서는 안된다. 여기서 수산화 알칼리 금속의 농도가 매우 높아지는 일이 발생할 수 있다는 것이 밝혀졌지만, 이런 높은 농도에서의 이온 교환 막은 장기적인 안정성이 부족하다는 것이 설명되고 있다. (문헌[Lipp et al., J. Appl. Electrochem. 35 (2005)1015 - Los Alamos National Laboratory "Peroxide formation during chlor-alkali electrolysis with carbon-based ODC"])In another embodiment, an ion exchange membrane in which an anode space is divided from a cathode space in an electrolysis cell is added directly to the OCE without the space (catholyte gap) between which an alkali metal hydroxide solution is introduced into and removed from it. Attached. This arrangement is also called a zero gap arrangement. This zero gap arrangement is also commonly used in fuel cell technology. What is undesirable here is that the alkali metal hydroxide solution formed must pass the OCE to the gas side and then flow down in the OCE. In this process, the pores in the OCE must not be blocked by alkali metal hydroxide solutions and there should be no crystallization of alkali metal hydroxides in the pores. It has been found here that very high concentrations of alkali metal hydroxide may occur, but it has been described that ion exchange membranes at such high concentrations lack long-term stability. (Lipp et al., J. Appl. Electrochem. 35 (2005) 1015-Los Alamos National Laboratory "Peroxide formation during chlor-alkali electrolysis with carbon-based ODC")

간혹 "제로 갭"이라고도 불리지만 좀 더 정확하게는 "마이크로 갭"으로 만들어진 또 다른 배치는 JP3553775와 US6117286A1에 설명되어 있다. 이 배치에서, 생성된 수성 알칼리를 그 흡수성 때문에 흡수하고 이로부터 적어도 약간의 알칼리가 아래로 배출될 수 있는 다공성 친수성 물질로 된 또 다른 층이 이온 교환 막과 OCE사이에 존재한다. 수성 알칼리의 배출방법은 전지 설계와 OCE의 설치에 의해 결정된다. 이 배치의 유리한 점은 OCE의 뒷면에서 아래로 흐르는 알칼리의 양이 더 적어진다는 것이다. 그 결과 기체 측(뒷면)에 대면하는 OCE의 면은 산소에 더 접근이 용이해진다. 게다가, OCE의 구멍 체계가 더 적은 양의 액체에 노출되어서 더 많은 구멍 공간이 기체 수송에 사용될 수 있다. 상기 기술된 유한 갭 배치와 달리, 수산화 알칼리 금속 수용액(알칼리)이 인가와 배출의 결과로 OCE와 이온 교환 막 사이의 갭을 통해 전도되지 않고; 마이크로 갭에 존재하는 다공성 물질은 생성된 수성 알칼리를 흡수하고 그것을 수평 또는 수직 방향으로 통과하게 한다. JP3553775와 US6117286A1에서 기술하는 배치는 이하에서 "마이크로 갭"으로 지칭한다. 마이크로 갭 구조가 있는 고성능 전기분해 전지는 유한 갭 배치의 전기분해 전지보다 만들고 작동하기 더 쉽다.Another arrangement, sometimes referred to as "zero gap", but more precisely made of "micro gap", is described in JP3553775 and US6117286A1. In this arrangement, another layer of porous hydrophilic material is present between the ion exchange membrane and the OCE that absorbs the resulting aqueous alkali due to its absorbency and from which at least some alkali can be discharged downward. The method of discharging aqueous alkali is determined by the cell design and the installation of the OCE. The advantage of this arrangement is that less alkali flows down from the back of the OCE. As a result, the face of the OCE facing the gas side (back side) becomes more accessible to oxygen. In addition, the hole system of the OCE is exposed to less amount of liquid so that more hole space can be used for gas transport. Unlike the finite gap arrangement described above, aqueous alkali metal hydroxide solution (alkali) is not conducted through the gap between the OCE and the ion exchange membrane as a result of application and discharge; The porous material present in the micro gaps absorbs the resulting aqueous alkali and allows it to pass through in the horizontal or vertical direction. The arrangement described in JP3553775 and US6117286A1 is hereinafter referred to as "micro gap". High performance electrolysis cells with a microgap structure are easier to build and operate than electrolysis cells with finite gap arrangements.

US6117286A1은 알칼리 수용액이 OCE의 슬롯(slot)을 통해 다공성 친수성 물질로부터 OCE의 기체 측에 대면하는 면으로 전도되는 "마이크로 갭" OCE 배치의 또 다른 실시태양을 설명한다. 오리피스는 수산화 알칼리 금속 용액이 다공성 친수성 물질을 통해 OCE의 기체 측으로 통과하도록 작용하며 그것의 기체 공간에서 아래로 떨어지게 한다. 이 배치의 유리한 점은 OCE 상에 산소의 OCE로의 접근을 막는 임의의 액체 필름을 형성하지 않은 채로 수산화 알칼리 금속 용액을 OCE의 기체 측에서 빼낼 수 있다는 점이다. 그러나 이 실시태양에서 보여지는 구조는 복잡하다.US6117286A1 describes another embodiment of a "microgap" OCE arrangement in which an aqueous alkaline solution is conducted from the porous hydrophilic material to the side facing the gas side of the OCE through a slot of the OCE. The orifice acts to allow the alkali metal hydroxide solution to pass through the porous hydrophilic material to the gas side of the OCE and to fall down in its gas space. An advantage of this arrangement is that the alkali metal hydroxide solution can be withdrawn from the gas side of the OCE without forming any liquid film on the OCE that prevents oxygen from accessing the OCE. However, the structure shown in this embodiment is complex.

US4332662A1은 제로 갭 배치의 OCE를 설명하는데, 이것은 일련의 오리피스를 가지고 있고 생성된 수산화 알칼리 금속 용액이 이를 통해 OCE의 기체 측으로 통과한다. 오리피스의 열린 면적은 전극 면적의 2 내지 80 %, 바람직하게는 5 내지 25 %이다. 오리피스는 OCE를 통한 수산화 알칼리 금속 용액의 흐름을 촉진하기 위해 의도되었다. 이 때 수산화 알칼리 금속 용액은 OCE의 기체 측에서 아래로 흐르지만 이것은 산소의 OCE로의 접근을 막는다. 특정 실시태양에서, 막과 OCE 사이의 또 다른 높은 기공률의 분리막 물질 배열을 설명한다. 부가적인 분리막으로 언급된 가능한 물질은 산화 지르코늄 섬유로 만들어진 종이 뿐만 아니라 산화 알루미늄 또는 다른 세라믹 직물로 만들어진 종이, PVC 직물 또는 폴리프로필렌 직물과 다공성 니켈이 있다. 이 설명은 부가적인 분리막 물질의 기능을 언급하지 않는다. 소수성 PVC와 폴리프로필렌 물질의 언급은 JP3553775와 US6117286A1에 따르는 마이크로 갭 배치에서처럼 분리막 물질이 수산화 알칼리 금속 용액을 빼내기 위한 역할을 하지 않는다는 것을 나타낸다. US4332662A1에 설명된 실시태양의 불리한 점은 전극 면적의 상대적으로 높은 손실과 전술한 OCE에의 산소 공급 방해를 포함한다. US4332662A1 describes OCE in a zero gap arrangement, which has a series of orifices and the resulting alkali metal hydroxide solution passes through to the gas side of the OCE. The open area of the orifice is 2 to 80%, preferably 5 to 25% of the electrode area. The orifice is intended to promote the flow of the alkali metal hydroxide solution through the OCE. The alkali metal hydroxide solution then flows down from the gas side of the OCE, but this prevents oxygen from accessing the OCE. In certain embodiments, another high porosity separator material arrangement between the membrane and the OCE is described. Possible materials referred to as additional separators include paper made of zirconium oxide fibers, as well as paper made of aluminum oxide or other ceramic fabrics, PVC fabrics or polypropylene fabrics and porous nickel. This description does not mention the function of additional separator materials. The mention of hydrophobic PVC and polypropylene materials indicates that the membrane material does not serve to withdraw the alkali metal hydroxide solution, as in the microgap arrangement according to JP3553775 and US6117286A1. Disadvantages of the embodiment described in US4332662A1 include the relatively high loss of electrode area and the disturbance of oxygen supply to the OCE described above.

일반적으로 산소 소모 전극은 예를 들어 금속사망(metal wire mesh)이나 다공성 금속판과 같은 지지체 요소와 전기화학적 촉매 활성 코팅을 포함한다. 이 전기화학적 활성 코팅은 미공성이며 친수성과 소수성 구성요소를 포함한다. 소수성 구성요소는 전해질이 통과하기 어렵게 하고 따라서 산소의 촉매 활성 자리로의 수송을 위해 OCE에서의 대응하는 구멍을 막히지 않게 유지한다. 친수성 구성요소는 전해질이 촉매 활성 자리로 통과할 수 있게 해서 수산화 이온이 OCE로부터 멀리 수송되게 한다. 사용되는 소수성 성분은 통상적으로 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene;PTFE)과 같은 플루오르화 중합체이며, 이것은 부가적으로 촉매의 입자에 대한 중합체 결합제 역할을 한다. 예를 들어, 은 촉매를 가진 전극의 경우, 은은 친수성 성분의 역할을 한다. 다수의 화합물이 산소의 환원에 있어 전기화학적 촉매로 설명되었다. 그러나 오로지 백금과 은만이 알칼리성 용액에서의 산소의 환원에 대한 촉매로서 실제적 유의성을 가졌다.Oxygen consuming electrodes generally comprise a support element such as a metal wire mesh or a porous metal plate and an electrochemical catalytically active coating. This electrochemically active coating is microporous and contains hydrophilic and hydrophobic components. The hydrophobic component makes the electrolyte difficult to pass through and therefore keeps the corresponding pores in the OCE unobstructed for transport of oxygen to the catalytically active site. The hydrophilic component allows the electrolyte to pass through the catalytically active site, allowing hydroxide ions to be transported away from the OCE. The hydrophobic component used is typically a fluorinated polymer, such as polytetrafluoroethylene (PTFE), which additionally serves as a polymeric binder for the particles of the catalyst. For example, in the case of electrodes with silver catalysts, silver serves as a hydrophilic component. Many compounds have been described as electrochemical catalysts in the reduction of oxygen. Only platinum and silver, however, had practical significance as a catalyst for the reduction of oxygen in alkaline solutions.

백금은 산소의 환원에 있어 매우 높은 촉매 활성을 갖는다. 백금의 높은 가격 때문에 오로지 지지형(supported form)으로 사용된다. 지지체 물질로는 탄소가 바람직하다. 그러나 아마도 백금이 지지체 물질의 산화 역시 촉매할 수 있기 때문에 탄소 지지된 백금계 전극의 장기적인 작동시의 안정성은 부적절하다. 부가적으로 탄소가 원치 않는 H2O2의 생성을 촉진하고, 이것이 마찬가지로 산화를 일으킨다. 은이 유사하게 산소의 환원에 대하여 높은 전기촉매 활성을 갖는다. 은은 탄소 지지형으로 사용될 수 있고, 또한 미세 금속 은으로서 사용될 수 있다. 탄소 지지된 은 촉매가 이에 대응하는 백금 촉매보다 더 내구성이 있어도 산소 소모 전극 중 하나 안에서라는 조건 하에서, 특히 클로르알칼리 전기분해에 사용되는 경우에는, 그의 장기적 안정성 역시 제한된다. Platinum has a very high catalytic activity in the reduction of oxygen. Because of the high price of platinum, it is only used in supported form. Carbon is preferred as the support material. However, long-term stability of the carbon-supported platinum-based electrodes is inadequate, perhaps because platinum can also catalyze the oxidation of the support material. In addition, carbon promotes the production of unwanted H 2 O 2 , which likewise causes oxidation. Silver similarly has high electrocatalytic activity against the reduction of oxygen. Silver can be used as a carbon support and can also be used as fine metal silver. Even if the carbon supported silver catalyst is more durable than the corresponding platinum catalyst, its long-term stability is also limited under conditions of being in one of the oxygen consuming electrodes, especially when used for chloralkaline electrolysis.

지지되지 않는 은 촉매를 포함하는 OCE의 제조의 경우, 은은 산화은의 형태로 적어도 부분적으로 바람직하게 도입되고 이후 금속 은으로 환원된다. 이 환원은 통상적으로 전기분해 전지가 처음 시동할 때 실행된다. 은 화합물의 환원은 또한 결정의 배열 변화를 일으키고 또한 특히나 각각의 은 입자들 사이에 브릿지(bridge) 형성을 일으킨다. 이는 구조의 전체적인 경화를 야기한다.For the preparation of OCE comprising an unsupported silver catalyst, silver is preferably at least partly introduced in the form of silver oxide and subsequently reduced to metallic silver. This reduction is usually carried out when the electrolysis cell first starts up. Reduction of the silver compound also leads to a change in the arrangement of the crystals and also in particular to the formation of bridges between the individual silver particles. This causes overall hardening of the structure.

전기분해 전류가 차단되면 은 촉매가 다시 산화될 수 있음을 관찰해 왔다. 이 산화는 명백히 반쪽전지에서 산소와 수분 때문에 촉진된다. 산화는 촉매 구조의 재배열을 일으킬 수 있고, 이는 촉매의 활성에 역효과를 미쳐 OCE의 성능에도 역효과를 미치게 된다.It has been observed that the silver catalyst can be oxidized again if the electrolysis current is interrupted. This oxidation is apparently promoted by oxygen and moisture in the half cell. Oxidation can lead to rearrangement of the catalyst structure, which adversely affects the activity of the catalyst and adversely affects the performance of the OCE.

은 촉매를 가진 OCE에서는 성능, 특히나 요구되는 전기분해 전압이 시동 조건에 상당히 의존하는 것 또한 밝혀졌다. 이는 OCE의 첫 번째 시동과 정지 이후의 또 다른 시동의 경우 모두에 적용된다. 은 촉매를 가진 OCE의 작동과 특히 정지 및 시동의 특정한 조건을 알아내는 것이 본 발명의 목적 중 하나이며, 이로써 OCE의 고성능을 보장한다.In OCE with silver catalysts, it has also been found that the performance, in particular the required electrolysis voltage, depends significantly on the starting conditions. This applies to both the first start of the OCE and another start after the stop. It is one of the objectives of the present invention to find out the operation of the OCE with silver catalyst and in particular the specific conditions of stopping and starting, thereby ensuring the high performance of the OCE.

전기분해 전지의 또 다른 핵심 요소는 이온 교환 막이다. 이 막은 양이온과 물은 투과성이고 음이온은 실질적으로 불투과성이다. 전기분해 전지에서 이온 교환 막은 심각한 응력(stress)의 상태에 놓인다: 이온 교환 막은 90 ℃ 전후의 온도에서 애노드 측에서는 염소에 대하여, 그리고 캐소드 측에서는 알칼리성의 심한 응력에 대해 안정해야 한다. PTFE와 같은 과플루오르화된 중합체는 일반적으로 이러한 응력을 이겨낸다. 이런 중합체로 중합된 술포네이트기 및/또는 카르복실레이트기를 통해 이온들이 수송된다. 카르복실레이트기는 더 높은 선택성을 보인다; 카르복실레이트기를 포함하는 중합체는 술포네이트기를 포함하는 중합체보다 물 흡수가 더 적고 전기적 저항이 더 높다. 보통, 애노드 측에 술포네이트기를 포함하는 더 두꺼운 층과 캐소드 측에 카르복실레이트기를 포함하는 더 얇은 층이 있는 다층막이 사용된다. 이러한 막에는 캐소드 측 또는 양측 모두에 친수성 층이 제공되어 있다. 기계적 특성을 개선하기 위해서 직조나 편직의 무늬 넣기(inlaying)로 막을 보강한다; 이러한 보강은 술포네이트기를 포함하는 층으로 바람직하게 합쳐진다.Another key element of electrolysis cells is ion exchange membranes. The membrane is permeable to cations and water and substantially impermeable to anions. In electrolysis cells the ion exchange membranes are in a state of severe stress: the ion exchange membranes must be stable against chlorine on the anode side and alkaline severe stress on the cathode side at temperatures around 90 ° C. Perfluorinated polymers, such as PTFE, generally withstand this stress. Ions are transported through sulfonate groups and / or carboxylate groups polymerized with such polymers. Carboxylate groups show higher selectivity; Polymers containing carboxylate groups have less water absorption and higher electrical resistance than polymers containing sulfonate groups. Usually, a multilayer film is used having a thicker layer comprising sulfonate groups on the anode side and a thinner layer comprising carboxylate groups on the cathode side. Such membranes are provided with a hydrophilic layer on the cathode side or both sides. Reinforce the membrane with inlaying of weaving or knitting to improve the mechanical properties; This reinforcement is preferably combined into a layer comprising sulfonate groups.

복잡한 구조 때문에 이온 교환 막은 이들을 둘러싸는 매질의 변화에 민감하다. 상이한 몰농도는 애노드 측과 캐소드 측 사이에 상당한 삼투압 구배를 형성시킬 수 있다. 전해질 농도가 감소하면 물 흡수가 증가해서 막이 팽창한다. 전해질 농도가 증가하면 막은 물을 방출하고 그 결과 줄어들게 된다; 극단적인 경우, 물이 빠져나가 막 안에서 고체의 침전을 일으킬 수 있다. 그래서 농도 변화는 막에서 지장을 주고 손상을 일으킬 수 있다. 그 결과 층 구조의 박리가 일어날 수 있고(블리스터 형성), 이러한 결과로 막을 통한 물질 전달이 악화된다.Because of the complex structure, ion exchange membranes are sensitive to changes in the media surrounding them. Different molarities can create a significant osmotic pressure gradient between the anode side and the cathode side. As the electrolyte concentration decreases, the water absorption increases and the membrane expands. As the electrolyte concentration increases, the membrane releases water and consequently shrinks; In extreme cases, the water can escape and cause a settling of solids in the membrane. So changing the concentration can interfere with the membrane and cause damage. As a result, delamination of the layer structure may occur (blister formation), which results in worse mass transfer through the membrane.

또한, 아주 작은 구멍(pinholes)과 극단적인 경우, 균열이 일어날 수 있고, 이는 캐소드액과 애노드액의 혼합을 일으킬 수 있다.In addition, very small pinholes and, in extreme cases, cracking may occur, which may result in mixing of the catholyte and the anolyte.

생산공장에서는 수년에 걸쳐 전기분해 전지를 그 기간동안 열지 않고 작동하는 것이 바람직하다. 하지만 수요 용적의 변화와 전기분해의 상하류 생산 구역에서의 잘못 때문에 생산공장의 전기분해 전지를 불가피하게 반복적으로 멈추고 다시 백업해야 한다.In production plants it is desirable to operate the electrolysis cell over several years without opening it for that period. However, due to changes in demand volume and faults in the upstream and downstream production zones of electrolysis, it is inevitable that the electrolysis cells in the plant must be repeatedly stopped and backed up.

전기분해 전지가 정지하고 재시작되면 전지 요소에 손상을 일으키고 그것의 수명을 상당히 감소시킬 수 있는 조건이 발생한다. 더군다나 특히, OCE의 손상 및 막의 손상과 더불어 캐소드 공간에서 산화적 손상을 발견하였다. Stopping and restarting an electrolysis cell results in conditions that can damage the cell element and significantly reduce its life. Furthermore, oxidative damage was found in the cathode space, in particular with damage to the OCE and damage to the membrane.

종래기술은 시동과 정지의 과정에서 전기분해 전지에의 손상의 위험을 줄일 수 있는 작동 모드를 거의 밝히고 있지 않다.The prior art rarely discloses an operating mode that can reduce the risk of damage to the electrolysis cell in the course of starting and stopping.

종래의 막 전기분해로부터 분극 전압의 지속성이라는 척도가 알려져 있는데, 이는 전기분해가 끝났을 때 전위차가 0으로 하향 조절되지 않고, 분극 전압의 정도로 유지되는 것을 의미한다. 실질적인 측면에서, 전류 밀도가 일정하게 낮고 결과적 전기분해가 적은 수준이 되도록 분극에 요구되는 것보다 다소 높은 전압을 설정한다. 그러나 OCE의 사용의 경우에 있어 이러한 척도 하나만으로는 시동과 정지의 과정에서의 OCE의 산화적 손상을 막기에 불충분하다.A measure of the persistence of the polarization voltage from known membrane electrolysis is known, which means that the potential difference is not adjusted to zero at the end of the electrolysis but is maintained at the degree of polarization voltage. In practical terms, the voltage is set somewhat higher than required for polarization so that the current density is consistently low and the resulting electrolysis is low. However, in the case of the use of OCE, this measure alone is insufficient to prevent oxidative damage of OCE during start-up and shutdown.

공개된 명세서 JP 2004-300510 A에서는 마이크로 갭 배치를 이용한 전기분해 방법을 설명하는데 여기서 캐소드 공간에서의 부식은 전지의 정지시 기체 공간을 수산화나트륨 용액으로 채움으로써 막을 수 있다. 이에 따라 수산화나트륨 용액으로 기체 공간을 채우는 것이 부식으로부터 캐소드 공간을 보호하기는 하지만 정지와 시동시, 또는 정지 시간 동안에 전극과 막에 대한 손상으로부터는 적절하게 보호하지 못한다.Published specification JP 2004-300510 A describes an electrolysis method using a microgap batch, wherein corrosion in the cathode space can be prevented by filling the gas space with sodium hydroxide solution upon shutdown of the cell. Thus, filling the gas space with sodium hydroxide solution protects the cathode space from corrosion, but does not adequately protect against damage to the electrodes and membranes during stop and start-up or during stop times.

US 4578159A1은 제로 갭 장치를 이용한 전기분해 방법에서 전지의 시동에 앞서 캐소드 공간을 35 %의 수산화나트륨 용액으로 퍼징(purging)하거나 혹은 낮은 전류 밀도로 전지를 시동하고 점진적으로 전류 밀도를 높이는 것이 막과 전극에 대한 손상을 막을 수 있다고 설명한다. 이러한 과정은 시동할 때에 막과 OCE에 대한 손상의 위험을 줄이지만, 정지할 때와 정지 시간 동안에는 손상으로부터 어떠한 보호도 해주지 않는다.US 4578159A1 discloses that in electrolysis using a zero-gap device, purging the cathode space with 35% sodium hydroxide solution or starting the cell at a low current density and gradually increasing the current density prior to the cell start-up. Explain that damage to the electrodes can be prevented. This process reduces the risk of damage to the membrane and the OCE at start-up, but does not provide any protection from damage at stop and during downtime.

US4364806A1 문헌은 전기분해 전류를 하향 조절한 후에 산소를 질소로 교환하는 것이 캐소드 공간에서의 부식을 막을 것이라고 밝히고 있다. WO2008009661A2에 따르면 질소에 작은 비율의 수소를 첨가하면 침식 손상으로부터의 보호가 개선될 것이다. 그러나 언급한 방법은 특히나 안전의 관점에서 보았을 때 복잡하고, 질소와 수소의 공급을 위해 부가적인 장비의 설치를 수반한다. 재시작시, OCE의 구멍들은 질소 및/또는 수소로 부분적으로 채워지고 이는 산소가 반응성 자리로 공급되는 것을 막는다. 이 방법은 또한 이온 교환 막에 대한 손상으로부터 어떠한 보호도 해주지 않고 폭발성의 기체 혼합물을 피하기 위해 높은 안전 요건을 주문한다. The document US4364806A1 discloses that exchanging oxygen with nitrogen after down-regulating the electrolysis current will prevent corrosion in the cathode space. According to WO2008009661A2 the addition of a small proportion of hydrogen to nitrogen will improve protection from erosion damage. However, the method mentioned is particularly complicated from the safety point of view and involves the installation of additional equipment for the supply of nitrogen and hydrogen. Upon restart, the pores of the OCE are partially filled with nitrogen and / or hydrogen, which prevents oxygen from being supplied to the reactive site. The method also orders high safety requirements to avoid explosive gas mixtures without providing any protection from damage to the ion exchange membrane.

져지 클리스튜노프(Jerzy Chlistunoff)의 문헌[The Final Technical Report "Advanced Chlor-Alkali Technology" (Los Alamos National Laboratory, DOE Award 03EE-2F/Ed190403, 2004)]은 제로 갭 전지의 일시적인 정지와 시동의 조건을 상세히 설명한다. 정지의 경우에 전기분해 전류가 멈추고 나서 산소 공급을 멈추고 질소로 대체한다. 남아있는 수산화나트륨 용액을 씻어내기 위해 기체 스트림의 습윤을 증가시킨다. 애노드 측에서 염수를 뜨거운 물(90 ℃)로 대체한다. 이 과정을 안정된 전압(개방 회로 전압)을 얻을 때까지 반복한다. 그리고 나서 전지를 냉각하고, 애노드 측에서의 물의 펌프 순환(pumped circulation)과 습윤한 질소의 공급을 멈춘다. Jerzy Chlistunoff's The Final Technical Report "Advanced Chlor-Alkali Technology" (Los Alamos National Laboratory, DOE Award 03EE-2F / Ed190403, 2004) describes the conditions for temporary shutdown and start-up of zero-gap cells. It will be described in detail. In the case of a stop, the oxygen supply stops and the oxygen supply is stopped and replaced with nitrogen. Increase the wetting of the gas stream to flush out the remaining sodium hydroxide solution. On the anode side the brine is replaced with hot water (90 ° C.). This process is repeated until a stable voltage (open circuit voltage) is obtained. The cell is then cooled and the pumped circulation of water and supply of wet nitrogen at the anode side is stopped.

재시작시, 애노드 측은 처음에 염수로 채우고; 캐소드 측은 물과 질소를 도입한다. 그리고 나서 전지는 80 ℃로 가열한다. 이 때 기체 공급이 산소로 전환되고 낮은 전류 흐름의 분극 전압을 인가한다. 그 후, 전류 밀도를 증가시키고 캐소드의 압력을 증가시킨다; 온도가 90 ℃까지 상승한다. 염수와 물 공급은 후속적으로 애노드와 캐소드 측에서 소정의 농도가 얻어지도록 조절한다. On restart, the anode side initially fills with brine; The cathode side introduces water and nitrogen. The cell is then heated to 80 ° C. The gas supply is then converted to oxygen and a polarization voltage of low current flow is applied. Thereafter, the current density is increased and the pressure of the cathode is increased; The temperature rises to 90 ° C. The brine and water feed is subsequently adjusted to achieve the desired concentration on the anode and cathode sides.

캐소드 측에의 물 공급 증가와 애노드 측에서의 NaCl 농도 유지의 결과로 NaOH 농도가 감소되는 때, 캐소드 공간으로의 클로라이드 이온 확산의 증가가, 이에 대응하는 캐소드 공간에서의 부식에 관한 역효과 및 OCE의 불활성화와 함께 일어난다. 재시작시, 순수한 물을 처음에 캐소드 측에 채우고 농축된 염수를 애노드 측에 채워 여기서도 역시 훨씬 높은 클로라이드 하중(burden)이 캐소드 측에 생기는 것이 예상된다.When the NaOH concentration decreases as a result of increased water supply to the cathode side and maintenance of NaCl concentration on the anode side, an increase in chloride ion diffusion into the cathode space has a corresponding adverse effect on corrosion in the cathode space and inactivation of the OCE. Happens with Upon restarting, pure water is initially charged on the cathode side and concentrated brine on the anode side, where much higher chloride loads are also expected to occur on the cathode side.

작동 정지 중에 90 ℃에서 애노드액을 물로 대체할 때, 막의 팽창과 확대가 예상되는데 이는 균열 및 다른 손상의 위험을 증가시킨다. 설명된 과정은 매우 복잡하다; 공업적인 전기분해 방법에서는 특히나 더 매우 높은 수준의 복잡성을 요구한다.When the anolyte is replaced by water at 90 ° C. during shutdown, expansion and expansion of the membrane is expected, which increases the risk of cracking and other damage. The process described is very complex; Industrial electrolysis methods in particular require even higher levels of complexity.

OCE의 시동과 정지에 관하여 오늘날까지 설명된 기술은 바람직하지 못하고 손상으로부터 단지 부적절한 보호만을 한다고 보아야 한다. 기술된 방법은 마이크로 갭 배치의 OCE의 경우에 더욱이 특히나 충분한 보호를 하지 못한다.The techniques described up to now regarding the starting and stopping of the OCE are undesirable and should only be seen as inadequate protection from damage. The described method furthermore does not provide sufficient protection, especially in the case of OCE in a micro gap arrangement.

본 발명의 한 목적은 전기촉매 물질로서 은 촉매를 사용하고 마이크로 갭 배치가 있는 OCE를 이용한 클로르알칼리 전기분해를 위한 개선된 전기분해 유닛을 찾는 것이며 여기서 시작, 정지 및 사이의 정지 시간 과정 동안의 손상을 피한다. 그러한 유닛의 작동, 특히 시작과 정지에 있어서의 작동 변수는 수행하기 쉬워야 하며, 이것을 따르는 것이 막, 전극 및/또는 전기분해 전지의 다른 성분에 손상을 주는 것을 막을 것이다.One object of the present invention is to find an improved electrolysis unit for chlor-alkali electrolysis using OCE with a microgap batch and using a silver catalyst as the electrocatalyst material, wherein damage during start, stop and stop time processes between Avoid. The operating parameters of the operation of such units, in particular the start and stop, should be easy to carry out, and following this will prevent damaging the membrane, the electrodes and / or other components of the electrolysis cell.

본 발명은 마이크로 갭 배치의 전기분해 전지에 사용하기 위한 산소 소모 전극으로써, 특히나 이온 교환 막과 산소 소모 전극 사이의 거리가 0.01 mm 내지 2 mm이고, 촉매 활성 성분 및 기체 확산층의 코팅 및 시트유사(sheetlike) 구조 형태의 하나 이상의 담체 요소를 가지고 있으며, 기체 확산층으로의 코팅이 0.5 mm 내지 20 mm, 바람직하게는 1 mm 내지 1 mm의 직경 또는 높이, 그리고 바람직하게는 전체 OCE 면적의 0.05 % 부터 15 % 까지의 단면적의 개구를 갖는 것을 특징으로 한다.The present invention is an oxygen consuming electrode for use in an electrolysis cell of a microgap batch, and particularly, the distance between the ion exchange membrane and the oxygen consuming electrode is 0.01 mm to 2 mm, and the coating and sheet similarity of the catalytically active component and the gas diffusion layer ( sheetlike) having at least one carrier element in the form of a structure, wherein the coating to the gas diffusion layer has a diameter or height of 0.5 mm to 20 mm, preferably 1 mm to 1 mm, and preferably 0.05% to 15% of the total OCE area. And having an opening of up to% cross-sectional area.

본 발명은 또한 마이크로 갭 구조의 상기 산소 소모 전극(OCE)을 포함하는 전기분해 전지로 클로르알칼리를 전기분해하는 방법을 제시하고 있는데, 특히 이온 교환 막과 산소 소모 전극 사이의 거리가 0.01 mm 내지 2 mm이고, 상기 전지는 은 함유 촉매 및 OCE와 막 사이에 0.01 mm 내지 2 mm의 두께를 갖는 편평한 다공성 요소를 포함하고, 캐소드로서의 산소 소모 전극이 있는 캐소드 공간, 이온 교환 막, 애노드액을 포함하는 하나 이상의 애노드 공간을 가지며, 애노드와 캐소드 사이에서 전기분해 전압의 인가에 앞서 첫 번째 단계로 1000 ppm 이하, 바람직하게는 700 ppm 이하, 더욱 바람직하게는 500 ppm 이하의 클로라이드 이온 함량을 갖는 수산화 알칼리 금속 수용액으로 기체 측의 산소 소모 전극을 습윤시키고, 애노드액의 애노드 공간으로의 후속적 도입과 함산소 기체의 캐소드 공간으로의 도입 이후에 전기분해 전압을 인가하는 것을 특징으로 한다.The present invention also proposes a method for electrolyzing chloral alkali with an electrolysis cell comprising the oxygen consuming electrode (OCE) of microgap structure, in particular the distance between the ion exchange membrane and the oxygen consuming electrode is 0.01 mm to 2 mm, the cell comprises a silver containing catalyst and a flat porous element having a thickness between 0.01 mm and 2 mm between the OCE and the membrane, the cathode space having an oxygen consuming electrode as cathode, an ion exchange membrane, an anolyte Alkali metal hydroxides having at least one anode space and having a chloride ion content of at most 1000 ppm, preferably at most 700 ppm and more preferably at most 500 ppm in a first step prior to the application of the electrolysis voltage between the anode and the cathode. Wet the oxygen-consuming electrode on the gas side with an aqueous solution, and subsequently introduce and contain the anolyte solution into the anode space. It characterized by applying an electrolysis voltage after the introduction of the cathode space of the base.

또한 본 발명은 마이크로 갭 구조의 상기 산소 소모 전극을 포함하는 전기분해 전지로의 클로르알칼리 전기분해의 수행 방법을 제시하는데, 상기 전지는 은 함유 촉매, 0.01 mm 내지 2 mm의 두께를 갖는 OCE와 막 사이의 편평한 다공성 요소를 갖는 OCE가 있는 캐소드 공간, 이온 교환 막, 애노드액을 포함하는 하나 이상의 애노드 공간을 가지며, 전기분해 작동의 마지막에, 정지를 위해 적어도 다음의 단계를 이러한 순서로 수행하는 것을 특징으로 한다:The present invention also provides a method of performing chlor-alkali electrolysis to an electrolysis cell including the oxygen consuming electrode having a microgap structure, the cell comprising a silver-containing catalyst, OCE having a thickness of 0.01 mm to 2 mm and a membrane Having a cathode space with an OCE with a flat porous element in between, an ion exchange membrane, at least one anode space comprising an anolyte, and at the end of the electrolysis operation, carrying out at least the following steps in this order for stopping Features:

-애노드액을 염소가 없도록 세척하고 애노드액을 냉각함-Clean the anolyte solution free of chlorine and cool the anolyte solution

-전기분해 전압을 차단함-Blocks electrolysis voltage

-애노드 공간을 비움-Empty the anode space

-바람직하게는 다음의 액체 중 하나로 애노드 공간을 다시 채움: 4 mol/l 이하의 희석된 염화 알칼리 금속 용액 또는 탈이온수, 후속으로 애노드 공간을 비움Refill the anode space preferably with one of the following liquids: up to 4 mol / l diluted alkali metal chloride solution or deionized water, followed by emptying the anode space.

-캐소드 공간을 다음의 액체 중 하나로 채움: 4 mol/l 이하의 희석된 수산화 알칼리 금속 용액 또는 탈이온수, 후속으로 캐소드 공간을 비움.Filling the cathode space with one of the following liquids: up to 4 mol / l diluted alkali metal hydroxide solution or deionized water, followed by emptying the cathode space.

바람직한 실시태양에서 전기분해 방법의 이러한 두 가지의 변형은 서로 결합되어 전기분해의 시동과 정지에 있어 기술된 양 조건 모두를 따르게 된다. 이는 또한 이하에서 기술되는 바람직한 변형을 포함한다.In a preferred embodiment these two variants of the electrolysis method are combined with each other to follow both conditions described for starting and stopping the electrolysis. This also includes the preferred variant described below.

캐소드에서 산소 때문에 강한 산화적 조건이 생기고 이는 정지시 전기분해 전류에 의해 더 이상 보상되지 않는다. 또한 전기분해 전류가 차단되고 나면 클로라이드 이온이 막을 통해 캐소드 공간으로 퍼지는 정도가 증가된다. 클로라이드 이온은 부식 과정을 촉진한다; 게다가, 은 촉매의 산화는 불용성의 염화은을 생성할 수 있다. 그 결과 전극에 대한 및 전체 캐소드 공간에까지도 손상이 있다.Oxygen conditions at the cathode create strong oxidative conditions that are no longer compensated for by electrolysis currents at rest. In addition, after the electrolysis current is cut off, the extent to which chloride ions spread through the membrane into the cathode space is increased. Chloride ions promote the corrosion process; In addition, oxidation of the silver catalyst can produce insoluble silver chloride. As a result, there is damage to the electrodes and even to the entire cathode space.

전기분해 전압이 떨어지면 전류 흐름 때문에 일어나는 막을 통한 물질전달 역시 멈춘다. 막은 물이 부족해진다; 수축과 고체의 침전이 있을 수 있고, 이어서 균열과 아주 작은 구멍의 생성이 있을 수 있다; 막을 통한 음이온의 통과가 촉진된다. 차례로, 재시작시 과도하게 낮은 물 함유량은 막을 통한 물질전달을 방해한다. 그 결과 압력의 증가가 일어나고 경계부에서 박리가 생긴다.When the electrolysis voltage drops, the material transfer through the membrane due to the current flow also stops. The membrane is deficient in water; There may be shrinkage and precipitation of solids, followed by cracks and formation of tiny holes; The passage of negative ions through the membrane is facilitated. In turn, excessively low water content at restart impedes mass transfer through the membrane. The result is an increase in pressure and delamination at the boundary.

재시작시, 막 및/또는 OCE에서의 물 및/또는 이온 분배의 불균일성은 전류와 물질전달에서 부분적인 스파이크(spike)를 야기하고, 이는 이어서 막이나 OCE에 손상을 일으킨다. Upon restarting, non-uniformity of water and / or ion distribution in the membrane and / or OCE results in partial spikes in current and mass transfer, which in turn causes damage to the membrane or OCE.

문제점은 애노드 측에서의 염화 알칼리 금속염의 침전에 의해서도 나타난다. 애노드액과 캐소드액 사이의 현저한 삼투압 구배는 애노드 공간으로부터 캐소드 공간으로의 물 수송을 일으킨다. 전기분해가 작동되고 있는 한, 애노드 공간 밖으로의 물 수송이 애노드의 클로라이드 및 알칼리 금속 이온의 손실로 대항되고, 애노드 공간에서의 염화 알칼리 금속의 농도는 표준 전기분해 조건 아래로 떨어진다. 전기분해가 차단될 때, 삼투압에 의해 일어나는 애노드 공간으로부터 캐소드 공간으로의 물 수송은 남아있게 된다. 애노드액에서의 농도는 포화 한계를 초과하여 올라간다. 그 결과, 특히 막의 경계 부위에서 염화 알칼리 금속염의 침전이 생기고 이는 막에 손상을 야기한다.The problem is also manifested by the precipitation of alkali metal chloride salts on the anode side. The significant osmotic pressure gradient between the anolyte and the catholyte causes water transport from the anode space to the cathode space. As long as electrolysis is operating, water transport out of the anode space is countered by the loss of chloride and alkali metal ions of the anode, and the concentration of alkali metal chloride in the anode space falls below standard electrolysis conditions. When electrolysis is interrupted, water transport from the anode space to the cathode space caused by osmotic pressure remains. The concentration in the anolyte rises above the saturation limit. As a result, precipitation of alkali metal chloride salts occurs, particularly at the boundary of the membrane, which causes damage to the membrane.

놀랍게도, 전체 전극 면적에 비하여 작은 개구를 가진 이러한 신규의 OCE가 시동 및 정지의 과정에서 일련의 단순한 수단을 거쳐 장기간 동안 그 성능을 유지한다는 것이 밝혀졌다. 본 발명의 OCE는 특히 1 m 또는 더 높은 높이의 전극을 갖는 공업적 전기분해 유닛에 적합하나, 이것으로 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 OCE들과 이러한 OCE들을 작동하는 방법은 특히 염화 나트륨 및 염화 칼륨 수용액의 전기분해에 적합하다.Surprisingly, it has been found that these new OCEs with small openings relative to the total electrode area maintain their performance for a long time through a series of simple means in the course of starting and stopping. The OCE of the present invention is particularly suitable for, but not limited to, industrial electrolysis units having electrodes of 1 m or higher height. The OCEs of the invention and the method of operating such OCEs are particularly suitable for the electrolysis of aqueous sodium chloride and potassium chloride solutions.

OCE에 있는 개구들은 임의의 형태로 구성될 수 있다. 둥근형, 타원형, 직사각형 또는 사다리꼴 단면이 바람직하다. 가능한 실시태양은 도 1 내지 도 4에 나와 있다. 수평, 수직 또는 대각선으로 배열될 수 있는 슬롯(slot)이 특히 바람직하다. 도 1은 세 개의 다른 높이에 수평의 슬롯(1)이 있는 OCE를 나타낸다. 수직의 슬롯 또한 비슷한 방식으로 배열될 수 있다. 도 2는 대각선으로 배열된 슬롯(2)을 나타낸다. 도 3은 구멍 모양의 개구를 나타내는데 도 3의 구멍(3)은 OCE 크기에 비하여 크게 보여지고 있다. 도 4는 OCE 영역에 걸쳐 구멍(4)이 균일하게 퍼져 있는 변형물이며; 여기서도 역시 구멍의 크기는 OCE 영역에 비하여 크게 보여지고 있다. 이와 동일하게 더 많은 구멍이 OCE의 윗 부분에 배열될 수 있다 (보여지지 않음).The openings in the OCE can be configured in any form. Preference is given to round, oval, rectangular or trapezoidal cross sections. Possible embodiments are shown in FIGS. 1 to 4. Particular preference is given to slots which can be arranged horizontally, vertically or diagonally. 1 shows an OCE with horizontal slots 1 at three different heights. Vertical slots can also be arranged in a similar manner. 2 shows the slots 2 arranged diagonally. FIG. 3 shows a hole-shaped opening in which the hole 3 in FIG. 3 is larger than the OCE size. 4 is a variant in which the holes 4 are evenly spread over the OCE region; Here too, the size of the hole is larger than that of the OCE region. Equally more holes can be arranged in the upper part of the OCE (not shown).

개구의 직경 또는 높이(직사각형 단면적의 경우 더 짧은 쪽, 타원형 단면적의 경우 더 짧은 직경; 다른 기하형태의 경우에 유사하게 적용됨)는 0.5 mm 내지 20 mm, 바람직하게는 1 mm 내지 10 mm이다.The diameter or height of the opening (shorter side for rectangular cross-sectional area, shorter diameter for elliptical cross-sectional area; similarly applies for other geometries) is 0.5 mm to 20 mm, preferably 1 mm to 10 mm.

개구는 촉매 활성층의 면적을 다소 줄인다. 그러나 그 손실은 작으며 다수의 시동과 정지 작동 동안의 장기적 안정성의 유리한 점을 고려할 때 받아들일 만하다고 여긴다. 이것은 특히 개구의 총 면적이 전극 면적의 0.05 % 내지 15 %일 때, 달성할 수 있다. 그래서 또한 전극에서 이온 교환 막을 대면하고 있는 면에 대하여 개구의 총 면적이 전극 면적의 0.05 내지 15 %, 바람직하게는 1 내지 12 % 인 것을 특징으로 하는 산소 소모 전극이 바람직하다.The opening somewhat reduces the area of the catalytically active layer. However, the losses are small and considered acceptable given the advantages of long term stability during many start and stop operations. This can be achieved especially when the total area of the openings is from 0.05% to 15% of the electrode area. Thus, an oxygen consuming electrode is also preferred, characterized in that the total area of the opening with respect to the surface facing the ion exchange membrane in the electrode is 0.05 to 15%, preferably 1 to 12% of the electrode area.

개구는 전극 영역에 걸쳐 균일하게 퍼져있을 수 있다. 개구의 대다수가 전극의 위쪽 3분의 1에 있는 배치가 바람직하다. 여기서의 대다수라 함은 전체 통로 오리피스의 합계의 60 %가 넘는 것을 의미한다. 특히 바람직한 실시태양에서 각각의 경우에 하나의 슬롯은 상부 및 하부 연부로부터 0.5 cm 내지 10 cm의 거리에 위치한다. 슬롯이 수직 또는 수평방향으로 배열되는 것이 이처럼 가능하다.The opening may be evenly spread over the electrode region. Preferred arrangements are where the majority of the openings are in the upper third of the electrode. The majority here means more than 60% of the total of the total passage orifices. In a particularly preferred embodiment one slot in each case is located at a distance of 0.5 cm to 10 cm from the upper and lower edges. It is thus possible for the slots to be arranged in the vertical or horizontal direction.

개구는 통과의 방향으로 수평하게 나 있을 수 있고, 또는 경사가 있게 제공될 수 있다(대각선으로 배열됨, 도 2 참고).The opening may be horizontal in the direction of passage, or may be provided with an inclination (arranged diagonally, see FIG. 2).

통로 오리피스를 통해 막과 OCE 사이의 갭으로부터 OCE의 기체 측을 대면하는 쪽으로 수산화 나트륨 용액이 통과할 수도 있다. 구조 측면에서, 도 5에서 원칙적으로 보여진 바와 같이 캐소드 절반 외피(half-shell)에 설치된 장치가 통과하는 수산화 나트륨 용액을 흡수해서 OCE의 기체 측을 대면하는 쪽으로부터 멀리 보내는 것이 여기서 가능하다. 특히 슬롯의 경우, 예를 들어 슬롯(5) 아래의 가이드 플레이트(6)가 캐소드 절반 외피(half-shell)의 구조에 설치되고, 이것이 수산화 알칼리 금속 용액을 흡수하고 예를 들어 이것이 흘러내리게 해서 더 이상 OCE와 접촉하지 않도록 하는 것이 가능하다. The sodium hydroxide solution may pass through the passage orifice from the gap between the membrane and the OCE to face the gas side of the OCE. In terms of construction, it is possible here to absorb the sodium hydroxide solution passing through the device installed in the cathode half-shell as shown in principle in FIG. 5 and away from the facing side of the OCE. In particular in the case of slots, for example, a guide plate 6 under the slot 5 is installed in the structure of the cathode half-shell, which absorbs the alkali metal hydroxide solution and causes it to flow for example further It is possible to avoid contact with the OCE.

바람직하게는 전극의 이온 교환 막을 대면하는 면에 대하여 개구의 총 면적은 OCE 면적의 0.05 내지 15 %, 바람직하게는 1 % 내지 12 % 미만이다. Preferably, the total area of the opening with respect to the surface facing the ion exchange membrane of the electrode is 0.05-15%, preferably 1% -12%, of the OCE area.

개구는 바람직하게는 전체 산소 소모 전극을 통해, 즉, 촉매 활성층과 담체 요소 양쪽 모두를 통해 연속되도록 구성할 수 있다. 개구는 그것이 오로지 촉매 활성층에만 영향을 미치고 담체 요소는 개구 안에 남아있도록 구성될 수 있다. 담체 요소가 본질적으로 투과성이고, 이것이 개구의 영역에 남아있기 때문에 OCE의 기계적 안정성은 손상받지 않는다. 몇몇의 실시태양에서, 예를 들어 특정 OCE 제조 방법의 경우에 있어서 담체 요소를 개구 안에 남겨두는 것이 유리할 수 있다.The opening can preferably be configured to be continuous through the entire oxygen consuming electrode, ie through both the catalytically active layer and the carrier element. The opening can be configured so that it only affects the catalytically active layer and the carrier element remains in the opening. The mechanical stability of the OCE is intact because the carrier element is inherently permeable and it remains in the region of the opening. In some embodiments, it may be advantageous to leave the carrier element in the opening, for example in the case of certain OCE manufacturing methods.

개구가 있는 본 발명의 산소 전극을 다양한 기술에 의해 생산할 수 있다.Oxygen electrodes of the present invention with openings can be produced by various techniques.

예를 들어, 건식 또는 습식 방법으로 제조되는 OCE에서 개구는 압인, 자르기, 구멍뚫기(drilling), 기계가공(machining) 또는 다른 천공 기술로 만들어낼 수 있다. 일반적으로, 여기서 개구는 담체 요소를 포함하여 전체 전극 전반에 걸쳐 만들어진다.For example, in OCE manufactured by dry or wet methods, openings can be made by stamping, cutting, drilling, machining or other drilling techniques. In general, the openings here are made throughout the entire electrode, including the carrier element.

전극 제조 동안 조치들을 통해 전극이 바람직한 개구를 갖도록 조건을 설정하는 것 역시 가능하다. 예를 들어 촉매 조성물을 가하고 압축하기 전에 스트립(strip), 원통체 또는 개구의 치수에 일치하는 유사 치수의 대체 형상을 새겨 넣음으로써 이를 달성할 수 있다. 이러한 실시태양에서 담체 요소는 그 원래의 형태로 바람직하게 남아있는다. 대체 형상 역시 담체 요소의 양 방향에 반대 위치로 배열하도록 위치할 수 있다. 대체 형상은 제조 방법의 과정에서 다시 제거할 수 있도록 구성된다. 이는 이것들을 꺼내는 것 뿐만 아니라 녹이거나 또는 다른 물리적 또는 화학적 방법을 통해 달성할 수 있다.It is also possible to set conditions so that the electrode has the desired opening through measures during electrode manufacture. This can be achieved, for example, by engraving alternative shapes of similar dimensions that correspond to the dimensions of the strip, cylinder or opening before adding and compressing the catalyst composition. In this embodiment the carrier element preferably remains in its original form. Alternative shapes may also be positioned to align in opposite directions in both directions of the carrier element. The alternative shape is configured to be removed again in the course of the manufacturing method. This can be accomplished by dissolving them as well as by melting or other physical or chemical methods.

은 촉매와 마이크로 갭 구조 및 2.5 내지 4.0 mol/l의 표준 염화 알칼리 금속 농도(애노드액), 8 내지 14 mol/l의 수산화 알칼리 금속 농도(캐소드액)의 본 발명의 OCE를 가진 전기분해 전지에 대하여 이하에서 전기분해 전지의 시동과 정지에 관한 작동 변수를 설명할 것이며, 이것이 기술된 과정의 수행에 제한이 되지 않기를 바란다. 본 발명에 따르면 그러한 전기분해 전지의 시동과 정지에 있어서, 시동에 앞서 캐소드 공간을 클로라이드 이온 오염이 낮은 수산화 나트륨 용액으로 습윤시키고, 정지의 과정에서 전기분해 전압이 차단된 후에 첫 번째 단계로 애노드액을 방출하고 바람직하게는 애노드 공간을 세척한 후, 후속 단계로 캐소드액을 방출하고 캐소드 공간을 세척하는 또 다른 실시태양을 이용하는 것 역시 가능하다. In an electrolysis cell having a silver catalyst and OCE of the present invention with a microgap structure and a standard alkali metal chloride concentration (anode solution) of 2.5 to 4.0 mol / l, alkali metal hydroxide concentration (catholyte solution) of 8 to 14 mol / l In the following, operating parameters relating to the start and stop of the electrolysis cell will be described, and it is hoped that this is not a limitation on the performance of the described process. According to the present invention, in starting and stopping such an electrolysis cell, the cathode space is wetted with sodium hydroxide solution with low chloride ion contamination prior to start-up, and the anolyte solution is the first step after the electrolysis voltage is cut off during the stop. It is also possible to use another embodiment which releases and preferably washes the anode space, then releases the catholyte and washes the cathode space in a subsequent step.

종래기술에 따라 마이크로 갭 배치와 알칼리성 물에 적신 이온 교환 막 및 은 촉매를 가진 OCE로 된 전기분해 유닛의 시동은 첫 단계에서 캐소드 공간을 수성 알칼리로 습윤시킴으로써 실행한다. 예를 들어 습윤은 캐소드 공간을 수산화 알칼리 금속 용액으로 채우고 그 후 그것을 즉시 비움으로써 실행한다. 사용되는 수성 알칼리의 농도는 0.01 내지 13.9 mol/l이고, 바람직하게는 수산화 알칼리 금속 리터당 0.1 내지 4 mol이다. 수성 알칼리는 매우 실질적으로 클로라이드 및 클로레이트 이온이 없어야 한다. According to the prior art, the starting of an electrolysis unit of OCE with a microgap batch and an ion exchange membrane moistened with alkaline water and a silver catalyst is carried out in the first step by wetting the cathode space with aqueous alkali. For example, wetting is accomplished by filling the cathode space with an alkali metal hydroxide solution and then emptying it immediately. The concentration of the aqueous alkali used is from 0.01 to 13.9 mol / l, preferably from 0.1 to 4 mol per liter of alkali metal hydroxide. The aqueous alkali should be very substantially free of chloride and chlorate ions.

전기분해 전압의 인가에 앞서 캐소드액 공급에 도입되는 수산화 알칼리 금속 용액이 1000 ppm 이하, 바람직하게는 700 ppm 이하, 더욱 바람직하게는 500 ppm 이하의 함량의 클로라이드 이온을 갖는 것을 특징으로 하는 방법이 바람직하다.The method is characterized in that the alkali metal hydroxide solution introduced into the catholyte feed prior to the application of the electrolysis voltage has chloride ions in a content of 1000 ppm or less, preferably 700 ppm or less, more preferably 500 ppm or less. Do.

전기분해 전압의 인가에 앞서 캐소드액 공급에 도입되는 수산화 알칼리 금속 용액이 20 ppm 이하, 바람직하게는 10 ppm 이하의 함량의 클로레이트 이온을 갖는 것을 특징으로 하는 방법 또한 바람직하다.Also preferred is a method wherein the alkali metal hydroxide solution introduced into the catholyte feed prior to the application of the electrolysis voltage has a chlorate ion in a content of up to 20 ppm, preferably up to 10 ppm.

습윤을 위한 수산화 알칼리 금속 용액의 온도는 10 내지 95 ℃, 바람직하게는 15 내지 60 ℃이다.The temperature of the alkali metal hydroxide solution for wetting is 10 to 95 ° C, preferably 15 to 60 ° C.

캐소드 공간에서의 수산화 알칼리 금속 용액의 체류시간은, 완전히 채운 후 수산화 알칼리 금속 용액을 캐소드 공간으로부터 즉시 다시 방출하는 것을 의미하는 즉시 비움과 200분 사이다. The residence time of the alkali metal hydroxide solution in the cathode space is between 200 minutes and immediately emptied, which means that the alkali metal hydroxide solution is immediately discharged again from the cathode space after being completely filled.

수산화 알칼리 금속 용액을 캐소드 공간으로부터 방출한 후 산소를 첨가한다. 산소가 도입된 수산화 나트륨 용액을 대체하는 방식으로 수산화 나트륨 용액을 방출하고 산소를 첨가하는 것이 바람직하다. 캐소드에서의 양압은 보통 10 내지 100 mbar의 크기로 전지에서의 구조에 따라 맞춰진다.The alkali metal hydroxide solution is released from the cathode space and then oxygen is added. It is desirable to release the sodium hydroxide solution and add oxygen in a manner that replaces the sodium hydroxide solution into which oxygen has been introduced. The positive pressure at the cathode is usually sized from 10 to 100 mbar, depending on the structure in the cell.

농도는 적정 또는 당업자에게 알려진 다른 방법에 의해 결정된다.Concentration is determined by titration or other method known to those skilled in the art.

캐소드 공간의 습윤을 위해 정규생산의 수산화 알칼리 금속 용액을 사용하는 것이 바람직하다. 특히 클로라이드 이온 오염 때문에 전지의 시동 전 습윤에는 정지 작동으로부터의 알칼리가 부적합하다.Preference is given to using alkali metal hydroxide solutions of regular production for the wetting of the cathode space. Alkali from the stationary operation is inadequate for wet before start-up of the cell, especially due to chloride ion contamination.

수산화 알칼리 금속 용액을 캐소드 공간으로부터 방출한 후에 산소를 첨가한다. 도입된 수산화 나트륨 용액을 산소가 대체하는 방식으로 수산화 나트륨 용액을 방출하고 산소를 첨가하는 것이 바람직하다. 캐소드에서의 양압은 보통 10 내지 100 mbar의 크기로 전지에서의 구조에 따라 맞춰진다. Oxygen is added after the alkali metal hydroxide solution is released from the cathode space. It is preferred to release the sodium hydroxide solution and add oxygen in such a way that oxygen replaces the introduced sodium hydroxide solution. The positive pressure at the cathode is usually sized from 10 to 100 mbar, depending on the structure in the cell.

캐소드 공간으로부터 수산화 알칼리 금속 용액이 방출된 후, 애노드 공간은 염화 알칼리 금속 용액(염수)으로 채운다. 이 염수는 막 전해조에서의 통상적인 순도 요건을 만족한다. 애노드 공간을 채운 후에 보통의 장치 조건에 따라 염수가 펌프 순환에 의해 애노드 공간을 통해 전도된다. 펌프 순환 과정에서 애노드액이 가열될 수 있다. 공급되는 염수의 온도는 애노드 공간으로부터의 산출물(output)에서 30 내지 95 ℃의 온도로 형성되도록 선택한다. 공급된 애노드액에서의 염화 알칼리 금속 농도는 150 내지 330 g/l이다. After the alkali metal hydroxide solution is released from the cathode space, the anode space is filled with an alkali metal chloride solution (brine). This brine meets the usual purity requirements in membrane electrolysers. After filling the anode space, the brine is conducted through the anode space by the pump circulation in accordance with normal equipment conditions. The anolyte can be heated in the pump circulation process. The temperature of the brine to be fed is chosen to be formed at a temperature of 30 to 95 ° C. in the output from the anode space. The alkali metal chloride concentration in the supplied anolyte is 150 to 330 g / l.

애노드 공간을 채우고 애노드 순환을 시동하고 나서 다음 단계에서 전지분해 전압을 인가한다. 이것은 애노드를 채우고 애노드 공간으로부터 나오는 염수의 온도가 60 ℃가 넘는 온도를 획득한 직후 하는 것이 바람직하다. 애노드 공간을 채운 후 적어도 분극 전압이나 전기분해 전압을 켜는 것이 유리하다. 전류 밀도가 0.01 A/㎡ 내지 40 A/㎡, 바람직하게는 10 내지 25 A/㎡ 형성되도록 분극 전압 또는 전기분해 전압을 설정한다. 시간은 이러한 전류 밀도에서 30분, 바람직하게는 20분을 넘기지 말아야 한다. Fill the anode space and start the anode cycle, then apply the cell decomposition voltage in the next step. This is preferably done immediately after the anode has been filled and the temperature of the brine coming out of the anode space has reached a temperature above 60 ° C. It is advantageous to turn on at least the polarization voltage or the electrolysis voltage after filling the anode space. The polarization voltage or electrolysis voltage is set so that the current density is formed between 0.01 A / m 2 and 40 A / m 2, preferably 10 to 25 A / m 2. The time should not exceed 30 minutes, preferably 20 minutes, at this current density.

전체적으로, 총 시동 시간은 최소로 유지해야 한다. 애노드 공간을 염수로 채우고, 1 kA/㎡를 초과하는 전기분해 전력의 달성 이후의 시간은 240분 미만, 바람직하게는 150분 미만이어야 한다. 전기분해 전류는 매 분마다 3 내지 400 A/㎡의 속도로 증가하는 것이 바람직하다. 이 때 전기분해 전지는 설계 변수, 예를 들어 애노드 공간에서 리터당 2.5 내지 4.0 mol의 염화 알칼리 금속, 3 내지 6 kA/㎡의 전류 밀도 및 기체 공급에서 50 % 내지 100 % 과량 산소로 작동된다. 캐소드 구역으로 도입되는 산소는 실온(상온)에서 수증기로 포화하는 것이 바람직하다. 예를 들어 이것은 캐소드 구역에 도입 전에 수조를 통해 산소를 통과시킴으로써 시행할 수 있다. 더 높은 온도에서 습윤을 시행하는 것 역시 고려할 수 있다. 캐소드 구역으로부터 흘러나오는 수산화 나트륨 용액의 농도는 본질적으로 이온 교환 막과 애노드 공간에서의 염화 알칼리 금속 농도의 선택을 통해 8 내지 14 mol/l로 형성된다. 유리하게는 수산화 알칼리 금속 용액이 캐소드 공간으로부터 자발적으로 흘러나온다.Overall, the total startup time should be kept to a minimum. The anode space should be filled with brine and the time after achieving electrolysis power exceeding 1 kA / m 2 should be less than 240 minutes, preferably less than 150 minutes. The electrolysis current is preferably increased at a rate of 3 to 400 A / m 2 every minute. The electrolysis cell is then operated with design parameters, for example 2.5 to 4.0 mol of alkali metal chloride per liter in the anode space, a current density of 3 to 6 kA / m 2 and 50% to 100% excess oxygen in the gas supply. The oxygen introduced into the cathode zone is preferably saturated with water vapor at room temperature (room temperature). This can be done, for example, by passing oxygen through a water bath prior to introduction into the cathode zone. Wetting may also be considered at higher temperatures. The concentration of sodium hydroxide solution flowing out of the cathode zone is essentially formed between 8 and 14 mol / l through the selection of alkali metal chloride concentrations in the ion exchange membrane and anode space. Advantageously, the alkali metal hydroxide solution spontaneously flows out of the cathode space.

이전에 작동된 적이 없는 은 함유, 특히 본 발명의 산화은 함유 OCE의 설치 후에 전기분해 유닛을 처음 시동하는 경우와 본 발명의 OCE를 포함하는 전기분해 전지를 정지 후에 시동하는 경우 모두에 있어서 기재된 방법은 적합하다.The method described in both starting the electrolysis unit for the first time after installation of the silver-containing, especially silver oxide-containing OCE of the present invention which has never been operated before and starting the electrolysis cell containing the OCE of the present invention after stopping, Suitable.

전기분해 전지의 정지에 있어서 다음의 단계가 이러한 순서로 수행된다:In stopping the electrolysis cell, the following steps are performed in this order:

- 애노드액에 활성 염소가 10 ppm 미만이도록 전기분해 전압을 낮추고 애노드액으로부터 염소를 제거함-Lowering the electrolysis voltage to remove less than 10 ppm of active chlorine from the anolyte and removing chlorine from the anolyte

- 애노드액의 온도를 60 ℃ 미만(20 내지 60 ℃)으로 낮추고 애노드 공간을 비움-Lower the temperature of the anolyte to less than 60 ° C (20 to 60 ° C) and empty the anode space;

- 바람직하게는 애노드 공간을 다음의 액체 중 하나로 채움: 4 mol/l 이하의 희석된 염화 알칼리 금속 용액 또는 탈이온수Preferably filling the anode space with one of the following liquids: up to 4 mol / l diluted alkali metal chloride solution or deionized water

- 애노드 공간을 바람직하게는 0.01 내지 200분 후에 비움The anode space is preferably emptied after 0.01 to 200 minutes

- 캐소드 공간을 다음의 액체 중 하나로 채움: 0.01 내지 4 mol/l의 희석된 수산화 알칼리 금속 용액 또는 탈이온수Filling the cathode space with one of the following liquids: 0.01-4 mol / l of diluted alkali metal hydroxide solution or deionized water

- 캐소드 공간을 바람직하게는 0.01 내지 200분 후에 비움.The cathode space is preferably emptied after 0.01 to 200 minutes.

첫 단계에서 전기분해 전압은 하향조절된다. 이러한 상황에서 전압은 0으로 하향조절될 수 있다. 전기분해 전류가 소진된 후에 전압은 유지되고 애노드 공간에서의 염소 함량이 감소하여 10 mg/l 미만, 바람직하게는 1 mg/l 미만으로 낮아진 후에만 오로지 차단되는 것이 바람직하다. 여기서 염소 함량은 0 이상의 산화 상태로 용해된 염소의 총 함량을 의미하는 것으로 이해한다. 남아있는 염소는 염소-포함 애노드액의 동시 제거와 함께 염소가 없는 애노드액이 공급되는 방식으로 또는 염소 기체의 동시 분리 및 제거와 함께 애노드 회로의 펌프 순환에 의해 애노드 공간으로부터 제거하는 것이 바람직하다. 이러한 작동 중의 전압은 전류 밀도가 0.01 내지 40 A/㎡, 바람직하게는 10 내지 25 A/㎡으로 형성되도록 조절한다. 전기분해 전압과 분극 전압을 차단한 후에 애노드액을 방출한다. In the first stage, the electrolysis voltage is down regulated. In this situation the voltage can be regulated down to zero. It is desirable that the voltage is maintained after the electrolysis current is exhausted and only cut off after the chlorine content in the anode space has been reduced to less than 10 mg / l, preferably less than 1 mg / l. Here chlorine content is understood to mean the total content of chlorine dissolved in an oxidation state of zero or more. The remaining chlorine is preferably removed from the anode space in such a way that anolyte free of chlorine is supplied with simultaneous removal of chlorine-containing anolyte or by pump circulation of the anode circuit with simultaneous separation and removal of chlorine gas. The voltage during this operation is adjusted so that the current density is formed between 0.01 and 40 A / m 2, preferably between 10 and 25 A / m 2. The anode liquid is discharged after the electrolysis voltage and the polarization voltage are cut off.

전기분해 전압을 차단하고 나서 애노드액은 60 ℃ 아래로 냉각한 다음 방출한다.After blocking the electrolysis voltage, the anolyte is cooled down below 60 ° C and then discharged.

그 후, 애노드 공간을 세척(flushing)한다. 세척은 0.01 내지 4 mol/l의 함량의 염화 알칼리 금속을 갖는 매우 희석된 염수로, 물로, 또는 바람직하게는 탈이온수로 시행한다. 세척은 애노드 공간을 한번 채우고 즉시 세척 액체(flush liquid)를 방출함으로써 시행하는 것이 바람직하다. 또한 세척은 2 이상의 단계로 시행할 수 있는데, 예를 들어 1.5 내지 2 mol/l의 염화 알칼리 금속 함량을 갖는 희석된 염수로 처음 채운 후 비우고, 0.01 mol/l의 NaCl 함량을 갖는 매우 희석된 염수로 또는 탈이온수로 더 채우고 나서 비움으로써 시행한다. 이 세척 용액은 애노드 공간을 완전히 채운 직후 다시 방출할 수 있고 또는 애노드 공간에서 200분까지 머무른 후 방출할 수 있다. 방출 후에, 적은 잔류량의 세척 용액이 애노드 공간에 남는다. 그 후, 애노드 공간은 주변 대기와 직접적인 접촉없이 정지 또는 둘러싸인 채로 남아있는다.Thereafter, the anode space is flushed. The washing is carried out with highly diluted brine with an alkali metal chloride content of 0.01 to 4 mol / l, with water, or preferably with deionized water. Washing is preferably carried out by filling the anode space once and releasing the flush liquid immediately. The washing can also be carried out in two or more stages, for example after the initial filling with diluted brine with an alkali metal chloride content of 1.5 to 2 mol / l and then emptied, and very diluted brine with a NaCl content of 0.01 mol / l. Do this by further filling with furnace or deionized water and then emptying. This washing solution can be discharged again immediately after the anode space has been completely filled or it can be released after staying in the anode space for up to 200 minutes. After discharge, a small residual amount of wash solution remains in the anode space. Thereafter, the anode space remains stationary or surrounded without direct contact with the surrounding atmosphere.

애노드 공간을 비운 후, 여전히 존재하는 캐소드액은 캐소드 공간으로부터 방출하고, 이후 캐소드의 기체 공간을 세척한다. 세척은 4 mol/l 이하의 수산화 알칼리 금속 함량을 갖는 매우 희석된 수성 알칼리로, 물로, 또는 바람직하게는 탈이온수로 시행한다. 세척은 기체 공간을 한 번 채우고 즉시 세척 액체를 방출함으로써 시행하는 것이 바람직하다. 또한 세척은 2 이상의 단계로 시행할 수 있는데, 예를 들어 1.05 내지 3 mol/l의 수산화 알칼리 금속 함량을 갖는 희석된 알칼리로 처음 채우고 비우고 나서, 0.01 mol/l의 수산화 알칼리 금속 함량을 갖는 매우 희석된 알칼리로 또는 탈이온수로 더 채우고 나서 비우는 것이다. 이 세척 용액은 캐소드 공간을 완전히 채운 직후 다시 방출할 수 있고 또는 캐소드 공간에서 200분까지 머무른 후 방출할 수 있다. 방출 후에, 적은 잔류량의 세척 용액이 캐소드 공간에 남는다. 캐소드 공간은 주변 대기와 직접적인 접촉없이 정지 또는 둘러싸인 채로 남아있는다.After the anode space is emptied, the catholyte still present is discharged from the cathode space and then washed off the gas space of the cathode. The washing is carried out with highly diluted aqueous alkali having an alkali metal hydroxide content of 4 mol / l or less, with water, or preferably with deionized water. The washing is preferably carried out by filling the gas space once and releasing the washing liquid immediately. The washing can also be carried out in two or more stages, for example, firstly filled and emptied with diluted alkali having an alkali metal hydroxide content of 1.05 to 3 mol / l and then very diluted with an alkali metal hydroxide content of 0.01 mol / l. Fill with more alkaline or deionized water and empty. This washing solution can be discharged again immediately after the cathode space has been completely filled, or it can be discharged after staying in the cathode space for up to 200 minutes. After discharge, a small residual amount of washing solution remains in the cathode space. The cathode space remains stationary or enclosed without direct contact with the surrounding atmosphere.

분극 전압이 차단될 때 산소 공급은 차단될 수 있다. 캐소드 공간을 비우고 세척하기 전에 산소 공급을 차단하는 것이 바람직하고; 채우는 과정에 있어서 산소 공급용 오리피스는 캐소드 공간의 통기(venting) 또는 기체 제거(degassing)를 돕는다.The oxygen supply can be cut off when the polarization voltage is cut off. It is desirable to shut off the oxygen supply before emptying and cleaning the cathode space; In the filling process, the oxygen supply orifice assists in venting or degassing the cathode space.

애노드 공간과 캐소드 공간을 비운 후에 습윤막을 가진 전기분해 전지는 장기간에 걸쳐 설치된 상태에서 전기분해 전지의 성능에 손상을 주지 않고 즉각적인 시동이 가능하도록 유지될 수 있다. 몇 주에 이르는 정지 기간의 경우에 안정화를 위해서 일정간격으로 애노드 공간을 희석된 염화 알칼리 금속 수용액으로, 캐소드 공간을 희석된 수산화 알칼리 금속 수용액으로 습윤시키거나 세척하는 것이 적절하다. 세척은 1 내지 12 주 간격으로 하는 것, 특히 4 내지 8 주 간격으로 하는 것이 바람직하다. 세척 또는 습윤에 사용되는 희석된 염화 알칼리 금속 용액의 농도는 1 내지 4.8 mol/l이다. 이 세척 용액은 애노드 공간을 완전히 채운 직후 다시 방출할 수 있고 또는 애노드 공간에서 200분까지 머무른 다음 방출할 수 있다. 세척 또는 습윤에 사용되는 수산화 알칼리 금속 용액의 농도는 0.1 내지 10 mol/l이며, 바람직하게는 1 내지 4 mol/l이다. 수산화 알칼리 금속 용액의 또는 염수의 온도는 10 내지 80 ℃일 수 있으나, 바람직하게는 15 내지 40 ℃이다. 세척 용액은 캐소드 공간을 완전히 채운 직후 다시 방출할 수 있고 또는 캐소드 공간에서 200분까지 머무른 후 방출할 수 있다.After the anode space and the cathode space are emptied, the electrolysis cell with the wet membrane can be maintained to enable immediate start-up without damaging the performance of the electrolysis cell in an installed state over a long period of time. For stabilization periods of several weeks it is appropriate to wet or wash the anode space with diluted aqueous alkali metal chloride solution and the cathode space with diluted aqueous alkali metal hydroxide solution at regular intervals for stabilization. Washing is preferably done at 1-12 week intervals, in particular at 4-8 week intervals. The concentration of the diluted alkali metal chloride solution used for washing or wetting is 1 to 4.8 mol / l. This wash solution can be discharged again immediately after the anode space is completely filled or it can be discharged after staying in the anode space for up to 200 minutes. The concentration of alkali metal hydroxide solution used for washing or wetting is 0.1 to 10 mol / l, preferably 1 to 4 mol / l. The temperature of the alkali metal hydroxide solution or of the brine may be 10 to 80 ° C, but preferably 15 to 40 ° C. The wash solution can be discharged again immediately after the cathode space has been completely filled or can be released after staying in the cathode space for up to 200 minutes.

본 발명의 또 다른 실시태양은, 전기분해 전지의 캐소드 공간과 애노드 공간을 의미하는 것으로 이해할 수 있는 전극 공간을 습윤된 기체로 세척하는 것을 포함한다. 이러한 목적을 위해 예를 들어, 수 포화(water-saturated) 질소를 애노드 공간으로 도입한다. 다르게는, 산소 역시 도입할 수 있다. 기체 용적 흐름 속도는 2 내지 10 배의 부피 교환이 시행될 수 있도록 하는 값으로 할 것이다. 100 리터 기체 용적의 기체 용적 흐름 속도는 5 내지 40 ℃의 온도에서 1 l/h 내지 200 l/h일 수 있고, 기체 온도는 상온 즉, 15 내지 25 ℃인 것이 바람직하다. 퍼징 기체(purge gas)는 그 기체의 온도에서 물로 포화된다. Another embodiment of the present invention includes washing the electrode space with wet gas, which can be understood as meaning the cathode space and the anode space of the electrolysis cell. For this purpose, for example, water-saturated nitrogen is introduced into the anode space. Alternatively, oxygen can also be introduced. The gas volume flow rate will be such that a volume exchange of 2 to 10 times can be performed. The gas volume flow rate of the 100 liter gas volume may be 1 l / h to 200 l / h at a temperature of 5 to 40 ° C., and the gas temperature is preferably at room temperature, ie 15 to 25 ° C. The purge gas is saturated with water at the temperature of the gas.

놀랍게도, 전체 전극 면적에 비하여 작은 개구를 가진 이러한 신규의 OCE가 시동 및 정지의 과정에서 일련의 단순한 수단을 거쳐 장기간 동안 그 성능을 유지한다는 것이 밝혀졌다. 본 발명의 OCE는 특히 1 m 또는 더 높은 높이의 전극을 갖는 공업적 전기분해 유닛에 적합하나, 이것으로 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 OCE들과 이러한 OCE들을 작동하는 방법은 특히 염화 나트륨 및 염화 칼륨 수용액의 전기분해에 적합하다.Surprisingly, it has been found that these new OCEs with small openings relative to the total electrode area maintain their performance for a long time through a series of simple means in the course of starting and stopping. The OCE of the present invention is particularly suitable for, but not limited to, industrial electrolysis units having electrodes of 1 m or higher height. The OCEs of the invention and the method of operating such OCEs are particularly suitable for the electrolysis of aqueous sodium chloride and potassium chloride solutions.

상기의 방법에 의해 작동에서 벗어난 전기분해 전지는 이전에 기술된 방법에 의해 다시 작동상태로 되돌릴 수 있다. 기술된 방법 단계에 따르는 경우, 전기분해 전지는 전지의 성능에 어떠한 손상도 일으키지 않고 다수의 작동 시작과 정지 사이클을 거칠 수 있다. An electrolysis cell that is out of operation by the above method can be returned to the operating state by the method described previously. By following the described method steps, the electrolysis cell can go through a number of start and stop cycles of operation without causing any damage to the cell's performance.

이하 도면에 대한 부호와 함께 실시예를 통해서 발명을 상세하게 도시한다. 도면은 다음을 나타낸다:
도 1. 수평의 슬롯(1)이 있는 OCE의 개략도
도 2. 대각선으로 배열된 슬롯(2)이 있는 OCE의 개략도
도 3. 수평으로 배열된 홀(3)들의 열(row)이 있는 OCE의 개략도
도 4. 전극 영역에 걸쳐 균일하게 퍼진 홀(4)이 있는 OCE의 개략도
도 5. 수평의 슬롯(5)과 가이드 플레이트(6) 및 이온 교환 막(7)을 가진 OCE(8)를 통한 개략적 단면도
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The drawing shows:
Figure 1. Schematic diagram of an OCE with a horizontal slot 1
2. Schematic diagram of the OCE with slots 2 arranged diagonally
3. Schematic diagram of an OCE with a row of holes 3 arranged horizontally
4. Schematic diagram of the OCE with holes 4 evenly spread over the electrode region
5. Schematic cross section through OCE 8 with horizontal slot 5 and guide plate 6 and ion exchange membrane 7

실시예Example 1 One

PTFE 분말 7 중량%, 산화은(I) 88 중량%와 은 분말 5 중량%로 이루어진 분말 혼합물을 니켈사망(a mesh of nickel wires)에 가하고 압력을 가하여 산소 소모 전극(OCE)을 만들었다. 0.3 mm 두께로 된 졸텍(Zoltek)의 PW3MFBP 탄소 직물과 듀폰(DuPONT) N2030 타입의 이온 교환 막을 가진 100 ㎠ 면적의 전기분해 유닛에 전극을 설치하였다. 탄소 직물을 OCE와 막 사이에 배열하였다. 전기분해 유닛은 그 조립체에서 애노드 공간과 캐소드 공간 사이에 배열된 이온 교환 막과 탄소 직물 및 액체 배출구, 산소 유입구와 유출구, 산소를 위한 기체 공간을 가지고 캐소드로서 OCE가 사용된 캐소드 공간, 애노드액의 공급과 배출이 있고, 코팅된 티타늄(산화 루테늄 코팅)으로 제조한 애노드가 있는 애노드 공간을 가진다. 캐소드 챔버에서의 더 높은 압력 때문에 OCE, 탄소 직물 및 이온 교환 막을 약 30 mbar의 압력으로 애노드 위로 가압하였다. A powder mixture consisting of 7% by weight of PTFE powder, 88% by weight of silver oxide (I) and 5% by weight of silver powder was added to a mesh of nickel wires and subjected to pressure to form an oxygen consuming electrode (OCE). Electrodes were installed in a 100 cm 2 area electrolysis unit with Zoltek's PW3MFBP carbon fabric 0.3 mm thick and DuPont N2030 type ion exchange membrane. Carbon fabrics were arranged between the OCE and the membrane. The electrolysis unit has an ion exchange membrane and carbon fabric and liquid outlet, oxygen inlet and outlet, and gas space for oxygen arranged in the assembly between the anode space and the cathode space, the cathode space where OCE is used as the cathode, There is a supply and discharge and an anode space with an anode made of coated titanium (ruthenium oxide coating). OCE, carbon fabric and ion exchange membranes were pressed over the anode at a pressure of about 30 mbar because of the higher pressure in the cathode chamber.

첫 번째 단계로 80 ℃에서 20 ppm 클로라이드 이온 함량과 10 ppm 미만의 클로레이트 이온 함량을 갖는 수산화 나트륨 용액 30 중량%로 캐소드 공간을 채우고 다시 비웠다. 비우는 과정에서 산소를 공급해서 결과적인 기체 공간이 산소로 채워지게 하였다. 비우고 나서 캐소드 측에 30 mbar의 양압을 형성하였다.In the first step the cathode space was filled with 30% by weight sodium hydroxide solution with 20 ppm chloride ion content and chlorate ion content less than 10 ppm at 80 ° C. and emptied again. Oxygen was supplied during the emptying process so that the resulting gas space was filled with oxygen. After emptying, a positive pressure of 30 mbar was formed on the cathode side.

다음 단계에서 애노드 공간을 70 ℃에서 210 g NaCl/l의 농도를 갖는 염수로 채웠고, 애노드 순환을 작동하였다. 일정한 애노드 순환의 작동을 달성한 직후 전기분해 전압을 켰다. 전기분해 전류는 5분 후에 전기분해 전류가 1 kA/㎡ 및 30분 후에 전기분해 전류가 3 kA/㎡가 얻어지도록 제어하였다. 이 설비 가동은 3 kA/㎡의 전력, 1.90 내지 1.95 V의 전기분해 전압, 32 중량% 제거된 수산화나트륨 용액 농도 및 88 ℃의 전기분해 전지 안의 온도로 3일 동안 작동하였다.In the next step the anode space was filled with brine with a concentration of 210 g NaCl / l at 70 ° C. and the anode cycle was activated. The electrolysis voltage was turned on immediately after achieving the operation of a constant anode cycle. The electrolysis current was controlled so that the electrolysis current was 1 kA / m 2 after 5 minutes and the electrolysis current was 3 kA / m 2 after 30 minutes. The plant operation was operated for 3 days at a power of 3 kA / m 2, an electrolysis voltage of 1.90-1.95 V, a concentration of 32 wt% removed sodium hydroxide solution and a temperature in an electrolysis cell at 88 ° C.

실시예Example 2 2

PTFE 분말 7 중량%, 산화은(I) 88 중량%와 은 분말 5 중량%로 이루어진 분말 혼합물을 니켈사망에 가하고 압력을 가하여 산소 소모 전극을 만들었다. 유효 OCE 면적은 10 * 10 cm였다. 하단으로부터 1 cm 위에, 상단으로부터 1 cm 아래에, 전극에 걸쳐 2 mm 높이마다 하나의 수평 슬롯을 자르기 위해 절단용 칼(cutter knife)을 사용하였다. OCE 면적의 4 %를 제거하였다. OCE와 막 사이에 0.3 mm 두께의 졸텍 PW03 탄소 직물과 듀폰 N2030 타입의 이온 교환 막을 가진 전기분해 유닛에 OCE를 설치하였다. A powder mixture consisting of 7% by weight of PTFE powder, 88% by weight of silver oxide (I) and 5% by weight of silver powder was added to nickel death and pressurized to produce an oxygen consuming electrode. The effective OCE area was 10 * 10 cm. A cutter knife was used to cut one horizontal slot every 2 mm height across the electrode, 1 cm above the bottom and 1 cm below the top. 4% of the OCE area was removed. The OCE was installed in an electrolysis unit with a 0.3 mm thick Soltec PW03 carbon fabric and DuPont N2030 type ion exchange membrane between the OCE and the membrane.

첫 번째 단계로 80 ℃에서 20 ppm의 클로라이드 이온 함량과 10 ppm 미만의 클로레이트 이온 함량을 갖는 수산화 나트륨 용액 30 중량%로 캐소드 공간을 채웠고 다시 비웠다. 비우는 과정에서 산소를 공급하여 결과적인 기체 공간이 산소로 채워지게 하였다. 비우고 나서 캐소드 측에 30 mbar의 양압을 형성하였다. In the first step the cathode space was filled with 30% by weight sodium hydroxide solution having a chloride ion content of 20 ppm and a chlorate ion content of less than 10 ppm at 80 ° C. and emptied again. Oxygen was supplied during the emptying process so that the resulting gas space was filled with oxygen. After emptying, a positive pressure of 30 mbar was formed on the cathode side.

다음 단계에서 애노드 공간을 70 ℃에서 210 g NaCl/l의 농도를 갖는 염수로 채웠고 애노드 순환을 작동시켰다. 애노드 순환의 일정한 작동을 달성한 직후에 전기분해 전압을 켰다. 전기분해 전류는 5분 후에 전기분해 전류가 1 kA/㎡ 및 30분 후에 전기분해 전류가 4 kA/㎡가 되도록 제어하였다. 이 설비 가동은 4 kA/㎡의 전력, 2.0 내지 2.2 V의 전기분해 전압, 32 중량% 제거된 수산화 나트륨 용액 농도 및 90 ℃의 전기분해 전지 안의 온도로 10일에 걸쳐 작동하였다. 평균 전기분해 전압은 2.14 V였다.In the next step the anode space was filled with brine with a concentration of 210 g NaCl / l at 70 ° C. and the anode cycle was activated. The electrolysis voltage was turned on immediately after achieving a constant operation of the anode circulation. The electrolysis current was controlled so that after 5 minutes the electrolysis current was 1 kA / m 2 and after 30 minutes the electrolysis current was 4 kA / m 2. The plant operation was run over 10 days with a power of 4 kA / m 2, an electrolysis voltage of 2.0-2.2 V, a 32 wt% removed sodium hydroxide solution concentration, and a temperature in an electrolysis cell at 90 ° C. The average electrolysis voltage was 2.14 V.

OCE에 슬롯을 만든 결과, 전기분해 전력에 유의미한 악화는 발견되지 않았다.As a result of slotting in the OCE, no significant deterioration in electrolysis power was found.

실시예Example 3 3

3일의 작동 시간 이후에 실시예 1에 따르는 전기분해 유닛이 다음과 같이 작동에서 벗어났다:After 3 days of operation, the electrolysis unit according to Example 1 is out of operation as follows:

전기분해 전류가 90 A/㎡로 줄어들었다. 애노드액은 1 mg/l 미만의 염소 함량이 얻어질 때까지 60 분 넘게 순환하였고, 이후 전기분해 전류를 차단하였다. 이 시간 안에 애노드액은 70 ℃로 냉각하였다. 애노드 공간을 비웠고, 이후 탈이온수를 넘치도록 채우고 즉시 다시 비웠다.Electrolysis current was reduced to 90 A / m 2. The anolyte was circulated for more than 60 minutes until a chlorine content of less than 1 mg / l was obtained, after which the electrolysis current was interrupted. Within this time the anolyte was cooled to 70 ° C. The anode space was emptied, then filled with deionized water and immediately emptied again.

그 후, 캐소드 공간에 남아있는 액체를 방출하였고 산소 공급을 차단하였으며 캐소드 공간을 탈이온수로 넘치도록 채우고 즉시 다시 비웠다.Thereafter, the remaining liquid in the cathode space was released, the oxygen supply was shut off and the cathode space was flooded with deionized water and immediately emptied again.

정지 50 시간 후, 실시예 2로부터의 전기분해 유닛은 다음과 같이 다시 작동으로 되돌렸다:After 50 hours of stopping, the electrolysis unit from Example 2 was returned to operation as follows:

첫 번째 단계로 80 ℃에서 20 ppm의 클로라이드 이온 함량과 10 ppm 미만의 클로레이트 이온 함량을 가진 수산화 나트륨 용액 32 중량%로 캐소드 공간을 채웠고 이후 다시 비웠다. 비우는 과정에서 산소를 공급하여 결과적인 기체 공간이 산소로 채워지게 하였다. 비운 후, 캐소드 측에 30 mbar의 양압을 형성하였다.The first step filled the cathode space with 32% by weight sodium hydroxide solution with 20 ppm chloride ion content and less than 10 ppm chlorate ion content at 80 ° C. and then emptied again. Oxygen was supplied during the emptying process so that the resulting gas space was filled with oxygen. After emptying, a positive pressure of 30 mbar was formed on the cathode side.

다음 단계에서 70 ℃에서 210 g NaCl/l의 농도를 가지는 염수로 애노드 공간을 채웠고 애노드 순환을 작동시켰다. 애노드 순환의 일정한 작동을 얻은 직후, 전기분해 전압을 켰다. 전기분해 전류는 전기분해 전지의 온도 88 ℃ 및 32 중량% 제거된 수산화 나트륨 용액 농도에서 5분 후에 1 kA/㎡의 전기분해 전류 및 30분 후에 3 kA/㎡의 전기분해 전류가 얻어지도록 제어하였다.In the next step the anode space was filled with brine with a concentration of 210 g NaCl / l at 70 ° C. and the anode cycle was activated. Immediately after constant operation of the anode cycle, the electrolysis voltage was turned on. The electrolysis current was controlled so as to obtain an electrolysis current of 1 kA / m 2 after 5 minutes and an electrolysis current of 3 kA / m 2 after 30 minutes at the temperature of the electrolysis cell at 88 ° C. and a concentration of 32% by weight of the sodium hydroxide solution removed. .

3 kA/㎡에서의 전기분해 전압은 1.8 내지 1.9 V였다. 전기분해 유닛은 정지 이전의 기간에 비하여 어떠한 열화도 보이지 않았다; 사실상 100 mV 만큼의 개선이 관찰되었다.The electrolysis voltage at 3 kA / m 2 was 1.8 to 1.9 V. The electrolysis unit did not show any degradation compared to the period before the shutdown; In fact, as much as 100 mV of improvement was observed.

1 수평의 슬롯
2 대각선으로 배열된 슬롯
3 구멍
4 구멍
5 수평의 슬롯
6 가이드 플레이트
7 이온 교환 막
8 OCE(산소 소모 전극)
1 horizontal slot
2 diagonally arranged slots
3 holes
4 holes
5 horizontal slots
6 guide plate
7 ion exchange membrane
8 OCE (Oxygen Consumption Electrode)

Claims (12)

시트유사 구조 형태의 하나 이상의 담체 요소 및 촉매 활성 성분 및 기체 확산층의 코팅을 갖고, 기체 확산층으로의 코팅이 0.5 mm 내지 20 mm, 바람직하게는 1 mm 내지 10 mm의 직경 또는 높이를 갖는 하나 이상의 개구를 가지는 것을 특징으로 하는, 마이크로 갭 구조의 전기분해 전지에 사용하기 위한 산소 소모 전극.At least one carrier element in the form of a sheet-like structure and at least one opening having a coating of the catalytically active component and the gas diffusion layer, wherein the coating to the gas diffusion layer has a diameter or height of 0.5 mm to 20 mm, preferably 1 mm to 10 mm An oxygen consuming electrode for use in an electrolysis cell having a microgap structure, characterized in that it has a. 제1항에 있어서, 이온 교환 막에 대면하는 전극의 면에 대하여 개구의 총 면적이 전극 면적의 0.05 내지 15 %, 바람직하게는 1 내지 12 %인 것을 특징으로 하는 산소 소모 전극. The oxygen consuming electrode according to claim 1, wherein the total area of the opening with respect to the surface of the electrode facing the ion exchange membrane is 0.05 to 15%, preferably 1 to 12% of the electrode area. 제1 또는 2항에 있어서, 촉매 활성 성분의 및 기체 확산층으로의 담체 요소의 코팅만이 개구를 갖는 것을 특징으로 하는 산소 소모 전극.3. An oxygen consuming electrode according to claim 1 or 2, wherein only the coating of the catalytically active component and of the carrier element to the gas diffusion layer has an opening. 제1 또는 2항에 있어서, 개구가 코팅과 담체 요소 전반에 걸쳐 연속적인 것을 특징으로 하는 산소 소모 전극.3. Oxygen consuming electrode according to claim 1 or 2, wherein the opening is continuous throughout the coating and carrier element. 제1 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서, 개구가 산소 소모 전극으로부터 펀칭(punching), 자르기, 기계가공, 구멍뚫기에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 산소 소모 전극.The oxygen consuming electrode according to any one of claims 1 to 4, wherein the opening is formed by punching, cutting, machining, or drilling from the oxygen consuming electrode. 제1 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서, 전극을 생산하는 방법에서 코팅의 완료 이후에 후속적으로 제거되는 제거가능한 대체물의 삽입에 의해 대응하는 오리피스가 담체 요소 코팅 과정에서 깨끗하게 유지되는 것을 특징으로 하는 산소 소모 전극.4. The process according to claim 1, wherein the corresponding orifice is kept clean in the carrier element coating process by insertion of a removable substitute which is subsequently removed after completion of the coating in the method of producing the electrode. Oxygen consumption electrode. 제1 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서, 산소 소모 전극이 이온 교환 막과 산소 소모 전극 사이에 0.01 mm 내지 2 mm의 거리를 가지는 것을 특징으로 하는 산소 소모 전극.The oxygen consuming electrode according to any one of claims 1 to 3, wherein the oxygen consuming electrode has a distance of 0.01 mm to 2 mm between the ion exchange membrane and the oxygen consuming electrode. 마이크로 갭 구조의 제1 내지 7항 중 어느 한 항에 따른 산소 소모 전극을 포함하는 전기분해 전지로의 클로르알칼리 전기분해 수행 방법으로, 상기 전지는 염화 알칼리 금속을 포함하는 애노드액과 애노드가 있는 하나 이상의 애노드 공간, 이온 교환 막 및 OCE와 막 사이에 배열된 0.01 mm 내지 2 mm의 두께를 가지고 있으며 이를 통해 캐소드액이 흐르는 편평한 다공성 요소 및 은 함유 촉매를 포함하고 캐소드로서의 산소 소모 전극이 있는 캐소드 공간을 가지며, 전기분해 전압의 인가에 앞서 첫 번째 단계로서 기체 측의 산소 소모 전극을 1000 ppm 이하, 바람직하게는 700 ppm 이하, 더욱 바람직하게는 500 ppm 이하의 클로라이드 이온 함량을 가지고 있는 수산화 알칼리 금속 수용액으로 습윤시키고, 애노드액의 애노드 공간으로의 후속적인 도입과 함산소 기체의 캐소드 공간으로의 후속적인 도입 이후에 전기분해 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 클로르알칼리 전기분해 수행 방법.A method of performing chlor-alkali electrolysis to an electrolysis cell comprising an oxygen consuming electrode according to any one of claims 1 to 7 of a micro-gap structure, the cell comprising an anode liquid containing an alkali metal chloride and an anode The anode space above, the ion exchange membrane and the cathode space having a thickness of 0.01 mm to 2 mm arranged between the OCE and the membrane, through which the catholyte flows a flat porous element and a silver-containing catalyst and with an oxygen consuming electrode as cathode Aqueous alkali metal hydroxide solution having a chloride ion content of at most 1000 ppm, preferably at most 700 ppm, more preferably at most 500 ppm, of the oxygen-consuming electrode on the gas side as a first step prior to the application of the electrolysis voltage. Oxygen, and subsequent introduction of the anolyte into the anode space and the oxygenous gas Performing chlor-alkali electrolysis characterized in that for applying the electrolysis voltage after the subsequent introduction into the cathode space. 마이크로 갭 구조의 제1 내지 7항 중 어느 한 항에 따른 산소 소모 전극을 포함하는 전기분해 전지로의 클로르알칼리 전기분해 수행 방법으로, 상기 전지는 애노드액을 포함하는 하나 이상의 애노드 공간, 이온 교환 막, 0.01 mm 내지 2 mm의 두께를 갖는 OCE와 막 사이의 편평한 다공성 요소 및 은 함유 촉매를 갖는 OCE가 있는 캐소드 공간을 가지며, 전기분해 작동의 마지막에 정지를 위해 적어도 다음의 단계를 이러한 순서로 수행하는 것을 특징으로 하는 클로르알칼리 전기분해의 수행 방법:
- 전기분해 전압을 차단함
- 애노드 공간을 비움
- 바람직하게는 애노드 공간을 다음의 액체, 즉: 4 mol/l 이하의 희석된 염화 알칼리 금속 용액 또는 탈이온수 중 하나로 다시 채우고, 후속으로 애노드 공간을 비움
- 캐소드 공간을 다음의 액체, 즉: 4 mol/l 이하의 희석된 수산화 알칼리 금속 용액 또는 탈이온수 중 하나로 채우고, 후속으로 캐소드 공간을 비움.
A method for performing chloralkali electrolysis into an electrolysis cell comprising an oxygen consuming electrode according to any one of claims 1 to 7 of a microgap structure, the cell comprising at least one anode space, an ion exchange membrane comprising an anolyte solution And a cathode space with an OCE with a silver-containing catalyst and a flat porous element between the membrane and the OCE with a thickness of 0.01 mm to 2 mm, at least following steps are carried out in this order for stopping at the end of the electrolysis operation. Method for performing chlor-alkali electrolysis, characterized in that:
-Cuts off the electrolysis voltage
-Free the anode space
Preferably the anode space is refilled with one of the following liquids: dilute alkali metal chloride solution or up to 4 mol / l or deionized water, and subsequently emptying the anode space.
The cathode space is filled with one of the following liquids: up to 4 mol / l diluted alkali metal hydroxide solution or deionized water, and subsequently emptying the cathode space.
제7항에 있어서, 전기분해 전압의 인가에 앞서 캐소드 공간을 습윤하는 데에 사용되는 수산화 알칼리 금속 용액이 20 ppm 이하, 바람직하게는 10 ppm 이하, 더 바람직하게는 4 ppm 이하의 클로레이트 이온 함량을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.8. The chlorine ion content of claim 7, wherein the alkali metal hydroxide solution used to wet the cathode space prior to application of the electrolysis voltage is 20 ppm or less, preferably 10 ppm or less, more preferably 4 ppm or less. Characterized by having a. 제8 또는 9항에 있어서, 정지 및 전기분해 전지를 비운 이후, 매 1주 내지 12주, 바람직하게는 매 4주 내지 8주에 임의로 반복적으로 애노드 공간을 1.7 내지 3.4 mol/l, 바람직하게는 2.2 내지 2.9 mol/l 함량의 희석된 염화 알칼리 금속 용액으로 세척하고, 캐소드 공간을 2 내지 9 mol/l, 바람직하게는 4 내지 6 mol/l 함량의 희석된 수산화 알칼리 금속 용액으로 세척하는 것을 특징으로 하는 방법.The anode space according to claim 8 or 9, wherein the anode space is optionally repeated between 1.7 and 3.4 mol / l, preferably every 1 to 12 weeks, preferably every 4 to 8 weeks, after emptying the stationary and electrolytic cells. Washing with a diluted alkali metal chloride solution of 2.2 to 2.9 mol / l, and washing the cathode space with a diluted alkali metal hydroxide solution of 2 to 9 mol / l, preferably 4 to 6 mol / l. How to. 제7 내지 11항 중 어느 한 항에 있어서, 염화 알칼리 금속이 염화 나트륨 또는 염화 칼륨, 바람직하게는 염화 나트륨인 것을 특징으로 하는 방법.

Process according to any of claims 7 to 11, characterized in that the alkali metal chloride is sodium chloride or potassium chloride, preferably sodium chloride.

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