KR820000613B1 - Process for the electrolysis of sodium chloride - Google Patents

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KR820000613B1
KR820000613B1 KR7900428A KR790000428A KR820000613B1 KR 820000613 B1 KR820000613 B1 KR 820000613B1 KR 7900428 A KR7900428 A KR 7900428A KR 790000428 A KR790000428 A KR 790000428A KR 820000613 B1 KR820000613 B1 KR 820000613B1
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salt
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KR7900428A
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신사꾸 오가와
쓰도무 강게
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무라모도 마고도
아사히 가세이 고오교오 가부시기 가이샤
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    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
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    • C25B1/46Simultaneous production of alkali metal hydroxides and chlorine, oxyacids or salts of chlorine, e.g. by chlor-alkali electrolysis in diaphragm cells

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Abstract

The acid concn. of dil. aq. NaCl solns. useful in the prodn. of NaOH by electrolysis was controlled by absorbing HCl(g) into the dil. aq. NaCl feed, the HCl(g) being produced from the Cl(g) and H(g) liberated in the anode and cathode compartments, resp., during electrolysis in the presence of a cation exchange membrane. e.g., an aq. 25.5% NaCl soln. was fed at 71.8 ton/h into a bipolar electrolyzer sepd. into anode and cathode compartments by a sulfonated fluoropolymer cation exchange membrane having carboxyl groups on its cathodic face and electrolysis was effected at c.d. 40 A/dm2.

Description

식염 전해방법Salt delivery method

제1도는 식염전해에 대한 공정계통도를 도시한 것이며,Figure 1 shows the process flow diagram for the salt electrolysis,

제2도는 묽은 식염수 용액을 농축시키는 하나의 실시예를 도시한 것이다.2 illustrates one embodiment of concentrating a dilute saline solution.

본 발명은 양극 및 음극 사이의 양이온 교환막에 의하여 양극실과 음극실로 구분된 전해조(槽)내에서 상기양극실에 식염 수용액을 공급하고, 염화수소 가스를 원료식염수용액 및/또는 묽은 식염수용액에 흡수시키면서 전해조작을 행하여 양극실에서 염소가스 및 음극실에서 수산화나트륨 수용액 및 수소가스를 각각 생성하는 신규 식염 전해 방법에 관한 것이다.The present invention supplies a salt solution to the anode chamber in the electrolytic cell divided into a cathode chamber and a cathode chamber by a cation exchange membrane between the anode and the cathode, and electrolyzed while absorbing hydrogen chloride gas into the raw saline solution and / or dilute saline solution. The present invention relates to a novel salt electrolysis method for producing chlorine gas in the anode chamber and aqueous sodium hydroxide solution and hydrogen gas in the cathode chamber, respectively.

양극 및 음극 사이에 양이온 교환막을 삽입할 경우에는 양극실에서 양이온이 음극실로 이동됨으로서만이 전류가 통과되는 것이 이상적이나, 실제로는 소량의 음이온도 음극실에서 양극실로 이동된다. 특히 양극실에 식염 수용액을 공급하여 음극실에서 가성소다를 생성하는 전해에 있어서는, 음극실에 존재하는 수산기 이온의 이동성이 크기 때문에 양이온 교환막을 사용한 경우 수산기 이온에 의하여 정도의 전기가 흐르게 되어 수산기 이온은 음극실에서 양극실로 이동하게 된다. 양극실로 이동한 수산기 이온들은 양극에서 방전되어 산소가스를 생성하고, 생성된 염소가스를 순수하게 분해시키거나 생성된 염소가스와 반응하여 염소산염을 생성한다. 상기 염소산염이 양극액에 축적됨으로서 양극액에서의 식염의 용해도가 낮아지게 된다.When a cation exchange membrane is inserted between the anode and the cathode, it is ideal that a current flows only by moving cations from the anode chamber to the cathode chamber, but in reality, a small amount of anions are also moved from the cathode chamber to the cathode chamber. Particularly, in electrolysis in which a salt solution is supplied to the anode chamber to produce caustic soda in the cathode chamber, the mobility of hydroxyl ions present in the cathode chamber is large. Therefore, when a cation exchange membrane is used, an amount of electricity flows due to hydroxyl ions. Moves from the cathode chamber to the anode chamber. The hydroxyl ions moved to the anode chamber are discharged at the anode to produce oxygen gas, and the chlorine gas is generated by decomposing purely chlorine gas or reacting with the generated chlorine gas. As the chlorate accumulates in the anolyte, the solubility of the salt in the anolyte is lowered.

따라서, 양이온 교환막을 사용하는 전해조작에 있어서, 종래에는 염산과 같은 광물산을 양극실에 부가하여 음극실에서 이동되는 수산기 이온들을 중화시켰다. 그러므로 양극액에서의 식염 농도의 저하를 방지하고, 원료식염수용액의 분해를 크게 유지하기 위하여 농도가 높은 염산 수용액, 이를테면, 35에서 36%의 염산 수용액을 사용하면은 장점이 있게 된다. 종전의 기술방법에서는 시판용 부산물 염산이나 합성 염산을 사용해 왔다. 즉, 염산합성용 장치에 사용할 용액을 공급하여 양극실에서 생성되는 염소가스 및 음극실에서 부산물로 생성되는 수소가스로서 35%염산 수용액을 합성한다. 그러나 시판용 염산을 사용할 경우에는 생산 비용이 상당히 증가되고, 또한 35%염산 수용액의 합성용장치는 상당히 복잡한 구조이기 때문에 건설비용이 증가되어 냉각수등의 부대비용도 증가된다.Therefore, in electrolytic operation using a cation exchange membrane, conventionally, mineral acid such as hydrochloric acid was added to the anode chamber to neutralize hydroxyl ions migrated from the cathode chamber. Therefore, it is advantageous to use a high concentration of hydrochloric acid solution, such as 35 to 36% aqueous hydrochloric acid solution in order to prevent a decrease in the salt concentration in the anolyte solution and to maintain large decomposition of the raw saline solution. Previous technical methods have used commercial by-product hydrochloric acid or synthetic hydrochloric acid. That is, by supplying a solution to be used for the hydrochloric acid synthesis apparatus, 35% hydrochloric acid aqueous solution is synthesized as chlorine gas generated in the anode chamber and hydrogen gas generated as a by-product in the cathode chamber. However, when commercial hydrochloric acid is used, the production cost is considerably increased, and since the apparatus for synthesizing 35% hydrochloric acid solution is a very complicated structure, the construction cost is increased and the accompanying cost of cooling water is also increased.

본 발명은 양극 및 음극사이의 양이온 교환막에 의하여 양극실과 음극실로 구분된 전해조내에서 상기 양극실에 식염수용액을 공급하면 하기 공정들(1)(2) 및 (3)으로 이루어지는 식염전해방법을 제공하는 것이다.The present invention provides a salt electrolysis method comprising the following steps (1) (2) and (3) when the saline solution is supplied to the anode chamber in an electrolytic cell divided into an anode chamber and a cathode chamber by a cation exchange membrane between the anode and the cathode. It is.

(1) 상기 전해 조내에서 생성되는 염소가스 및 수소 가스로 염화수소 가스를 합성하는 공정(1) step of synthesizing hydrogen chloride gas with chlorine gas and hydrogen gas generated in the electrolytic cell

(2) 상기와 같이 합성한 염화수소 가스를 원료 식염수용액 및/또는 묽은 식염수용액에 흡수시켜 흡수용액중 염산의 농도를 0.1중량%에서 20중량%로 조절하는 공정 및(2) absorbing the hydrogen chloride gas synthesized as described above into a raw saline solution and / or a dilute saline solution to adjust the concentration of hydrochloric acid in the absorption solution from 0.1% to 20% by weight;

(3) 염화수소 가스의 반응역 및 흡수열과 전해조에서 발생되는 열을 이용하여 묽은 식염수용액 및/또는 음극실에서 생성되는 수산화 나트륨 수용액의 농도를 얻는 공정·첨부도면 중 제1도 및 제2도는 본 발명의 공정법을 실시하는데 있어 대표적인 공정계통도를 도시한 것이다.(3) Figures 1 and 2 of the process and the accompanying drawings for obtaining the concentration of the dilute saline solution and / or the sodium hydroxide aqueous solution generated in the cathode chamber using the reaction zone and the heat of absorption of the hydrogen chloride gas and the heat generated in the electrolytic cell are shown in FIG. Representative process flow diagrams for carrying out the process method of the invention are shown.

본 발명의 특징은 염화수소가스를 원료식염수용액 및/또는 묽은 식염수 용액에 직접 흡수시켜서 음극실에서 양극실로 이동하는 수산기 이온들을 중화시키는데에 있다.It is a feature of the present invention to neutralize hydroxyl ions that migrate from the cathode chamber to the anode chamber by absorbing hydrogen chloride gas directly into the raw saline solution and / or the dilute saline solution.

본 발명에 서술되는 묽은 식염수용액은 양극실에서 전해 조작후의 식염농축시에 소모되는 식염수용액이나 양극실 및 양극액 순환탱크 사이에 순환되는 식염농축시 소모되는 식염 수용액을 가리킨다.The dilute saline solution described in the present invention refers to the saline solution consumed during the salt concentration after electrolytic operation in the anode chamber or the saline solution consumed during the salt concentration circulated between the anode chamber and the anolyte circulation tank.

이온 교환막 공정법에 있어서는 사용한 식염원료의 수율을 증가하기 위하여 묽은 식염 수용액의 농도를 설정하는 것이 유리하다. 샘소금물(well brine)을 원료식염으로 사용할 경우에는 묽은 식염용액의 농도를 설정하는 것이 바람직하다. 어떤 경우에 있어서는 음극실에서 생성되는 가성소다 수용액을 그 이상으로 농축시킬 필요도 있으며, 이러한 경우에는 일본국 특허출원 번호 제128,857호1975년 및 제151,663호/1977년에 서술된 바와같이 전해조에서 발생되는 열을 이용한 농축방식이 아주 유리하다. 본 발명은 우수한 효과를 나타내는 상기 농축 방식도 결합시킨 것이다.In the ion exchange membrane process method, it is advantageous to set the concentration of the dilute saline solution in order to increase the yield of the used saline raw material. When using well brine as the raw material salt, it is preferable to set the concentration of the dilute salt solution. In some cases, it is also necessary to concentrate the aqueous solution of caustic soda produced in the cathode chamber above, in which case it occurs in the electrolytic cell as described in Japanese Patent Application Nos. 128,857 1975 and 151,663 / 1977. Concentrating using heat is very advantageous. The present invention combines the above-mentioned concentration method which shows the excellent effect.

다시 말하면, 염화수소 가스의 합성 및 흡수공정은 모두 발열 반응이다. 합성 공정에서는 1몰당 22kcal의 반응열이 방출되며, 흡수공정에서는 1몰당 15에서 17kcal의 흡수열이 방출된다. 20% 이상의 염산 수용액을 제조하고져 할 경우에는 염산 수용액 중의 염화수소의 가스분압을 온도를 상승시키면서 증가시켜 염화수소의 가스가 적게 흡수되도록 한다. 그러므로 상기 용액은 다량의 냉각수로 냉각시켜 보다 더 낮은 온도로 유지시켜야 한다. 그러면은 이들의 반응열 및 흡수열은 냉각수에 의하여 잃어지게 된다. 본 전해 방법에 의하면은 이들 열은 양극액에 희수되어 묽은 식염 수용액이나 가성소다 수용액을 농축시키는 데에 효과적으로 이용되게 된다.In other words, the synthesis and absorption processes of the hydrogen chloride gas are all exothermic reactions. In the synthesis process, 22 kcal of heat of reaction is released per mole, and in the absorption process, 15 to 17 kcal of heat of absorption is released per mole. When preparing an aqueous hydrochloric acid solution of 20% or more, the gas partial pressure of hydrogen chloride in the aqueous hydrochloric acid solution is increased while increasing the temperature so that the gas of hydrogen chloride is absorbed less. Therefore, the solution must be cooled to a higher temperature and kept at a lower temperature. Then, their heat of reaction and heat of absorption are lost by the cooling water. According to the present electrolytic method, these heats are dilute in the anolyte solution and are effectively used for concentrating a dilute saline solution or caustic soda solution.

염화수소 가스를 원료식염 수용액이나 묽은식염수 용액에 흡수시킨다. 농도가 1ℓ당 300g에서 310g의 높은 원료 식염수 용액의 경우에는 식염이 흡수장치내에 석출되는지의 여부에 상당히 주의를 기울여야 한다. 묽은 식염 수용액에 흡수시키는 경우에는 농도가 1ℓ 100에서 250g으로 상당히 낮기 때문에 식염이 석출되는 우려가 없어 보다 더 유리하다.The hydrogen chloride gas is absorbed into the raw salt solution or the dilute saline solution. In the case of high raw saline solutions with concentrations of 300 g to 310 g per liter, great attention should be paid to whether or not salt precipitates in the absorber. In the case of absorption into a dilute aqueous solution of salt, the concentration is considerably low, from 1 l 100 to 250 g, which is more advantageous because there is no fear of precipitation of salt.

흡수후의 염산의 농도는 0.1중량%에서 20중량%로 하여야하며, 염산의 농도가 20%를 초과할 경우에는, 염화수소 가스가 식염수 용액에 흡수된 후에 분압이 증가되기 때문에 식염수 용액의 온도를 하강시켜 줘야 하며, 냉각수를 사용해야 한다. 또 염산의 농도가 0.1% 미만일 경우에는 묽은 식염수 용액을 다량 순환시켜야 되기 때문에 흡수장치를 형편에 맞지 않고 아주 크게 만들어야 한다.The concentration of hydrochloric acid after absorption should be 0.1% to 20% by weight. When the concentration of hydrochloric acid exceeds 20%, the temperature of the saline solution is lowered because the partial pressure increases after the hydrogen chloride gas is absorbed into the saline solution. Must be used, and coolant must be used. In addition, when the concentration of hydrochloric acid is less than 0.1%, a large amount of dilute saline solution must be circulated.

흡수된 식염수용액의 온도는 30℃에서 100℃로 광범위하며, 본 발명에 사용할 수 있는 흡수장치로서는 종전부터 사용하여왔던 흡수장치, 이를테면, 충전탑, 다공관탑(多孔管塔), 습식벽탑(wetted wall tower), 스프레이탑, 제트세척기, 벤튜리 세척기 등을 사용할 수가 있다. 전해조에서 발생되는 염소가스 및 수소가스로부터 버어너에 의한 연소방법, 자외선 조사(照射)방법및 접촉방법 등으로 염화수소 가스를 합성할 수가 있다. 또한, 액체 중 연소(combustion in liguid) 방법에 의하여 합성 및 흡수조작을 동시에 실시할 수가 있다. 본 발명에 사용되는 양이온 교환막은 유일하게 한정된 것은 아니며, 양극실에서 발생되는 염소가스를 방지할 수가 있고, 나트륨 이온들을 다량 수송할 수 있으며는 어떠한 양이온 교환막도 사용할 수가 있다. 염소가스를 방지해야 한다는 점에서 불화탄소형 양이온 교환막을 사용하는 것이 바람직하다. 이온 교환기들로서는 어떠한 제약없이 종전부터 사용해 왔던 양이온 교환기, 이를테면 카르복실산기, 설폰산기, 인산기, 설폰아미드기, 수산기 등을 사용할 수가 있다. 막의 양극부에 약산성기, 이를테면, 카르복실산기, 인산기 또는 설폰아미드기를 갖는 막은 나트륨 이온들을 다량 수송할 수 있기 때문에 이러한 막을 사용하는 것이 바람직하다.The temperature of the absorbed saline solution ranges from 30 ° C. to 100 ° C., and the absorbing devices that can be used in the present invention include absorption devices that have been used in the past, such as packed towers, porous tube towers, and wet wall towers. wetted wall towers, spray towers, jet washers, venturi washers and the like. Hydrogen chloride gas can be synthesized from a chlorine gas and hydrogen gas generated in an electrolytic cell by a burner combustion method, an ultraviolet irradiation method and a contact method. In addition, the synthesis and absorption operations can be performed simultaneously by a combustion in liguid method. The cation exchange membrane used in the present invention is not uniquely limited, and it is possible to prevent chlorine gas generated in the anode chamber, to transport large amounts of sodium ions, and to use any cation exchange membrane. In view of the need to prevent chlorine gas, it is preferable to use a fluorocarbon type cation exchange membrane. As the ion exchangers, cation exchange groups which have been used conventionally without any limitation, such as carboxylic acid groups, sulfonic acid groups, phosphoric acid groups, sulfonamide groups, hydroxyl groups and the like can be used. It is preferable to use such a membrane because a membrane having a weakly acidic group such as a carboxylic acid group, a phosphoric acid group or a sulfonamide group at the anode portion of the membrane can transport large amounts of sodium ions.

전해 조작의 온도는 50℃에서 120℃로 광범위하며, 60℃에서 100℃ 사이가 바람직하다. 전해 조작의 온도가 너무낮으면 전기 저항이 증가되기 때문에 전해조의 전압이 증가된다. 이와는 반대로 전해 조작의 온도가 너무 높으면 비등현상이 발생되어 전해조의 전압이 증가된다. 특히 염화 수소가스를 묽은 식염 수용액에 흡수시킬 때 흡수공정시 온도 승온상태가 발생되기 때문에 전해조작 온도를 60℃에서 90℃ 사이로 설정하는 것이 바람직하다. 전해 조작 온도를 높은 온도로 유지시켜야 할 경우에는, 염화 수소 가스를 원료식염수용액이나 묽은 식염수용액이 농축된 후에 보다 더 낮은 온도로 하강되어 회수되는 식염농축수용액에 흡수시키면은 유리해질 수가 있다.The temperature of the electrolysis operation ranges from 50 ° C to 120 ° C, preferably between 60 ° C and 100 ° C. If the temperature of the electrolysis operation is too low, the voltage of the electrolyzer increases because the electrical resistance increases. On the contrary, if the temperature of the electrolysis operation is too high, boiling occurs and the voltage of the electrolytic cell is increased. In particular, when the hydrogen chloride gas is absorbed in a dilute aqueous solution of salt, a temperature rise state occurs during the absorption process. Therefore, the electrolytic operation temperature is preferably set between 60 ° C and 90 ° C. If the electrolytic operation temperature is to be maintained at a high temperature, it may be advantageous to absorb the hydrogen chloride gas into the brine concentrate solution which is lowered to a lower temperature after the concentration of the raw saline solution or the dilute saline solution is recovered.

세부적으로 도시한 첨부 도면을 참조하면은 본 발명을 이해하는데 상당한 도움이 되리라 생각한다.DETAILED DESCRIPTION Referring to the accompanying drawings in detail, it will be appreciated that the present invention will be of great help.

제1도에 있어서 1은 양이온 교환막, 2는 전해조 양극실, 3은 전해조 음극실, 4는 양극액 순환 탱크, 5는 음극액 순환 탱크, 6은 연소노즐, 7은 흡수탑, 8은 폐가스 세척탑을 가리킨다. 음극실 3과 양극액 순환 탱크 5사이의 선 9및 10에 의하여 순환선이 형성되어, 경우에 따라서 선 11을 타고 첨가되는 물에 의하여 어떤 농도로 조절되는 가성소다 수용액은 전해조의 음극실과 양극액 순환탱크 5사이로 순환된다. 생성된 가성소다 수용액은 선 12를 타고 회수되어 가성소다 수용액의 농축장치(도시하지 않음)로 이동되고, 양극액의 일부는 선 13을 타고 회수되어 농축 장치로 이동되어, 여기에서 생성된 가성소다 수용액을 가열하는 열원으로 이용된 다음에 선 14를 양극액 순환 탱크로 이동된다. 생성된 수소 가스는 양극액 순환 탱크 5 내에서 기액 분리된 후에 선 15를 타고 회수된다. 선 11을 선 9에 연결시킬 수도 있는데, 이 경우에는 보다 많은 가성소다 농축 수용액이 선 12를 타고 회수된다.In FIG. 1, 1 is a cation exchange membrane, 2 is an anode chamber, 3 is an anode chamber, 4 is an anolyte circulation tank, 5 is a catholyte circulation tank, 6 is a combustion nozzle, 7 is an absorption tower, and 8 is waste gas cleaning. Point to the tower. A circulation line is formed by lines 9 and 10 between the cathode chamber 3 and the anolyte circulation tank 5, and in some cases, an aqueous solution of caustic soda adjusted to a certain concentration by water added via the line 11 is used to circulate the cathode chamber and the anolyte solution of the electrolyzer. Circulated between tanks 5. The resulting aqueous solution of caustic soda is recovered by line 12 and transferred to a concentrator (not shown) of aqueous solution of caustic soda, and a portion of the anolyte is recovered by line 13 and transferred to a concentrator. After being used as a heat source for heating the aqueous solution, line 14 is transferred to the anolyte circulation tank. The generated hydrogen gas is recovered by line 15 after gas-liquid separation in the anolyte circulation tank 5. It is also possible to connect line 11 to line 9, in which case more caustic soda solution is recovered via line 12.

선 16 및 선 17은 양극실 2와 음극실 순환탱크 4 사이의 순환선이고, 음극액 순환탱크 4 내에서 기액분리된 후에 생성된 염소가스는 선 18을 회수되고, 묽은 식염수 용액의 일부는 선 19를 타고 회수되어 식염용해탑(도시하지 않음)으로 이동된다. 여기에서 식염이 용해된 후 정제공정시에 식염포화 수용액으로부터 불순물이 제거된 다음에 선 20을 타고 원료식염수 용액으로서 음극액 순환 탱크 4로 이동된다.Lines 16 and 17 are circulation lines between the anode chamber 2 and the cathode chamber circulation tank 4, and the chlorine gas produced after gas-liquid separation in the catholyte circulation tank 4 recovers line 18, and part of the dilute saline solution is line 19 It is recovered by the ship and moved to the salt dissolving tower (not shown). Here, after the salt is dissolved, impurities are removed from the saturated saline solution during the purification process, and then, the line 20 is transferred to the catholyte circulation tank 4 as the raw saline solution.

생성된 염소가스의 일부가 선 21을 타고 회수되고, 생성된 수소가스의 일부가 선 22를 타고 회수되어 이들 가스가 모두 연소노즐 6에 이동되어 여기에서 염화수소 가스가 합성된다. 합성된 염화수소가스는 선 23을 타고 이동되는 묽은 식염수 용액에 의하여 흡수탑 7내로 흡수된다. 염화수소가스가 흡수된 후에 산도(酸度) 및 온도가 증가된 식염 수용액은 선 24를 타고 음극액 순환 탱크로 회수되어 음극실로부터 음극액 순환 탱크로 이동하는 수산기 이온들을 중화시킨다. 또한 음극액내로 회수된 염화수소의 반응열 및 흡수열은 전해조내의 음극액으로 이동되어 가성소다 수용액을 농축시키는데에 이용된다. 그리고 흡수된 후에 남는 폐가스는 선 25를 타고 폐가스 세척탑 7로 이동되고 여기에서 잔여 염화수소 가스와 염소 가스는 선 26을 타고 이동되는 원료식염수 용액에 흡수된 다음 냉각되어 선 28을 타고 배출된다. 선 24를 선 16에 연결시킬 수도 있는데, 이 경우에는 선 19 및 선 23을 타고 회수되는 묽은 식염수 용액내의 산의 농도가 상황에 맞도록 낮아진다. 연소노즐 6 및 흡수탑 7을 염화수소 가스가 원료식염 수용액에 의하여 흡수되도록 선 16상에 설치할 수가 있다.A portion of the generated chlorine gas is recovered on line 21, and a portion of the generated hydrogen gas is recovered on line 22, and all of these gases are transferred to combustion nozzle 6, where hydrogen chloride gas is synthesized. The synthesized hydrogen chloride gas is absorbed into the absorption tower 7 by the dilute saline solution traveling on line 23. After the hydrogen chloride gas is absorbed, the aqueous salt solution with increased acidity and temperature is recovered to the catholyte circulation tank via line 24 to neutralize hydroxyl ions moving from the cathode chamber to the catholyte circulation tank. In addition, the heat of reaction and absorption of hydrogen chloride recovered into the catholyte are transferred to the catholyte in the electrolytic cell and used to concentrate the aqueous solution of caustic soda. After absorption, the remaining waste gas is transferred to waste gas scrubber tower 7 via line 25, where the remaining hydrogen chloride gas and chlorine gas are absorbed in the raw saline solution, which is transported on line 26, and then cooled down and discharged on line 28. It is also possible to connect line 24 to line 16, in which case the concentration of acid in the dilute saline solution withdrawn via lines 19 and 23 is lowered as appropriate. The combustion nozzle 6 and the absorption tower 7 may be installed on line 16 so that the hydrogen chloride gas is absorbed by the aqueous solution of the raw salt.

제2도는 묽은 식염수용액이 농축되는 하나의 실시예 공정을 도시한 것으로, 제2도에 나타낸 숫자는 제도에서 서술한 명칭과 동일하고, 30은 다단식(多段式)순간 증발기를 가리키며, 전해 조작 공정은 제1도와 동일하다.FIG. 2 shows one example process in which dilute saline solution is concentrated, the numbers shown in FIG. 2 being the same as the names described in the system, 30 is the multi-stage instantaneous evaporator, and the electrolytic operation process. Is the same as FIG.

선 19를 타고 회수되는 묽은 식염 수용액은 염화수소 가스 흡수탑 7로 이동되어 선 21을 타고 이동되는 염소가스 및 선 22를 타고 이동되는 수소가스로 합성되는 염화수소가스를 흡수시킨 다음에, 이 용액은 선 24를 타고 다단식 순간 증발기로 이동된다. 염화수소 가스의 연소열 및 흡수열은 묽은 식염수 용액의 온도를 상승시키기 때문에 묽은 식염 수용액이 다단식 순간 증발기내에서 농축될때 효과적으로 이용될 수 있다. 다단식 증발기 내에서 농축된 묽은 식염 수용액은 선 31을 타고 농축될 식염 수용액으로서 음극액 순환 탱크 4로 이동된다.The dilute saline solution recovered on line 19 is transferred to a hydrogen chloride gas absorption tower 7 to absorb chlorine gas synthesized by line 21 and hydrogen gas synthesized on line 22, followed by Take 24 and move to multistage evaporator. Since the heat of combustion and the heat of absorption of the hydrogen chloride gas raise the temperature of the dilute saline solution, it can be effectively used when the dilute saline solution is concentrated in a multistage instantaneous evaporator. The diluted aqueous saline solution in the multi-stage evaporator is routed via line 31 to the catholyte circulation tank 4 as the aqueous saline solution to be concentrated.

33은 보일러 증기를 가리키고, 보일러 증기는 다단식 순간 증발기의 열원으로 사용되며, 34는 응축수회수용 선을 가리킨다.33 indicates boiler steam, boiler steam is used as a heat source for the multi-stage flash evaporator, and 34 indicates condensate recovery line.

정제 조작공정(도시하지 않음)시에 칼슘, 마그네슘, 철 등이 제거된 후에 원료 식염수 용액은 선 20을 타고 다단식 순간 증발기로 이동되어 냉각원으로서 이동된 다음에 선 32를 타고 음극액 순환탱크 4로 이동된다. 또한 원료식염수 용액의 일부는 선 26을 타고 폐가스 세정탑 8로 이동되며, 여기에서 선 25를 타고 염화수소 흡수탑 7로부터 이동하는 폐가스를 냉각시키고 잔존하는 염화수소 및 염소 가스를 흡수시킨 다음에 선 27을 타고 음극액 순환 탱크 4로 이동된다.After the removal of calcium, magnesium, iron, etc. during the refining operation process (not shown), the raw saline solution is transferred to the multistage instantaneous evaporator via line 20 and transferred as a cooling source, followed by line 32 to catholyte circulation tank 4 Is moved to. In addition, a portion of the raw saline solution is transferred to waste gas scrubber tower 8 via line 26, where line 25 is cooled to cool off-gas flowing from the hydrogen chloride absorption tower 7, absorbing remaining hydrogen chloride and chlorine gas, and The ride is taken to the catholyte circulation tank 4.

염화수소 흡수탑 7을 선 31상에 설치하여 다단식 순간 증발기 30 내에서 냉각 농축된 식염 수용액의 온도를 상승시키기 위하여 염화수소 가스의 연소열 및 흡수열을 이용할 수가 있다.The heat of absorption and heat of absorption of hydrogen chloride gas can be used to install the hydrogen chloride absorption tower 7 on line 31 to raise the temperature of the aqueous solution of the concentrated salt solution cooled in the multi-stage flash evaporator 30.

본 발명에 의한 조작 방법의 장점들을 서술하면 다음과 같다.The advantages of the operation method according to the present invention are described as follows.

(a) 종전기술 조작에서는 염산수용액을 음극액에 첨가할때에는 염산에 물이 수반되는데 반하여, 본 발명에서는 식염수용액이 상기의 물 첨가로서 희석이 안되기 때문에 식염이 높은 수율로 분해가 되도록 유지할 수 있다.(a) In the prior art operation, hydrochloric acid is accompanied by water when the aqueous hydrochloric acid solution is added to the catholyte. However, in the present invention, since the saline solution is not diluted with the addition of water, the salt can be maintained in high yield. .

(b) 본 발명에 의해서는 염화수소가스의 합성 및 흡수를 상당히 간단한 장치의 수단으로서 실시할 수 있다.(b) According to the present invention, the synthesis and absorption of hydrogen chloride gas can be carried out as a means of a fairly simple device.

종전의 염산합성용 탑에 있어서 약 35%의 농도가 높은 염산 수용액을 보통 사용해왔으나, 이와 반대로 본 발명에서는 다량의 식염수 용액에 염화수소 가스만을 흡수시키면 되기 때문에 10% 이하의 농도가 낮은 염산 수용액을 사용한다. 따라서 흡수된 액상중의 염화수소 가스의 분압이 더 작게 되기 때문에 종전의 염산 합성용 탑에 비하여 비용이 더 작게들며 장치도 간단하게 할 수가 있다.In the conventional hydrochloric acid synthesis tower, a hydrochloric acid solution having a high concentration of about 35% has been usually used. On the contrary, in the present invention, a hydrochloric acid solution having a low concentration of 10% or less is used because only a hydrochloric acid gas is absorbed in a large amount of saline solution. do. Therefore, since the partial pressure of the hydrogen chloride gas in the absorbed liquid phase is smaller, the cost is lower than that of the conventional hydrochloric acid synthesis tower, and the apparatus can be simplified.

(c) 종전의 염산 합성용 탑에 있어서는 과잉의 수소 조건하에 탑을 통상조작해 왔으나 본 발명에서는 과잉의 염소 가스(즉, 이론치량의 1.01에서 5배)존재하에 탑을 조작할 수가 있다. 즉 과잉의 염소 가스를 식염수 용액에 흡수시킬때는 양극실에 주입하기 때문에 어떠한 해로운 결과도 초래하지 않는다. 따라서 이용할 수소 가스의 수율을 증가시킬 수 있으며 조작 제어도 쉽게 할 수 있다. 또한 과잉의 염소 가스 중에서 수소 가스의 염소에 의한 불꽃의 온도가 낙하되기 때문에 장치의 수명을 오래 연장시킬 수가 있다.(c) In the conventional hydrochloric acid synthesis tower, the tower was normally operated under excessive hydrogen conditions. However, in the present invention, the tower can be operated in the presence of excess chlorine gas (that is, 1.01 to 5 times the theoretical amount). That is, when excess chlorine gas is absorbed into the saline solution, it is injected into the anode chamber, and thus does not cause any harmful result. Therefore, the yield of hydrogen gas to be used can be increased, and operation control can be easily performed. Moreover, since the temperature of the flame by the chlorine of hydrogen gas falls in the excess chlorine gas, the lifetime of an apparatus can be extended for a long time.

(d) 본 발명에서는 염화수소 가스를 흡수하는 식염수 용액의 온도가 연소열 및 흡수열로 증가되기 때문에 식염수 용액 중에 축적되는 염소산염을 분해할 수가 있다.(d) In the present invention, since the temperature of the saline solution absorbing the hydrogen chloride gas is increased by the heat of combustion and the heat of absorption, the chlorate accumulated in the saline solution can be decomposed.

(e) 본 발명에서는 염화수소 가스를 합성시키거나 흡수시킬 때 발생되는 반응열 및 흡수열을 효과적으로 이용할 수가 있다.(e) In the present invention, the heat of reaction and heat of absorption generated when synthesizing or absorbing the hydrogen chloride gas can be effectively used.

하기 실시예들을 들어 본 발명을 상세히 서술한다. 실시예 중 “톤”은 미터법상의 “톤”을 의미한다.The present invention is described in detail with reference to the following examples. In the examples, "tone" means metric "tone".

[실시예 1]Example 1

제1도에 도시한 공정 계통도에 따라서, 식염전해 조작을 행하였다. 양이온 교환막으로서기질이 불화탄소 수지로 이루어지고 매달린 설폰산기를 가지며, 막의 음극부에 카르복실산기로만 갖고 있는 막을 사용하였다.According to the process flow diagram shown in FIG. 1, the salt electrolysis operation was performed. As the cation exchange membrane, a membrane composed of a fluorocarbon resin having a sulfonic acid group suspended therein and having only a carboxylic acid group at the negative electrode portion of the membrane was used.

상기 양이온 교환막으로 양극실 및 음극실로 구분된 쌍극 전해조내에서 전류밀도를 40A/dm2로 하여 전해 조작을 실시하였다. 25.5중량%의 식염수용액을 선 20을 통하여 71.8톤/시간의 속도를 주입하고 순환되는 양극액 중의 식염농도를 14.4중량%로 유지하였다. 선 11을 통하여 16.1톤/시간의 속도로 물을 주입하고 21.6중량%의 가성소다 수용액은 39.5톤/시간의 속도로 선 12를 타고 회수하였다. 가성소다 생성용 전류밀도는 93%이고, 전해조 전압은 3.75볼트이었다.The cation exchange membrane was electrolytically operated with a current density of 40 A / dm 2 in a bipolar electrolyzer divided into an anode chamber and a cathode chamber. A 25.5 wt% saline solution was injected via line 20 at a rate of 71.8 tonnes / hour and the salt concentration in the circulating anolyte was maintained at 14.4 wt%. Water was injected through line 11 at a rate of 16.1 tons / hour, and 21.6% by weight aqueous solution of caustic soda was recovered on line 12 at a rate of 39.5 tons / hour. The current density for caustic soda production was 93% and the electrolyzer voltage was 3.75 volts.

pH가 3이고 온도가 88℃인 묽은 식염수 용액이 162.4톤/시간의 속도로서 선 23을 타고 염화수소 흡수탑 7로 이동되며 여기에서 0.6톤/시간의 속도로 염화수소 가스를 흡수하여 산의 농도가 0.37% 및 온도가 93℃로 증가된다. 생성식염 수용액은 양극액 순환 탱크로 회수되며, 양극액 순환 탱크 중에 분리판(板)을 설치함으로서 선 19및 선 23을 타고 회수되는 묽은 식염수용액은 선 20, 24 및 27을 타고 회수되는 식염수용액과 혼합되지 않는다.A dilute saline solution with a pH of 3 and a temperature of 88 ° C is transferred to the hydrogen chloride absorption tower 7 via line 23 at a rate of 162.4 tons / hour, where it absorbs hydrogen chloride gas at a rate of 0.6 tons / hour to give an acid concentration of 0.37. % And temperature are increased to 93 ° C. The resulting saline solution is recovered to the anolyte circulation tank, and the dilute saline solution recovered via lines 19 and 23 by installing a separator plate in the anolyte circulation tank is recovered via lines 20, 24 and 27. Does not mix with

순환 양극액 및 순환 음극액의 온도는 순환 음극액의 일부를 가성소다 농축 장치용 열원으로서 이용함으로서 88℃ 및 87.5℃로 각각 유지시킬 수 있다.The temperature of the circulating anolyte and the circulating catholyte can be maintained at 88 ° C. and 87.5 ° C. by using a part of the circulating catholyte as a heat source for the caustic soda concentrating device, respectively.

상기 조건하에서 3개월 동안 계속 조작을 행한 결과, 염소 가스 중의 산소 농도는 대략 0.5%이며, 식염수용액 중의 염소산염의 농도에는 증가가 나타나지 않았다. 21.6%의 가성소다 수용액을 48%로 농축시키는데 필요한 증기량은 염산 수용액으로서 산의 농도를 조절하는 조작에 비하여 생성하는 순수한 가성소다 1톤에 대하여 0.15톤씩 감소되었다.Operation was continued for three months under the above conditions, and the oxygen concentration in the chlorine gas was approximately 0.5%, and there was no increase in the concentration of chlorate in the saline solution. The amount of steam required to concentrate 21.6% aqueous solution of caustic soda to 48% was reduced by 0.15 ton per 1 tonne of pure caustic soda produced as compared to the operation of adjusting the concentration of acid as aqueous solution of hydrochloric acid.

[실시예 2]Example 2

제2도에 도시한 공정 계통도에 따라서 식염 전해조작을 행하였다. 양이온 교환막 및 전해조는 실시예 1에서 사용한 것과 같은 것을 사용하였다. 40A/dm2의 전류밀도하에 전해 조작을 실시하여 25.5중량%의 식염수용액을 선 20을 통하여 49.0톤/시간의 속도로 주입하고 선 11을 통하여 16.1톤/시간의 속도로 물을 주입하며, 21.6중량%의 가성소다 수용액은 39.5톤/시간의 속도로 선 12를 타고 회수하였다. 가성소다 생성용 전류밀도는 93%이고 전해조 전압은 3.75볼트이었다.Salt electrolysis was performed according to the process flow diagram shown in FIG. As the cation exchange membrane and the electrolytic cell, the same ones as used in Example 1 were used. Perform electrolytic operation under current density of 40 A / dm 2 to inject 25.5% by weight of saline solution at 49.0 tons / hour through line 20, and to inject water at 16.1 tons / hour through line 11, 21.6 An aqueous solution of caustic soda by weight was recovered on line 12 at a rate of 39.5 tons / hour. The current density for caustic soda production was 93% and the cell voltage was 3.75 volts.

식염의 농도가 14.3중량% pH가 3 및 온도가 87℃인 묽은 식염 수용액이 선 19를 타고 132.1톤/시간의 속도로서 염화수소 흡수탑 7로 이동되며, 여기에서 0.6톤/시간의 속도로 염화수소 가스를 흡수하여 염산의 농도가 0.45% 및 온도가 92.4℃로 증가된다. 이 묽은 식염 수용액은 선 24를 타고 다단식 순간 증발기 30으로 이동된다. 이 다단식 순간 증발기 30내에서 물이 17.7톤/시간의 비율로 증발되어 식염의 농도가 16.5중량% 및 염산의 농도가 0.52중량%로 농축되고, 온도가 84.7℃로 냉각된 농축식염 수용액이 선 31을 타고 115톤/시간이 속도로서 양극액 순환 탱크 4로 이동되기 때문에 식염의 농도가 14.3중량%로 유지된다.A dilute salt solution with a salt concentration of 14.3 wt% pH 3 and a temperature of 87 ° C. is transferred via line 19 to the hydrogen chloride absorption tower 7 at a speed of 132.1 tons / hour, where hydrogen chloride gas at a rate of 0.6 tons / hour. Absorption increases the concentration of hydrochloric acid to 0.45% and the temperature to 92.4 ° C. This dilute aqueous salt solution is taken via line 24 to a multistage flash evaporator 30. In this multi-stage flash evaporator 30, water was evaporated at a rate of 17.7 tons / hour, the concentrated salt solution was concentrated to 16.5% by weight of salt, 0.52% by weight of hydrochloric acid, and the temperature was cooled to 84.7 ° C. The concentration of saline is maintained at 14.3% by weight as 115 tons / hour is transferred to the anolyte circulation tank 4 at speed.

상기 조건하에서 3개월 동안 계속 조작을 행한 결과 염소 가스 중의 산소 농도는 대략 0.5이며, 식염수 용액 중의 염소산염의 농도에는 증가가 나타나지 않았다. 묽은 식염수 용액을 농축시키는데 필요한 증기량은 염산 수용액으로서 산의 농도를 조절하는 조작에 비하여 생성하는 순수한 가성소다 1톤마다 0.11톤씩 감소하였다.The operation was continued for 3 months under the above conditions, and the oxygen concentration in the chlorine gas was approximately 0.5, and there was no increase in the concentration of chlorate in the saline solution. The amount of steam required for concentrating the dilute saline solution decreased by 0.11 ton per tonne of pure caustic soda produced as compared to the operation of adjusting the concentration of acid as an aqueous hydrochloric acid solution.

Claims (1)

양극 및 음극 사이의 양이온 교환막에 의하여 양극실과 음극실로 구분된 전해조내에서 상기 양극실에 식염수용액을 공급하는 식염 전해방법에 있어서, 상기 전해조내에서 생성되는 염소가스 및 수소가스로 염화수소 가스를 합성한 후, 합성된 염화수소 가스를 원료 식염수용액 및/또는 묽은식염수용액에 흡수시켜 흡수용액중 염산의 농도를 01.-20중량%로 유지시킨 다음, 염화수소 가스의 반응열 및 흡수열과 전해조에서 발생되는 열을 이용하여 묽은 식염 수용액 및/또는 음극실에서 생성되는 수산화나트륨의 수용액을 농축시키는 것을 특징으로 하는 식염전해 방법.In the salt electrolytic method of supplying the saline solution to the anode chamber in the electrolytic cell divided into the anode chamber and the cathode chamber by a cation exchange membrane between the anode and the cathode, hydrogen chloride gas synthesized from the chlorine gas and hydrogen gas generated in the electrolytic cell Then, the synthesized hydrogen chloride gas is absorbed into the raw saline solution and / or the dilute saline solution to maintain the concentration of hydrochloric acid in the absorbing solution at 01.-20% by weight, and then the heat of reaction and absorption heat of the hydrogen chloride gas and the heat generated in the electrolytic cell. A salt solution method characterized by concentrating an aqueous solution of sodium hydroxide produced in a diluted salt solution and / or a cathode chamber.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101336052B1 (en) * 2011-04-08 2013-12-04 가부시키가이샤 오메가 Producing method of chlorine gas and hydrogen gas
KR101360998B1 (en) * 2011-02-28 2014-02-10 가부시키가이샤 오메가 The method of electrolytic treatment

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