塩素研究所
食塩水を電気分解すると、塩素と苛性アルカリが生成されます。 塩化ナトリウム (NaCl) が使用される主要な塩です。 苛性ソーダ (NaOH) が生成されます。 ただし、塩化カリウム (KCl) を使用すると、苛性カリ (KOH) が生成されます。
2 NaCl + 2H2O→Cl2↑+2NaOH+H2↑
塩 + 水 → 塩素 (ガス) + 苛性 + 水素 (ガス)
現在、塩素の商業生産にはダイヤフラムセルプロセスが最も多く使用されており、水銀セルプロセス、メンブレンセルプロセスが続きます。 経済、環境、および製品品質の問題により、製造業者は現在、新しい生産施設に膜セルプロセスを好んでいます。
ダイヤフラム セル プロセス
ダイヤフラム セル (図 1 を参照) は、ルテニウムおよび他の金属の塩でコーティングされたチタン アノードを含むコンパートメントに飽和食塩水が供給されます。 プラスチック製のセル ヘッドが、このアノードで生成された熱く湿った塩素ガスを収集します。 次に、コンプレッサーによる吸引により塩素が収集ヘッダーに引き込まれ、冷却、乾燥、および圧縮からなるさらなる処理が行われます。 水と未反応のブラインは、多孔性隔膜セパレーターを通ってカソード コンパートメントに浸透し、そこで水はスチール製カソードで反応して水酸化ナトリウム (苛性ソーダ) と水素を生成します。 隔膜は、陰極で生成された水酸化ナトリウムと水素から陽極で生成された塩素を保持します。 これらの製品が結合すると、結果は次亜塩素酸ナトリウム (漂白剤) または塩素酸ナトリウムになります。 塩素酸ナトリウムの商用生産者は、セパレーターのないセルを使用しています。 最も一般的なダイヤフラムは、アスベストとフルオロカーボン ポリマーの複合材です。 現代のダイヤフラムセルプラントには、歴史的にアスベストダイヤフラムの使用に関連する健康や環境の問題はありません。 一部のプラントでは、現在市販されている非アスベスト ダイアフラムを採用しています。 隔膜セルプロセスでは、未反応の塩を含む弱い水酸化ナトリウム溶液が生成されます。 追加の蒸発プロセスは、苛性を濃縮し、塩の大部分を除去して、商用品質の苛性を作ります。
図 1. クロルアルカリ セル プロセスの種類
水銀細胞プロセス
水銀セルは、実際には XNUMX つの電気化学セルで構成されています。 アノードでの最初のセルの反応は次のとおりです。
2 Cl– →C12 +2番目–
塩素 → 塩素 + 電子
カソードでの最初のセルの反応は次のとおりです。
Na+ + 水銀 + e– →Na・Hg
ナトリウムイオン＋水銀＋電子 → ナトリウムアマルガム
塩水は、側面がゴムで裏打ちされた傾斜したスチール製のトラフを流れます (図 4 を参照)。水銀 (カソード) は、塩水の下を流れます。 コーティングされたチタンのアノードは、塩素を生成するためにブラインに懸濁され、セルを出て収集および処理システムに送られます。 ナトリウムはセル内で電気分解され、水銀と融合した最初のセルを離れます。 このアマルガムは、分解器と呼ばれる XNUMX 番目の電気化学セルに流れ込みます。 分解器は、グラファイトをカソード、アマルガムをアノードとするセルです。
分解者の反応は次のとおりです。
2Na・Hg+2H2O → 2 NaOH + 2 Hg + H2 ↑
水銀電池プロセスでは、市販の (50%) NaOH がセルから直接生成されます。
膜細胞プロセス
膜セルの電気化学反応は、隔膜セルと同じです。 多孔性隔膜の代わりに陽イオン交換膜が使用されます (図 1 を参照)。 この膜は、塩化物イオンが陰極液に移動するのを防ぎ、それによって本質的に無塩の 30 ～ 35% の苛性アルカリをセルから直接生成します。 塩を除去する必要がなくなると、苛性アルカリから商用の 50% 濃度までの蒸発がより簡単になり、必要な投資とエネルギーが少なくなります。 腐食性が強いため、メンブレンセルのカソードとして高価なニッケルが使用されます。
安全と健康への危険
常温では、液体または気体の乾燥塩素は鋼を腐食しません。 湿った塩素は、塩酸と次亜塩素酸を生成するため、非常に腐食性があります。 塩素および塩素装置を乾いた状態に保つための予防措置を講じる必要があります。 配管、バルブ、および容器は、使用していないときは密閉するか、ふたをして、大気中の湿気を遮断する必要があります。 塩素漏れに水を使用すると、結果として生じる腐食状態が漏れを悪化させます。
液体塩素の体積は、温度とともに増加します。 配管、容器、コンテナ、または液体塩素で満たされたその他の機器の静水圧破裂を避けるための予防措置を講じる必要があります。
水素は、ブライン水溶液の電気分解によって製造されるすべての塩素の副産物です。 既知の濃度範囲内では、塩素と水素の混合物は可燃性であり、爆発する可能性があります。 塩素と水素の反応は、直射日光、その他の紫外線源、静電気、または鋭い衝撃によって開始される可能性があります。
塩素の製造では、不安定で爆発性の高い化合物である三塩化窒素が少量生成される可能性があります。 三塩化窒素を含む液体塩素が蒸発すると、残りの液体塩素中の三塩化窒素が危険な濃度に達する可能性があります。
塩素は、空気圧縮機、バルブ、ポンプ、オイルダイヤフラム計器などの供給源からの油やグリース、メンテナンス作業からの木材やぼろきれなどの多くの有機物質と、時には爆発的に反応する可能性があります。
塩素放出の兆候が見られたらすぐに、状態を修正するための措置を講じる必要があります。 塩素漏れは、すぐに修正しないと、常に悪化します。 塩素漏れが発生した場合は、呼吸器およびその他の適切な個人用保護具 (PPE) を装備した認定され、訓練を受けた担当者が調査し、適切な措置を講じる必要があります。 人員は、適切な PPE とバックアップの人員なしで、生命と健康に直ちに危険な (IDLH) 濃度 (10 ppm) を超える濃度の塩素を含む雰囲気に入ってはなりません。 不必要な人員を遠ざけ、危険区域を隔離する必要があります。 塩素放出の影響を受ける可能性のある人は、状況に応じて避難するか、その場に避難する必要があります。
エリアの塩素モニターと風向インジケーターは、タイムリーな情報 (避難経路など) を提供し、職員を避難させるか、その場で避難させるかを決定するのに役立ちます。
避難を利用する場合、暴露された可能性のある人は漏れの風上に移動する必要があります。 塩素は空気よりも重いため、標高が高いほど好ましい。 最短時間で逃げるには、すでに汚染された地域にいる人は横風に移動する必要があります。
屋内退避を選択した場合は、窓やドアなどの開口部をすべて閉め、エアコンや吸気システムを停止することで退避できます。 人員は、解放から最も離れた建物の側に移動する必要があります。
避難経路のない人員を配置しないように注意する必要があります。 風向の変化により、安全な位置が危険になる可能性があります。 新しいリークが発生するか、既存のリークが大きくなる可能性があります。
火災が発生している、または差し迫っている場合は、可能であれば、塩素の容器と機器を火から遠ざける必要があります。 漏れのない容器または機器を移動できない場合は、水をかけて冷やす必要があります。 塩素漏れに直接水を使用しないでください。 塩素と水が反応して酸を形成し、漏れが急速に悪化します。 ただし、複数の容器が関係しており、一部が漏れている場合は、水スプレーを使用して、漏れていない容器の過圧を防ぐのが賢明な場合があります。
容器が炎にさらされたときはいつでも、火が消えて容器が冷めるまで冷却水を適用する必要があります。 火にさらされた容器は隔離し、できるだけ早く供給業者に連絡する必要があります。
水酸化ナトリウム溶液は、特に濃縮すると腐食性があります。 こぼれや漏れにさらされる危険のある作業員は、手袋、フェイスシールド、ゴーグル、その他の保護服を着用する必要があります。
謝辞: Dr. RG Smerko は、Chlorine Institute, Inc. のリソースを利用できるようにしたことで認められています。