省エネルギー型食塩電解槽の開発
重篠金阿柴本原子
部崎浩
彰
幸祐嘉伸＊ 1
太＊ 1
生＊ 1
紀＊ 2郎＊ 3Development of energy saving chlor-alkali electrolyzer
Hironobu SHIGEMOTO
Shota SHINOHARA
Sachio KANEKO
Yuki ABE
Yoshiro SHIBASAKI

The latest electrolyzer was developed by Tosoh Corporation and thyssenkrupp Uhde Chlorine Engineers (Japan)
Ltd., named nx-BiTAC for chlor-alkali electrolysis. The energy saving technology applied to nx-BiTAC was developed
in improvement of conventional electrolyzer ; BiTAC® series. nx-BiTAC started commercial operation in 2014 in ourcompany and the operation has been continued favorably still now for 4 years. nx-BiTAC achieves about 3% savingenergy compared with the former electrolyzer ; n-BiTAC.

り、IM 食塩電解の省エネルギー化は環境問題解決の1．はじめに重要課題である。IM 食塩電解の国内最大手である当苛性ソーダは様々な産業の基礎素材として重要な役社は、1995 年にティッセンクルップ・ウーデ・クロ割を担っている化学製品であり、原料である食塩を電リンエンジニアズ㈱（2015 年にクロリンエンジニア気分解する電解ソーダ法で製造している。電解ソーダ

ズ㈱から社名変更）とゼロギャップ型複極式食塩電解法には水銀法、隔膜法、イオン交換膜法があるが、国槽（BiTAC®）を共同開発し、実プラントで商業運転内では環境面から水銀法、隔膜法は淘汰され、現在でを開始した。また、2007 年から実プラントで商業運は全てイオン交換膜法食塩電解（以下、IM 食塩電解）転を行っている n − BiTAC 電解槽は、従来の BiTAC®に転換されている。

電解槽より大幅な省エネルギー化、かつ高電流密度でIM 食塩電解は、従来の水銀法、隔膜法と比較して電力消費量が低減され、環境面だけでなく経済面でも安定した運転を可能とし、IM 食塩電解の生産性向上、省エネルギー化に貢献している。

も優れた製法であるものの、電解ソーダ工業の電力消本稿では、既存電解槽の更なる高性能化を目指し費量は化学工業全体の約 20％を占めていることから、て開発した BiTAC® 電解槽の省エネルギー化改造技術

エネルギー多消費型産業のひとつに位置付けられておと、その技術を最適化して新規開発した最新型電解槽
nx − BiTAC の特徴について紹介する。

＊1
＊2
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ソーダ製造部
ソーダ製造部
ソーダ製造部

電解グループ
電解課

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TOSOH Research & Technology Review Vol.62（2018）

2．既存電解槽の省エネルギー化改造

本改造により、陰極を押し付ける点数が増加し、陰極とイオン交換膜の密着性向上による液抵抗低減と、陰［1］電解電圧の構成極と構造体間の給電点数増加による電気抵抗低減効果®

が得られ、約 30mV（@5.0kA ／ m2）の電圧を低減した。

BiTAC 電解槽における電解電圧のうち、電解槽の構造に由来または構造の変更により低減可能な電圧

さらに、陰極弾性体にコイル状のクッション材（コは、「構造体抵抗による電圧ロス」と「極間抵抗によイルクッション）を使用し、陰極メッシュを押し付ける電圧ロス」であり、全体の 25％を占める（Fig. １）。

る点数をさらに増加させた改造を施した（i − BiTAC2

したがって、これらを低減しエネルギーコストを削減電解槽）。これにより、完全なゼロギャップが達成され、することが既存電解槽の省エネルギー化改造のポイン

i − BiTAC 電解槽と比較し約 30mV（@5.0kA ／ m2）、従トである。

来の BiTAC® 電解槽と比較すると約 60mV の電圧低減［2］BiTAC® 電解槽の省エネルギー化改造に成功した。

®

BiTAC 電解槽は、電流密度の上昇に比例して増加［3］n − BiTAC 電解槽の省エネルギー化改造する液の電気抵抗を抑えるため、矩形バネで陰極メッn − BiTAC 電解槽は、陽極室内の構造を見直すことシュをイオン交換膜に押し付け、それまでの常識でで BiTAC® 電解槽の定格電流密度 6.0kA ／ m2 を超える22あった 3 ～ 4kA ／ m を超える 6.0kA ／ m での高電流密商業運転では世界最高レベルの 8.0kA ／ m2 の高電流密度運転を実現したゼロギャップ電解槽 1）2）3）である。

度運転を実現した電解槽 4）5）である。

しかし、BiTAC® 電解槽は、線径が太く硬いラスメッn − BiTAC 電解槽は当初から陰極メッシュにファイシュを陰極に使用していたため、イオン交換膜との間ンメッシュ、陰極弾性体にムカデバネを採用していた。に局所的な隙間が生じ、完全なゼロギャップは達成しその改造型である n − BiTAC2 電解槽 6） では、弾性体ていなかったので、さらに液の電気抵抗を削減する余をコイルクッションに変更し、また、生成した苛性を地があった。そこで、陰極メッシュ形状を線径の細いイオン交換膜表面から効率的に抜き出して液の電気抵ファインメッシュに変更、また、陰極メッシュをイオ抗を低減するため、苛性内部循環の促進を目的としたン交換膜に押し付けるための弾性体を矩形バネからムダウンカマープレートを陰極室内に設置した。本改造

カデバネに変更する改造を施した（i − BiTAC 電解槽）。

により、従来の n − BiTAC 電解槽からさらに約 60mV（@8.0kA ／ m2）の電圧低減に成功した。

極間抵抗：22％3．nx − BiTAC 電解槽の開発と運転実績

構造体抵抗：3％［1］nx − BiTAC 電解槽の概要
BiTAC® 電解槽、n − BiTAC 電解槽の省エネルギー化
陰極過電圧：3％理論分解電圧：70％

陰極側の改造により電圧を低減してきた。これらの省

陽極過電圧：2％

Fig.１

改造では、陰極メッシュ形状、陰極弾性体の変更等、Composition of cell voltage in BiTAC®

BiTAC

エネ技術に加え、nx − BiTAC 電解槽では、陽極側の改良により電圧低減を図っている。

i-BiTAC

i-BiTAC2

メッシュ
ラスメッシュ

ファインメッシュ

弾性体
矩形バネ

Fig.２

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ムカデバネ

コイルクッション

Cathode side structure of BiTAC® series electrolyzer

東ソー研究・技術報告第 62 巻（2018）

nx-BiTAC

ラスメッシュ

セミファインメッシュ

従来溶接

無打痕溶接

メッシュ

BiTAC/n-BiTAC

取付方法

Fig.３

Anode side structure of BiTAC® series electrolyzer

まず、陽極メッシュを従来のラスメッシュからセミファインメッシュ 7）に変更し、発生した塩素ガスを効率的にイオン交換膜表面から抜き出すことで、ガスによる電気抵抗削減を図った。また、最新の溶接技術（無＜引用文献＞
１）ソーダ工業会、ソーダ技術ハンドブック、43 −45、（2009）

打痕溶接）を用いて陽極を取り付けることで陽極表面

２）特開平 5 − 306484（1992 年 4 月 30 日出願）の凹凸を低減し、電流分布を均一化することで電圧低

３）東ソー研究報告、第 39 巻、65 − 69（1995）®

減を図っている。なお、BiTAC 電解槽、n − BiTAC 電解槽の運転実績の中で、陽極の凹凸部でイオン交換膜

４）ソーダ工業会、ソーダ技術ハンドブック、46 −47、（2009）の損傷が多く発生していたため、無打痕溶接による陽５）特開 2004 − 91834（2002 年 8 月 30 日出願）

極表面の凹凸低減は、イオン交換膜保護の効果も期待

６）特開 2012 − 140654（2010 年 12 月 28 日出願）できる。

７）再表 2015 − 108115（2015 年 1 月 15 日出願）

［2］nx − BiTAC の運転実績
2014 年より、当社実プラントで nx − BiTAC 電解槽の商業運転を電流密度 6.3kA ／ m2 で開始し、現在までの約 4 年間、安定に運転を継続している。電解槽の電力消費効率を示す電力原単位は、nx − BiTAC 同様に8.0kA ／ m2 の高電流密度運転に対応した n − BiTAC 電解槽と比較して約 3％低減しており、nx − BiTAC 電解槽は世界最高レベルの省エネルギー電解槽である。

4．おわりに当社はティッセンクルップ・ウーデ・クロリンエンジ
ニアズ㈱と共同で、8kA ／ m2 の高電流密度運転に対応した nx − BiTAC 電解槽を開発し、電流密度 6.3kA ／ m2で長期安定運転が可能であること実証した。当該電解槽は現在も順調に運転を継続している。更に 2017 年
8 月からは nx − BiTAC 電解槽を世界最高レベルの電流
密度 8.0kA ／ m2 で新規に稼働開始し、商業運転ベースでの実績を積み上げている。今後も電解技術の向上に向けてチャレンジを続け、ソーダ工業の省エネルギーに貢献していきたい。

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