專利名稱：氟氣生成裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氟氣生成裝置，特別是涉及一種能夠防止由伴隨著生成氣體的霧沫(mist)導(dǎo)致的配管堵塞的氣體生成裝置及氣體生成裝置的配管結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
以往，公知有包括在由含有氟化氫的熔融鹽構(gòu)成的電解液中電解氟化氫的電解槽，在陽極側(cè)產(chǎn)生主要成分為氟氣的主生成氣體、并且在陰極側(cè)產(chǎn)生主要成分為氫氣的副生成氣體的氟氣生成裝置。 在這種氟氣生成裝置中，在向從電解槽的陽極產(chǎn)生的主要成分為氟氣的主生成氣體中混入從熔融鹽氣化得到的氟化氫氣體的同時(shí)，也同時(shí)混入了熔融鹽自身的霧沫，因此在長時(shí)間使用的過程中產(chǎn)生了配管的堵塞。同樣地，在向從陰極產(chǎn)生的主要成分為氫氣的副生成氣體中混入從熔融鹽氣化得到的氟化氫氣體的同時(shí)，也混入了熔融鹽自身的霧沫。因此，在長時(shí)間使用的過程中產(chǎn)生了配管的堵塞。另外，在上述氟氣生成裝置中，一般是在電解槽中生成的氟氣(主生成氣體)在通過了壓力調(diào)整閥之后通過使用了 NaF等的吸附劑的吸附塔，進(jìn)行雜質(zhì)的去除。此時(shí)，氟氣中所含的霧沫除了引起上述所述的配管的堵塞問題以外，也可能引起壓力調(diào)整閥的堵塞、吸附塔的堵塞及吸附劑的劣化。因而，必須每隔一定時(shí)間卸下配管及壓力調(diào)整閥進(jìn)行清洗。另外，也必須頻繁地進(jìn)行吸附塔的吸附劑的更換作業(yè)。為此，需要使電解槽的運(yùn)轉(zhuǎn)停止來進(jìn)行配管的替換作業(yè)。在專利文獻(xiàn)I中公開了一種通過在配管中途插入過濾器來將霧沫捕獲在過濾器上的技術(shù)，但是在該方法中，過濾器也有時(shí)每隔一定時(shí)間就會(huì)阻塞，也必須定期更換過濾器或者定期清洗捕獲的霧沫。為了進(jìn)行過濾器的更換或者清洗，需要進(jìn)行配管的拆卸作業(yè)，為此，需要使電解槽的運(yùn)轉(zhuǎn)停止來進(jìn)行配管的替換作業(yè)。因而，不僅作業(yè)復(fù)雜，而且導(dǎo)致了生產(chǎn)性惡化。另外，在專利文獻(xiàn)2中公開了一種以延長過濾器的壽命為目的的技術(shù)，在配管的一部分上設(shè)置用于調(diào)節(jié)溫度的溫度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，通過使在被調(diào)節(jié)了溫度的部分液化的氟化氫氣體與插入配管中途的過濾器相接觸，使堆積在過濾器一個(gè)面上的固態(tài)物溶解，防止堵塞，使過濾器恢復(fù)功能。專利文獻(xiàn)I :日本特開2005-179709號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 :日本特開2006-111900號(hào)公報(bào)在專利文獻(xiàn)2所述的氣體產(chǎn)生裝置中，成為了在設(shè)置在配管的一部分上的溫度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的下游設(shè)置了過濾器的構(gòu)造，成為了通過使在被調(diào)節(jié)了溫度的部分液化的氟化氫與設(shè)置在溫度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的下游的過濾器相接觸而使附著在過濾器上的堵塞物質(zhì)溶解、進(jìn)一步使成為過濾器阻塞的原因的堵塞物質(zhì)殘留在設(shè)置于過濾器的下部的廢液槽中的結(jié)構(gòu)。但是，在附著在過濾器上的堵塞物質(zhì)中含有來自熔融鹽的成分，基于電解槽的原料的使用效率的觀點(diǎn)，未加處理地廢棄堵塞物質(zhì)是不優(yōu)選的。在專利文獻(xiàn)2所述的氣體產(chǎn)生裝置的結(jié)構(gòu)中，成為了在溫度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的下游設(shè)置過濾器的構(gòu)造，從電解槽到過濾器的路徑增長。因此，存在如下問題擔(dān)心因含有來自熔融鹽的成分的氟化氫與配管等構(gòu)件的接觸引起的雜質(zhì)的濃度增加，從而不適合將附著在過濾器上的堵塞物質(zhì)作為電解槽的原料進(jìn)行再利用。另外，當(dāng)設(shè)置了使附著在過濾器上的堵塞物質(zhì)殘留的廢液槽時(shí)，每隔一定時(shí)間進(jìn)行廢液槽的更換、清洗等的作業(yè)負(fù)擔(dān)增加，有時(shí)必須使電解槽的運(yùn)轉(zhuǎn)停止。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是鑒于上述問題點(diǎn)而做成的，其 目的在于提供一種能夠使在電解槽中產(chǎn)生的生成氣體中的來自熔融鹽的成分、特別是氟化氫回流到電解槽中進(jìn)行再利用的氟氣生成裝置。本發(fā)明人為了解決上述問題，進(jìn)行了認(rèn)真研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)通過將用于使來自熔融鹽的成分、特別是氟化氫回流的溫度調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)置在電解槽的氣體出口附近，能夠不設(shè)置使導(dǎo)致該配管堵塞的來自熔融鹽的物質(zhì)殘留的廢液槽地使來自熔融鹽的成分、特別是氟化氫有效地回流到電解槽中進(jìn)行再利用，從而實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明。S卩，本發(fā)明是一種氟氣生成裝置，其通過電解由氟化鉀及氟化氫構(gòu)成的熔融鹽中的氟化氫而生成氟氣，其特征在于，該氟氣生成裝置具有電解槽，其通過在由含有氟化鉀及氟化氫的熔融鹽構(gòu)成的電解液中電解氟化氫而在陽極側(cè)產(chǎn)生主要成分為氟氣的主生成氣體，并且在陰極側(cè)產(chǎn)生主要成分為氫氣的副生成氣體；第I配管，其從電解槽中分別引導(dǎo)上述主生成氣體及上述副生成氣體,上述主生成氣體及上述副生成氣體中混入有從上述電解槽的熔融鹽氣化得到的氟化氫氣體和伴隨著上述主生成氣體與上述副生成氣體的產(chǎn)生的來自熔融鹽的霧沫；熱交換機(jī)構(gòu)，其設(shè)置在上述第I配管上，用于調(diào)節(jié)該第I配管的一部分的溫度；使在上述第I配管的被上述熱交換機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)了溫度的一部分中液化的氟化氫回流并返回上述電解槽中。另外，本發(fā)明是一種氟氣生成裝置，其特征在于，該氟氣生成裝置具有浸潰管，其與上述第I配管的下部相連接，用于使上述液化的氟化氫返回電解槽中；第2配管，其與上述電解槽及上述第I配管相連接，用于分別引導(dǎo)上述主生成氣體及上述副生成氣體，上述主生成氣體及上述副生成氣體中混入有從上述電解槽的熔融鹽氣化得到的氟化氫氣體和伴隨著上述主生成氣體與上述副生成氣體的產(chǎn)生的來自熔融鹽的霧沫；通過使上述浸潰管浸潰到上述電解槽的電解液中，分別設(shè)置用于分別引導(dǎo)在上述電解槽中生成的上述主生成氣體和上述副生成氣體的的通路和使上述液化的氟化氫回流并返回電解槽中的通路。通過設(shè)為本結(jié)構(gòu)，能夠分別設(shè)置用于引導(dǎo)在電解槽中產(chǎn)生的各種生成氣體的通路和用于使該生成氣體中包含的氟化氫回流的通路，即使在該生成氣體的流量增加的情況下，也能夠使氟化氫正常地回流。另外，此處所說的下部是指用于向外部引導(dǎo)在上述電解槽中產(chǎn)生的該生成氣體的第I配管的下部，即積存有電解槽的熔融鹽的靠電解液一側(cè)。另外，通過使上述第I配管與上述第2配管的連接部分位于用于調(diào)節(jié)上述第I配管的一部分的溫度的熱交換機(jī)構(gòu)的內(nèi)部，在配管的連接部分能夠減少由來自熔融鹽的析出物造成的堵塞。另外，本發(fā)明是一種氟氣生成裝置，其特征在于，上述熱交換裝置設(shè)置在距上述電解槽的頂板上部的距離為200cm以下的位置。另外，此處所說的從頂板上部到熱交換機(jī)構(gòu)的距離是指從設(shè)置在電解槽的頂板上部的上述第I配管的氣體出口部分到用作熱交換機(jī)構(gòu)的溫度調(diào)節(jié)器的下部的距離。另外，本發(fā)明是一種氟氣生成裝置，其特征在于，在具有上述熱交換機(jī)構(gòu)的上述第I配管上連接用于供給氟化氫的配管，向具有上述熱交換機(jī)構(gòu)的上述第I配管的內(nèi)部供給
氟化氫。 在具有上述熱交換機(jī)構(gòu)的上述第I配管內(nèi)部的溫度為_83°C _50°C的范圍內(nèi)，通過添加O. 01當(dāng)量 O. 12當(dāng)量的氟化氫，不會(huì)產(chǎn)生電解槽中的熔融鹽的爆沸或液面變動(dòng)，能夠有效地使氟化氫回流。采用本發(fā)明，能夠提供一種能夠通過使來自熔融鹽的成分、特別是氟化氫在電解槽的氣體出口附近液化回流而作為電解槽的原料進(jìn)行再利用、并且不用進(jìn)行閥和用于引導(dǎo)以從電解槽產(chǎn)生的氟氣為主要成分的主生成氣體及以氫氣為主要成分的副生成氣體的配管的拆卸清洗作業(yè)就能夠穩(wěn)定且連續(xù)地供給氟氣的氟氣生成裝置。


圖I是本發(fā)明的第I實(shí)施方式的氟氣生成裝置的系統(tǒng)圖的一個(gè)例子。圖2是本發(fā)明的第2實(shí)施方式的氟氣生成裝置的系統(tǒng)圖的一個(gè)例子。圖3是本發(fā)明的第2實(shí)施方式的氟氣生成裝置的系統(tǒng)圖的其他例子。
具體實(shí)施例方式
以下，參照

本發(fā)明的實(shí)施方式。第I實(shí)施方式參照?qǐng)D1，說明本發(fā)明的第I實(shí)施方式的氟氣生成裝置100。氟氣生成裝置100是通過電解而生成作為主要成分含有氟氣的主生成氣體、并且生成作為主要成分含有氫氣的副生成氣體的裝置。氟氣生成裝置100具有通過電解生成氟氣的電解槽I、用于從電解槽I向外部供給生成的主生成氣體(氟氣)的氟氣供給系統(tǒng)2、用于向外部供給伴隨著氟氣的生成而生成的副生成氣體(氫氣)的氫氣供給系統(tǒng)3。首先，說明電解槽I。在電解槽I中積存有含有氟化氫(HF)的熔融鹽。在本實(shí)施例的方式中，作為熔融鹽使用了氟化氫與氟化鉀(KF)的混合物(KF · 2HF)。電解槽I內(nèi)被浸潰于熔融鹽的裙板6劃分為陽極室7與陰極室8。在陽極室7和陰極室8中分別浸潰有陽極4和陰極5，通過從電源(未圖示)向陽極4與陰極5之間供給電流，在陽極4中作為主生成氣體生成氟氣(F2),在陰極5中作為副生成氣體生成氫氣(H2)。陽極4使用炭電極，陰極5使用由軟鐵、蒙乃爾合金、不銹鋼或鎳構(gòu)成的電極。由于KF · 2HF的熔點(diǎn)為71. 7°C，因此熔融鹽的溫度被調(diào)節(jié)為90°C 100°C。在從電解槽I的陽極4生成的主要成分為氟氣的主生成氣體和從電解槽I的陰極5生成的主要成分為氫氣的副生成氣體中，分別混入有與蒸氣壓力對(duì)應(yīng)的從熔融鹽氣化的氟化氫，并且作為霧沫混入有作為熔融鹽成分的氟化鉀(KF)和氟化氫(HF)的混合物KF*nHF。這樣，在陽極4中生成的、被引導(dǎo)到陽極室7的主要成分為氟氣的主生成氣體(以下，也簡稱作“氟氣”)以及在陰極5中生成的、被引導(dǎo)到陰極室8的主要成分為氫氣的副生成氣體(以下，也簡稱作“氫氣”)中，分別含有從熔融鹽氣化得到的氟化氫氣體和來自熔融鹽的霧沫成分。接著，說明氟氣供給系統(tǒng)2的結(jié)構(gòu)。在陽極室7中，用于向外部引導(dǎo)在陽極4中生成的主生成氣體的第I氟氣配管9與電解槽I的上部頂板Ia相連接。
在與陽極室7相連接的第I氟氣配管9的一部分的外周上設(shè)有作為用于調(diào)節(jié)第I氟氣配管9的溫度的熱交換機(jī)構(gòu)而提供的套管13。在第I氟氣配管9的套管13的下游側(cè)設(shè)有閥11。作為熱交換機(jī)構(gòu)，只要是能夠調(diào)節(jié)配管內(nèi)部的溫度的機(jī)構(gòu)即可，并不特別限定，例如，能夠列舉出使用能夠供熱介質(zhì)(熱載體或制冷劑)流通的套管的方式、在外管中呈同心圓狀地插入導(dǎo)熱管且分別使流體流動(dòng)而進(jìn)行熱交換的管殼(shell and tube)方式(多管式換熱器)、使用珀?duì)柼姆绞降?。在套?3上連接有用于使載熱體流通的載熱體入口配管15和載熱體出口配管16，通過使載熱體在套管13中流通，能夠進(jìn)行第I氟氣配管9的溫度調(diào)節(jié)。作為所使用的載熱體，只要是能夠進(jìn)行第I氟氣配管9的溫度調(diào)節(jié)的物質(zhì)即可，并不特別限定。而且，套管13優(yōu)選配置在盡可能靠近電解槽I的上部頂板Ia的位置、S卩電解槽I的氣體出口附近。當(dāng)從電解槽I的上部頂板Ia到套管13的距離增長時(shí)，易于在從上部頂板Ia到套管13之間的未被套管13覆蓋的配管部分產(chǎn)生堵塞，因此從電解槽I的上部頂板Ia到套管13的下部的距離優(yōu)選為Ocm 200cm,特別優(yōu)選為IOcm 100cm。另外，優(yōu)選在第I氟氣配管9的設(shè)置有套管13的部分的內(nèi)部，為了高效地進(jìn)行來自套管13的導(dǎo)熱而填充填充材料。作為該填充材料的材質(zhì)，優(yōu)選使用對(duì)氟氣和氟化氫氣體具有耐腐蝕性的材料，例如能夠列舉出鎳、蒙乃爾合金、不銹鋼、鐵、銅等材料。作為該填充材料，能夠列舉出規(guī)則填充材料、不規(guī)則填充材料等,并不特別限定。作為規(guī)則填充材料，例如能夠列舉出施加有孔、凹凸等的薄板、金屬絲網(wǎng)狀的材料等以及組合了這些的材料，作為不規(guī)則填充材料，例如能夠列舉出拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、泰勒填料、麥克馬洪填料、海利帕克填料等通用品。另外，此處所說的規(guī)則填充材料是指適合于規(guī)則性堆疊的填充材料，不規(guī)則填充材料是指在填充時(shí)不規(guī)則地?zé)o秩序且雜亂無章地堆積的填充材料。作為填充材料的配置方法，并不特別限定，能夠無規(guī)配置填充材料。另外，填充材料的間隔只要不是填充材料彼此接觸的部分過多而妨礙氣體流通的間隔即可，并不特別限定，也可以填充材料彼此局部接觸或者具有幾_左右的間隔。例如,作為不規(guī)則填充材料，當(dāng)使用直徑4mm IOmm的拉西環(huán)時(shí),填充材料包括局部接觸的部分、具有2mm IOmm左右的間隔的部分。接著，說明如上構(gòu)成的氟氣供給系統(tǒng)2的回流工序。
在陽極4中生成的氟氣(主生成氣體)被引導(dǎo)到第I氟氣配管9內(nèi)，該氟氣經(jīng)過流通有載熱體的套管13而被冷卻。在陽極4中生成的氟氣(主生成氣體)中，除氟氣以外還含有氟化氫和來自熔融鹽的霧沫。例如，當(dāng)作為電解槽I的原料使用KF *2HF、在大氣壓下進(jìn)行操作時(shí)，在從陽極室7引導(dǎo)來的氟氣中含有分壓力50mmHg左右的氟化氫。利用設(shè)置在外周的套管13對(duì)第I氟氣配管9進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，將通過第I氟氣配管9的氟氣的溫度冷卻為氟化氫的蒸氣壓力以下，從而使氟氣中的氟化氫液化。優(yōu)選以將氟化氫的溫度設(shè)為熔點(diǎn)以上沸點(diǎn)以下、即_83°C 19°C的方式對(duì)第I氟氣配管9內(nèi)的氟氣的溫度進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。第I氟氣配管9內(nèi)的溫度優(yōu)選接近于氟化氫的熔點(diǎn)(_83°C )。在配管9內(nèi)的溫度為-83°C _50°C的溫度范圍內(nèi)，能夠有效地液化氟化氫，但是在 -50°C 19°C的溫度范圍內(nèi)，由于氟化氫的蒸氣壓力的影響，難以產(chǎn)生氟化氫的液化。為此，也可以像日本特開2006-111900號(hào)公報(bào)所述的那樣，通過在用于導(dǎo)出在電解槽中生成的氟氣的配管(第I氟氣配管9)的被調(diào)節(jié)了溫度的部位連接氟化氫供給用的配管，向上述部位供給氟化氫而使氟化氫的濃度增加，使液化的氟化氫的量較多。但是，當(dāng)添加的氟化氫的量過多時(shí)，在電解槽中生成的主生成氣體(F2)中的氟化氫濃度增加，對(duì)后段的氟化氫的去除精制工序造成負(fù)擔(dān)，或者氟化氫的回流量增加，在氟化氫返回電解槽中時(shí)，產(chǎn)生了熔融鹽的爆沸或液面變動(dòng)。因此，需要將添加的氟化氫控制在適當(dāng)?shù)牧?。即，添加的氟化氫的量特別優(yōu)選為在電解槽中生成的主生成氣體(F2)中的氟化氫濃度不增加至所需以上，并且不引起熔融鹽的爆沸或液面變動(dòng)的程度。由于氟化氫的蒸氣壓力依賴于溫度，因此考慮到氟化氫的蒸氣壓力，優(yōu)選根據(jù)第I氟氣配管9內(nèi)的溫度適當(dāng)?shù)卣{(diào)整氟化氫的添加量。在配管9內(nèi)的溫度為-50°c 19°C的溫度范圍內(nèi)，優(yōu)選氟化氫的添加量設(shè)為O. 13當(dāng)量 1.0當(dāng)量。另外，能夠利用熔融鹽(KF · nHF)和氟化氫的蒸氣壓力曲線計(jì)算出適當(dāng)?shù)姆瘹涞奶砑恿?。如上所述，在第I氟氣配管9內(nèi)的溫度為-83°C -50°C的溫度范圍內(nèi)，不添加氟化氫就能夠有效地液化氟化氫，優(yōu)選將第I氟氣配管9內(nèi)的溫度設(shè)為氟化氫的熔點(diǎn)(_83°C)左右，但是當(dāng)將溫度設(shè)定為_83°C左右時(shí)，從對(duì)溫度調(diào)節(jié)器(熱交換機(jī)構(gòu))的負(fù)擔(dān)、冷卻能力的觀點(diǎn)出發(fā)，特別優(yōu)選將配管9內(nèi)的溫度設(shè)定在-65°C -50 V的溫度范圍內(nèi)，添加適量的氟化氫。在第I氟氣配管9內(nèi)的溫度為_83°C _50°C的溫度范圍內(nèi)，特別優(yōu)選氟化氫的添加量設(shè)為O. 01當(dāng)量 O. 12當(dāng)量，通過調(diào)整氟化氫的添加量，所生成的主生成氣體(F2)中的氟化氫的濃度增加較少，而且不產(chǎn)生熔融鹽的爆沸或液面變動(dòng)，能夠有效地使氟化氫回流(參照后述的實(shí)施例3、4及比較例3)。另外，電解槽中的反應(yīng)式為2HF — F2+H2(陽極2F_ — F2+2e_、陰極2H++2e_ — H2)，在此，氟化氫的I當(dāng)量是指電解所需的氟化氫的投入量，表示產(chǎn)生I摩爾氟氣(F2)和I摩爾氫氣(H2)所需的氟化氫(HF)的摩爾數(shù)。另外，用于供給氟化氫的配管只要位于從電解槽的上部頂板Ia的上部到第I氟氣配管9的被套管13調(diào)節(jié)了溫度的該部分之間即可，并不特別限定。
向第I氟氣配管9內(nèi)添加上述氟化氫的方法能夠應(yīng)用于本發(fā)明的第I實(shí)施方式和第2實(shí)施方式(在后述中說明)中的任一者。另外，同樣地，添加氟化氫的方法也能夠應(yīng)用于氫氣供給系統(tǒng)3的第I氫氣配管10中。液化的氟化氫因自重而在第I氟氣配管9中倒流，向陽極室7返回。該液化的氟化氫在向陽極室7返回時(shí)，吸附含有熔融鹽成分的霧沫，能夠與熔融鹽霧沫一起向陽極室7返回。本發(fā)明的氟氣生成裝置不向第 I氟氣配管內(nèi)填充填充材料就能夠運(yùn)轉(zhuǎn)(參照后述的實(shí)施例I)，但是也能夠在第I氟氣配管9內(nèi)配置填充材料(參照后述的實(shí)施例2)。當(dāng)配置填充材料時(shí)，來自熔融鹽的成分在填充材料的表面上析出，但是液化的氟化氫因自重而在第I氟氣配管9內(nèi)倒流，使在填充材料的表面上析出的來自熔融鹽的成分溶解，能夠使來自熔融鹽的成分向陽極室7返回。接著，說明氫氣供給系統(tǒng)3的結(jié)構(gòu)及回流工序。關(guān)于氫氣供給系統(tǒng)3，也采取與氟氣供給系統(tǒng)2相同的方式，在配置在第I氫氣配管10上的套管14中，利用在載熱體入口配管17與載熱體出口配管18之間流通的載熱體來冷卻第I氫氣配管10的內(nèi)部，通過使第I氫氣配管10中的氟化氫液化回流，能夠使被引導(dǎo)到第I氫氣配管10中的氫氣中的含有熔融鹽成分的霧沫與氟化氫一起向陰極室8返回。另外，在第I氫氣配管10的比套管14靠下游側(cè)的位置設(shè)有閥12。采用以上第I實(shí)施方式，起到了以下所示的作用效果。在本發(fā)明的第I實(shí)施方式的氟氣生成裝置中，設(shè)置在用于分別引導(dǎo)在電解槽中生成的主生成氣體(氟氣)和副生成氣體(氫氣)的配管上的熱交換機(jī)構(gòu)設(shè)置在電解槽的氣體出口附近，使從電解槽引導(dǎo)出的各種氣體中所含的氟化氫液化回流的部分配置在該氣體出口附近。因此，能夠利用液化的氟化氫在該氣體出口附近吸附在電解槽中產(chǎn)生的來自熔融鹽的成分，以極其接近于熔融鹽的原料的形態(tài)返回到電解槽中。另外，通過在用于引導(dǎo)在電解槽中生成的各種氣體的配管中配置填充材料，有助于配管內(nèi)的熱傳導(dǎo)，使配管內(nèi)部的溫度梯度變均勻，有效地使配管內(nèi)部的氟化氫液化。而且，本發(fā)明所用的填充材料彼此的間隔為幾mm左右，與以往使用的開口為數(shù)μπι左右的過濾器相比極其大。因此，與開口為數(shù)ym左右的過濾器相比，具有配管內(nèi)的氣體的壓力損失極其少，難以產(chǎn)生由來自熔融鹽的成分的固態(tài)物造成的阻塞這樣的特征。以上，說明了本發(fā)明的第I實(shí)施方式，在第I實(shí)施方式中，當(dāng)增加了電解槽I中的各種氣體的產(chǎn)生量時(shí)，用于引導(dǎo)產(chǎn)生氣體的各個(gè)配管內(nèi)的氣體的線速度增快，有時(shí)使在電解槽中產(chǎn)生的氣體向上部流通的力超過了液化的氟化氫因自重而落下的力，從而不能正常地回流。因此，本發(fā)明人對(duì)使從氟氣生成裝置產(chǎn)生的來自熔融鹽的成分、特別是使氟化氫回流的方法進(jìn)行了認(rèn)真研究，發(fā)現(xiàn)了更有效地進(jìn)行回流的配管結(jié)構(gòu)。以下，作為第2實(shí)施方式說明該配管結(jié)構(gòu)。第2實(shí)施方式接著，參照?qǐng)D2，說明本發(fā)明的第2實(shí)施方式的氟氣生成裝置200。以下，以與上述第I實(shí)施方式的不同點(diǎn)為中心進(jìn)行說明，對(duì)與第I實(shí)施方式相同的結(jié)構(gòu)標(biāo)注相同的附圖標(biāo)記并省略說明。
以下，在第2實(shí)施方式中，說明與上述第I實(shí)施方式不同的氟氣供給系統(tǒng)2及氫氣供給系統(tǒng)3的結(jié)構(gòu)。在陽極室7中，用于引導(dǎo)在陽極4中生成的主生成氣體的第2氟氣配管19與電解槽I的上部頂板Ia相連接。而且，第2氟氣配管19在下游與第I氟氣配管9相連接。在第I氟氣配管9的下部連接有浸潰管20，而且，浸潰管20穿過陽極室7，浸潰到電解槽I內(nèi)的熔融鹽中。關(guān)于浸潰浸潰管20的浸潰長度并不特別限定，但是作為浸潰管20的材質(zhì)，優(yōu)選Ni、蒙乃爾合金等耐腐蝕性材料。另外，當(dāng)使用鐵 、不銹鋼等時(shí)，優(yōu)選利用PTFE等耐腐蝕性材料來保護(hù)浸潰管20的外周。在第2氟氣配管19與第I氟氣配管9的連接部分的下游設(shè)有用于進(jìn)行第I氟氣配管9的溫度調(diào)節(jié)的套管13。與第I實(shí)施方式一樣，進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)的套管13優(yōu)選設(shè)置在盡可能靠近電解槽I的上部頂板Ia的位置。接著，說明如上構(gòu)成的氟氣供給系統(tǒng)2的回流工序。在陽極4中生成的、含有從熔融鹽氣化得到的氟化氫氣體及熔融鹽霧沫等的來自熔融鹽的成分的主生成氣體(氟氣)被引導(dǎo)到第2氟氣配管19中，并不被直接引導(dǎo)到第I氟氣配管9中。而且，通過了第2氟氣配管19的該氣體被引導(dǎo)到用于使氟化氫回流的第I氟氣配管9中，在配置有套管13的第I氟氣配管9的被調(diào)節(jié)了溫度的部分，該氣體中的氟化氫被液化。液化的氟化氫因自重而在第I氟氣配管9中倒流，向陽極室7返回。該液化的氟化氫在向陽極室7返回時(shí)，能夠吸附熔融鹽霧沫，與熔融鹽霧沫一起向陽極室7返回。關(guān)于氫氣供給系統(tǒng)3，也設(shè)為與氟氣供給系統(tǒng)2相同的結(jié)構(gòu)，在陰極室8中，用于引導(dǎo)在陰極5中生成的副生成氣體(氫氣)的第2氫氣配管21與電解槽I的上部頂板Ia相連接。而且，第2氫氣配管21在下游與第I氫氣配管10相連接。在第I氫氣配管10的下部(上游側(cè))連接有浸潰管22，而且，浸潰管22穿過陰極室8，浸潰到電解槽I內(nèi)的熔融鹽中。在第2氫氣配管21與第I氫氣配管10的連接部分的下游設(shè)有用于進(jìn)行第I氫氣配管10的溫度調(diào)節(jié)的套管14。套管14優(yōu)選設(shè)置在盡可能靠近電解槽I的上部頂板Ia的位置。接著，說明如上構(gòu)成的氫氣供給系統(tǒng)3的回流工序。在陰極5中生成的、含有從熔融鹽氣化得到的氟化氫氣體及熔融鹽霧沫等的來自熔融鹽的成分的副生成氣體(氫氣)被引導(dǎo)到第2氫氣配管21中，并不被直接引導(dǎo)到第I氫氣配管10中。而且，通過了第2氫氣配管21的該氣體被引導(dǎo)到用于使氟化氫回流的第I氫氣配管10中，在配置有套管14的第I氫氣配管10的被調(diào)節(jié)了溫度的部分，該氣體中的氟化氫被液化。液化的氟化氫因自重而在第I氫氣配管10中倒流，向陰極室8返回。該液化的氟化氫在向陰極室8返回時(shí)，吸附熔融鹽霧沫，能夠與熔融鹽霧沫一起向陰極室8返回。采用以上第2實(shí)施方式，起到了以下所示的作用效果。分別設(shè)置用于引導(dǎo)在陽極室7中生成的、含有從熔融鹽氣化得到的氟化氫氣體及來自熔融鹽的霧沫成分的主生成氣體(氟氣)的第2氟氣配管19和用于使液化的氟化氫回流的第I氟氣配管9，并且分別設(shè)置用于引導(dǎo)在陰極5中生成的、含有從熔融鹽氣化得到的氟化氫氣體及來自熔融鹽的霧沫成分的副生成氣體(氫氣)的第2氫氣配管21和用于使液化的氟化氫回流的第I氫氣配管10。采用該結(jié)構(gòu)，能夠分別使利用電解槽I生成的各種氣體的流路與液化的氟化氫的流路分離。因此，即使在使在電解槽中生成的主生成氣體及副生成氣體的生成量增加、用于引導(dǎo)各種氣體的配管內(nèi)的線速度增快的情況下，產(chǎn)生的氣體從電解槽I向上部流通的力也不會(huì)超過液化的氟化氫因自重而落下的力，能夠使液化的氟化氫正常地回流。特別是，當(dāng)用于引導(dǎo)在電解槽中生成的主生成氣體及副生成氣體的配管中的各種氣體的線速度為lOcm/sec以上時(shí)，本發(fā)明的第2實(shí)施方 式是有效的。第2實(shí)施方式的變形方式以上第2實(shí)施方式通過分別設(shè)置用于引導(dǎo)在電解槽中生成的主生成氣體及副生成氣體的配管和用于使生成的各種氣體中所含的氟化氫回流的配管，即使在使在電解槽中產(chǎn)生的各種氣體的流量增加的情況下，也能夠使氟化氫正常地液化回流。但是，在第2實(shí)施方式中，有時(shí)用于引導(dǎo)在電解槽中產(chǎn)生的主生成氣體及副生成氣體的配管與用于使各種氣體中所含的氟化氫回流的配管的連接部分未被套管等熱交換機(jī)構(gòu)覆蓋，或者由于在電解槽中產(chǎn)生的各種氣體的流路和液化的氟化氫的流路較復(fù)雜，因此在該連接部分產(chǎn)生配管堵塞的可能性增大。因此，在圖3所示的氟氣生成裝置300中，將用于引導(dǎo)在電解槽I中產(chǎn)生的主生成氣體及副生成氣體的各個(gè)配管9、10與用于使產(chǎn)生的各種氣體中所含的氟化氫回流的各個(gè)配管19、21的連接部分配置在各個(gè)套管13、14的內(nèi)部。采用該結(jié)構(gòu)，也能夠減少該連接部分的配管的堵塞。另外，圖3所示的第2實(shí)施方式的變形方式中的其他結(jié)構(gòu)與第2實(shí)施方式相同。實(shí)施例以下，利用實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明，但是本發(fā)明并不限定于該實(shí)施例。實(shí)施例I圖I中示出了本例子所用的實(shí)驗(yàn)裝置的概略圖。第I氟氣配管9及第I氫氣配管10使用了直徑Φ 1/4英寸的不銹鋼配管。套管13使用了直徑Φ = I英寸且長度L = 15cm的不銹鋼配管，設(shè)置為能夠冷卻第I氟氣配管
9。另外，套管13設(shè)置在距電解槽I的上部頂板Ia的距離為20cm的位置。使載熱體在套管部分流通而將套管部分的冷卻溫度調(diào)整為-50°C。載熱體使用了硅油。在第I氟氣配管9中以使氣體線速成為7cm/sec的方式固定電解槽I的電流值，在進(jìn)行電解槽I的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，即使進(jìn)行150小時(shí)的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，也未在電解槽I的配管部分觀察到堵塞。另外，將電解槽I與套管13之間的第I氟氣配管9的一部分的材質(zhì)從不銹鋼配管變更為PFA配管，進(jìn)行目視觀察有無液化回流時(shí)，確認(rèn)有氟化氫液化。另外，在電解停止后，拆卸比第I氟氣配管9的套管13構(gòu)成的冷卻部靠后段的部分，進(jìn)行內(nèi)部觀察后，確認(rèn)沒有KF成分的固態(tài)物。另外，關(guān)于閥11也同樣地進(jìn)行目視觀察后，確認(rèn)沒有KF成分的固態(tài)物。比較例I使用與實(shí)施例I相同的裝置，不使載熱體在套管13中流通，將第I氟氣配管9保持為室溫。以其他條件與實(shí)施例I相同的條件進(jìn)行相同的操作時(shí)，在進(jìn)行了約40小時(shí)的電解后，陽極室7的壓力開始上升，因此視為配管9中產(chǎn)生了堵塞，停止電解。另外，在電解停止后，拆卸第I氟氣配管9，進(jìn)行內(nèi)部觀察后，確認(rèn)有白色的固體。另外，在閥11中也確認(rèn)有白色的固體附著。
在使用熒光X射線分析裝置實(shí)施該固體的元素分析后，能夠確認(rèn)含有來自熔融鹽的KF成分。實(shí)施例2第I氟氣配管9使用了直徑Φ I英寸的不銹鋼配管，套管13使用了直徑Φ2英寸且長度L = 300mm的不銹鋼配管。套管13設(shè)置在第I氟氣配管9的位于距電解槽I的上部頂板Ia的距離為30cm的位置的部分上。另外，在設(shè)置有套管13的氟氣配管9的內(nèi)部填充有直徑Φ6英寸的不銹鋼制拉西環(huán)。使載熱體在套管部分流通而將套管部分的冷卻溫度調(diào)整為_55°C。載熱體使用了硅油。在第I氟氣配管9中以使氣體線速成為7cm/sec的方式固定電解槽I的電流值，在進(jìn)行電解槽I的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，即使經(jīng)過了 I年，該配管也不會(huì)堵塞，能夠穩(wěn)定地連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)使用以往的使用過濾器來捕獲熔融鹽成分的氟氣生成裝置時(shí)(例如，日本特開2006-111900號(hào)公報(bào)等)，為了進(jìn)行過濾器的更換或者使過濾器恢復(fù)功能，需要每隔幾十個(gè)小時(shí)使電解槽停止運(yùn)轉(zhuǎn)。與此相對(duì)，如上述實(shí)施例I及實(shí)施例2所示可知，采用本發(fā)明中的氟氣生成裝置，不用進(jìn)行閥或用于引導(dǎo)在電解槽中生成的主生成氣體及副生成氣體的配管的清洗、以及電解槽的運(yùn)轉(zhuǎn)停止等，并且，即使在能夠長時(shí)間穩(wěn)定地供給生成氣體這一點(diǎn)上，本發(fā)明也具有極大的效果。比較例2第I氟氣配管9使用了直徑Φ I英寸的不銹鋼配管，在未安裝有套管13的狀態(tài)下，以使氣體線速成為7cm/sec的方式固定電解槽I的電流值，在進(jìn)行電解槽I的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在經(jīng)過了 3個(gè)月后，該配管產(chǎn)生了堵塞。拆卸第I氟氣配管9及閥11，進(jìn)行內(nèi)部觀察后可知，在閥11的內(nèi)部附著有白色的固化物，該固化物成為了堵塞的原因。在使用熒光X射線分析裝置實(shí)施該固化物的元素分析后，與比較例I相同地能夠確認(rèn)含有來自熔融鹽的KF成分。實(shí)施例3第I氟氣配管9及第I氫氣配管10使用了直徑Φ 1/4英寸的不銹鋼配管及PFA (聚四氟乙烯)配管。套管13使用了直徑Φ = I英寸且長度L= 15cm的不銹鋼配管，設(shè)置為能夠冷卻第I氟氣配管9。另外，套管13設(shè)置在第I氟氣配管9的位于距電解槽I的上部頂板Ia的距離為30cm的位置的部分上。另外，位于套管13的下部的直徑Φ 1/4英寸的配管使用了 PFA配管，能夠進(jìn)行目視觀察。關(guān)于電解槽的液面變動(dòng)，在電解槽上設(shè)置目視觀察用的窗口，進(jìn)行目視觀察。用于供給氟化氫的配管設(shè)置在第I氟氣配管9的比套管13靠下部的位置。使載熱體在套管13部分流通而將套管13部分的冷卻溫度調(diào)整為_55°C。載熱體使用了硅油。在第I氟氣配管9中以使氣體線速成為7. 8cm/sec的方式固定電解槽I的電流值，進(jìn)行電解槽I的運(yùn)轉(zhuǎn)，向第I氟氣配管9中添加17sCCm(0. 12當(dāng)量)的氟化氫氣體，利用傅立葉變換紅外光譜儀(FT-IR)對(duì)第I氟氣配管9的后段(套管13的后段)中的氟化氫濃度進(jìn)行分析。另外，回流時(shí)的熔融鹽液面的目視觀察，確認(rèn)有無熔融鹽液面的爆沸及液面變動(dòng)。 利用傅立葉變換紅外光譜儀(FT-IR)對(duì)第I氟氣配管9的后段(套管13的后段)中的氟化氫濃度進(jìn)行分析后，氟化氫濃度為9. 6%。通過目視觀察有無氟化氫液化回流后,能夠確認(rèn)有氟化氫液化。另外，進(jìn)行回流時(shí)的熔融鹽液面的目視觀察后，未觀察到熔融鹽液面的爆沸及液面變動(dòng)。比較例3除了將添加到第I氟氣配管9中的氟化氫氣體設(shè)為34sCCm(0. 24當(dāng)量)以外，以與實(shí)施例3相同的條件進(jìn)行相同的操作。進(jìn)行氟化氫回流時(shí)的熔融鹽液面的目視觀察后，觀察到了熔融鹽液面的爆沸及液面變動(dòng)。實(shí)施例4除了將添加到第I氟氣配管9中的氟化氫氣體設(shè)為Ssccm(O. 06當(dāng)量)、將套管13部分的冷卻溫度設(shè)為_59°C以外，以與實(shí)施例3相同的條件進(jìn)行相同的操作。其結(jié)果，第I氟氣配管9的后段(套管13的后段)中的氟化氫濃度為8. O %。另外，在進(jìn)行目視觀察有無氟化氫液化回流時(shí)，能夠確認(rèn)有氟化氫液化。另外，進(jìn)行氟化氫回流時(shí)的熔融鹽液面的目視觀察時(shí)，未觀察到熔融鹽液面的爆沸及液面變動(dòng)。根據(jù)實(shí)施例3、4及比較例3的結(jié)果可知，通過調(diào)整添加的氟化氫的濃度，能夠不產(chǎn)生熔融鹽液面的爆沸及液面變動(dòng)地使液化氟化氫回流。參考例I不向第I氟氣配管9添加氟化氫氣體地以與實(shí)施例3相同的條件進(jìn)行相同的操作，利用傅立葉變換紅外光譜儀(FT-IR)對(duì)第I氟氣配管9的后段(套管13的后段)中的氟化氫濃度進(jìn)行分析后，氟化氫濃度為9. 8%。根據(jù)參考例I及實(shí)施例3可知，通過添加適量的氟化氫，能夠不使生成氣體(F2)中的氟化氫濃度增加地使氟化氫回流。工業(yè)實(shí)用件本發(fā)明能夠應(yīng)用于生成氟氣的裝置。
權(quán)利要求
1.一種氟氣生成裝置，其通過電解由氟化鉀和氟化氫構(gòu)成的熔融鹽中的氟化氫而生成氟氣，其特征在于， 該氟氣生成裝置具有 電解槽，其通過在由含有氟化鉀和氟化氫的熔融鹽構(gòu)成的電解液中電解氟化氫而在陽極側(cè)產(chǎn)生主要成分為氟氣的主生成氣體，并且在陰極側(cè)產(chǎn)生主要成分為氫氣的副生成氣體； 第I配管，其用于分別從電解槽中引導(dǎo)上述主生成氣體和上述副生成氣體，上述主生成氣體和上述副生成氣體中混入有從上述電解槽的熔融鹽氣化得到的氟化氫氣體和伴隨著上述主生成氣體與上述副生成氣體的產(chǎn)生的來自熔融鹽的霧沫； 熱交換機(jī)構(gòu)，其設(shè)置在上述第I配管上，用于調(diào)節(jié)該第I配管的一部分的溫度； 使在上述第I配管的被上述熱交換機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)了溫度的一部分中液化的氟化氫返回上述電解槽中。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氟氣生成裝置，其特征在于，該氟氣生成裝置具有 浸潰管，其與上述第I配管的下部相連接，用于使上述液化的氟化氫返回電解槽中； 第2配管，其與上述電解槽及上述第I配管相連接，用于分別引導(dǎo)上述主生成氣體和上述副生成氣體，上述主生成氣體和上述副生成氣體中混入有從上述電解槽的熔融鹽氣化得到的氟化氫氣體和伴隨著上述主生成氣體與上述副生成氣體的產(chǎn)生的來自熔融鹽的霧沫； 通過使上述浸潰管浸潰到上述電解槽的電解液中，分別設(shè)置用于分別引導(dǎo)在上述電解槽中生成的上述主生成氣體和上述副生成氣體的通路以及用于使上述液化的氟化氫返回電解槽中的通路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氟氣生成裝置，其特征在于， 上述第I配管與上述第2配管的連接部分位于用于調(diào)節(jié)上述第I配管的一部分的溫度的熱交換機(jī)構(gòu)的內(nèi)部。
4.根據(jù)權(quán)利要求I 3中任一項(xiàng)所述的氟氣生成裝置，其特征在于， 上述熱交換裝置設(shè)置在距上述電解槽的頂板上部的距離為Ocm 200cm的位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求I 4中任一項(xiàng)所述的氟氣生成裝置，其特征在于， 在具有上述熱交換機(jī)構(gòu)的上述第I配管的內(nèi)部填充填充材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的氟氣生成裝置，其特征在于， 在具有上述熱交換機(jī)構(gòu)的上述第I配管的內(nèi)部填充的上述填充材料是規(guī)則填充材料或不規(guī)則填充材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求I 6中任一項(xiàng)所述的氟氣生成裝置，其特征在于， 使載熱體或制冷劑在上述熱交換機(jī)構(gòu)中流通。
8.根據(jù)權(quán)利要求I 7中任一項(xiàng)所述的氟氣生成裝置，其特征在于， 將具有上述熱交換機(jī)構(gòu)的上述第I配管的一部分的氣體的溫度調(diào)節(jié)為氟化氫的熔點(diǎn)以上且沸點(diǎn)以下。
9.根據(jù)權(quán)利要求I 8中任一項(xiàng)所述的氟氣生成裝置，其特征在于， 在具有上述熱交換機(jī)構(gòu)的上述第I配管上連接用于供給氟化氫的配管，在具有上述熱交換機(jī)構(gòu)的上述第I配管的內(nèi)部的溫度為_83°C _50°C的范圍內(nèi)，添加0. 01當(dāng)量 0. 12當(dāng)量的氟化氫。
10.根據(jù)權(quán)利要求I 3中任一項(xiàng)所述的氟氣生成裝置，其特征在于， 上述熱交換機(jī)構(gòu)設(shè)置在距上述電解槽的頂板上部的距離為IOcm IOOcm的位置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種氟氣生成裝置。其特征在于，該氟氣生成裝置具有用于在由含有氟化氫的熔融鹽構(gòu)成的電解液中電解氟化氫的電解槽，通過利用與電解槽上部的配管相連接的回流裝置使伴隨著氣體的產(chǎn)生的熔融鹽的霧沫和從熔融鹽氣化得到的氟化氫氣體液化回流，使氟化氫及熔融鹽的霧沫返回電解槽中。
文檔編號(hào)C25B1/24GK102803566SQ20108002860
公開日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2010年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月29日
發(fā)明者宮崎達(dá)夫, 毛利勇 申請(qǐng)人:中央硝子株式會(huì)社