JPH0638079B2 - ガス分析方法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はたとえば塩化アルカリ電解槽より発生する塩素
ガス中に微量に含まれる不純物ガスの分析方法に関す
る。

（従来の技術） 塩化アルカリ電解槽より発生する塩素ガス中には水素ガ
ス，炭化水素ガスのような可燃性ガス又は炭素ガス，酸
素ガス等が微量に含まれている。たとえばイオン交換膜
法による塩化アルカリ溶液の電解工程では、陽イオン交
換膜の劣化あるいは亀裂により、陽極室で発生する塩素
ガスに陰極室で発生する水素ガスが混入して水素ガスが
約 5容量％以上になると塩素と水素との光反応による爆
発を起す危険性がある。したがって電解工程において、
塩素ガス中に含有する水素及び酸素等不純物ガスの分析
を行い、上記のような危険性を回避することは工程管理
上、重要な問題である。

従来、このような塩素ガス中の水素ガスを分析するに
は、電解槽より発生する塩素ガスを分析器に採取して、
ヨウ化カリ溶液に純塩素ガスのみを吸収させ、残ガス中
の水素ガスはパラジウムアスベスト触媒を用いて燃焼さ
せ水として凝縮させ、容量減により定量分析を行ってい
る。またイオン交換膜の劣化あるいは亀裂により、陰極
液が陽極液に混入しＯＨイオンの放電による酸素発生が
起る場合には、塩素ガス中に酸素ガスが混入してくる。
酸素ガスの分析は、混入水素ガスの分析と同様に、ヨウ
化カリ溶液に純塩素のみを吸収させ、ピロガロール液よ
って酸素ガスを吸収させてその容量減によって定量す
る。これらの操作は手作業による容量分析であるため、
手間と時間を要する欠点がある。またこの方法では連続
的測定を行うことはできない。他の方法としては、ガス
クロマトグラフによる方法，あるいはこれらのガスに紫
外線を照射してガス組成の変化による熱伝導度の変化を
測定する方法，又は赤外吸収による方法等がある。

しかしいずれの場合も塩素ガスが強烈な腐食性をもつた
め、材質面で大きな制約を受ける上、装置としてもかな
り大規模になるという欠点がある。

（発明の目的） 本発明は上記の欠点に鑑み、比較的簡易な装置により材
質面の制約を顧慮することなく電解工程より発生する塩
素ガス中に微量の不純物ガスとして含まれる水素ガス，
酸素ガスを連続的に容易に分析しうる方法および装置を
提供することにある。

（発明の構成） 本発明はすなわち、塩化物電解工程より発生する塩素ガ
ス中に微量の不純物ガスとして含まれる水素ガス，酸素
ガスを測定するにあたり、上記塩素ガスを連続的に採取
して、苛性アルカリ溶液を流下させた塩素ガス吸収塔に
導き、塩素及び不純物ガス中の炭酸ガスを吸収させ、残
存する不純物ガスを所定流量のキャリアガスにて水素ガ
ス及び酸素ガスの測定用センサーに送り、その濃度を連
続的に測定することを特徴とするガス分析方法およびこ
れに使用される装置である。

本発明方法及び装置を図面により説明すると、第 1図に
おいて貯槽（ 1）内の苛性アルカリ溶液（ 2）は、ポン
プ（ 3）により流量計 4）を通り、管（ 5）により塩素
ガス吸収塔（ 6）の上部に導かれ分散装置（ 7）により
分散され、吸収塔（ 6）の器壁に沿って濡壁状に流下さ
れる。一方塩化物電解工程（図示していない）より発生
した塩素ガスは管（ 8），流量計（ 9），管（10）によ
り所定流量にて吸収塔（ 6）の下部に導入され塔内を流
下する苛性アルカリ溶液と接触する。またキャリアガス
は管（11），流量計（12），管（10）により塩素ガスと
共に吸収塔（ 6）内に所定流量導入される。

電解工程より発生する塩素ガス中に微量に含まれる不純
物ガスの成分は、主として水素，酸素，炭酸ガス等であ
り炭化水素ガスが極く微量に含まれる場合もあり、通常
塩素ガス濃度は90容量％以上である。キヤリアガスの種
類は測定しようとする不純物ガスによって異り、例えば
水素ガスを測定する際は空気であってもよく、酸素ガス
を測定する際は窒素，アルゴン等の不活性ガスが用いら
れる。

塔内を流下する苛性アルカリ溶液と接触して、塩素及び
炭酸ガスが吸収され塔内に残存する不純物ガスは、ガス
によって塔内を上向し管（13）を通ってセンサー（14
Ａ），（14Ｂ），（14Ｃ）に導かれる。（14Ａ）は酸素
ガス測定用センサー，（14Ｂ）は水素ガス測定用センサ
ー，（14Ｃ）はもし排出ガス中に未吸収の塩素ガスが残
留して含まれる場合、これを検知するため補助的に設け
られた塩素ガス測定用センサーである。

これらのセンサーとしては半導体センサーが通常使用さ
れ、特に可燃性ガスの作用性が強い焼結型ｎ型酸化物半
導体が有効である。その半導体はＳｎＯ_２，ＺｎＯ，Ｆ
ｅ_２Ｏ_３，Ｉｎ_２Ｏ_３，Ａｌ_２Ｏ_３等が挙げられ、これ
らの動作機構は、例えば水素ガス（電子供与型のガス）
が吸着すると、吸着分子から半導体への電子移行が行わ
れ、半導体の電子密度が増加して導電性が増加するとい
う現象を利用するもので、これによる抵抗変化をアンプ
にて増幅し、目的のガス濃度を検出する。本発明におい
てはその他、熱伝導素子又は接触燃焼式素子も使用でき
る。また塩素ガス検知用センサー（14Ｃ）は排出ガス中
の塩素ガスを検知して電解工程よりの塩素ガス導管（
8）に設けられた電磁弁（15）を停止させ、塩素ガスに
よるセンサー（14Ａ）（14Ｂ）の損傷を防止することが
できる。吸収塔（ 6）内を流下して塩素及び炭酸ガスを
吸収した吸収液は、吸収液排出管（16）により下方のシ
ールポット（17）に排出され、管（18）より溢流する。
排出管（16）の下端は吸収液により液封されており、塔
内のガスを封止している。管（19）はこの分析方法にお
いて基準となるガスを必要とする場合に管（10）に分枝
して設けられる導管である。

なお苛性アルカリ溶液貯槽（ 1）には液面計（20）を取
りつけて、溶液が少なくなるとこれを補充するようにす
れば便利である。

上記の装置により、所定流量の苛性アルカリ溶液を吸収
塔（ 6）内に流下させながら、管（ 9）より微量の不純
物ガスを含む電解工程より発生した塩素ガスを、管（1
1）よりキャリアガスをそれぞれ所定流量吸収塔内に供
給すると、苛性アルカリ溶液により脱塩素及び脱炭酸ガ
スされた不純物ガスは塔頂よりセンサー（14Ａ）（14
Ｂ）（14Ｃ）に導かれ、精度の良い水素ガス及び酸素ガ
スの分析を行うことができる。

実施例１ 第 1図に示す装置により塩素ガスと微量の水素ガスとを
混合して分析を行った。すなわち塩素ガス吸収塔（内径
8mm，長さ100 mm）の内壁表面に濃度10重量％の苛性ソ
ーダ溶液を0.5 ml／min の割合で通液し、塩化酸素ボン
ベより純塩素ガスを10ml／min の割合で連続的に吸収塔
に注入し、かつキャリアガスとして空気を10ml／min の
割合で同様に連続的に注入したところ、水素ガスセンサ
ー及び塩素ガスセンサーによるそれぞれのガス検出は零
であった。次に基準ガス注入管により、小型の水電解槽
より発生させた水素ガスを希釈空気中水素ガス濃度が 0
〜20,000ｐｐｍになるよう、電解電流を可変させて、上
記塩素ガス，空気と共に吸収塔に注入し水素ガスセンサ
ーで測定した。

この水素ガスセンサー（フィガロ技研社製ＴＧＳ＃812
型）信号の取出しは、センサーの抵抗変化を電流アンプ
にて変換し、電圧出力としたものである。その測定結果
は第 2図に示すように良好な直線性を示した。

実施例２ 実施例１と同様の装置を使用し、苛性ソーダ溶液注入
量，塩素ガス注入量は実施例１と同様であり、キャリア
ガスとして窒素ガスを20ml／min の割合で連続的に注入
し、酸素ガスセンサーにて酸素濃度，塩素ガスセンサー
にて塩素濃度を測定したところそれぞれの検出値は零で
あった。次に基準ガス注入管より小型の水電解槽より発
生させた酸素ガスを希釈用窒素ガス中の酸素ガス濃度が
0〜10容量％になるよう、電解電流を可変させて、上記
塩素ガス，窒素ガスと共に吸収塔に注入し酸素ガスセン
サーで測定した。酸素ガスセンサーとしてはセラミック
酸素センサー（藤倉電線社製，ＦＣＸ−Ｕ型）を使用し
た。その測定結果は第 3図に示すように良好な直線性を
示した。

実施例３ イオン交換膜法食塩電解槽より発生する塩素ガス（濃度
約95容量％）を直接試料ガスとし、第 1図に示す装置に
接続し、該塩素ガス中の水素ガス，酸素ガス濃度を測定
した。吸収塔，吸収液及びその流量は実施例１と同様で
あるが、キャリアガスとして窒素ガスを10ml／min の割
合で使用し、実施例１，２と同様のガスセンサーにて測
定したところ水素ガス濃度は0.1 容量％以下、酸素濃度
は 1〜1.2 容量％であり、塩素ガス濃度は零であった。

（発明の効果） 本発明法および装置によれば、電解工程より発生する塩
素ガス中に微量の不純物ガスとして含まれる水素ガスの
濃度及び酸素ガスの濃度を分析装置の腐食を来たすこと
なく連続的に正確に測定することができる。したがって
水素ガス等の可燃性ガスの含有量が増加し塩素ガスと反
応して電解槽の爆発等事故を起す危険性を防止するのに
有効であり、またイオン交換膜の損傷を予知できる等、
工業的に有用である。

【図面の簡単な説明】

第 1図は本発明装置を例示する概略説明図，第 2図は実
施例１におけるセンサーの水素濃度と出力電圧との関係
を示すグラフ、第 3図は実施例２におけるセンサーの酸
素濃度と出力電圧との関係を示すグラフである。 （ 2）……苛性アルカリ溶液，（ 6）……塩素ガス吸収
塔，（ 8）……塩素ガス管，（11）……キャリアガス
管，（14Ａ）（14Ｂ）（14Ｃ）……ガスンセンサー，
（17）……シールポット

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】塩化物電解工程より発生する塩素ガス中に
   微量の不純物ガスとして含まれる水素ガス，酸素ガスを
   測定するにあたり、上記塩素ガスを連続的に採取して、
   塩素ガス吸収塔に導き塔内を流下する苛性アルカリ溶液
   と接触させて塩素及び不純物ガス中の炭酸ガスを吸収さ
   せ、残存する不純物ガスを所定流量のキャリアガスにて
   水素ガス及び酸素ガスの測定用センサーに送り、その濃
   度を連続的に測定することを特徴とするガス分析方法。
2. 【請求項２】キャリアガスが空気又は不活性ガスである
   特許請求の範囲第１項に記載のガス分析方法。
3. 【請求項３】水素ガス及び酸素ガスの測定用センサーが
   半導体ガスセンサーである特許請求の範囲第１項もしく
   は第２項記載のガス分析方法。
4. 【請求項４】塩化物電解工程より発生する塩素ガス中に
   微量の不純物ガスとして含まれる水素ガス，酸素ガスを
   測定する装置であって、塩素ガス吸収塔及び該ガス吸収
   塔頂部と導管により連結された上記水素ガス及び酸素ガ
   スの測定用センサーよりなり、上記塩素ガス吸収塔の上
   部には苛性アルカリ溶液導入管及び該溶液の分散装置、
   下部にはキャリアガス及び電解工程より発生する塩素ガ
   スの導入管、底部には塩素ガス吸収液の排出管をそれぞ
   れ設け、かつ上記排出管の先端には塩素ガス吸収液によ
   る液封手段を設けたことを特徴とするガス分析装置。