NO153580B - Elektrolyseapparat til fremstilling av klor. - Google Patents

Description

Oppfinnelsens gjenstand er et eléktrolyseapparat til fremstilling av klor fra en vandig alkalikloridoppløsning under trykk, hvor anode- og katoderommet er adskilt ved hjelp av en skillevegg, f.eks. et diafragma eller en ione-utvekslermembran.

Ifølge DE-OS 25 38 414 er det kjent et eléktrolyseapparat

av enkelte elektrolyseceller, hvor cellene også er driv-

bare som enkeltelementer. De enkelte elektrolyseceller av dette eléktrolyseapparat erkarakterisert vedat huset består av to halvskall, elektroden er over elektrisk ledende bolter forbundet med halvskallene, idet boltene rager gjennom veggen av halvskallene og på sin gjennom-ragende frontside påligger strømtilførsler og innretninger til sammenpressing av strømtilførslene, halvskallene, elektrodene og skilleveggene og skillevegger er innklemt mellom elektrisk isolerende avstandsstykker som er an-

ordnet i forlengelsen av boltene på den elektrisk aktive siden av elektrodene og innklemt ved hjelp av tetningselementer mellom kantene av halvskålene.

Ved disse elektrolyseceller har huset gjennombrudd, hvori-gjennom strømtilførslene føres til elektrodene, hvilket er uheldig da på disse gjennomføringer kan det opptre lekkasjer som bare kan fjernes ved å sette det samlede eléktrolyseapparat ut av drift og utveksling av utette elementer. Elektrolyseprosesser under trykk kan ikke gj ennomføres.

Det foreligger derfor den oppgave å tilveiebringe et eléktrolyseapparat som ikke har ovennevnte ulemper.

Dessuten skal elektrolyseapparatet være oppbygget av enkeltceller, hvis enkeltceller alene er funksjonsdyktige.

I reparaturtilfeller skal defekte celler lett kunne

fjernes eller utveksles i fylt tilstand uten at dermed demontering av det samlede eléktrolyseapparat nødvendig-gjøres og driften avbrytes over lengere tid. Videre skal elektrolyseapparatet være trykkfast for trykk på mer enn

10 bar.

Oppfinnelsen består av et eléktrolyseapparat til fremstilling av klor fra vandige alkalikloridoppløsninger omfattende minst én elektrolysecelle, hvis anode og katode er adskilt ved hjelp av en skillevegg og er anordnet i et hus av to halvskåler, idet huset er utstyrt med innretninger til tilførsel av elektrolyseutgangsstoffer og til bortføring av elektrolyseprodukter og skilleveggen er innklemt ved hjelp av tetningselementer mellom halvskålens kanter og er plassert mellom kraftoverføringselementer av elektrisk ikke-ledende materiale som strekker seg inntil elektrodene, idet elektrolyseapparatet erkarakterisert vedav elektrodene over distansestykker som er fastgjort på halvskålene med i det vesentlig sirkelformet tverrsnitt, og over elektrodens kanter, mekanisk og elektrisk er ledende forbundet med halvskålene, halvskålene av naboplasserte celler ligger flatt mot hverandre og de endeplasserte halvskåler av elektrolyseapparatet avstøttes ved hjelp av trykkopptagende innretninger.

Som trykkopptagende innretninger kan det være anordnet ved hjelp av strekkanker forbundende plater som dekker de endeplasserte halvskåler. I stedet for ankere kan platene også være utstyrt med hydraulikkinnretninger. Katodene kan bestå av jern, kobolt, nikkel eller krom eller en av deres legeringer og anoden av titan, niob eller tantal eller en legering av disse metaller eller av et metall- eller oksydkeramisk materiale. Dessuten er anoden utstyrt med elektrisk ledende

i

katalytisk virkende overtrekk, som inneholder metaller eller forbindelser av gruppen fra platinametallene. Ved formen av elektroden som består av gjennombrutt materiale hullblende, strekkmetall, flettverk eller konstruksjoner av tynne rund-staver og ved deres anordninger i elektrolysecellen, kan de ved elektrolysen dannede gasser lett tre inn i rommet bak elektroden. Ved dette gassavtrekk fra elektrodespalten oppnår man en nedsettelse av gassboblemotstanden mellom elektroden og dermed nedsettelse av cellespenningen.

De katodesidige halvskåler kan bestå av jern eller jernleger-inger. Hvis katode og katodesidige halvskåler skal sammen-sveises med hverandre, består de hvis mulig av samme materiale, fortrinnsvis av stål. De anodesidige halvskåler må bestå av et overfor klor bestandig materiale som titan, niob eller tantal, en legering av disse metaller, hastelloy eller av et metall- eller oksydkeramisk materiale. Hvis halvskåler og anode skal forbindes med hverandre ved sammensveising, velger man for begge deler samme materiale, fortrinnsvis titan. Halvskåler og elektroder kan imidlertid også være forbundet fast med hverandre ved sammenskruing. I dette tilfellet kan halvskåler og elektroder bestå av forskjellige materialer.

Som skillevegg kommer i betraktning de i alkalikloridelektro-lysen vanlige diafragmaer eller ioneutvekslermembraner. Ioneutvekslermembranet består i det vesentlige av et kopoly-merisat av tetrafluoretylen og perfluorvinylforbindelser som CF2=CF2-0-CF2-CF(CF3)-0-CF2-CF2-S03H eller CF2=CF2-0-CF2-CF(CF3)-0-CF2-CF2-COOH. Likeledes er det i bruk membraner

med endeplasserte sulfonamidgrupper (-SO^NHR) som ioneut-vekslegrupper. Ekvivalentvekten av slike ioneutvekslere ligger mellom 800 og 1600, fortrinnsvis mellom 1100 og 1500. Til økning av den mekaniske fasthet er ioneutvekslingsmem-branen for det meste forsterket med en støttevevnad av poly-tetrafluoretylen.

Disse ioneutvekslingsmembraner hindrer som asbestdiafragmaer sammenblanding av hydrogen og klor, muliggjør imidlertid på grunn av deres selektive permeabilitet gjennomgang av alkali-metallioner inn i katoderommet. De hindrer altså sterkt overgangen av halogenid i katoderommet og gjennomgang av hydroksylioner til anoderommet. Derved får man en praktisk talt saltfri lut, hvorimot det fra katalytten av diafragma-celler må fjerne saltet først i en omstendelig fremgangsmåte. Dertil kommer at i motsetning til asbestdiafragmaer danner ioneutvekslermembraner dimensjonsstabile skillevegger som også er mer bestandig mot de aggressive medier av alkali-kloridelektrolysen og derfor har en høyere levetid enn asbest-

diafragmaer.

Elektrolyseapparatet kan bestå av en elektrolysecelle, men også av et flertall etter hverandre koblede celler, idet den elektriske kontakt av naboplasserte celler hver gang foregår direkte over de til hverandre berørende halvskåler av naboplasserte elektrolyseceller eller over de elektrisk ledende kraftoverføringselementer.

Ved nærvær av et høyere celletrykk kan det drives med høyere celletemperatur, hvilket er fordelaktig for ved høyere temperatur synker den elektriske motstand av elektrolytten på anode- som også på katodesiden. Ved høyere trykk blir dessuten gassvolumina tilsvarende mindre, således at det står forholdsvis et større strømledningstverrsnitt til disposisjon. Som følge herav er energiforbruket referert:, til tonn frembragt klor mindre. Dessuten uttas ved forhøyet trykk på tross av samtidig forhøyet temperatur mindre vann med de frembragte gasser fra cellen, hvilket nedsetter tørkingsomkostningene. Velges trykket høyt nok, minst ca. 8 bar, da kan det frembragte klor flytendegjøres uten an-vendelse av kulde og/eller kompresjon. Videre er det mulig å avgasse analytten når det står et tilstrekkelig tempera-turfall til disposisjon ved atmosfæretrykk. Ikke minst fremkommer ved etterbehandlingen av cellepr<p>duktene ved høyere trykk mindre apparatdimensjoner, og cellene kan drives med forholdsvis høyere belastning.

Elektrolyseapparatet ifølge oppfinnelsen forklares eksempel-vis under henvisning til figuren.

Fig. 1 viser et oppriss av elektrolysepparatet delvis i

snitt.

Fig. 2a viser et oppriss av de trykkopptagende organer av

elektrolyseapparatet.

Fig. 2b viser snitt Ilb-IIb på fig. 2a.

Elektrolyseapparatet har minst en elektrolysecelle 4. Hver enkelt elektrolysecelle 4 består i det vesentlige av de to flensdeler 1 og 2, hvoriméllom membranet 14 er inntettet og som sammenholdes med skruene 6. Flensdelen 1 og 2 er elektrisk isolert mot hverandre, f.eks. ved hjelp av isoleringsbokser 3. I flensene 1 og 2 er det innskjøvet halvskåler 9 og 11 som flensene 1 og 2 utforer innenifra og med sine kremper er trukket vekk over tetteflåtene av flensene 1 og 2. Tette-ringene 13 og 15 sørger for en avtetting mot membranen 14.

Til halvskålene 9 og 11 er anodene 12 og katoden 16 fastgjort. Bunnene av halvskålene 9 og 11 av naboplasserte celler presser seg under det indre trykk av cellene til hverandre, de kan være adskilt fra hverandre ved hjelp av en folie (kunststoff eller metall). Omløpende spor i halvskålene 9 og 11 bevirker et membranaktig forhold (ikke vist). Distansestykket 17 og 18 (elektrisk ledende bolter) som tjener strømtilførsel og kraftoverføring, har på sin frontside i det indre av cellen kraftoverføringselementer 19 og 20, f.eks. skiver av isolerende materiale, hvoriméllom membranen 14 er innklemt. På distansestykket 17 resp.'18 er anodene 12 resp. katoden 16 fastgjort. Tilførsel og bortførsel av anolytt og katolytt foregår over ledninger 21, som er ført radialt gjennom flensene 1 og 2.

De endeplasserte halvskåler av elektrolyseapparatet avstøttes ved hjelp av trykkopptagende innretninger. Innretningene består av de to plater 7 og strekkankeret 8. I stedet for strekkankeret kan de to plater 7 være forbundet med hydraulikkinnretninger som ikke er vist. De utadvisende halvskåler 9 resp. 11 av hver gang siste celle 4 avstøttes mot cellens indre trykk ved hjelp av platen 7 som eventuelt raster inn med en fjær 22 i flensen 2 resp. 1. De to ende-plater 7 sammentrekkes over strekkankeret 8, således at væsketrykket på halvskålene kompenseres over strekkankeret.

De hviler på fotelementet 5. I platene 7 er det anordnet gjengebolter 23 som ved inndreiing utøver trykk på distansestykker 17 og 18. Gjengebolter 23 er forbundet med strøm-tilførslene 24 ved hjelp av tilsvarende innretninger 25.

på disse strømtilførsler 24 tilsluttes tilføringskabel som ikke er vist. Før igangsetting av elektrolyseapparatet presses de enkelte elektrolyseceller 4 med trykkopptagende organ til hverandre og deretter trekkes gjengeboltene 23 til, således at de elektriske kontakter dannes over distanse-stykkene 17 og 18 gjennom alle cellene. De enkelte elektrolyseceller har i det vesentlig sirkelformet tverrsnitt, dvs. tverrsnittet i elektrodeplanet er sirkelformet, elipseformet, ovalt eller lignende.

Claims (8)

1. Eléktrolyseapparat til fremstilling av klor fra vandige alkalikloridoppløsninger omfattende minst én elektrolysecelle, hvis anode og katode er adskilt ved hjelp av en skillevegg (14) og er anordnet i et hus av to halvskåler (9, 11), idet huset er utstyrt med innretninger til tilførsel av elektrolyseutgangsstoffer og til bortføring av elektrolyseprodukter og skilleveggen er innklemt ved hjelp av tetningselementer (13, 15) mellom halvskålens kanter og er plassert mellom kraftoverføringselementer (19, 20) av elektrisk ikke-ledende materiale som strekker seg inntil elektrodene,karakterisert vedat elektrodene (12, 16) over distansestykker (17, 18) som er fastgjort på halvskålene (9, 11) med i det vesentlig sirkelformet tverrsnitt, ' og over elektrodens kanter, mekanisk og elektrisk er ledende forbundet med halvskålene, halvskålene (9, 11) av naboplasserte celler ligger flatt mot hverandre og de endeplasserte halvskåler av elektrolyseapparatet avstøttes ved hjelp av trykkopptagende innretninger (7).

2. Eléktrolyseapparat ifølge krav 1,karakterisert vedat det som trykkopptagende innretning er anordnet plater (7) som ved hjelp av strekkankere (8) dekker de endeplasserte halvskåler (9, 11).

3. Eléktrolyseapparat ifølge krav 1,karakterisert vedat de trykkopptagende innretninger er plater (7), hvorpå hydraulikkinnretninger er anordnet, som avstøtter de endeplasserte halvskåler.

4. Eléktrolyseapparat ifølge krav 1-3,karakterisert vedat halvskålene av anodesiden består av et mot klor bestandig materiale som titan, niob, tantal, en legering av disse metaller eller "hastelloy".

5. Eléktrolyseapparat ifølge krav 1-3,karakterisert vedat katodesidens halvskåler består av jern, kobolt, nikkel, krom eller en av deres legeringer.

6. Eléktrolyseapparat ifølge krav 1-5,karakterisert vedat det som skillevegger anvendes ioneutvekslingsmembraner.

7. Eléktrolyseapparat ifølge krav 1-3,karakterisert vedat katodene består av jern, kobolt, nikkel eller krom eller en av deres legeringer .

8. Eléktrolyseapparat ifølge krav 1-3,karakterisert vedat anoden består av titan, niob, tantal eller en legering av disse metaller eller av et metall- eller oksydkeramisk materiale og er utstyrt med et elektrisk ledende, elektrokatalytisk virkende overtrekk som inneholder metall eller metallforbindelser fra platinagruppen.