SE449375B - Monopoler elektrolysor av filterpresstyp - Google Patents

Description

449 375 andra genom väsentligen vertikala katjonaktiva permselektiva membran. Anoderna är lämpligen i form av plattor av en anodiskt oxidfilmbildande metall (vanligtvis titan) och bär en elektrokata- lytiskt aktiv beläggning (exempelvis en platinametalloxid), kato- derna är lämpligen i form av en perforerad platta eller metallduk (vanligtvis av mjukt kolstål); och membranen, som lämpligen är i form av ark, plattor eller folier, kan vara av ett syntetiskt orga- niskt material, t.ex. ett fluoropolymermaterial, som innehåller kat- jonbytargrupper, exempelvis sulfonat- eller karboxylatgrupper.

Monopolära elektrolytiska elektrolysörer med konstruktion av tank- typ, t.ex. diafragmaceller av tanktypskonstruktion, innehåller van- ligtvis diafragmor avsatta pâ katoderna i elektrolysören.

Sådana elektrolysörer är ej lämpade för användning med arkformiga membran på grund av problemen som uppstår vid arkens överdragning på de komplicerade katodformar som användes. Följaktligen har elekt- rolysörer av filterpress- eller "Sandwich"-typ utvecklats för in- rymmande av membranark. Emellertid är sådana monopolära filter- presselektrolysörer oföränderligt dyrare än monopolära elektrolysö- rer av tanktyp med avseende på kapitalkostnader på grund av den re- lativt komplicerade konstruktionen och på grund av behovet att byg- ga in strömfördelare för minskning av spänningsfallet i de modul- Süflflekar av anod och katod som vanligtvis avses.

Föreliggande uppfinning hänför sig till en monopolär filterpress- elektrolysör, som är lämpad för användning med arkformiga membran ooh som är lätt att framställa, är billig och lätt kan monteras.

Föreliggande uppfinning hänför sig således till en monopolär elekt- lysör av filterpresstyp, vilken lämpar sig för elektrolys av vat- tenhaltig alkalimetallhalogenidlösning för framställning av vat- tenhaltig alkalimetallhydroxidlösning, halogen och väte och vilken omfattar ett flertal staplade cellmoduler med vertikalt anordnade 'staplade böjliga elektroder och avståndsplattor med väsentligen samma form, varvid varje cellmodul omfattar en anodplatta med en central anoddel av anodiskt oxidfilmbildande metall med en kataly- tiskt aktiv beläggning, en katodplatta med en central metallisk katoddel, ett mellan anod- och katodplattan placerat membran med en 3 449 375 central katjonaktiv permselektiv membrandel och en avståndsplatta av icke-ledande material placerad mellan membranet och anodplattan resp. en placerad mellan membranet och katodplattan och vardera försedd med en central öppning svarande mot anod-, katod- och mem- brandelen, varvid utrymmet mellan anoddelen och membrandelen bil- dar en anolytavdelning och utrymmet mellan katoddelen och membran- delen bildar en katolytaväelning, vilken kännstecknas av att plat- torna pâ ömse sidor om sina centrala delar är utformade som ram- delar, som på vardera sidan avgränsar två öppningar, vilka är lika- dant utformade i de olika plattorna och vilka tillsammans bildar fy- ra längsgâende, från varandra skilda avdelningar, som parvis lig- ger intill anolyt- och katolytavdelningarna,, varvid de nedtill liggande första och fjärde avdelningarna bildar inlopp för alkali- metallhalogenidlösning resp. vatten och alkaliskt vatten och de upp- till liggande andra och tredje avdelningarna bildar utl0pp för al- kalimetallhalogenidlösning och halogen resp. alkalimetallhydroxid- lösning och väte, varvid avståndsplattorna är försedda med spår för förbindning av den första och den andra avdelningen med anolyt- avdelningarna och för förbindning av den tredje och den fjärde av- delningen med katolytavdelningarna, varvid ramdelarna är gjorda av sådana material att den första och den andra avdelningen är elekt- riskt isolerade från den tredje och den fjärde avdelningen. Ändplattorna i elektrolysören omfattar företrädesvis en slutanod- platta och en slutkatodplatta, som ej nödvändigtvis till en del omfattar ett icke-ledande material. Således kan slutanodplattan va- ra gjord av en anodiskt oxidfilmbildande metall, som bär en kata- lytiskt aktiv beläggning på en del av ytan, och slutkatodplattan kan vara metallisk.

Den anodiskt oxidfilmbildande metallen, som bildar en del av anod- plattan, är företrädesvis en av metallerna titan, zirkonium, niob, tantal eller volfram eller en legering huvudsakligen bestående av en eller flera av dessa metaller och med anodiska polarisations- egenskaper, som är jämförbara med de för den rena metallen. Det är lämpligt att använda enbart titan eller en legering baserad på titan och med polarisationsegenskaper jämförbara med de för titan såsom anodiskt oxidfilmbildande metall i anodplattan. Exempel på sådana legeringar är titan-zirkoniumlegeringar innehållande upp till 14% 449 3j75 zirkonium, legeringar av titan med upp till 5% av en platiname- f tall såsom platina, rodium eller iridium, och legeringar av titan med niob eller tantal och innehållande upp till 10% av legerings- beståndsdelen.

Katodplattan utgöres lämpligen delvis av mjukt kolstâl eller järn, företrädesvis mjukt kolstål men andra metaller kan användas, t.ex. nickel. öppningarna i plattorna är företrädesvis anordnade parvis ovanför varandra på vardera sidan av plattornas centrala delar. För att av- delningarna, som i elektrolysören tillhandahåller ett inlopp för saltlösning och ett utlopp för saltlösning och halogen, skall kun- na vara elektriskt isolerade från avdelningarna, som i elektroly- sören tillhandahåller ett inlopp för vatten eller alkaliskt vatten och ett utlopp för cellut och väte, kan de öppningar i anodplattan, som i elektrolysören tillhandahåller en del av avdelningen för in- lopp av saltlösning och en del av avdelningen för utlopp av salt- lösning och halogen, vara avgränsade av metallramdelar, t.ex. av samma anodiskt oxidfilmbildande metall som den i anodplattans anod- del, i vilket fall de öppningar i anodplattan, som i elektrolysö- ren tillhandahäller en del av avdelningen för_inlopp av vatten el- ler alkaliskt vatten och en del av utlopp för cellvätska och väte, bör avgränsas av ramdelar av icke-ledande material, eller tvärtom.

Den del i anodplattan, som omfattar anoddelen, och öppningarna av- gränsade av en metallisk ramdel, kan lämpligen framställas från en enda anodiskt oxidfilmbildande metallplåt. De delar av anodplattan som görs av ett icke-ledande material, framställes separat och kan förenas med anodplattans metalldel eller kan hopsättas separat från anodplattans metalldel i elektrolysören.

Anoddelen i anodplattan kan vara i form av en perforerad platta eller metallduk, som är företrädesvis i form av spjälverk. Spjäl- verken är lämpligen framställda från anodiskt oxidfilmbildande me- tallplàt genom pressning med ett slitsnings- och formningsverktyg.

Spjälorna som erhållits på detta sätt kan lämpligen vridas i rät vinkel till det ursprungliga planet för skivan eller plåten av ano- diskt oxidfilmbildande metall eller kan lutas mot detta plan, om så önskas. Spjälorna lutas lämpligen med en vinkel av mer än 60° mot anodplattans plan. 5 449 375 Spjälverken i varje anodplatta är lämpligen anordnade i rät lin- je på sådant sätt att deras längsgående axlar är parallella med varandra och så att de, då plattorna är installerade i elektroly- sören, är anordnade vertikalt. Den katalytiskt aktiva beläggnin- gen på anoddelen i anodplattan utgörs av en ledande beläggning, som är beständig mot elektrokemiskt angrepp, men som är aktiv vid över- förande av elektroner mellan elektrolyten och anoden.

Den katalytiskt aktiva beläggningen kan lämpligen bestå av en el- ler flera platinametaller, dvs platina, rodium, iridium, rutenium, osmium och palladium, eller av legeringar av dessa metaller och/ eller oxid därav eller av någon annan metall eller en förening, som fungerar såsom en anod och som är beständig mot elektrokemisk upp- lösning i cellen, t.ex. rhenium, rheniumtrioxid, magnetit, titan- nitrid och borider, fosfider och silicider av platinametaller. Be- läggningen kan bestå av en eller flera platinametaller och/eller oxider därav i blandning med en eller flera icke-ädelmetalloxider.

Alternativt kan beläggningen bestå av en eller flera icke-ädelme- talloxider enbart eller av en blandning av en eller flera icke-ädel- metalloxider och kloridurladdningskatalysatorer av icke-ädelmetall.

Lämpliga icke-ädelmetalloxider är exempelvis oxider av de anodiskt oxidfilmbildande metallerna (titan, zirkonium, niob, tantal eller volfram), tenndioxid, germaniumdioxid och oxider av antimon. Lämp- liga kloridurladdningskatalysatorer omfattar difluorider av mangan, järn, kobolt, nickel och blandningar därav. Speciellt lämpliga kata- lytiskt aktiva beläggningar enligt uppfinningen omfattar platina självt och de baserade på ruteniumdioxid/titandioxid och rutenium- dioxid/tenndioxid/titandioxid.

Andra lämpliga beläggningar omfattar de beskrivna i de brittiska patentskrifterna 1 402 414 och 1 484 015, vari ett icke-ledande par- tikelformigt eller fibröst eldfast material är inbäddad i grund- massa av katalytiskt aktivt material (av ovan beskriven typ). Lämp- _liga icke-ledande partikelformiga eller fibrösa material omfattar oxider, karbider, fluorider, nitrider och sulfider. Lämpliga oxider (omfattande blandoxider) omfattar zirkoniumoxid, aluminiumoxid, kiseloxid, toriumoxid, titandioxid, ceriumoxid, hafniumoxid, di- tantalpentoxid, magnesiumaluminat (t.ex. spinell MgO Al2O3), alu- minosilikater (t.ex. mullit (Al2O3)3 (SiO2)2),Zirkoniumsilikat, glas, 449 575 6 kalciumsilikat (t.ex. bellit (CaO2SiO2), kalciumaluminat, kalcium- titanat (t.ex. perovskit CaTiO3), attapulgit, kaolinit, asbest, glimmer, kodierit och bentonit, lämpliga sulfider omfattar diceri- umtrisulfid, lämpliga nitrider omfattar bornitrid och kiselnitrid, och lämpliga fluorider omfattar kalciumfluorid. Ett föredraget icke- -ledande eldfast material är en blandning av zirkoniumsilikat och zirkoniumoxid, t.ex. zirkoniumsilikatpartiklar och zírkoniumoxid- fibrer.

Anodplattorna kan framställas genom ett bestryknings- och bränninge- förfarande, varvid en beläggning av metall och/eller metalloxid bildas på anodytan genom anbringande på ytan på anodplattan av ett skikt av en beläggningskomposition i en vätskeformig bärare, som innehåller termiskt sönderdelningsbara föreningar av vardera av metallerna, som skall finnas i den färdiga beläggningen, torkning av beläggningsskiktet genom avdrivning av den vätskeformiga bäraren, följt av bränning av skiktet genom upphettning av den belagda anod- plattan, lämpligen till 250-BOOOC, för sönderdelning av metallför- eningarna i skiktet och för bildning av den önskade beläggningen.

Då de eldfasta partiklarna eller fibrerna skall inbäddas i metallen och/eller metalloxiden i beläggningen, kan de eldfasta partiklarna eller fibrerna blandas med beläggningskompositionen, innan denna anbringas på anoden. Alternativt kan de eldfasta partiklarna eller fibrerna anbringas på skiktet av beläggningskompositionen medan detta fortfarande är i flytande tillstånd på anodytan, varefter skik- tet torkas genom avdrivning av den vätskeformiga bäraren och brän- nes på vanligt sätt.

Anodbeläggningarna uppbygges lämpligen genom anbringande av ett flertal skikt på anoden, varvid varje skikt torkas och brännes fö- re anbringande av nästa skikt.

Katoddelen i katodplattan kan omfatta en perforerad platta eller metallduk, men är företrädesvis i form av spjälverk. Spjälverken kan framställas från en metallplåt, exempelvis av mjukt kolstål eller järn, genom pressning med ett slitsnings- eller formningsverktyg, såsom beskrives ovan med avseende på anodplattorna.

Katodplattorna är konstruerade delvis av metall, exempelvis stål, , 449 375 t.ex. mjukt kolstål, och delvis av ett icke-ledande material och kan ha en detaljerad konstruktion liknande den ovan beskrivna med avseende på anodplattorna, så att i elektrolysören de avdelningar, som tillhandahåller ett inlopp för saltlösning och ett utlopp för saltlösning och halogen, är elektriskt isolerade från de avdelnin- gar, som tillhandahåller ett inlopp för vatten eller alkaliskt vat- ten och ett utlopp för cellut och väte.

Spjälverken i katodplattorna är företrädesvis lutade med en vinkel av mer än 600 mot katodplattans plan.

Spjälverken i varje katodplatta är företrädesvis anordnade i rät_ linje på sådant sätt att deras längsgående axlar är parallella med varandra och vid placering i elektrolysören är anordnade vertikalt.

I elektrolysören är på varandra följande anodplattor och katodplat- tor placerade på sådant sätt, att anod- och katoddelarna ligger den ena bakom den andra och så att de nämnda öppningarna befinner sig den ena bakom den andra för avgränsande av de beskrivna avdelning- êrnâ .

Spår i avståndsplattornas vägg åstadkommes lämpligen genom skåror i väggarna. Skårorna kan bära flexibla veckade remsor, som således åstadkommer ett flertal spår. Varje avståndsplatta kommer således att ha tvâ passager i plattans väggar.

Avståndsplattorna kan framställas av vilket lämpligt icke-ledande material som helst, men det är lämpligt att använda en syntetiskt organisk polymer, som är inert mot de betingelser som råder i elektrolysören. Speciellt lämpliga polymerer omfattar polyvinyli- denfluorid och polypropen. Avståndsplattorna skärs lämpligen från ett ark eller en platta av polymeren eller formas eller pressas från polymeren.

Elektrolysören kan lämpligen förses med tätningar eller packning- ar, som lämpligen är av ett elastomermaterial, t.ex. av rågummi eller syntetiskt gummi. Tätningarna eller packningarna skärs lämp- ligen från ett ark eller en platta av elastomermaterialet eller formas eller pressas från elastomermaterialet och motsvarar till 'flfialstorlek och form avståndsplattorna.

I en alternativ och föredragen utföringsform av uppfinningen kan 449 375 avståndsplattorna modifieras till form och tjocklek för att fun- gera såsom både avståndsorgan och tätningar eller packningar. I detta fall är de kombinerade avståndsplattorna och packningarna (i det följande benämnda avståndspackningar) lämpligen gjorda av ett elastomermaterial, t.ex. rågummi eller syntetiskt gummi, och spår åstadkommas i avståndspackningarnas väggar genom införlivande av ett fjäderorgan, som antingen är ett pressgods gjort av anod- eller katodmaterialet eller ett flexibelt formgods eller pressgods av en lämplig polymer. Fjäderorganet upptar ett gap i avståndspack- ningen (varvid sådana gap uppträder varhelst gas eller vätska mås- te passera mellan angränsande avdelningar), och är konstruerad för att möjliggöra strömning av gas eller vätska med minimalt hinder och att ha en fjädringsförmåga och ett djup kombinerbara med elasten på sådant sätt att förbindelsetrycket överföres. ' Tätningarna eller packningarna (eller kombinerade avståndsramar och packningar) är tillräckligt tunna och böjliga för att gynna go- da förbindelsebetingelser i elektrolysören i kombination med de böjliga anodplattorna och katodplattorna och avståndsramarna (om sådana är närvarande).

Alla lämpliga katjonbytarmaterial för membran kan användas såsom membran. Lämpliga material är vanligtvis gjorda av syntetiskt orga- niskt polymermaterial, som innehåller katjonbytargrupper, t.ex. sulfonat- eller karboxylatgrupper. Speciellt är syntetiska fluoro- polymerer, som motstår cellbetingelserna under långa tidsperioder, användbara, t.ex. perfluorosulfonsyramembran framställda och så da av E.I. duPont de Nemours and Company under varumärke "NAFION" och som är baserad på en hydrolyserad sampolymer av tetrafluoroeten och en fluorosulfonerad perfluorovinyleter. Sådana membran finns exempelvis beskrivna i de amerikanska patentskrifterna 2 636 851, 3 017 338, 3 496 077, 3 560 568, 2 967 807, 3 282 875 och den brittiska patentskriften 1 184 321.

Anodplattorna, katodplattorna och avståndsplattorna framställes lätt med likformig tjocklek och är tillräckligt tunna för att plat- torna skall vara böjliga. Denna böjlighet möjliggör upprätthållan- de av ett likformigt och lämpligt tryck i elektrolysörens förbin- delseområden, varigenom läckage undvikes. 449 375- I en utföringsform av elektrolysören alternerar enkla anodplattor med enkla katodplattor, varvid membran ligger mellan angränsande anod- och katodplattor. I ett alternativt arrangemang alternerar par av anodplattor med par av katodplattor, med membran inlagda mellan angränsande par av anodplattor och par av katodplattor.

Användning av par av anod- och katodplattor i stället för enkla plattor tillhandahåller-ökat utrymme för frigjord gas i närheten av anoderna och katoderna.

Anoddelen på varje anodplatta och katoddelen på varje katodplatta har företrädesvis ett mått i riktningen för strömflödet, vilket ligger inom området 15-60 cm, speciellt inom området 15-25 cm, vid användning av alternerande enkla anod- och katodplattor och inom området 30-50 cm vid användning av alternerande par av anod- och katodplattor. De nämnda föredragna måtten på anod- och katodplattor- na ger korta strömvägar, som i sin tur säkerställer låga spännings- fall inommanod- och katodplattorna utan användning av utarbetade strömledningsanordningar.

Avståndet mellan på varandra följande membran i elektrolysören är företrädesvis inom området 5-20 mm, t.ex. inom området 5-8 mm vid användning av alternerande enkla anod- och katodplattor och inom området 10-20 mm vid användning av alternerande par av anod- och katodplattor.

Vid drift av elektrolysören passerar saltlösning, t.ex. natriumklo- ridlösning, från en avdelning längsgående i elektrolysören genom spår i väggarna i avståndsplattorna in i anolytavdelningarna i elektrolysören. Klorgas, som bildats i anolytavdelningarna, och saltlösning passerar genom andra spår i väggarna i avståndsplattor- na in i en annan avdelning längsgående i elektrolysören.

Inloppsvatten eller alkaliskt vatten passerar från en avdelning ge- nom spår i väggarna i avstândsplattorna in i katolytavdelningarna 'och cellut och väte, som bildas i katolytavdelningarna, passerar genom andra spår i väggarna i avståndsplattorna in i en annan av- delning längsgående i elektrolysören. Separation av klor- och vät- gas från motsvarande vätskor äger lämpligen rum utanför elektroly- sören, t.ex. i samlingsrör konstruerade för detta ändamål.

Elektrolysören enligt föreliggande uppfinning är således uppbyggd 449 375 10 av formade eller pressade anod- och katodplattor av liknande form, vilka åtskiljes av formade gjutna, pressade eller utskurna avstånds- plattor av ett lämpligt icke-ledande material, eventuellt tillsam- mans med tätningar eller packningar.

Elektrolysören är lämpligen försedd med ändplattor, som gränsar till avslutande anod- respektive katodplatta. Ändplattorna är lämpligen av mjukt kolstål, lämpligen skyddade från elektrolysörmiljön med hjälp av exempelvis avståndsbrickor av plast och det hela kan vara hopfogat genom exempelvis fastskruvning av ändplattorna. Denna enk- la konstruktion möjliggör fördelaktigt konstruktion av en kommersi- ell elektrolysör till relativt låg kapitalkostnad i jämförelse med konventionella monopolära elektrolysörer av tanktyp eller bipolära filterpresselektrolysörer.

Användningen av tunna böjliga anodplattor och katodplattor medför att det är onödigt för plattorna att göras perfekt\plana vid fram- ställningen, eftersom plattorna utplanas under sammansättning på grund av det tryck, som utövas av ändplattorna, som kan vara av re- lativt massiv konstruktion. Vidare medför användningen av tunna anod- och katodplattor (t.ex. 1 mm tjocklek) i att spjälverken bil- dade av de aktiva delarna i anoden och katoden har föga hållfasthet, så att de lätt avböjes av membranet, om de kommer i kontakt därmed och under hopfogning, varigenom undvikes skada på membranet. På detta sätt kan man enkelt och effektivt uppnå ett relativt litet anod/katodgap, t.ex. 2 mm.

Elektrolysörens totala längd kommer oundvikligt att vara större än den sammanlagda tjockleken för de individuella cellmodulerna. Det är t.ex. möjligt att utföra strömledning till cellmoduler med hjälp av ett flertal flexibla strömledare av samma antal som antalet cell- moduler i elektrolysören.

En anläggning för framställning av halogen och alkalimetallhydroxid- 'lösning kan omfatta ett flertal elektrolysörer enligt uppfinningen, vilka kan vara anslutna till varandra med hjälp av stagbultar el- ler skruvtvingar, som passerar genom eller runt alla böjliga kopp- lingsorgan och anod- och katodplattorna på lämpligt sätt. Då ett sådant flertal elektrolysörer användes och en speciell måste tagas ur bruk, vilken är elektriskt isolerad, kan en förbikopplare place- “s 449 375 11 ras direkt ovanför elektrolysören, som skall tagas ur bruk och denna kan inkopplas vid lämpliga punkter längs med hela längden av mellanelektrolysörkopplingar med hjälp av ett liknande arran- gemang med stagbult eller skruvtving. Elektrolysören kan därefter avlägsnas antingen underifrån eller från sidan. Alternativt kan förbikopplaren placeras under elektrolysören och elektrolysören avlägsnas ovanifrån.

Såsom exempel beskrivas nu en utföringsform av uppfinningen med hän- visning till de åtföljande ritningarna, varpå fig. 1 visar en sprängskiss i perspektiv av en del av en membran- elektrolysör enligt uppfinningen, fig. 2 visar en schematisk ändvy av den del av elektrolysören på fig. 1 som ses från riktningen A, varvid fig. 2 är delvis i snitt för att visa på varandra följande komponenter i elektrolysören, fig. 3 visar en schematisk bild av en elektrolysör enligt uppfin- ningen, vilken omfattar enkla anodplattor, som alternerar med enk- la katodplattor, och fig. 4 visar en schematisk bild av en elektrolysör enligt uppfin- ningen, vilken omfattar alternerande par av anodplattor och par av katodplattor.

På fig. 1 och 2 omfattar den del av elektrolysören, som visas, en anodplatta 1, en katodplatta 2, ett membran 3 och avståndspacknin- gar 4 och 5. Elektrolysören omfattar vidare ändplattor (visas ej), lämpligen av mjukt kolstâl, och packningar (visas ej), lämpligen av ett elastomermaterial, t.ex. gummi, vilka är införda mellan var- je ändplatta och angränsande slutanodplatta och slutkatodplatta.

Membranet 3 skiljer en anolytmodul, som omfattar anodplattan 1 och avståndspackningen 4, från en katolytmodul, som omfattar katodplat- tan 2 och avståndspackningen 5. Elektrolysören visad på fig. 1 in- nehåller cellmodul bestående av en anolytmodul och katolytmodul, men det bör påpekas att en kommersiell elektrolysör kan innehålla ett flertal sådana cellmoduler, typiskt 200-500 cellmoduler.

Hela antalet moduler kan hopfogas (med åtgärder vidtagna för vär- meutvidgning) med hjälp av bultar och fjädrar eller hydrauliska anordningar för bildning av en elektrolysör av filterpresstyp med membran, 449 375 12 De individuella komponenterna i elektrolysören, vilka nämnes ovan (och diskuteras i detalj nedan), kombineras i elektrolysören (såsom visas på fig. 2) för avgränsning av avdelningar 10, 11, 12 och 13, vilka tillhandahåller inlopp för matarsaltlösning, utlopp för an- vänd saltlösning och halogen, ett utlopp för cellut och väte och ett inlopp för vatten eller alkaliskt vatten. Måtten på anolyt- (eller katolyt')avdelningarna bestämmes av avståndet mellan membra- net 3 och anodplattan 1 (eller katodplattan 2) och av tvärsnitten på den aktiva anoddelen (eller katoddelen) enligt nedanstående dis- kussion.

Anodplattan 1 framställes delvis av en anodiskt oxidfilmbildande metall, företrädesvis titan. Den är försedd med en aktiv anoddel i form av ett flertal spjälverk 14, som bär en katalytiskt aktiv beläggning, t.ex. en blandning av ruteniumoxid och titandioxid.

Anodplattan 1 har en utsträckt del 15 för anslutning till en käl- la (visas ej) för elektrisk ström. Anodplattan 1 har en nedre ramdel 16, som avgränsar en öppning 17, vars mått motsvarar tvär- snittet på avdelningen 10 för inlopp av matarsaltlösning, och en övre ramdel 18, som avgränsar en öppning 19 med mått som motsvarar tvärsnittet på avdelningen 11 för använd saltlösning, och halogen.

Anodplattan 1 har även en ramdel 6 av icke-ledande material, vil- ken avgränsar en öppning 20 med mått motsvarande tvärsnittet på av; delningen 13 för inlopp av vatten eller alkaliskt vatten och en ramdel 7 av icke-ledande material, som avgränsar en öppning 21 med mått motsvarande tvärsnittet på avdelningen 12 för cellut och väte.

Ramdelarna 6 och 7 är lämpligen framställda av ett plastmaterial, t.ex. polypropen.

Katodplattan 2 är lämpligen framställd delvis av mjukt kolstål el- ler järn och företrädesvis då av mjukt kolstål. Den är försedd med en aktiv katoddel i form av ett flertal spjälverk 22 och en ut- sträckt del 23 för bortledning av elektrisk ström. Katodplattan 2 har en nedre ramdel 24, som avgränsar en öppning 25 med mått, som motsvarar tvärsnittet på avdelningen 13 för inlopp av vatten el- ler alkaliskt vatten, och en övre ramdel 26, som avgränsar en öpp- ning 27 med mått som motsvarar tvärsnittet på avdelningen 12 för cellut och väte.

Katodplattan 2 har även en ramdel 8 av icke-ledande material, som 13 449 375 avgränsar en öppning 28, som har mått som motsvarar tvärsnittet på avdelningen 11 för använd saltlösning och halogen, och en ram- del 9, som avgränsar en öppning 29 med mått motsvarande tvärsnit- tet på avdelningen 10 för inloppssaltlösning. Ramdelarna 8 och 9 är lämpligen framställda av ett plastmaterial, t.ex. polypropen.

Avståndspackningarna 4 och 5 är framställda av ett elastomert ma- terial, t.ex. natur- eller syntetgummi. Varje avstândspackning 4, 5 är försedd med fem öppningar, vilkas mått är väsentligen desamma som måtten på spjälverksområden på anod- och katodplattorna respek- tive måtten för öppningarna i anod- och katodplattorna, vilka av- gränsar avdelningarna 10, 11, 12 och 13.

Avståndspackningen 4 är försedd med skåror eller slitsar 30 och 31 i plattans yta, vilka inrymmer böjliga veckade remsor 32 resp. 33.

Remsorna 32 och 33 är lämpligen gjorda av en anodiskt oxidfilmbil- dande metall, t.ex. titan, eller en polymer, t.ex. polyvinyliden- fluorid. Remsorna 32 och 33 avgränsar spår mellan anolytavdelnin- gen och avdelningarna 10 resp. 11.

Avståndspackningen 5 är försedd med slitsar eller skåror 34 och 35, vilka inrymmer flexibla veckade remsor 36 respektive 37. Remsorna 36 och 37 är lämpligen gjorda av mjukt kolstål eller av en polymer, t.ex. polyvinylidenfluorid. Remsorna 36 och 37 avgränsar spår mel- lan katolytavdelningen och avdelningen 13 resp. 12.

Packningarna (visas ej), som gränsar till ändplattorna, kan vara gjorda av ett elastomermaterial, t.ex. naturgummi eller syntetiskt gummi, och kan vara identiska till yttre mått med avståndspack- ningarna 4 och 5, utom att packningarna ej är försedda med spår.

Elektrolysören är lämpligen försedd med inloppsledningar (visas ej) för saltlösning (anslutna till avdelningen 10) och för vatten el- ler alkaliskt vatten (anslutna till avdelning 13) och utloppsled- . ningar (visas ej) för använd saltlösning och halogen (anslutna till avdelning 11) och för cellut och väte (anslutna till avdel- ning 12).

Vid drift av elektrolysören passerar saltlösning från avdelning 10 genom spår avgränsade av veckade remsor 33 i avatåndspackningen 4 in i anolytavdelningen och använd saltlösning och halogen passerar 449 375 14 genom spår avgränsade av veckade remsor 32 i avståndspackningen 4 in i avdelningen 11. Inloppsvatten eller alkaliskt vatten passerar från avdelningen 13 genom spår avgränsade av den veckade remsan 36 i avståndspackningen 5 in i anolytavdelningen och cellut och “J väte passerar genom spår avgränsade av den veckade remsan 37 i av- ståndspackningen 5 in i avdelning 12. Avdelningarna 11 och 12 är an- i? slutna till samlingsrör (visas ej), varifrån väte och halogen frigörs.

Elektrolysören av den typ som visas på fig. 1 och 2 visas schematiskt på fig. 3 för åskådliggörande av ett arrangemang av enkla snodplat- tor 38 (motsvarande anodplatta 1 på fig. 1 och 2) alternerande med enkla katodplattor 39 (motsvarande katodplattor 2 på fig. 1 och 2), med membran 40 inlagda mellan anodplattorna 38 och katodplattorna 39. Fig. 3 visar även packningar 41 (motsvarande avståndsplattor 4, 5 på fig. 1 eller 2).

På fig. 4 visas en elektrolysör schematiskt för åskådliggörande av ett alternativt arrangemang med alternerande par av anodplattor 42 och par av katodplattor 43 i kombination med membran 44 och pack- ningar 45.

Användning av elektrolysören enligt uppfinningen åskådliggörs ge- nom följande exempel.

Exempel En elektrolysör enligt uppfinningen försågs med en anodplatta 1 med titanspjälverk (vardera 0,75 mm tjock), vilken platta var belagd med en blandning av ruteniumoxid och titandioxid, en spjälverksförsedd katodpl tta 2 av mjukt kolstål (vardera 0,75 mm tjock) och ett NAFI0N(É)-membran (ett membran av perflouro ulfonsyra framställt och sålt av DuPont under varumärket NAFION<š> en tjocklek av 0,3 mm). Längden på spjälverken 14, 22 på anod- och katodplattorna i riktningen av strömflödet var 15 cm. Anod/katod- , vilket membran har gapet (mellan ytterpunkterna på spjälverkens ytor) var 2 mm. Avstån- det mellan membranytorna i en elektrolysör av denna tYP, som inne- håller mer än ett membran, bör vara 6 mm. Avstândspackningarna 4, 5 var framställda av syntetiskt gummi.

Elektrolysören matades med natriumkloridlösning (300 g/liter NaCl) 2 med en hastighet av 5 liter per timme och en strömstyrka av 500 ampëre (motsvarande en strömtäthet av 3,5 ampëre/m2) bringades att

Claims (16)

449 375 15 passera genom elektrolysören. Elektrolysörens driftspänning var 4,0 volt. Framställd klorgas innehöll 91-93 viktprocent C12 och 6-8 viktprocent 02. Framställd natriumhydroxid innehöll 20 vikt- procent NaOH. Elektrolysören drevs vid ett strömutbyte av 83%. Patentkrav

1. Monopolär elektrolysör av filterpresstyp, vilken lämpar sig för elektrolys av vattenhaltig alkalimetallhalogenidlösning för framställning av vattenhaltig alkalimetallhydroxidlösning, halo- gen och väte och vilken omfattar ett flertal staplade cellmoduler med vertikalt anordnade staplade böjliga elektroder och avstånds- plattor med väsentligen samma form, varvid varje cellmodul omfat- tar en anodplatta (1, 38, 42) med en central anoddel (14) av ano- diskt oxidfilmbildande metall med en katalytiskt aktiv beläggning, en katodplatta (2, 39, 43) med en central metallisk katoddel (22), ett mellan anod- och katodplattan placerat membran (3, 40, 44) med en central katjonaktiv permselektiv membrandel och en avstândsplat- ta (4, 41)_av icke-ledande material placerad mellan membranet och anodplattan resp. en (5, 45) placerad mellan membranet och katod- plattan och vardera försedd med en central öppning svarande mot anod-, katod- och membrandelen, varvid utrymmet mellan anoddelen (14) och membrandelen (3, 40, 44) bildar en anolytavdelning och utrymmet mellan katoddelen (22) och membrandelen (3, 40, 44) bil- dar en katolytavdelning, k ä n n e t e c k n a d av att plattor- na på ömse sidor om sina centrala delar är utformade som ramdelar (16, 18, 6, 7; 24, 26, 8,9; 4, 5, 41, 45), som på vardera sidan avgränsar två öppningar, vilka är likadant utformade i de olika plattorna och vilka tillsammans bildar fyra längsgående, från var- andra skilda avdelningar (10, 11, 12, 13), som parvis ligger intill anolyt- och katolytavdelningarna, varvid de nedtill liggande första '(10) och fjärde (13) avdelningarna bildar inlopp för alkalimetall- halogenidlösning resp. vatten och alkaliskt vatten och de upptill liggande andra (11) och tredje (12) avdelningarna bildar utlopp för alkalimetallhalogenidlösning och halogen resp. alkalimetallhydroxid- lösning och väte, varvid avstândsplattorna är försedda med spår för förbindning av den första och den andra avdelningen med anolytav- delningarna och för förbindning avden tredje och den fjärde avdelningen med 449 375 16 katolytavdelningarna, varvid rardelarna är gjorda av sådana material att den första och den andra avdelningen är elektriskt isolerade från den tredje och den fjärde avdelningen.

2. Elektrolysör enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att ramdelarna avgränsar tvâ ovanför varandra liggande öppningar på vardera sidan om plattornas centrala delar.

3. Elektrolysör enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k,n a d av att de öppningar (17, 19) i anodplattan, vilka i cellen bildar en del av avdelningen (10) för inlopp av alkalimetallhalogenidlös- ning och en del av avdelningen (11) för utlopp av alkalimetallha- logenidlösning och halogen, avgränsas av metallramdelar (16, 18) av samma anodiskt oxidfilmbildande metall, som den i anodplattans anoddel, och attpe öppningar (20, 21) i anodplattan, vilka i cel- len bildar en del av avdelningen (13) för inlopp av vatten eller alkaliskt vatten och en del av avdelningen (12) för utlopp av al- kalimetallhydroxidlösning och väte avgränsas av ramdelar (6, 7) av ett icke-ledande material.

4. Elektrolysör enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d av att anoddelen och öppningarna avgränsade av metallramdelarna är fram- ställda från en enda anodiskt oxidfilmbildande metallplåt.

5. Elektrolysör enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d av att pden anodiskt oxidfilmbildande metallan är titan.

6. Elektrolysör enligt något av kraven 1-5, k ä n n e t e c k - n a d av att de öppningar (25, 27) i katodplattan, vilka i cellen bildar en del av avdelningen (13) för inlopp av vatten eller alka- liskt vatten och en del av delningen (12) för utlopp av alkalime- tallhydroxidlösning och väte, avgränsas av metallramdelar (24, 26) av samma metall, som den i katoddelen på katodplattan, och att de öppningar (20, 29) i katodplattan, vilka i cellen bildar en del _av avdelningen (10) för inlopp av alkalimetallhalogenidlösning och en del av avdelningen (11) för utlopp av alkalimetallhalogenid- lösning och halogen, är avgränsade av ramdelar (8, 9) av icke-le- dande material.

7. Elektrolysör enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a d av att katoddelen och öppningarna avgränsade av metallramdelar är fram- ställda av en enda metallplåt. ”i 17 449- 375

8. Elektrolysör enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a d av att metallen är mjukt kolstål.

9. Elektrolysör enligt något av kraven 1-8, k ä n n e t e c k - n a d av att avståndsplattorna är framställda av polyvinyliden- fluorid eller polypropen.

10. Elektrolysör enligt något av kraven 1-9, k ä n n e t e c k - n a d av att den omfattar tätningar eller packningar av elastomert material, vilka till total storlek och form motsvarar avstândsplat- torna.

11. Elektrolysör enligt något av kraven 1-9, k ä n n e t e c k - n a d av att varje avståndsplatta är gjord av ett elastomert ma- terial och tjänar såsom en kombinerad avståndsplatta och tätning eller packning och att spåren i plattorna är bildade av en fjäder- anordning (32, 33, 36, 37) införlivad med avståndsplattorna och omfattande ett pressgods gjort av anod- eller katodmaterial eller av ett flexibelt polymert press- eller formgods.

12. Elektrolysör enligt något av kraven 1-11, k ä n n e t e c k - -n a d av att enkla anodplattor alternerar med enkla katodplattor, varvid membran är inlagda mellan på varandra följande anodplattor och katodplattor.

13. Elektrolysör enligt något av kraven 1-11, k ä n n e t e c k - n a d av att par av anodplattor alternerar med par av katodplat- tor, med membran inlagda mellan på varandra följande par av anod- plattor och katodplattor.

14. Elektrolysör enligt något av kraven 1-13, k ä n n e t e c k - n a d av att varje anoddel och varje katoddel har ett mått i rikt- ning för strömflödet, vilket är i området 15-60 cm.

15. Elektrolysör enligt krav 12 eller 14, k ä n n e t e c k - n a d av att varje anoddel och varje katoddel har ett mått i om- rådet 15-25 cm.

16. Elektrolysör enligt krav 13 eller 14, k ä n n e t e c k - n a d av att varje par av anoddelar och par av katoddelar har ett mått i riktning av strömflödet, vilket är inom området 30-50 cm.