BR112017022345B1 - Conjunto de eletrodos, uso de estrutura de eletrodos, eletrolisadores, processo para a eletrólise de um haleto de metal alcalino e método para renovar um conjunto de eletrodos - Google Patents

Abstract

CONJUNTO DE ELETRODOS, ESTRUTURAS DE ELETRODOS E ELETROLISADORES. A presente invenção se refere a um conjunto de eletrodos, a estruturas de eletrodo e a um eletrolisador que usa os ditos conjuntos/estruturas, e, em particular, fornece um conjunto de eletrodos que compreende uma estrutura de anodo e uma estrutura de catodo, cada uma dentre a dita estrutura de anodo e a estrutura de catodo compreendendo i) um flange que pode interagir com um flange sobre uma outra estrutura de eletrodo para segurar um separador entre os dois, ii) um compartimento de eletrólise que contém um eletrodo, e que em uso contém um líquido a ser eletrolisado, iii)uma entrada para o líquido a ser eletrolisado e iv) um coletor de saída para os gases emitidos e líquido gasto, em que o coletor de saída em uma dentre a estrutura de anodo e a estrutura de catodo é um coletor de saída externo e o coletor de saída na outra dentre a estrutura de anodo e a estrutura de catodo é um coletor de saída interno, bem como aos eletrolisadores que compreendem uma pluralidade de tais conjuntos de eletrodos.

Description

A presente invenção se refere a um conjunto de eletrodos, estruturas de eletrodos e a um eletrolisador que usa os ditos conjuntos/estruturas, em particular, mas não exclusivamente, para uso na eletrólise de cloretos de metais alcalinos.

Os eletrolisadores bipolares são conhecidos na técnica, por exemplo, como descrito no documento GB 1581348 ou US 6761808.

Eletrolisadores bipolares para uso na eletrólise de soluções aquosas de cloreto de metal alcalino podem compreender um módulo de eletrodo que compreende um anodo que está adequadamente na forma de uma placa ou malha de um metal formador de filme, geralmente o titânio que transporta um revestimento eletrocataliticamente ativo, por exemplo, um óxido de metal do grupo de platina, e um cátodo que está adequadamente na forma de uma placa perfurada de metal ou de malha, geralmente níquel ou aço macio. O anodo e o cátodo são separados por um separador, tipicamente uma membrana, de modo a formar um módulo.

Em um eletrolisador modular comercial uma multiplicidade de tais módulos é colocada em sequência com o anodo de um módulo bipolar próximo e ligada eletricamente ao cátodo de um módulo bipolar adjacente.

Na operação de um eletrolisador do tipo bipolar, é vantajoso operar com uma distância tão pequena quanto possível entre o anodo e cátodo (o vão do catodo/anodo), a fim de manter as perdas ôhmicas e, portanto, a tensão das células em um mínimo.

Outro tipo de eletrolisador bipolar é um “eletrolisador tipo filtro prensa” assim chamado, por exemplo, como descrito no documento GB 1595183. Nestes eletrolisadores as unidades de eletrodos bipolares são formadas compreendendo uma estrutura de anodo e uma estrutura de catodo que estão eletricamente conectadas umas às outras. As unidades de eletrodos bipolares são então conectadas às unidades de eletrodos bipolares adjacentes através de um separador e meios de vedação entre os flanges nas unidades adjacentes, e as unidades são comprimidas em conjunto para formar um eletrolisador tipo filtro prensa.

O documento US 6761808 descreve uma estrutura de eletrodo que compreende um cadinho com uma reentrância côncava e um flange para suportar uma gaxeta capaz de vedar um separador entre a superfície de um anodo e um catodo. A reentrância côncava tem projeções que coincidem com as projeções sobre uma estrutura de eletrodo adjacente. Essas estruturas de eletrodo podem ser montadas em módulos de eletrólise ou unidades de eletrodos bipolares, e depois ainda coincididas para formar eletrolisadores modulares ou eletrolisadores de prensa de filtro.

As estruturas do anodo e do catodo em um eletrolisador bipolar compreendem entradas independentes para o líquido a ser eletrolisado e saídas para os gases emitidos. Como mostrado no documento US 6761808 as saídas podem ser fornecidas como coletores de saída em uma área sem eletrólise acima do compartimento de eletrólise na estrutura do eletrodo. Devido a eles serem fornecidos fora do compartimento da eletrólise na estrutura do eletrodo tais saídas podem ser chamadas de “coletores de saída externos”.

O documento CA892733 se refere a um aparelho de eletrólise. Neste documento, descreve-se a presença de coletores internos para ambas as zonas de anólito e católito que, respectivamente, se comunicam com coletores externos para cada conjunto de zonas. Os coletores de saída neste documento são, portanto, coletores internos, enquanto os coletores externos, conforme descrito, são coletores de coleta que coletam os produtos de vários coletores de saída.

O documento US 3463722 descreve um coletor externo afunilado que corre perpendicular às diferentes câmaras de eletrólise e coleta o produto de cada uma. Conforme mostrado nas Figuras 4 ou 12-16, cada célula possui um coletor de saída interno separado que se comunica com o coletor de coleta externo comum.

O documento US 2006/108215 descreve um reator eletroquímico de microcanais no qual os coletores internos são afunilados.

O documento US 2004/118677 descreve um eletrolisador tipo filtro prensa para eletrólise de água que possui um coletor interno afunilado.

Foi agora verificado que um conjunto de eletrodos melhorados pode ser obtido fornecendo um do anodo e catodo com um coletor de saída externo fornecendo, ao mesmo tempo, o outro com um coletor de saída interno.

Dessa forma, em um primeiro aspecto, a presente invenção fornece um conjunto de eletrodos que compreende uma estrutura de anodo e uma estrutura de catodo, cada uma dentre a dita estrutura de anodo e estrutura do catodo compreendendo i) um flange que pode interagir com um flange sobre uma outra estrutura de eletrodo para segurar um separador entre os dois, ii) um compartimento de eletrólise que contém um eletrodo, e que em uso contém um líquido a ser eletrolisado, iii) uma entrada para o líquido a ser eletrolisado e iv) um coletor de saída para os gases emitidos e líquido gasto, em que o coletor de saída em uma dentre a estrutura de anodo e a estrutura de catodo é um coletor de saída externo e o coletor de saída na outra dentre uma estrutura de anodo e uma estrutura de catodo é um coletor de saída interno.

O primeiro aspecto da presente invenção se refere a um conjunto de eletrodos que compreende uma estrutura de anodo e uma estrutura de catodo. Como usado na presente invenção, o termo “conjunto de eletrodo” significa um conjunto de uma única estrutura de anodo e uma única estrutura de catodo. O termo "conjunto de eletrodo" engloba tanto as unidades de eletrodos bipolares como os módulos de eletrodo dependendo de como o anodo e o catodo estão conectados.

Para ajudar na compreensão de tais estruturas e da presente invenção geralmente as seguintes definições adicionais se aplicam aqui:

"Unidade de eletrodo bipolar" é um conjunto de eletrodos que compreende uma estrutura de anodo e uma estrutura de catodo que estão conectadas eletricamente umas às outras. As unidades de eletrodos bipolares podem ser conectadas às unidades de eletrodos bipolares adjacentes através de um separador e meios de vedação entre os flanges nas unidades adjacentes para formar um eletrolisador tipo filtro prensa.

"Módulo de eletrodo" é um conjunto de eletrodos que compreende uma estrutura de anodo e uma estrutura de catodo que são separadas por um separador entre os respectivos flanges. O módulo de eletrodo é fornecido com um meio de vedação para se obter uma vedação hermética a gás e líquido entre o separador e os respectivos flanges. Os módulos de eletrodo podem ser conectados eletricamente aos módulos de eletrodo adjacentes para formar um eletrolisador modular.

“Estrutura de eletrodo” significa uma única estrutura de catodo ou uma única estrutura de anodo. Como definido aqui cada estrutura de eletrodo compreende um flange, um compartimento de eletrólise, uma entrada e um coletor de saída.

"Eletrólise", quando usada por si só, significa um eletrolisador tipo filtro prensa ou um eletrolisador modular.

“Coletor de coleta de eletrolisador” é um volume que coleta os gases emitidos durante a eletrólise a partir das saídas de vários coletores de saída, e os transfere para processamento adicional. Um eletrolisador pode ter um único coletor de coleta de eletrolisador ou múltiplos coletores de coleta de eletrolisador, mas há sempre significativamente menos coletores de coleta de eletrolisador do que estruturas de eletrodo.

“Coletor de alimentação de eletrolisador” é um volume que alimenta o líquido a ser eletrolisado para as entradas de múltiplas estruturas de eletrodos, como para as entradas de múltiplos coletores de entrada quando presentes. Um eletrolisador pode ter um único coletor de alimentação de eletrolisador ou múltiplos coletores de alimentação de eletrolisador, mas há sempre significativamente menos coletores de alimentação de eletrolisador do que estruturas de eletrodo.

“Compartimento de eletrólise” é um volume no interior da estrutura de eletrodo que contém um eletrodo e que em uso contém um líquido a ser eletrolisado.

“Eletrodo”, quando utilizado por si só, se refere à placa ou malha eletrocondutora encontrada no compartimento de eletrólise de uma estrutura de eletrodo. O mesmo se aplica aos termos "anodo" e "catodo" quando usados por si sós.

"Coletor de saída externo" significa um volume de saída pelo qual os gases são emitidos durante a saída de eletrólise da estrutura de eletrodo e que é fornecido na estrutura de eletrodo fora do compartimento de eletrólise.

“Eletrolisador tipo filtro prensa” significa uma pluralidade de unidades de eletrodos bipolares conectados, unidades de eletrodos bipolares adjacentes sendo conectadas através de um separador e meios de vedação entre os flanges sobre as unidades adjacentes.

"Entrada", como usado na presente invenção, se refere à entrada pela qual o líquido a ser eletrolisado entra em uma estrutura de eletrodo. Cada estrutura de eletrodo terá pelo menos uma entrada. Cada estrutura de eletrodo terá pelo menos uma entrada. As entradas preferenciais são na forma de "coletores de entrada". As entradas de múltiplas estruturas de eletrodo do mesmo tipo (anodo ou catodo) podem ser alimentadas em uso a partir de um coletor de alimentação de eletrolisador comum.

“Coletor de entrada”, como usado na presente invenção, significa um volume de entrada que faz parte de uma estrutura de eletrodo individual, através da qual o líquido a ser eletrolisado entra no compartimento de eletrólise da estrutura de eletrodo. O coletor de entrada é geralmente um volume estendido que está alinhado paralelamente ao longo do eixo horizontal da estrutura de eletrodo. As entradas dos coletores de entrada de múltiplas estruturas de eletrodo do mesmo tipo (anodo ou catodo) podem ser alimentadas em uso a partir de um coletor de alimentação de eletrolisador comum.

"Coletor de saída interno" significa um volume de saída pelo qual os gases são emitidos durante a saída de eletrólise da estrutura de eletrodo e que é fornecido na estrutura de eletrodo dentro do compartimento de eletrólise. “Eletrolisador modular” significa uma pluralidade de módulos de eletrodos conectados.

“Coletor de saída”, como usado na presente invenção, significa um volume de saída que é fornecido em uma estrutura de eletrodo individual e através do qual os gases emitidos durante a eletrólise saem da estrutura de eletrodo. Cada estrutura de eletrodo em um eletrolisador terá um coletor de saída. O coletor de saída de uma estrutura de eletrodo em particular pode ser interno ou externo.

"Renovação", como usado na presente invenção, se refere ao reparo, recobrimento e/ou substituição de todo ou parte de um eletrodo.

“Meios de vedação” são estruturas feitas a partir de substâncias quimicamente resistentes, isolantes, compressíveis, tais como gaxetas, destinadas a serem comprimidas entre um flange e um separador para se obter uma vedação hermética a gás e líquidos.

“Separador” é usado para se referir aos meios que ficam entre o anodo em uma estrutura de anodo e de catodo em uma estrutura de catodo adjacente, ao mesmo tempo fornecendo separação de fluidos entre os respectivos compartimentos de eletrólise de ditas estruturas de anodo e catodo. O separador é, de preferência, uma membrana eletrocondutiva, como uma membrana de troca iônica.

Cada estrutura de eletrodo compreende um flange que pode interagir com um flange de uma outra estrutura de eletrodo para segurar um separador entre os dois. Geralmente, o flange suporta uma gaxeta que é capaz de vedar o separador entre um anodo e um catodo adjacente em um módulo de eletrodo ou entre unidades de eletrodos bipolares em um eletrolisador de filtro prensa.

Embora as características específicas mais preferenciais e vantajosas da presente invenção sejam descritas mais abaixo, diferentes dos requisitos sobre os respectivos coletores na presente invenção, as estruturas do eletrodo são, de preferência, amplamente, tal como definidas no documento US 6.761.808.

Conforme descrito no documento US 6761808, essa estrutura permite o uso de vãos de anodo/catodo muito pequenos ou mesmo nulos, sem danos ao separador, e minimiza a resistência elétrica, usando um comprimento de trajeto de transporte de corrente perpendicular curto entre os eletrodos e materiais de baixa resistência para quase todo o comprimento de trajeto de transporte de corrente perpendicular e que fornece uma excelente distribuição de corrente em toda a área do eletrodo. A estrutura de eletrodo permite tanto o fluxo horizontal como vertical de licores no mesmo ajudando a circulação e a mistura da mesma e melhorou a rigidez e resistência, que permite que uma tolerância mais próxima seja obtida na construção celular, e também é de construção simples e fácil de fabricar.

Por exemplo, cada estrutura de eletrodo compreende, de preferência, um cadinho com uma reentrância côncava, em que o flange está em torno da periferia do recipiente, e um eletrodo está espaçado do cadinho.

Cada estrutura de eletrodo compreende um compartimento de eletrólise, que é um volume no interior da estrutura de eletrodo que contém um eletrodo e que em uso contém um líquido a ser eletrolisado. No uso de uma estrutura de eletrodo que compreende um cadinho com uma reentrância côncava em que o flange está em torno da periferia do recipiente, o compartimento da eletrólise é o volume formado por um cadinho de um lado, e por um separador preso entre o eletrodo e um eletrodo adjacente por outro lado. Em particular, o flange pode suportar uma gaxeta capaz de vedar o separador entre o anodo de uma estrutura do anodo e do catodo de uma estrutura de catodo de tal forma que o anodo é substancialmente paralelo a, e voltado para, mas fica afastado do catodo pelo separador e as estruturas de eletrodo são hermeticamente vedadas ao separador no flange.

As gaxetas para vedar o separador entre os flanges são geralmente conhecidas na técnica. Eles podem ser diferentes nas estruturas de anodo e catodo, mas tipicamente são feitos de um material adequado com resistência química apropriada e propriedades físicas, como uma resina de EPDM plastificado. Quando um material não tem uma combinação adequada de resistência química e propriedades físicas, uma gaxeta feita de um material tendo propriedades físicas adequadas pode ser fornecida com um revestimento quimicamente resistente, por exemplo, feito de PTFE, na sua borda interna.

A gaxeta pode estar na forma de uma estrutura, de preferência, contínua, de modo que, quando duas gaxetas estão dispostas de qualquer lado de um separador e uma carga é aplicada sobre a mesma via as pastilhas, a vedação hermética do módulo é efetuada. A gaxeta pode conter orifícios para acomodar parafusos de vedação.

O separador é, de preferência, uma membrana de troca iônica substancialmente impermeável a eletrólito. No entanto, não excluímos a possibilidade de que seja um diafragma permeável a eletrólito poroso. As membranas permeáveis a íons para a produção de cloro/álcali são bem conhecidas na técnica. A membrana é, de preferência, um material polimérico contendo flúor contendo grupos aniônicos. De preferência, é um polímero contendo grupo aniônico contendo todas as ligações F-C e nenhuma C-H. Como exemplos de grupos de ânions apropriados podem ser mencionados-PO32-, -PO22-, ou de preferência, -SO3- ou -COO-.

A membrana pode estar presente como um filme de monocamada ou múltiplas camadas. Ela pode ser reforçada ao ser laminada com, ou revestida em um pano de tecido ou folha microporosa. Além disso, ela pode ser revestida em um ou em ambos os lados com um revestimento particulado quimicamente resistente para melhorar o umedecimento e a liberação de gás.

Quando uma membrana tendo um revestimento de superfície é utilizada em aplicações de cloro álcali o revestimento de superfície é tipicamente formado de um óxido de metal inerte ao ambiente químico, por exemplo, zircônia.

As membranas apropriadas para as aplicações de cloro álcali são vendidas, por exemplo, sob os nomes comerciais de "Nafion" por The Chemours Company LLC (uma subsidiária de E I Du Pont de Nemours and Company), "Flemion" por Asahi Glass Co. Ltd. e "Aciplex" por Asahi Kasei Co. Ltd.

O eletrodo é uma placa ou malha eletrocondutora formada ou perfurada. Na operação a eletrólise é realizada sobre o eletrodo. De preferência, o eletrodo é revestido com um revestimento eletrocatalítico para facilitar a eletrólise em tensões mais baixas. Os eletrodos podem ser anodos ou catodos dependendo se a reação eletroquímica que eles estão promovendo é oxidante ou redutora.

A reentrância côncava pode ter projeções que permitem que uma estrutura de eletrodo coincida com uma estrutura de eletrodo adjacente. As projeções na reentrância côncava são, de preferência, espaçadas umas das outras em uma primeira direção e em uma direção transversal à primeira direção.

A reentrância e as projeções preferenciais na presente invenção são, em geral, tal como definidas no documento US 6761808. Por exemplo, de preferência, a reentrância côncava de uma dentre a estrutura de anodo e a estrutura de catodo é fornecida com uma pluralidade de projeções que se projetam para fora e a outra dentre a estrutura de anodo e a estrutura de catodo é fornecida com uma pluralidade de projeções que se projetam para dentro, as projeções sendo tais que as projeções que se projetam para fora podem coincidir com as projeções que se projetam para dentro em uma estrutura de eletrodo adjacente ou módulo de eletrodo em um eletrolisador modular. (“Para o interior” como usado neste contexto, se refere a projeções que se projetam da reentrância para o compartimento de eletrólise, enquanto que "para fora" se refere a projeções que se projetam da reentrância para fora do compartimento de eletrólise).

De preferência, a estrutura de catodo compreende uma reentrância côncava dotada de uma pluralidade de projeções que se projetam para fora e a estrutura de anodo compreende uma reentrância côncava dotada de uma pluralidade de projeções que se projetam para dentro.

As projeções na reentrância côncava são, de preferência, espaçadas umas das outras em uma primeira direção e em uma direção transversal à primeira direção. Com mais preferência, as projeções estão separadas simetricamente. Por exemplo, elas podem ser espaçadas entre si por uma distância igual em uma primeira direção, e espaçadas por uma distância igual, que pode ser a mesma, em uma direção transversal, por exemplo, substancialmente em ângulos retos, à primeira direção. De preferência, o espaçamento das projeções é o mesmo em ambas as direções.

De preferência, cada projeção em uma reentrância côncava é conectada eletrocondutivamente a um elemento eletricamente condutor de tal modo que as projeções fornecem muitos pontos de alimentação de corrente, portanto, melhorando a distribuição de corrente através do cadinho, levando a uma tensão mais baixa, consumo de energia mais baixo e vidas de revestimento de eletrodo e de separador mais longas.

As projeções na reentrância côncava podem ter uma variedade de formas, por exemplo, redoma, tigela, cônica ou tronco-cônica. A forma preferencial da presente invenção é a forma de tronco-esférica. Tais projeções são fáceis de fabricar, fornecendo resistência melhorada à pressão.

Na presente invenção há tipicamente de cerca de 20-200, de preferência, 60-120, projeções/metro quadrado na reentrância côncava do cadinho da estrutura de eletrodo.

A altura das projeções do plano da base da reentrância côncava pode, por exemplo, estar na faixa de 0,5-8 cm, de preferência 1-4 cm, dependendo da profundidade do cadinho. A distância entre as projeções adjacentes no prato com reentrância pode, por exemplo, ser de 1-30 cm de centro a centro, de preferência, de 5-20 cm. As dimensões da estrutura de eletrodo na direção do fluxo de corrente estão, de preferência, na faixa de 1-6 cm, tal como medido a partir do eletrodo em relação ao plano da base da reentrância côncava, a fim de fornecer trajetos de corrente curtos que asseguram quedas de baixa tensão na estrutura de eletrodo sem uso de dispositivos de transporte de corrente elaborados.

A entrada para o líquido, de acordo com a presente invenção, pode ser qualquer entrada adequada, por exemplo, um ou mais tubos. Ela geralmente reside na parte inferior da estrutura de eletrodo. Por exemplo, ela pode ser fornecida no fundo da estrutura de eletrodo que se estende longitudinalmente ao longo da largura da estrutura de um lado do mesmo para o outro, para permitir que o líquido seja carregado ao mesmo. Quando o eletrolisador bipolar modular deve ser usado para a eletrólise de salmoura, a entrada permite que a porção cáustica seja carregada na estrutura de catodo e a salmoura seja carregada na estrutura de anodo. As portas podem ser espaçadas ao longo do comprimento de uma entrada para melhorar a distribuição da alimentação de líquido através da largura da estrutura de eletrodo. O número de portas para qualquer aplicação particular pode ser facilmente calculado pelo versado na técnica.

Os gases emitidos são descarregados a partir das estruturas do eletrodo através de um coletor de saída. Embora os coletores de saída sejam aqui definidos em relação aos gases emitidos durante a eletrólise, o licor/líquido gasto é geralmente também descarregado através do coletor de saída com os gases emitidos. No coletor de saída a separação de gás/líquido ocorre de modo que o gás e o líquido possam ser recuperados separadamente. As correntes de gás e líquido deixam o coletor de saída através de uma ou mais portas de saída, de preferência, uma porta de saída, com mais preferência, dispostas em uma das suas extremidades.

As correntes de gás e líquido geralmente saem do coletor de saída para um coletor de coleta de eletrolisador, que as transfere para processamento adicional. As saídas dos coletores de saída das múltiplas estruturas de eletrodos do mesmo tipo (anodo ou catodo) são geralmente unidas em uso com um coletor de coleta de eletrólise comum. Um eletrolisador pode ter um único coletor de coleta de eletrolisador ou múltiplos coletores de coleta de eletrolisador, mas há sempre significativamente menos coletores de coleta de eletrolisador do que estruturas de eletrodo. Para evitar dúvidas, como aqui definido, um coletor de saída é uma característica distinta e separada a partir de um coletor de coleta de eletrolisador, nomeadamente devido a cada estrutura de eletrodo compreender um coletor de saída individual, ao passo que um único coletor de coleta de eletrolisador coleta gases de múltiplas estruturas de eletrodos. Outro ponto de distinção que surge é a orientação de coletores de saída e coletores de coleta.

Em particular, cada coletor de saída de acordo com a presente invenção é geralmente um volume estendido, que está alinhado paralelamente com o eixo horizontal longo da estrutura de eletrodo. Isso permite que o coletor da saída se comunique com (e, assim, remova o gás emitido e o líquido gasto) em vários pontos ao longo do comprimento da estrutura de eletrodo, o que fornece uma remoção mais eficiente.

Em contraste, um coletor de coleta de eletrolisador é geralmente alinhado em uma direção perpendicular ao eixo horizontal longo das estruturas de eletrodo individuais, porque o seu objetivo consiste em coletar o gás liberado (e o líquido) de múltiplos coletores de saída a partir de múltiplas estruturas de eletrodos.

Na presente invenção, o coletor de saída em uma dentre a estrutura de anodo e a estrutura de catodo é um coletor de saída externo e o coletor de saída na outra dentre uma estrutura de anodo e uma estrutura de catodo é um coletor de saída interno.

Para evitar dúvidas, enquanto um conjunto de eletrodo como reivindicado compreende tanto uma estrutura de eletrodo com um coletor de saída externo como uma estrutura de eletrodo com um coletor de saída interno, as estruturas de eletrodo individuais compreendem, de preferência, apenas um coletor de saída interno como aqui definido ou apenas um coletor de saída externo como definido, mas não ambos os coletores de saída interno e externo no mesmo eletrodo.

Na presente invenção, o "coletor de saída interno" se refere a um volume de saída fornecido na estrutura de eletrodo dentro do compartimento de eletrólise. Os coletores de saída internos são geralmente menos onerosos para fabricar porque eles precisam de menos metal. Além disso, as estruturas de eletrodos com coletores de saída internos têm a vantagem de uma pressão nominal mais elevada, e a operação a pressão mais elevada permite uma tensão mais baixa. O coletor de saída interno está, de preferência, localizado no topo ou perto do topo do compartimento de eletrólise. De preferência, o topo do coletor de saída interno reside abaixo do nível superior do flange sobre a estrutura de eletrodo.

O coletor de saída interna geralmente se comunica com a área de eletrólise através de uma ou mais aberturas ou fendas de saída. De preferência, durante a eletrólise a mistura de gás/líquido obtida através da eletrólise flui para cima através do compartimento de eletrólise e, em seguida, derrama-se horizontalmente a partir do topo da área da eletrólise para o coletor de saída interno através de uma ou mais aberturas ou fendas de saída formadas entre o topo da parede do coletor de saída e o topo do compartimento de eletrólise.

A mistura de gás/líquido separa-se rapidamente no coletor de saída interno, que de preferência se estende ao longo de substancialmente toda a largura da estrutura de eletrodo.

O coletor de saída interno tem, de preferência, uma forma de seção transversal geralmente retangular. A altura e largura das aberturas ou fendas de saída e a área da seção transversal do coletor de saída podem ser escolhidas à luz, INTER ALIA, da densidade da corrente, área do eletrodo e temperatura de tal modo que se encaixa dentro da profundidade do compartimento de eletrólise, fornecendo espaço suficiente para licores e gases para circularem livremente no mesmo, embora permitindo espaço suficiente no próprio coletor para assegurar que o fluxo de gás/líquido horizontal estratificado ao longo do coletor, de preferência, com uma interface suave, seja mantido.

O coletor de saída interno pode ter uma ou mais dimensões discretas de profundidade, dependendo da sua forma. Tipicamente, a profundidade máxima do coletor de saída interno é entre 30 %-85 % da profundidade do compartimento de eletrólise, com mais preferência, entre 50 %-70 % da profundidade do compartimento de eletrólise. A altura do coletor de saída interno é especificada de modo a atingir a área de seção transversal necessária sujeita à forma e à profundidade do coletor de saída. (“Profundidade”, como utilizado neste contexto, é medida ao longo de um eixo que é perpendicular ao plano da parede posterior do cadinho do eletrodo, enquanto que “altura” é medida ao longo de um eixo no plano da parede posterior do cadinho do eletrodo que é vertical, quando o cadinho está em operação. (a terceira dimensão é a “largura” e é medida ao longo de um eixo no plano da parede posterior do cadinho de eletrodo que é horizontal quando o cadinho é medido em operação.))

As aberturas ou fendas de saída são projetadas para assegurar que a fase de gás é dispersa como bolhas em uma fase líquida contínua no compartimento de eletrólise e através das fendas de saída, sem desprendimento ou impacto de gás prematuro. A altura da fenda de saída é tipicamente de 2-20 mm, de preferência, de 5-10 mm. Quando mais de uma fenda de saída é fornecida, elas são de preferência dispersas uniformemente em toda a largura do compartimento de eletrólise. De preferência, o comprimento total da fenda ou fendas de saída é maior que 70 % da largura do compartimento de eletrólise, com mais preferência, maior que 90 %. Com máxima preferência, uma única fenda de saída é fornecida estendendo toda a largura (100 %) do compartimento de eletrólise. O coletor de saída interno se comunica, de preferência, com a tubagem externa através de um único orifício.

O uso de um coletor de saída externo sobre um dos eletrodos tem a vantagem de que a região superior do compartimento de eletrólise pode ser mantida “cheia de líquido” e, portanto, o dano ao separador causado pela formação de um espaço de gás adjacente ao separador na região superior do compartimento de eletrólise é reduzido, e frequentemente eliminado.

Além disso, devido aos respectivos gases não se acumularem no topo do compartimento de eletrólise em ambos os lados do separador a invenção elimina qualquer risco de gás a partir de um escorrimento lateral para o outro. Por exemplo, com hidrogênio e cloro isso pode levar ao risco de formar uma mistura explosiva dos dois. (Tipicamente, como resultado da migração de hidrogênio porque o lado do hidrogênio do separador é geralmente executado a uma pressão ligeiramente superior à do lado do cloro).

Na presente invenção “coletor de saída externo” se refere a um volume de saída que é fornecido na estrutura de eletrodo fora do compartimento de eletrólise. De preferência, o fundo do coletor de saída externo reside acima do nível superior do compartimento de eletrólise.

Em geral, no coletor de saída externo a mistura de gás/líquido flui para cima a partir da área de eletrólise através de uma ou mais aberturas ou fendas de saídas no topo do compartimento de eletrólise e para dentro do coletor de saída externo. Um nível superficial de fluido pode ser mantido no coletor da saída externa. Em uma modalidade preferencial, o coletor da saída externo é fornecido ao longo de substancialmente toda a largura da estrutura de eletrodo. As uma ou mais fendas de saída corre, de preferência, ao longo essencialmente da mesma largura que o coletor de saída externo.

A profundidade das fendas de saída será escolhida à luz, INTER ALIA, da área de eletrodo de densidade de corrente e temperatura, de modo que a fase gasosa seja dispersa como bolhas em uma fase líquida contínua. A profundidade da fenda de saída é tipicamente cerca de 5-70 %, de preferência, cerca de 10-50 %, da profundidade da estrutura de compartimento de eletrólise, ou seja, a distância entre o plano que passa pelo fundo da reentrância côncava e do separador, quando presente.

A mistura de gás/líquido separa-se rapidamente no coletor de saída externo, que se estende ao longo de substancialmente toda a largura da estrutura de eletrodo.

O coletor de saída tem, de preferência, uma forma de seção transversal geralmente retangular. A área da seção transversal do coletor de saída pode ser escolhida à luz da, INTER ALIA, densidade de corrente, área do eletrodo e temperatura de tal modo que o fluxo de gás/líquido horizontal estratificado ao longo do coletor, de preferência, com uma interface suave é mantida.

Foi agora verificado, contudo, que uma estrutura de eletrodo melhorada com um coletor de saída externo pode ser obtida se a razão VE/(AE x LE) for menor que 1, em que VE é o volume interno do coletor de saída externo em cm3, a AE é a área de seção transversal interna na extremidade de saída do coletor, LE é o comprimento interno.

Como usado na presente invenção, o comprimento, volume e área são determinados internamente no coletor externo. O comprimento interno é a distância de linha reta mínima interna da extremidade de saída para a extremidade oposta do coletor. Na presente invenção, o comprimento, a área da seção transversal e o volume devem ser determinados ignorando a presença de qualquer parte interna no coletor.

Em termos de volume, VE é definido como o volume total contido no interior da estrutura de eletrodo acima de um plano que corre horizontalmente ao longo do eixo na mesma direção que o comprimento do coletor e localizado no fundo da calha que canaliza gases e licores produzidos pelo eletrodo para a extremidade de saída.

Nos coletores convencionais com seção transversal constante ao longo do seu comprimento, por exemplo, retangular, então, VE/(AE x LE) é igual a 1. VE/(AE x LE) menos do que 1 pode ser obtido tendo um coletor, que tem uma seção transversal não constante ao longo do seu comprimento.

Com mais preferência, VE/(AE x LE) é menor que 0,95. Não há um limite inferior específico mas VE/(AE x LE) pode ser, geralmente, menor que 0,7, tal como tão baixo como 0,4. VE é tipicamente menor que 3100 cm3, tal como menor que 2800 cm3, por exemplo, 2300 cm3. AE é, de preferência, pelo menos, sete cm2 e, de preferência, pelo menos 15 cm2.

O comprimento do anodo LE é tipicamente maior que 50 cm e, de preferência, maior que 150 cm, tal como 230 cm. O volume, comprimento e área de seção transversal interna na extremidade de saída do coletor de saída interno VI, LI e AI) podem também ser tais que VI/(AI x LI) é menor que 1, por exemplo, menor que 0,75. Não há um limite inferior específico, mas VI/(AI x LI) pode ser, geralmente, menor que 0,55, tal como tão baixo como 0,35.

Em uma modalidade preferencial, a razão VE/(AE x LE) menor que 1 é obtida tornando o coletor de saída externo afunilado de modo que a sua área de seção transversal aumenta ao longo do seu comprimento na direção da extremidade de saída. No entanto, será evidente que outras opções, como coletor com reduções de passo em seção transversal também podem obter a relação necessária.

Por exemplo, um coletor afunilado pode utilizar menos de metal quando em comparação com um coletor de saída não afunilado. Uma outra vantagem do coletor de saída externo afunilado é que menos reforço é necessário por meio do aumento da espessura do metal ou por adição de suportes internos para torná-lo capaz de operar a pressões mais elevadas, portanto, reduzindo o custo de fabricação.

Uma outra vantagem particular da presente invenção, em que apenas um dentre o coletor de saída de anodo e o coletor de saída de catodo é um coletor de saída externo, é que há mais espaço acima de um módulo de eletrodo ou de uma unidade de eletrodo bipolar para o coletor de saída único que está presente, o que permite mais flexibilidade no projeto dos mesmos, e em particular na profundidade horizontal dos mesmos. (Para evitar dúvidas, “profundidade”, como utilizado neste contexto de coletor, para a consistência com o uso do termo para a estrutura de eletrodo, geralmente, é medida ao longo de um eixo que é perpendicular ao plano da parede posterior do cadinho de eletrodo). Isto permite melhorar ainda mais a separação a ser obtida no coletor.

Por exemplo, a profundidade do coletor de saída externo pode exceder a profundidade do compartimento de eletrólise da estrutura de eletrodo ao qual se encontra fixa. Como um exemplo particular, o coletor de saída externo da estrutura de eletrodo, que é chamado de coletor de saída externo pode ocupar espaço que está verticalmente acima da estrutura de eletrodo adjacente em um módulo de eletrodo, unidade de eletrodo bipolar, eletrolisador modular ou eletrolisador de filtro prensa.

Além disso, o uso de um coletor de saída interno reduz a espessura do metal necessária para tornar o eletrolisador capaz de funcionar a uma pressão elevada em comparação com a alternativa dos dois coletores externos porque o coletor interno não tem que ser resistente à pressão. Portanto, menos metal e metal mais fino podem ser utilizados para o coletor de saída interno.

Em uma modalidade preferencial particular, o coletor de saída na estrutura de anodo é um coletor de saída externo e o coletor de saída na estrutura de catodo é um coletor de saída interno. Isto é preferencial porque se verificou que o separador é mais propenso a danos causados pela formação de um espaço de gás adjacente ao separador no lado do anodo na região superior do compartimento de eletrólise, e também porque a separação de cloro formado a partir de salmoura gasta é mais problemática. Este é devido, por exemplo, a densidade, viscosidade e tensão superficial da mistura de gás cloro/salmoura líquida, e em particular a mistura de cloro e salmoura é mais propensa à formação de espuma.

O coletor de saída externo localizado acima do compartimento de eletrólise permite minimizar estes problemas porque a sua localização move a área de desprendimento de gás para longe do separador e também fornece uma maior flexibilidade para projetar a sua forma e tamanho para melhorar a separação.

Um ou ambos os coletores de saída podem compreender um ou mais membros transversais internos, e em particular os membros transversais podem estar localizados ao longo de todo ou parte do comprimento e fixos internamente aos lados do coletor. De preferência, os membros transversais são tiras que correm internamente, por exemplo, horizontalmente, ao longo do comprimento do(s) coletor(es) de saída, fixos aos lados do coletor(es). Os membros transversais podem ser fornecidos com orifícios através das tiras que se comunicam de cima para baixo.

Tais membros transversais podem ser fornecidos, por exemplo, para aumentar a taxa de pressão dos coletores. É preferencial que pelo menos o coletor de saída externo compreenda um ou mais desses membros transversais internos.

Verificou-se, porém, que os membros transversais também podem ajudar a melhorar a separação no coletor. Dessa forma, mesmo onde a melhora do nível de pressão não é necessária, tal como no coletor interno, o uso de membros transversais é vantajoso e é o preferencial.

Na estrutura de eletrodo preferencial compreendendo um cadinho com uma reentrância côncava (em que o flange está em torno da periferia do recipiente, e com um eletrodo espaçado do cadinho) os trajetos eletricamente condutores são formados entre a reentrância côncava e o eletrodo.

Em uma modalidade as colunas eletricamente condutoras (daqui em diante simplesmente “colunas”) podem conectar a reentrância côncava diretamente para o eletrodo.

Os trajetos eletricamente condutores são, de preferência, formados por meio de transportadores de corrente compreendendo uma porção central a partir da qual uma ou mais pernas se irradiam, e em que as extremidades das pernas (pés) dos transportadores de corrente estão ligadas eletricamente ao eletrodo.

Nas modalidades mais preferenciais os trajetos eletricamente condutores compreendem um ou mais transportadores de corrente compreendendo, cada um, uma porção central a partir da qual uma ou mais pernas se irradiam e onde as extremidades das pernas (pés) dos transportadores de corrente são conectadas eletricamente ao eletrodo e as porções centrais são conectadas eletricamente à reentrância côncava do cadinho. As porções centrais são, de preferência, conectadas eletricamente à reentrância côncava do cadinho por meio de colunas, ou seja, os trajetos eletricamente condutores são formados por meio de colunas das projeções da reentrância côncava para transportadores de corrente, cada um, compreendendo uma porção central a partir da qual uma ou mais pernas se irradiam e onde as extremidades das pernas (pés) dos transportadores de corrente estão conectadas eletricamente ao eletrodo. Mais uma vez uma tal configuração é geralmente como descrita no documento US 6761808.

Por exemplo, o transportador de corrente é, de preferência, um transportador de corrente com múltiplas pernas que compreende uma porção central a partir da qual múltiplas pernas se irradiam, e em que as extremidades das pernas (pés) dos transportadores de corrente estão conectadas eletricamente ao eletrodo, a seguir chamado por conveniência como uma "cruzeta". As conexões elétricas podem ser feitas sem utilizar uma coluna; por exemplo, no caso de uma estrutura de anodo, o ápice de cada projeção direcionada para dentro pode estar conectado eletricamente à placa do anodo por meio de um transportador de corrente. É preferencial o uso de colunas e transportadores de corrente.

A disposição das cruzetas aumenta o número e a distribuição de pontos de alimentação de corrente para a placa eletricamente condutora, melhorando assim a distribuição de corrente que conduz a uma menor tensão e o consumo de energia e uma vida mais longa dos separadores e revestimentos de eletrodos.

O comprimento das pernas e o número das mesmas nas cruzetas, onde uma cruzeta está presente, pode variar dentro de amplos limites. Tipicamente cada cruzeta contém entre 2 e 100 pernas, de preferência, entre 2 e 8 pernas. Tipicamente cada perna tem entre 1 mm e 200 mm de comprimento, de preferência, entre 5 mm e 100 mm de comprimento. O versado na técnica por experimento simples será capaz de determinar os comprimentos adequados e os números de pernas de cruzeta para qualquer aplicação particular.

Uma cruzeta pode ser flexível ou rígida. A forma e as propriedades mecânicas das cruzetas na estrutura de anodo podem ser as mesmas ou diferentes da forma e propriedades mecânicas das cruzetas na estrutura de catodo. Em uma modalidade preferencial, as pernas dos transportadores de corrente associadas com a estrutura de anodo podem ser mais curtas do que as pernas dos transportadores de corrente associadas com a estrutura de catodo, tais como 5-50 % mais curtas, de preferência, de 10-30 % mais curtas. Por exemplo, as cruzetas relativamente não elásticas que, com pernas curtas são frequentemente preferenciais na estrutura de anodo e as cruzetas relativamente elásticas com pernas longas são preferenciais na estrutura de catodo.

O uso de cruzetas carregadas por mola, pelo menos na placa do catodo, permite que as estruturas do eletrodo sejam carregadas por mola para obter operação de vão zero com pressão ótima para minimizar o risco de dano do separador/eletrodo. Por "vão zero", significa que não há substancialmente qualquer vão entre a placa eletrocondutora de cada estrutura de eletrodo e o separador adjacente, isto é, de modo que placas eletrocondutoras adjacente estejam em uso somente separadas pela espessura do separador.

O uso de uma tal configuração com colunas e transportadores de corrente também é vantajoso ao permitir que o eletrodo seja desconectado e substituído.

O transportador de corrente do anodo pode ser fabricado a partir de um metal de válvula ou uma liga do mesmo. Os “metais de válvula” são metais que permitem o crescimento de uma camada de óxido de passivação quando expostos ao ar. Os metais de válvula normalmente conhecidos, e os definidos pelo uso do termo aqui, são Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, W, Al e Bi. O transportador de corrente do anodo é, de preferência, fabricado a partir de titânio ou uma liga do mesmo.

O transportador de corrente de catodo pode ser fabricado a partir de materiais, tais como aço inoxidável, níquel ou cobre, em especial de níquel ou uma liga do mesmo.

Cada transportador de corrente é, de preferência, feito a partir do mesmo metal que a placa eletricamente condutora com a qual está em contato elétrico e, com mais preferência, cada coluna com a qual está em contato também é feita do mesmo metal.

A coluna em uma estrutura de anodo (“coluna de anodo”) pode também ser feita, portanto, de um metal de válvula e é, de preferência, feita de titânio ou uma liga do mesmo, enquanto a coluna em uma estrutura de catodo (“coluna de catodo”) pode ser feita de aço inoxidável, níquel ou cobre, especialmente níquel ou uma liga do mesmo. Em tal cenário, o comprimento do trajeto eletricamente condutor através da coluna de catodo é, de preferência, maior que o comprimento do trajeto eletricamente condutor através da coluna de anodo. De preferência, a razão entre o comprimento do trajeto eletricamente condutor através da coluna de catodo e o comprimento do trajeto eletricamente condutor através da coluna de anodo é de pelo menos 2:1, de preferência, pelo menos 4:1 e com mais preferência, de pelo menos 6:1. Isto é mais prontamente conseguido através do uso de uma estrutura de catodo que compreende uma reentrância côncava dotada de uma pluralidade de projeções que se projetam para fora enquanto a estrutura de anodo compreende uma reentrância côncava dotada de uma pluralidade de projeções que se projetam para dentro.

As colunas e a porção central dos transportadores de corrente podem ser de suporte de carga, e quando elas são de suporte de carga elas são, de preferência, alinhadas com os orifícios no eletrodo. Os pinos de suporte de carga eletricamente isolante podem ser fornecidos, dispostos nas extremidades dos transportadores de corrente/colunas adjacentes aos eletrodos.

As colunas e pinos correspondentes podem ser fornecidos em uma estrutura de eletrodo adjacente de modo que, quando conectados com um separador no meio, a carga é transmitida a partir de uma combinação de coluna/transportador de corrente/pino em um lado do separador, através do separador, para uma combinação de pino/transportador/coluna em outro lado do separador. A carga ajuda a manter uma boa conexão elétrica entre o cadinho sobre um lado do separador e o cadinho na estrutura de eletrodo adjacente, enquanto que os pinos isolantes transferem a carga através do separador sem causar danos mecânicos a ele. Uma vez que a eletrólise não ocorre nesses pontos, o separador não sofre qualquer dano por eletrólise. A configuração preferencial é mostrada nas Figuras 1-6, como discutido mais abaixo.

Os pinos isolantes podem ser feitos inteiramente de um material isolante ou podem ser feitos de um material condutor equipado com uma tampa ou acolchoamento isolante adjacente à membrana.

Tais acolchoamentos isolantes podem ser feitos de um material não condutor que é resistente ao ambiente químico dentro da célula, por exemplo, fluoropolímeros, tais como PTFE, FEP, PFA, polipropileno, CPVC e borrachas fluoroelastoméricas. Os acolchoamentos podem ser fornecidos em pinos de metal que estão localizados com o acolchoamento apresentado em direção ao separador.

Em particular, na estrutura de catodo os pinos isolantes de suporte de carga podem ser feitos de níquel equipado com tampas isolantes de fluoropolímero e na estrutura de anodo os pinos isolantes de suporte de carga podem ser feitos de titânio equipado com tampas isolantes de fluoropolímero.

Os transportadores de corrente são, de preferência, projetados de tal modo que em um módulo de eletrodo que compreende uma estrutura de anodo e uma estrutura de catodo montadas com meios de vedação e um separador, na área entre as linhas adjacentes e as colunas das reentrâncias, a distância máxima de qualquer ponto sobre o separador do pé mais próximo de um transportador de corrente fixo ao anodo ou do pé mais próximo de um transportador de corrente fixo ao catodo é de 50 mm ou menos, tal como 30 a 50 mm.

Em uma outra modalidade preferencial, as pernas ou pés dos transportadores de corrente em uma dentre a estrutura de anodo e a estrutura de catodo são resistentes, enquanto os transportadores de corrente sobre a outra dentre a estrutura de anodo e a estrutura de catodo são rígidos, de modo que quando uma estrutura de anodo e uma estrutura de catodo são separadas por um separador entre as duas estruturas, as pernas ou pés resilientes aplicam pressão a partir do eletrodo de uma estrutura por meio de um separador para o eletrodo do outro. De preferência, a pressão aplicada por um eletrodo para o outro (através do separador) é maior que 0 g/cm2 e menor que 400 g/cm2, tal como menor que 100 g/cm2, e com mais preferência, maior que 10 g/cm2 e/ou menor que 40 g/cm2.

A capacidade de fornecer baixos níveis de pressão resilientes usando pernas/pés é vantajosa porque permite que a pressão seja aplicada com o risco mínimo de danos para o separador.

De um modo geral, em uma estrutura de eletrodo particular o cadinho, o eletrodo, a entrada e as saídas para fluidos e os trajetos eletricamente condutores são feitos do mesmo material. Em uma estrutura de anodo o material é de preferência de titânio. Em uma estrutura de catodo o material é de preferência de níquel.

Qualquer uma ou ambas as estruturas de eletrodo podem ser equipadas com defletores, por exemplo, de modo a dividir a estrutura de eletrodo em duas zonas de fluxo de comunicação que se estendem verticalmente para cima o eletrolisador que facilita o aumento das taxas de circulação interna do licor através do emprego de sustentação hidrodinâmica.

Por exemplo, um ou mais defletores são, de preferência, fornecidos nas estruturas de anodo e de catodo para formar um primeiro canal entre um primeiro lado do defletor e da placa de eletrodo e um segundo canal entre o segundo lado do defletor e o prato com reentrância do cadinho, o primeiro e segundo canais em comunicação um com o outro, de preferência pelo menos no, ou adjacente ao, topo e fundo da estrutura de eletrodo. O primeiro canal fornece um tubo de ascensão para a salmoura cheio de gás para ascensão ao coletor de saída no topo da estrutura de eletrodo. O segundo canal fornece um conduto para a salmoura desgaseificada cair para o fundo da estrutura de eletrodo. Os defletores são, de preferência dispostos verticalmente. Os defletores utilizam o efeito de gas-lift do gás gerado para melhorar a circulação de licor e a mistura que produz determinadas vantagens.

A mistura melhorada nas estruturas de anodo e de catodo minimiza a concentração e os gradientes de temperatura dentro das estruturas, aumentando assim a vida útil do revestimento do anodo e da membrana. Em particular, na estrutura de anodo a mistura melhorada permite o uso de salmoura altamente ácida para obter baixos níveis de oxigênio em cloro sem o risco de danos para a membrana através de protonação. A melhora da mistura na estrutura de catodo permite a adição direta de água deionizada para manter a concentração do nível cáustico constante após o concentrado cáustico ser removido.

A provisão de uma placa defletora inclinada na região superior da estrutura de eletrodo aumenta adicionalmente a separação de gás/líquido acelerando o fluxo ascendente da mistura de gás/líquido da área da eletrólise aumentando assim a coalescência de bolhas de gás.

Os defletores são feitos de material que é resistente ao ambiente químico dentro da célula. Os defletores na estrutura de anodo podem ser feitos de um polímero fluorado ou de um metal apropriado, por exemplo, titânio ou uma liga do mesmo. Os defletores na estrutura de catodo podem ser feitos de um fluoropolímero ou um metal adequado, por exemplo, níquel.

Em uma modalidade preferencial, um ressalto pode ser fornecido nas colunas condutoras conectadas aos transportadores de corrente. Isto pode facilitar a instalação de defletores na estrutura de eletrodo, o que torna mais fácil a fabricação.

O conjunto de eletrodos de acordo com a presente invenção pode ser uma “unidade de eletrodo bipolar” ou um “módulo de eletrodo”, dependendo de como o anodo e catodo estão conectados.

Uma unidade de eletrodo bipolar compreende uma estrutura de anodo e uma estrutura de catodo que estão eletricamente ligadas umas às outras. De um modo preferencial, em particular, utilizando as estruturas de eletrodo preferenciais que compreendem um cadinho com uma reentrância côncava, o prato com reentrância do cadinho de anodo e o prato com reentrância do cadinho de catodo estão eletricamente unidos, de preferência, nos vértices das projeções.

A condutividade elétrica pode ser obtida através do uso de interconectores ou pelo contato íntimo entre as estruturas de eletrodo. A condutividade elétrica pode ser potencializada através do fornecimento de materiais que potencializam a condutividade ou de dispositivo que potencializam a condutividade na superfície externa dos cadinhos. Como exemplos de materiais que potencializam a condutividade podem ser mencionados, INTER ALIA, espumas de carbono condutor, lubrificantes condutores e revestimentos de um metal de elevada condutividade, por exemplo, prata ou ouro.

De preferência, a estrutura de anodo e a estrutura de catodo de uma unidade de eletrodo bipolar estão eletricamente conectadas por meio de soldagem, ligação por explosão, ou uma conexão de parafuso.

A presente invenção é ainda ilustrada por referência, mas não é de forma limitada, aos seguintes desenhos, nos quais: A FIG. 1 é uma seção transversal da parte do topo de uma unidade de eletrodo bipolar de acordo com a presente invenção; A FIG. 2 é uma seção transversal da parte do topo de um módulo de eletrodo de acordo com a presente invenção; As Figuras 3A e 3B mostram, respectivamente, os exemplos de “cruzetas” adequadas para uso nas estruturas de anodo e de catodo. As Figuras 4A e 4B mostram ampliações das estruturas preferenciais dos membros transversais nos coletores de saída externo e interno. A FIG. 5 é uma vista isométrica observando para uma estrutura de anodo de acordo com a presente invenção; A FIG. 6 é uma seção transversal da parte do fundo de uma unidade de eletrodo bipolar de acordo com a presente invenção; e Na Figura 1 é mostrada uma unidade de eletrodo bipolar, que compreende uma estrutura de anodo (10) e uma estrutura de catodo (30).

A estrutura de anodo (10) compreende um flange (11), e uma reentrância côncava (12) com uma projeção que se projeta para dentro (13), que forma um compartimento de eletrólise (14) contendo um anodo (15). A estrutura de anodo tem um coletor de saída externo (16). O anodo (15) está tipicamente na forma de uma placa perfurada.

A estrutura de catodo (30) compreende um flange (31), e uma reentrância côncava (32) com uma projeção que se projeta para fora (33), que forma um compartimento de eletrólise (34) contendo um catodo (35). A estrutura de catodo tem um coletor de saída interno (36). O anodo (35) está tipicamente na forma de uma placa perfurada.

A estrutura de anodo (10) está eletricamente conectada à estrutura de catodo (30) através de um dispositivo de potencialização de condutividade (50), disposto entre a projeção que se projeta para dentro (13) na estrutura de anodo (10) e a projeção que se projeta para fora (33) sobre a estrutura de catodo (30).

Na prática há múltiplas projeções que se projetam para dentro e para fora de cada estrutura de eletrodo, e múltiplos dispositivos que potencializam a condutividade de modo que quando as duas estruturas de eletrodo são pressionadas em conjunto, os dispositivos que potencializam a condutividade fornecem uma boa continuidade elétrica entre os picos das projeções de estrutura de catodo (33) e as projeções de estrutura de anodo (13). O dispositivo de potencialização de condutividade pode estar sob a forma de um dispositivo de abrasão ou (com mais preferência) um disco bimetálico. Quando a unidade de eletrodo bipolar é fornecida pré-montada para uso em uma prensa de filtro de eletrolisador bipolar, é possível que o dispositivo de potencialização de condutividade (50) seja omitido completamente e em vez disso a estrutura de anodo e de catodo é eletricamente e mecanicamente conectada entre si por soldagem, ligação por explosão, ou uma conexão de parafuso.

As estruturas do anodo e do catodo ainda compreendem colunas eletricamente condutoras (17, 37), que conectam as respectivas projeções (13, 33), acolchoamentos eletricamente isolantes (18, 38) e transportadores de corrente que estão, cada um, em uma forma que tem uma porção central da qual duas ou mais pernas irradiam (daqui em diante chamadas de “cruzetas”) (19, 39). As cruzetas (19, 39) estão montadas entre as respectivas colunas (17, 37) e os eletrodos respectivos (15, 35). No lugar das respectivas colunas (17, 37), os eletrodos (15, 35) são perfurados e os acolchoamentos (18, 38) são recebidos no interior dos furos e assentam sobre a base central das cruzetas (19, 39).

O fluxo de licor do compartimento de eletrólise de anodo (14) para o coletor de saída externo (16) ocorre através de uma fenda de saída na extremidade superior da estrutura de anodo (10), a fenda de saída estando localizada imediatamente acima do anodo (15).

O fluxo de licor do compartimento de eletrólise de catodo (34) para o coletor de saída interno (36) ocorre através de uma fenda no coletor de saída interno na região superior da estrutura de catodo (30). Na FIG. 2 é mostrado um módulo de eletrodo que compreende uma estrutura de anodo (10) e uma estrutura de catodo (30). As estruturas do anodo e do catodo são, em geral, tal como definidas para a Figura 1 e a mesma numeração é usada como para as características correspondentes já descritas para a Figura 1. No entanto, as respectivas estruturas do eletrodo estão, nesta Figura, unidas com o anodo (15) e o catodo (35) voltadas uma para a outra com uma membrana (51) no meio. Em particular, os flanges (11, 31) são fornecidos com flanges de suporte (20, 40) com orifícios para receber parafusos (não mostrados) para aparafusar a estrutura de anodo (10) e a estrutura de catodo (30) com duas gaxetas de vedação (52) e a membrana (51) para formar um módulo de acordo com a presente invenção. A membrana (51) passa para baixo através do módulo de eletrodo entre o anodo (15) e o catodo (35), que fornece uma separação de fluido entre os respectivos compartimentos de eletrólise (14, 34) das referidas estruturas do anodo e do catodo (10, 30).

A cruzeta (19) no compartimento de eletrólise de anodo (14) compreende uma seção central em forma de disco (21) que pode ser conectada à extremidade da coluna (17), por exemplo, por soldagem, fixação por parafuso ou conectores de encaixe por pressão, e um número de pernas (22) que irradiam a partir da seção central (21) e estão ligadas nas suas extremidades livres, por exemplo, por meio de soldagem, ao anodo (15). Geralmente as pernas (22) estão dispostas de modo que o fornecimento de corrente através da coluna (17) é distribuído a um número de pontos equidistantes em torno da coluna (17).

A cruzeta (39) no compartimento de eletrólise de catodo (34) compreende uma seção central em forma de disco (41) que pode ser conectada à extremidade da coluna (37), por exemplo, por soldagem, fixação por parafuso ou conectores de encaixe por pressão, e um número de pernas (42) que irradiam a partir da seção central (41) e estão ligadas nas suas extremidades livres, por exemplo, por meio de soldagem, ao catodo (35). Geralmente as pernas (42) estão dispostas de modo que o fornecimento de corrente através da coluna (37) é distribuído a um número de pontos equidistantes em torno da coluna (37).

Na prática, durante a produção das estruturas de eletrodo (10, 30), as cruzetas (19, 39) podem ser soldadas ou, de outro modo, conectadas aos eletrodos (15, 35) e as cruzetas podem então ser subsequentemente soldadas ou, de outro modo, presas às colunas (17, 37). Este arranjo facilita a substituição ou reparação das placas de anodo/catodo ou renovação/substituição de qualquer revestimento eletrocataliticamente ativo nas mesmas.

Também estão mostrados na Figura 2 os defletores (23, 43) que podem servir para dividir, respectivamente, cada compartimento de anodo e cada compartimento de catodo em duas zonas que se comunicam para fornecer o licor de recirculação tal como discutido mais abaixo. A disposição dos defletores em qualquer compartimento é opcional, mas é particularmente preferencial que os defletores são fornecidos no compartimento do anodo. Sem pretender se ater à teoria acredita-se que a recirculação no compartimento de anodo é útil no fornecimento do aumento das taxas de eletrólise, por exemplo, facilitando a operação em densidade de corrente mais alta.

Os defletores (23, 43) podem ser montados nas colunas eletricamente condutoras (17, 37). Cada uma das colunas pode ser fornecida com um ressalto (24, 44) para facilitar a instalação e a localização exata dos defletores.

Também estão mostrados na Figura 2 um membro transversal (25) no coletor de saída externo (16) do anodo e um membro transversal (45) no coletor de saída interno (36) do catodo.

As Figuras 3A e 3B mostram, respectivamente, os exemplos de “cruzetas” adequadas para uso nas estruturas de anodo e de catodo.

Com respeito à Figura 3A a cruzeta compreende uma seção central em forma de disco (21) e 4 pernas (22) que se irradiam a partir da seção central (21). As pernas (22) se irradiam simetricamente de modo que em uso o fornecimento de corrente é distribuído para um número de pontos equidistantes.

Especialmente quando se destinam ao uso na eletrólise de haletos de metais alcalinos, as cruzetas do anodo são fabricadas de um metal de válvula ou liga do mesmo.

Com respeito à Figura 3A a cruzeta compreende uma seção central em forma de disco (41) e 4 pernas (42) que se irradiam a partir da seção central (41). As pernas (42) se irradiam simetricamente de modo que em uso o fornecimento de corrente é distribuído para um número de pontos equidistantes.

Especialmente quando se destinam ao uso na eletrólise de haletos de metais alcalinos, as cruzetas do catodo podem ser podem ser fabricadas a partir de materiais, tais como aço inoxidável, níquel ou cobre.

Como mostrado, as pernas (42) da cruzeta de catodo são mais longas e configuradas para serem relativamente elásticas, enquanto que as pernas (22) da cruzeta de anodo são mais curtas e mais rígidas.

As Figuras 4A e 4B mostram, respectivamente, ampliações das estruturas preferenciais dos membros transversais (25) e (45). A estrutura preferencial do membro transversal (25) no coletor de saída externo (16) está na forma de um arranjo tipo “escada”, enquanto que a estrutura preferencial dos membros transversais (45) do coletor de saída interno (36) está na forma de placas com orifícios redondos. Como mostrado na Figura 4B, pode haver mais do que um membro transversal (45) no coletor de saída (36). Apesar de apenas um único membro transversal (25) ser mostrado nas Figuras 1 e 2 também pode haver mais do que um membro transversal no coletor de saída (16).

A Figura 5 mostra uma estrutura de anodo (10) em mais detalhe, mostrando as projeções tronco-esféricas que se projetam para dentro (13) e um coletor de saída externo afunilado (16). A Figura 5 também ilustra as localizações para as medições de AE e LE.

A Figura 6 mostra uma seção transversal da parte do fundo de uma unidade de eletrodo bipolar. Como acontece com as Figuras acima da mesma numeração é usada como para as características correspondentes já descritas. Nesta figura a estrutura de anodo é fornecida com um tubo de entrada de anodo (26), enquanto a estrutura de catodo é fornecida com um tubo de entrada de catodo (46). As colunas (não mostradas) são fornecidas nos respectivos tubos de entrada para a descarga de licor para os respectivos compartimentos de eletrólise, e são, de preferência, formadas de tal modo que o licor descarregado do mesmo é dirigido para a parte posterior dos cadinhos atrás dos defletores (23, 43) para ajudar a mistura. Os defletores (23, 43) se estendem verticalmente dentro dos respectivos compartimentos de anodo e de catodo a partir da extremidade inferior da estrutura de eletrodo para as extremidades superiores dos mesmos e formam dois canais dentro de cada estrutura de eletrodo que se comunica pelo menos adjacente ao topo e ao fundo da estrutura.

Em um segundo aspecto, a presente invenção fornece um modular ou eletrolisador de filtro prensa que compreende uma pluralidade de conjuntos de eletrodos de acordo com a primeira modalidade.

Por exemplo, a presente invenção pode fornecer um “eletrolisador tipo filtro prensa” compreendendo uma pluralidade de unidades de eletrodos bipolares conectados, unidades de eletrodos bipolares adjacentes sendo conectadas através de um separador e meios de vedação entre os flanges sobre as unidades adjacentes. Os meios de separação e de vedação são, de preferência, tal como descritos entre as estruturas de eletrodo quando configurados como um módulo de eletrodo no primeiro aspecto.

Alternativamente, a presente invenção pode fornecer um eletrolisador modular, compreendendo uma pluralidade de módulos de eletrodos conectados. Neste caso os módulos de eletrodo podem ser conectados uns aos outros, fornecendo ligações elétricas adequadas entre os módulos adjacentes.

Por exemplo, o prato com reentrância do cadinho de anodo e o prato com reentrância do cadinho de catodo em módulos adjacentes são eletricamente unidos, de preferência, nos vértices das projeções.

A condutividade elétrica pode ser obtida através do uso de interconectores ou pelo contato íntimo entre as estruturas de eletrodo. A condutividade elétrica pode ser potencializada através do fornecimento de materiais que potencializam a condutividade ou de dispositivo que potencializam a condutividade na superfície externa dos cadinhos. Como exemplos de materiais que potencializam a condutividade podem ser mencionados, INTER ALIA, espumas de carbono condutor, lubrificantes condutores e revestimentos de um metal de elevada condutividade, por exemplo, prata ou ouro.

Ao conectar os módulos de eletrodos adjacentes juntos as conexões através de soldagem, ligação por explosão, ou uma conexão por parafuso não são preferenciais. Em vez disso, as conexões preferenciais são as que são formadas por contato físico íntimo entre as estruturas de eletrodo adjacentes.

Os dispositivos potencializadores de eletrocondutividade que podem potencializar o contato incluem tiras, discos ou placas de contato bimetálicas eletrocondutoras, dispositivos metálicos eletrocondutores, tais como arruelas, ou dispositivos metálicos eletrocondutores adaptados para (a) corroer ou perfurar a superfície dos cadinhos por corte ou mordedura através de qualquer revestimento condutibilidade elétrica de reforço na mesma de revestimento eletricamente isolante no mesmo, por exemplo, uma camada de óxido, e (b) pelo menos inibir a formação de uma camada isolante entre o dispositivo e a superfície do cadinho (que pode ser chamado de um "dispositivo de abrasão"). Tais dispositivos são descritos adicionalmente no documento US 6761808.

O número de módulos ou unidades bipolares pode ser escolhido pelo versado na técnica à luz, INTER ALIA, do volume de produção necessário, potência e tensão disponível e certas limitações conhecidas do versado na técnica. Tipicamente, no entanto, um eletrolisador de filtro prensa ou modular acordo com o segundo aspecto da presente invenção compreende 5-300 módulos.

A presente invenção se refere a um conjunto de eletrodos, estruturas de eletrodos e a um eletrolisador que usa os ditos conjuntos/estruturas, em particular, mas não exclusivamente, para uso na eletrólise de cloretos de metais alcalinos.

Os eletrolisadores bipolares são conhecidos na técnica, por exemplo, como descrito no documento GB 1581348 ou US 6761808.

Eletrolisadores bipolares para uso na eletrólise de soluções aquosas de cloreto de metal alcalino podem compreender um módulo de eletrodo que compreende um anodo que está adequadamente na forma de uma placa ou malha de um metal formador de filme, geralmente o titânio que transporta um revestimento eletrocataliticamente ativo, por exemplo, um óxido de metal do grupo de platina, e um cátodo que está adequadamente na forma de uma placa perfurada de metal ou de malha, geralmente níquel ou aço macio. O anodo e o cátodo são separados por um separador, tipicamente uma membrana, de modo a formar um módulo.

Em um eletrolisador modular comercial uma multiplicidade de tais módulos é colocada em sequência com o anodo de um módulo bipolar próximo e ligada eletricamente ao cátodo de um módulo bipolar adjacente.

Na operação de um eletrolisador do tipo bipolar, é vantajoso operar com uma distância tão pequena quanto possível entre o anodo e cátodo (o vão do catodo/anodo), a fim de manter as perdas ôhmicas e, portanto, a tensão das células em um mínimo.

Outro tipo de eletrolisador bipolar é um “eletrolisador tipo filtro prensa” assim chamado, por exemplo, como descrito no documento GB 1595183. Nestes eletrolisadores as unidades de eletrodos bipolares são formadas compreendendo uma estrutura de anodo e uma estrutura de catodo que estão eletricamente conectadas umas às outras. As unidades de eletrodos bipolares são então conectadas às unidades de eletrodos bipolares adjacentes através de um separador e meios de vedação entre os flanges nas unidades adjacentes, e as unidades são comprimidas em conjunto para formar um eletrolisador tipo filtro prensa.

O documento US 6761808 descreve uma estrutura de eletrodo que compreende um cadinho com uma reentrância côncava e um flange para suportar uma gaxeta capaz de vedar um separador entre a superfície de um anodo e um catodo. A reentrância côncava tem projeções que coincidem com as projeções sobre uma estrutura de eletrodo adjacente. Essas estruturas de eletrodo podem ser montadas em módulos de eletrólise ou unidades de eletrodos bipolares, e depois ainda coincididas para formar eletrolisadores modulares ou eletrolisadores de prensa de filtro.

As estruturas do anodo e do catodo em um eletrolisador bipolar compreendem entradas independentes para o líquido a ser eletrolisado e saídas para os gases emitidos. Como mostrado no documento US 6761808 as saídas podem ser fornecidas como coletores de saída em uma área sem eletrólise acima do compartimento de eletrólise na estrutura do eletrodo. Devido a eles serem fornecidos fora do compartimento da eletrólise na estrutura do eletrodo tais saídas podem ser chamadas de “coletores de saída externos”.

O documento CA892733 se refere a um aparelho de eletrólise. Neste documento, descreve-se a presença de coletores internos para ambas as zonas de anólito e católito que, respectivamente, se comunicam com coletores externos para cada conjunto de zonas. Os coletores de saída neste documento são, portanto, coletores internos, enquanto os coletores externos, conforme descrito, são coletores de coleta que coletam os produtos de vários coletores de saída.

O documento US 3463722 descreve um coletor externo afunilado que corre perpendicular às diferentes câmaras de eletrólise e coleta o produto de cada uma. Conforme mostrado nas Figuras 4 ou 12-16, cada célula possui um coletor de saída interno separado que se comunica com o coletor de coleta externo comum.

O documento US 2006/108215 descreve um reator eletroquímico de microcanais no qual os coletores internos são afunilados.

O documento US 2004/118677 descreve um eletrolisador tipo filtro prensa para eletrólise de água que possui um coletor interno afunilado.

Foi agora verificado que um conjunto de eletrodos melhorados pode ser obtido fornecendo um do anodo e catodo com um coletor de saída externo fornecendo, ao mesmo tempo, o outro com um coletor de saída interno.

Dessa forma, em um primeiro aspecto, a presente invenção fornece um conjunto de eletrodos que compreende uma estrutura de anodo e uma estrutura de catodo, cada uma dentre a dita estrutura de anodo e estrutura do catodo compreendendo i) um flange que pode interagir com um flange sobre uma outra estrutura de eletrodo para segurar um separador entre os dois, ii) um compartimento de eletrólise que contém um eletrodo, e que em uso contém um líquido a ser eletrolisado, iii) uma entrada para o líquido a ser eletrolisado e iv) um coletor de saída para os gases emitidos e líquido gasto, em que o coletor de saída em uma dentre a estrutura de anodo e a estrutura de catodo é um coletor de saída externo e o coletor de saída na outra dentre uma estrutura de anodo e uma estrutura de catodo é um coletor de saída interno.

O primeiro aspecto da presente invenção se refere a um conjunto de eletrodos que compreende uma estrutura de anodo e uma estrutura de catodo. Como usado na presente invenção, o termo “conjunto de eletrodo” significa um conjunto de uma única estrutura de anodo e uma única estrutura de catodo. O termo "conjunto de eletrodo" engloba tanto as unidades de eletrodos bipolares como os módulos de eletrodo dependendo de como o anodo e o catodo estão conectados.

Para ajudar na compreensão de tais estruturas e da presente invenção geralmente as seguintes definições adicionais se aplicam aqui:

"Unidade de eletrodo bipolar" é um conjunto de eletrodos que compreende uma estrutura de anodo e uma estrutura de catodo que estão conectadas eletricamente umas às outras. As unidades de eletrodos bipolares podem ser conectadas às unidades de eletrodos bipolares adjacentes através de um separador e meios de vedação entre os flanges nas unidades adjacentes para formar um eletrolisador tipo filtro prensa.

"Módulo de eletrodo" é um conjunto de eletrodos que compreende uma estrutura de anodo e uma estrutura de catodo que são separadas por um separador entre os respectivos flanges. O módulo de eletrodo é fornecido com um meio de vedação para se obter uma vedação hermética a gás e líquido entre o separador e os respectivos flanges. Os módulos de eletrodo podem ser conectados eletricamente aos módulos de eletrodo adjacentes para formar um eletrolisador modular.

“Estrutura de eletrodo” significa uma única estrutura de catodo ou uma única estrutura de anodo. Como definido aqui cada estrutura de eletrodo compreende um flange, um compartimento de eletrólise, uma entrada e um coletor de saída.

"Eletrólise", quando usada por si só, significa um eletrolisador tipo filtro prensa ou um eletrolisador modular.

“Coletor de coleta de eletrolisador” é um volume que coleta os gases emitidos durante a eletrólise a partir das saídas de vários coletores de saída, e os transfere para processamento adicional. Um eletrolisador pode ter um único coletor de coleta de eletrolisador ou múltiplos coletores de coleta de eletrolisador, mas há sempre significativamente menos coletores de coleta de eletrolisador do que estruturas de eletrodo.

“Coletor de alimentação de eletrolisador” é um volume que alimenta o líquido a ser eletrolisado para as entradas de múltiplas estruturas de eletrodos, como para as entradas de múltiplos coletores de entrada quando presentes. Um eletrolisador pode ter um único coletor de alimentação de eletrolisador ou múltiplos coletores de alimentação de eletrolisador, mas há sempre significativamente menos coletores de alimentação de eletrolisador do que estruturas de eletrodo.

“Compartimento de eletrólise” é um volume no interior da estrutura de eletrodo que contém um eletrodo e que em uso contém um líquido a ser eletrolisado.

“Eletrodo”, quando utilizado por si só, se refere à placa ou malha eletrocondutora encontrada no compartimento de eletrólise de uma estrutura de eletrodo. O mesmo se aplica aos termos "anodo" e "catodo" quando usados por si sós.

"Coletor de saída externo" significa um volume de saída pelo qual os gases são emitidos durante a saída de eletrólise da estrutura de eletrodo e que é fornecido na estrutura de eletrodo fora do compartimento de eletrólise.

“Eletrolisador tipo filtro prensa” significa uma pluralidade de unidades de eletrodos bipolares conectados, unidades de eletrodos bipolares adjacentes sendo conectadas através de um separador e meios de vedação entre os flanges sobre as unidades adjacentes.

"Entrada", como usado na presente invenção, se refere à entrada pela qual o líquido a ser eletrolisado entra em uma estrutura de eletrodo. Cada estrutura de eletrodo terá pelo menos uma entrada. Cada estrutura de eletrodo terá pelo menos uma entrada. As entradas preferenciais são na forma de "coletores de entrada". As entradas de múltiplas estruturas de eletrodo do mesmo tipo (anodo ou catodo) podem ser alimentadas em uso a partir de um coletor de alimentação de eletrolisador comum.

“Coletor de entrada”, como usado na presente invenção, significa um volume de entrada que faz parte de uma estrutura de eletrodo individual, através da qual o líquido a ser eletrolisado entra no compartimento de eletrólise da estrutura de eletrodo. O coletor de entrada é geralmente um volume estendido que está alinhado paralelamente ao longo do eixo horizontal da estrutura de eletrodo. As entradas dos coletores de entrada de múltiplas estruturas de eletrodo do mesmo tipo (anodo ou catodo) podem ser alimentadas em uso a partir de um coletor de alimentação de eletrolisador comum.

"Coletor de saída interno" significa um volume de saída pelo qual os gases são emitidos durante a saída de eletrólise da estrutura de eletrodo e que é fornecido na estrutura de eletrodo dentro do compartimento de eletrólise.

“Eletrolisador modular” significa uma pluralidade de módulos de eletrodos conectados. “Coletor de saída”, como usado na presente invenção, significa um volume de saída que é fornecido em uma estrutura de eletrodo individual e através do qual os gases emitidos durante a eletrólise saem da estrutura de eletrodo. Cada estrutura de eletrodo em um eletrolisador terá um coletor de saída. O coletor de saída de uma estrutura de eletrodo em particular pode ser interno ou externo.

"Renovação", como usado na presente invenção, se refere ao reparo, recobrimento e/ou substituição de todo ou parte de um eletrodo.

“Meios de vedação” são estruturas feitas a partir de substâncias quimicamente resistentes, isolantes, compressíveis, tais como gaxetas, destinadas a serem comprimidas entre um flange e um separador para se obter uma vedação hermética a gás e líquidos.

“Separador” é usado para se referir aos meios que ficam entre o anodo em uma estrutura de anodo e de catodo em uma estrutura de catodo adjacente, ao mesmo tempo fornecendo separação de fluidos entre os respectivos compartimentos de eletrólise de ditas estruturas de anodo e catodo. O separador é, de preferência, uma membrana eletrocondutiva, como uma membrana de troca iônica.

Cada estrutura de eletrodo compreende um flange que pode interagir com um flange de uma outra estrutura de eletrodo para segurar um separador entre os dois. Geralmente, o flange suporta uma gaxeta que é capaz de vedar o separador entre um anodo e um catodo adjacente em um módulo de eletrodo ou entre unidades de eletrodos bipolares em um eletrolisador de filtro prensa.

Embora as características específicas mais preferenciais e vantajosas da presente invenção sejam descritas mais abaixo, diferentes dos requisitos sobre os respectivos coletores na presente invenção, as estruturas do eletrodo são, de preferência, amplamente, tal como definidas no documento US 6.761.808.

Conforme descrito no documento US 6761808, essa estrutura permite o uso de vãos de anodo/catodo muito pequenos ou mesmo nulos, sem danos ao separador, e minimiza a resistência elétrica, usando um comprimento de trajeto de transporte de corrente perpendicular curto entre os eletrodos e materiais de baixa resistência para quase todo o comprimento de trajeto de transporte de corrente perpendicular e que fornece uma excelente distribuição de corrente em toda a área do eletrodo. A estrutura de eletrodo permite tanto o fluxo horizontal como vertical de licores no mesmo ajudando a circulação e a mistura da mesma e melhorou a rigidez e resistência, que permite que uma tolerância mais próxima seja obtida na construção celular, e também é de construção simples e fácil de fabricar.

Por exemplo, cada estrutura de eletrodo compreende, de preferência, um cadinho com uma reentrância côncava, em que o flange está em torno da periferia do recipiente, e um eletrodo está espaçado do cadinho.

Cada estrutura de eletrodo compreende um compartimento de eletrólise, que é um volume no interior da estrutura de eletrodo que contém um eletrodo e que em uso contém um líquido a ser eletrolisado. No uso de uma estrutura de eletrodo que compreende um cadinho com uma reentrância côncava em que o flange está em torno da periferia do recipiente, o compartimento da eletrólise é o volume formado por um cadinho de um lado, e por um separador preso entre o eletrodo e um eletrodo adjacente por outro lado. Em particular, o flange pode suportar uma gaxeta capaz de vedar o separador entre o anodo de uma estrutura do anodo e do catodo de uma estrutura de catodo de tal forma que o anodo é substancialmente paralelo a, e voltado para, mas fica afastado do catodo pelo separador e as estruturas de eletrodo são hermeticamente vedadas ao separador no flange.

As gaxetas para vedar o separador entre os flanges são geralmente conhecidas na técnica. Eles podem ser diferentes nas estruturas de anodo e catodo, mas tipicamente são feitos de um material adequado com resistência química apropriada e propriedades físicas, como uma resina de EPDM plastificado. Quando um material não tem uma combinação adequada de resistência química e propriedades físicas, uma gaxeta feita de um material tendo propriedades físicas adequadas pode ser fornecida com um revestimento quimicamente resistente, por exemplo, feito de PTFE, na sua borda interna.

A gaxeta pode estar na forma de uma estrutura, de preferência, contínua, de modo que, quando duas gaxetas estão dispostas de qualquer lado de um separador e uma carga é aplicada sobre a mesma via as pastilhas, a vedação hermética do módulo é efetuada.

A gaxeta pode conter orifícios para acomodar parafusos de vedação. O separador é, de preferência, uma membrana de troca iônica substancialmente impermeável a eletrólito. No entanto, não excluímos a possibilidade de que seja um diafragma permeável a eletrólito poroso. As membranas permeáveis a íons para a produção de cloro/álcali são bem conhecidas na técnica. A membrana é, de preferência, um material polimérico contendo flúor contendo grupos aniônicos. De preferência, é um polímero contendo grupo aniônico contendo todas as ligações F-C e nenhuma C-H. Como exemplos de grupos de ânions apropriados podem ser mencionados-PO32-, -PO22-, ou de preferência, -SO3- ou -COO-.

A membrana pode estar presente como um filme de monocamada ou múltiplas camadas. Ela pode ser reforçada ao ser laminada com, ou revestida em um pano de tecido ou folha microporosa. Além disso, ela pode ser revestida em um ou em ambos os lados com um revestimento particulado quimicamente resistente para melhorar o umedecimento e a liberação de gás.

Quando uma membrana tendo um revestimento de superfície é utilizada em aplicações de cloro álcali o revestimento de superfície é tipicamente formado de um óxido de metal inerte ao ambiente químico, por exemplo, zircônia.

As membranas apropriadas para as aplicações de cloro álcali são vendidas, por exemplo, sob os nomes comerciais de "Nafion" por The Chemours Company LLC (uma subsidiária de E I Du Pont de Nemours and Company), "Flemion" por Asahi Glass Co. Ltd. e "Aciplex" por Asahi Kasei Co. Ltd.

O eletrodo é uma placa ou malha eletrocondutora formada ou perfurada. Na operação a eletrólise é realizada sobre o eletrodo. De preferência, o eletrodo é revestido com um revestimento eletrocatalítico para facilitar a eletrólise em tensões mais baixas. Os eletrodos podem ser anodos ou catodos dependendo se a reação eletroquímica que eles estão promovendo é oxidante ou redutora.

A reentrância côncava pode ter projeções que permitem que uma estrutura de eletrodo coincida com uma estrutura de eletrodo adjacente. As projeções na reentrância côncava são, de preferência, espaçadas umas das outras em uma primeira direção e em uma direção transversal à primeira direção.

A reentrância e as projeções preferenciais na presente invenção são, em geral, tal como definidas no documento US 6761808. Por exemplo, de preferência, a reentrância côncava de uma dentre a estrutura de anodo e a estrutura de catodo é fornecida com uma pluralidade de projeções que se projetam para fora e a outra dentre a estrutura de anodo e a estrutura de catodo é fornecida com uma pluralidade de projeções que se projetam para dentro, as projeções sendo tais que as projeções que se projetam para fora podem coincidir com as projeções que se projetam para dentro em uma estrutura de eletrodo adjacente ou módulo de eletrodo em um eletrolisador modular. (“Para o interior” como usado neste contexto, se refere a projeções que se projetam da reentrância para o compartimento de eletrólise, enquanto que "para fora" se refere a projeções que se projetam da reentrância para fora do compartimento de eletrólise).

De preferência, a estrutura de catodo compreende uma reentrância côncava dotada de uma pluralidade de projeções que se projetam para fora e a estrutura de anodo compreende uma reentrância côncava dotada de uma pluralidade de projeções que se projetam para dentro.

As projeções na reentrância côncava são, de preferência, espaçadas umas das outras em uma primeira direção e em uma direção transversal à primeira direção. Com mais preferência, as projeções estão separadas simetricamente. Por exemplo, elas podem ser espaçadas entre si por uma distância igual em uma primeira direção, e espaçadas por uma distância igual, que pode ser a mesma, em uma direção transversal, por exemplo, substancialmente em ângulos retos, à primeira direção. De preferência, o espaçamento das projeções é o mesmo em ambas as direções.

De preferência, cada projeção em uma reentrância côncava é conectada eletrocondutivamente a um elemento eletricamente condutor de tal modo que as projeções fornecem muitos pontos de alimentação de corrente, portanto, melhorando a distribuição de corrente através do cadinho, levando a uma tensão mais baixa, consumo de energia mais baixo e vidas de revestimento de eletrodo e de separador mais longas.

As projeções na reentrância côncava podem ter uma variedade de formas, por exemplo, redoma, tigela, cônica ou tronco-cônica. A forma preferencial da presente invenção é a forma de tronco-esférica. Tais projeções são fáceis de fabricar, fornecendo resistência melhorada à pressão.

Na presente invenção há tipicamente de cerca de 20-200, de preferência, 60-120, projeções/metro quadrado na reentrância côncava do cadinho da estrutura de eletrodo.

A altura das projeções do plano da base da reentrância côncava pode, por exemplo, estar na faixa de 0,5-8 cm, de preferência 1-4 cm, dependendo da profundidade do cadinho. A distância entre as projeções adjacentes no prato com reentrância pode, por exemplo, ser de 1-30 cm de centro a centro, de preferência, de 5-20 cm. As dimensões da estrutura de eletrodo na direção do fluxo de corrente estão, de preferência, na faixa de 1-6 cm, tal como medido a partir do eletrodo em relação ao plano da base da reentrância côncava, a fim de fornecer trajetos de corrente curtos que asseguram quedas de baixa tensão na estrutura de eletrodo sem uso de dispositivos de transporte de corrente elaborados.

A entrada para o líquido, de acordo com a presente invenção, pode ser qualquer entrada adequada, por exemplo, um ou mais tubos. Ela geralmente reside na parte inferior da estrutura de eletrodo. Por exemplo, ela pode ser fornecida no fundo da estrutura de eletrodo que se estende longitudinalmente ao longo da largura da estrutura de um lado do mesmo para o outro, para permitir que o líquido seja carregado ao mesmo. Quando o eletrolisador bipolar modular deve ser usado para a eletrólise de salmoura, a entrada permite que a porção cáustica seja carregada na estrutura de catodo e a salmoura seja carregada na estrutura de anodo. As portas podem ser espaçadas ao longo do comprimento de uma entrada para melhorar a distribuição da alimentação de líquido através da largura da estrutura de eletrodo. O número de portas para qualquer aplicação particular pode ser facilmente calculado pelo versado na técnica.

Os gases emitidos são descarregados a partir das estruturas do eletrodo através de um coletor de saída. Embora os coletores de saída sejam aqui definidos em relação aos gases emitidos durante a eletrólise, o licor/líquido gasto é geralmente também descarregado através do coletor de saída com os gases emitidos. No coletor de saída a separação de gás/líquido ocorre de modo que o gás e o líquido possam ser recuperados separadamente. As correntes de gás e líquido deixam o coletor de saída através de uma ou mais portas de saída, de preferência, uma porta de saída, com mais preferência, dispostas em uma das suas extremidades.

As correntes de gás e líquido geralmente saem do coletor de saída para um coletor de coleta de eletrolisador, que as transfere para processamento adicional. As saídas dos coletores de saída das múltiplas estruturas de eletrodos do mesmo tipo (anodo ou catodo) são geralmente unidas em uso com um coletor de coleta de eletrólise comum. Um eletrolisador pode ter um único coletor de coleta de eletrolisador ou múltiplos coletores de coleta de eletrolisador, mas há sempre significativamente menos coletores de coleta de eletrolisador do que estruturas de eletrodo. Para evitar dúvidas, como aqui definido, um coletor de saída é uma característica distinta e separada a partir de um coletor de coleta de eletrolisador, nomeadamente devido a cada estrutura de eletrodo compreender um coletor de saída individual, ao passo que um único coletor de coleta de eletrolisador coleta gases de múltiplas estruturas de eletrodos.

Outro ponto de distinção que surge é a orientação de coletores de saída e coletores de coleta. Em particular, cada coletor de saída de acordo com a presente invenção é geralmente um volume estendido, que está alinhado paralelamente com o eixo horizontal longo da estrutura de eletrodo. Isso permite que o coletor da saída se comunique com (e, assim, remova o gás emitido e o líquido gasto) em vários pontos ao longo do comprimento da estrutura de eletrodo, o que fornece uma remoção mais eficiente.

Em contraste, um coletor de coleta de eletrolisador é geralmente alinhado em uma direção perpendicular ao eixo horizontal longo das estruturas de eletrodo individuais, porque o seu objetivo consiste em coletar o gás liberado (e o líquido) de múltiplos coletores de saída a partir de múltiplas estruturas de eletrodos.

Na presente invenção, o coletor de saída em uma dentre a estrutura de anodo e a estrutura de catodo é um coletor de saída externo e o coletor de saída na outra dentre uma estrutura de anodo e uma estrutura de catodo é um coletor de saída interno.

Para evitar dúvidas, enquanto um conjunto de eletrodo como reivindicado compreende tanto uma estrutura de eletrodo com um coletor de saída externo como uma estrutura de eletrodo com um coletor de saída interno, as estruturas de eletrodo individuais compreendem, de preferência, apenas um coletor de saída interno como aqui definido ou apenas um coletor de saída externo como definido, mas não ambos os coletores de saída interno e externo no mesmo eletrodo.

Na presente invenção, o "coletor de saída interno" se refere a um volume de saída fornecido na estrutura de eletrodo dentro do compartimento de eletrólise. Os coletores de saída internos são geralmente menos onerosos para fabricar porque eles precisam de menos metal. Além disso, as estruturas de eletrodos com coletores de saída internos têm a vantagem de uma pressão nominal mais elevada, e a operação a pressão mais elevada permite uma tensão mais baixa. O coletor de saída interno está, de preferência, localizado no topo ou perto do topo do compartimento de eletrólise. De preferência, o topo do coletor de saída interno reside abaixo do nível superior do flange sobre a estrutura de eletrodo.

O coletor de saída interna geralmente se comunica com a área de eletrólise através de uma ou mais aberturas ou fendas de saída. De preferência, durante a eletrólise a mistura de gás/líquido obtida através da eletrólise flui para cima através do compartimento de eletrólise e, em seguida, derrama-se horizontalmente a partir do topo da área da eletrólise para o coletor de saída interno através de uma ou mais aberturas ou fendas de saída formadas entre o topo da parede do coletor de saída e o topo do compartimento de eletrólise.

A mistura de gás/líquido separa-se rapidamente no coletor de saída interno, que de preferência se estende ao longo de substancialmente toda a largura da estrutura de eletrodo.

O coletor de saída interno tem, de preferência, uma forma de seção transversal geralmente retangular. A altura e largura das aberturas ou fendas de saída e a área da seção transversal do coletor de saída podem ser escolhidas à luz, INTER ALIA, da densidade da corrente, área do eletrodo e temperatura de tal modo que se encaixa dentro da profundidade do compartimento de eletrólise, fornecendo espaço suficiente para licores e gases para circularem livremente no mesmo, embora permitindo espaço suficiente no próprio coletor para assegurar que o fluxo de gás/líquido horizontal estratificado ao longo do coletor, de preferência, com uma interface suave, seja mantido.

O coletor de saída interno pode ter uma ou mais dimensões discretas de profundidade, dependendo da sua forma. Tipicamente, a profundidade máxima do coletor de saída interno é entre 30 %-85 % da profundidade do compartimento de eletrólise, com mais preferência, entre 50 %-70 % da profundidade do compartimento de eletrólise. A altura do coletor de saída interno é especificada de modo a atingir a área de seção transversal necessária sujeita à forma e à profundidade do coletor de saída. (“Profundidade”, como utilizado neste contexto, é medida ao longo de um eixo que é perpendicular ao plano da parede posterior do cadinho do eletrodo, enquanto que “altura” é medida ao longo de um eixo no plano da parede posterior do cadinho do eletrodo que é vertical, quando o cadinho está em operação. (a terceira dimensão é a “largura” e é medida ao longo de um eixo no plano da parede posterior do cadinho de eletrodo que é horizontal quando o cadinho é medido em operação.))

As aberturas ou fendas de saída são projetadas para assegurar que a fase de gás é dispersa como bolhas em uma fase líquida contínua no compartimento de eletrólise e através das fendas de saída, sem desprendimento ou impacto de gás prematuro. A altura da fenda de saída é tipicamente de 2-20 mm, de preferência, de 5-10 mm. Quando mais de uma fenda de saída é fornecida, elas são de preferência dispersas uniformemente em toda a largura do compartimento de eletrólise. De preferência, o comprimento total da fenda ou fendas de saída é maior que 70 % da largura do compartimento de eletrólise, com mais preferência, maior que 90 %. Com máxima preferência, uma única fenda de saída é fornecida estendendo toda a largura (100 %) do compartimento de eletrólise.

O coletor de saída interno se comunica, de preferência, com a tubagem externa através de um único orifício. O uso de um coletor de saída externo sobre um dos eletrodos tem a vantagem de que a região superior do compartimento de eletrólise pode ser mantida “cheia de líquido” e, portanto, o dano ao separador causado pela formação de um espaço de gás adjacente ao separador na região superior do compartimento de eletrólise é reduzido, e frequentemente eliminado.

Além disso, devido aos respectivos gases não se acumularem no topo do compartimento de eletrólise em ambos os lados do separador a invenção elimina qualquer risco de gás a partir de um escorrimento lateral para o outro. Por exemplo, com hidrogênio e cloro isso pode levar ao risco de formar uma mistura explosiva dos dois. (Tipicamente, como resultado da migração de hidrogênio porque o lado do hidrogênio do separador é geralmente executado a uma pressão ligeiramente superior à do lado do cloro).

Na presente invenção “coletor de saída externo” se refere a um volume de saída que é fornecido na estrutura de eletrodo fora do compartimento de eletrólise. De preferência, o fundo do coletor de saída externo reside acima do nível superior do compartimento de eletrólise.

Em geral, no coletor de saída externo a mistura de gás/líquido flui para cima a partir da área de eletrólise através de uma ou mais aberturas ou fendas de saídas no topo do compartimento de eletrólise e para dentro do coletor de saída externo. Um nível superficial de fluido pode ser mantido no coletor da saída externa. Em uma modalidade preferencial, o coletor da saída externo é fornecido ao longo de substancialmente toda a largura da estrutura de eletrodo. As uma ou mais fendas de saída corre, de preferência, ao longo essencialmente da mesma largura que o coletor de saída externo.

A profundidade das fendas de saída será escolhida à luz, INTER ALIA, da área de eletrodo de densidade de corrente e temperatura, de modo que a fase gasosa seja dispersa como bolhas em uma fase líquida contínua. A profundidade da fenda de saída é tipicamente cerca de 5-70 %, de preferência, cerca de 10-50 %, da profundidade da estrutura de compartimento de eletrólise, ou seja, a distância entre o plano que passa pelo fundo da reentrância côncava e do separador, quando presente.

A mistura de gás/líquido separa-se rapidamente no coletor de saída externo, que se estende ao longo de substancialmente toda a largura da estrutura de eletrodo.

O coletor de saída tem, de preferência, uma forma de seção transversal geralmente retangular. A área da seção transversal do coletor de saída pode ser escolhida à luz da, INTER ALIA, densidade de corrente, área do eletrodo e temperatura de tal modo que o fluxo de gás/líquido horizontal estratificado ao longo do coletor, de preferência, com uma interface suave é mantida.

Foi agora verificado, contudo, que uma estrutura de eletrodo melhorada com um coletor de saída externo pode ser obtida se a razão VE/(AE x LE) for menor que 1, em que VE é o volume interno do coletor de saída externo em cm3, a AE é a área de seção transversal interna na extremidade de saída do coletor, LE é o comprimento interno.

Como usado na presente invenção, o comprimento, volume e área são determinados internamente no coletor externo. O comprimento interno é a distância de linha reta mínima interna da extremidade de saída para a extremidade oposta do coletor. Na presente invenção, o comprimento, a área da seção transversal e o volume devem ser determinados ignorando a presença de qualquer parte interna no coletor.

Em termos de volume, VE é definido como o volume total contido no interior da estrutura de eletrodo acima de um plano que corre horizontalmente ao longo do eixo na mesma direção que o comprimento do coletor e localizado no fundo da calha que canaliza gases e licores produzidos pelo eletrodo para a extremidade de saída.

Nos coletores convencionais com seção transversal constante ao longo do seu comprimento, por exemplo, retangular, então, VE/(AE x LE) é igual a 1. VE/(AE x LE) menos do que 1 pode ser obtido tendo um coletor, que tem uma seção transversal não constante ao longo do seu comprimento.

Com mais preferência, VE/(AE x LE) é menor que 0,95. Não há um limite inferior específico mas VE/(AE x LE) pode ser, geralmente, menor que 0,7, tal como tão baixo como 0,4. VE é tipicamente menor que 3100 cm3, tal como menor que 2800 cm3, por exemplo, 2300 cm3. AE é, de preferência, pelo menos, sete cm2 e, de preferência, pelo menos 15 cm2. O comprimento do anodo LE é tipicamente maior que 50 cm e, de preferência, maior que 150 cm, tal como 230 cm.

O volume, comprimento e área de seção transversal interna na extremidade de saída do coletor de saída interno VI, LI e AI) podem também ser tais que VI/(AI x LI) é menor que 1, por exemplo, menor que 0,75. Não há um limite inferior específico, mas VI/(AI x LI) pode ser, geralmente, menor que 0,55, tal como tão baixo como 0,35.

Em uma modalidade preferencial, a razão VE/(AE x LE) menor que 1 é obtida tornando o coletor de saída externo afunilado de modo que a sua área de seção transversal aumenta ao longo do seu comprimento na direção da extremidade de saída. No entanto, será evidente que outras opções, como coletor com reduções de passo em seção transversal também podem obter a relação necessária.

Por exemplo, um coletor afunilado pode utilizar menos de metal quando em comparação com um coletor de saída não afunilado. Uma outra vantagem do coletor de saída externo afunilado é que menos reforço é necessário por meio do aumento da espessura do metal ou por adição de suportes internos para torná-lo capaz de operar a pressões mais elevadas, portanto, reduzindo o custo de fabricação.

Uma outra vantagem particular da presente invenção, em que apenas um dentre o coletor de saída de anodo e o coletor de saída de catodo é um coletor de saída externo, é que há mais espaço acima de um módulo de eletrodo ou de uma unidade de eletrodo bipolar para o coletor de saída único que está presente, o que permite mais flexibilidade no projeto dos mesmos, e em particular na profundidade horizontal dos mesmos. (Para evitar dúvidas, “profundidade”, como utilizado neste contexto de coletor, para a consistência com o uso do termo para a estrutura de eletrodo, geralmente, é medida ao longo de um eixo que é perpendicular ao plano da parede posterior do cadinho de eletrodo). Isto permite melhorar ainda mais a separação a ser obtida no coletor.

Por exemplo, a profundidade do coletor de saída externo pode exceder a profundidade do compartimento de eletrólise da estrutura de eletrodo ao qual se encontra fixa. Como um exemplo particular, o coletor de saída externo da estrutura de eletrodo, que é chamado de coletor de saída externo pode ocupar espaço que está verticalmente acima da estrutura de eletrodo adjacente em um módulo de eletrodo, unidade de eletrodo bipolar, eletrolisador modular ou eletrolisador de filtro prensa.

Além disso, o uso de um coletor de saída interno reduz a espessura do metal necessária para tornar o eletrolisador capaz de funcionar a uma pressão elevada em comparação com a alternativa dos dois coletores externos porque o coletor interno não tem que ser resistente à pressão. Portanto, menos metal e metal mais fino podem ser utilizados para o coletor de saída interno.

Em uma modalidade preferencial particular, o coletor de saída na estrutura de anodo é um coletor de saída externo e o coletor de saída na estrutura de catodo é um coletor de saída interno. Isto é preferencial porque se verificou que o separador é mais propenso a danos causados pela formação de um espaço de gás adjacente ao separador no lado do anodo na região superior do compartimento de eletrólise, e também porque a separação de cloro formado a partir de salmoura gasta é mais problemática. Este é devido, por exemplo, a densidade, viscosidade e tensão superficial da mistura de gás cloro/salmoura líquida, e em particular a mistura de cloro e salmoura é mais propensa à formação de espuma.

O coletor de saída externo localizado acima do compartimento de eletrólise permite minimizar estes problemas porque a sua localização move a área de desprendimento de gás para longe do separador e também fornece uma maior flexibilidade para projetar a sua forma e tamanho para melhorar a separação.

Um ou ambos os coletores de saída podem compreender um ou mais membros transversais internos, e em particular os membros transversais podem estar localizados ao longo de todo ou parte do comprimento e fixos internamente aos lados do coletor. De preferência, os membros transversais são tiras que correm internamente, por exemplo, horizontalmente, ao longo do comprimento do(s) coletor(es) de saída, fixos aos lados do coletor(es). Os membros transversais podem ser fornecidos com orifícios através das tiras que se comunicam de cima para baixo.

Tais membros transversais podem ser fornecidos, por exemplo, para aumentar a taxa de pressão dos coletores. É preferencial que pelo menos o coletor de saída externo compreenda um ou mais desses membros transversais internos.

Verificou-se, porém, que os membros transversais também podem ajudar a melhorar a separação no coletor. Dessa forma, mesmo onde a melhora do nível de pressão não é necessária, tal como no coletor interno, o uso de membros transversais é vantajoso e é o preferencial.

Na estrutura de eletrodo preferencial compreendendo um cadinho com uma reentrância côncava (em que o flange está em torno da periferia do recipiente, e com um eletrodo espaçado do cadinho) os trajetos eletricamente condutores são formados entre a reentrância côncava e o eletrodo.

Em uma modalidade as colunas eletricamente condutoras (daqui em diante simplesmente “colunas”) podem conectar a reentrância côncava diretamente para o eletrodo.

Os trajetos eletricamente condutores são, de preferência, formados por meio de transportadores de corrente compreendendo uma porção central a partir da qual uma ou mais pernas se irradiam, e em que as extremidades das pernas (pés) dos transportadores de corrente estão ligadas eletricamente ao eletrodo.

Nas modalidades mais preferenciais os trajetos eletricamente condutores compreendem um ou mais transportadores de corrente compreendendo, cada um, uma porção central a partir da qual uma ou mais pernas se irradiam e onde as extremidades das pernas (pés) dos transportadores de corrente são conectadas eletricamente ao eletrodo e as porções centrais são conectadas eletricamente à reentrância côncava do cadinho. As porções centrais são, de preferência, conectadas eletricamente à reentrância côncava do cadinho por meio de colunas, ou seja, os trajetos eletricamente condutores são formados por meio de colunas das projeções da reentrância côncava para transportadores de corrente, cada um, compreendendo uma porção central a partir da qual uma ou mais pernas se irradiam e onde as extremidades das pernas (pés) dos transportadores de corrente estão conectadas eletricamente ao eletrodo. Mais uma vez uma tal configuração é geralmente como descrita no documento US 6761808.

Por exemplo, o transportador de corrente é, de preferência, um transportador de corrente com múltiplas pernas que compreende uma porção central a partir da qual múltiplas pernas se irradiam, e em que as extremidades das pernas (pés) dos transportadores de corrente estão conectadas eletricamente ao eletrodo, a seguir chamado por conveniência como uma "cruzeta". As conexões elétricas podem ser feitas sem utilizar uma coluna; por exemplo, no caso de uma estrutura de anodo, o ápice de cada projeção direcionada para dentro pode estar conectado eletricamente à placa do anodo por meio de um transportador de corrente. É preferencial o uso de colunas e transportadores de corrente.

A disposição das cruzetas aumenta o número e a distribuição de pontos de alimentação de corrente para a placa eletricamente condutora, melhorando assim a distribuição de corrente que conduz a uma menor tensão e o consumo de energia e uma vida mais longa dos separadores e revestimentos de eletrodos.

O comprimento das pernas e o número das mesmas nas cruzetas, onde uma cruzeta está presente, pode variar dentro de amplos limites. Tipicamente cada cruzeta contém entre 2 e 100 pernas, de preferência, entre 2 e 8 pernas. Tipicamente cada perna tem entre 1 mm e 200 mm de comprimento, de preferência, entre 5 mm e 100 mm de comprimento. O versado na técnica por experimento simples será capaz de determinar os comprimentos adequados e os números de pernas de cruzeta para qualquer aplicação particular.

Uma cruzeta pode ser flexível ou rígida. A forma e as propriedades mecânicas das cruzetas na estrutura de anodo podem ser as mesmas ou diferentes da forma e propriedades mecânicas das cruzetas na estrutura de catodo. Em uma modalidade preferencial, as pernas dos transportadores de corrente associadas com a estrutura de anodo podem ser mais curtas do que as pernas dos transportadores de corrente associadas com a estrutura de catodo, tais como 5-50 % mais curtas, de preferência, de 10-30 % mais curtas. Por exemplo, as cruzetas relativamente não elásticas que, com pernas curtas são frequentemente preferenciais na estrutura de anodo e as cruzetas relativamente elásticas com pernas longas são preferenciais na estrutura de catodo.

O uso de cruzetas carregadas por mola, pelo menos na placa do catodo, permite que as estruturas do eletrodo sejam carregadas por mola para obter operação de vão zero com pressão ótima para minimizar o risco de dano do separador/eletrodo. Por "vão zero", significa que não há substancialmente qualquer vão entre a placa eletrocondutora de cada estrutura de eletrodo e o separador adjacente, isto é, de modo que placas eletrocondutoras adjacente estejam em uso somente separadas pela espessura do separador.

O uso de uma tal configuração com colunas e transportadores de corrente também é vantajoso ao permitir que o eletrodo seja desconectado e substituído.

O transportador de corrente do anodo pode ser fabricado a partir de um metal de válvula ou uma liga do mesmo. Os “metais de válvula” são metais que permitem o crescimento de uma camada de óxido de passivação quando expostos ao ar. Os metais de válvula normalmente conhecidos, e os definidos pelo uso do termo aqui, são Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, W, Al e Bi. O transportador de corrente do anodo é, de preferência, fabricado a partir de titânio ou uma liga do mesmo.

O transportador de corrente de catodo pode ser fabricado a partir de materiais, tais como aço inoxidável, níquel ou cobre, em especial de níquel ou uma liga do mesmo.

Cada transportador de corrente é, de preferência, feito a partir do mesmo metal que a placa eletricamente condutora com a qual está em contato elétrico e, com mais preferência, cada coluna com a qual está em contato também é feita do mesmo metal.

A coluna em uma estrutura de anodo (“coluna de anodo”) pode também ser feita, portanto, de um metal de válvula e é, de preferência, feita de titânio ou uma liga do mesmo, enquanto a coluna em uma estrutura de catodo (“coluna de catodo”) pode ser feita de aço inoxidável, níquel ou cobre, especialmente níquel ou uma liga do mesmo. Em tal cenário, o comprimento do trajeto eletricamente condutor através da coluna de catodo é, de preferência, maior que o comprimento do trajeto eletricamente condutor através da coluna de anodo. De preferência, a razão entre o comprimento do trajeto eletricamente condutor através da coluna de catodo e o comprimento do trajeto eletricamente condutor através da coluna de anodo é de pelo menos 2:1, de preferência, pelo menos 4:1 e com mais preferência, de pelo menos 6:1. Isto é mais prontamente conseguido através do uso de uma estrutura de catodo que compreende uma reentrância côncava dotada de uma pluralidade de projeções que se projetam para fora enquanto a estrutura de anodo compreende uma reentrância côncava dotada de uma pluralidade de projeções que se projetam para dentro.

As colunas e a porção central dos transportadores de corrente podem ser de suporte de carga, e quando elas são de suporte de carga elas são, de preferência, alinhadas com os orifícios no eletrodo. Os pinos de suporte de carga eletricamente isolante podem ser fornecidos, dispostos nas extremidades dos transportadores de corrente/colunas adjacentes aos eletrodos.

As colunas e pinos correspondentes podem ser fornecidos em uma estrutura de eletrodo adjacente de modo que, quando conectados com um separador no meio, a carga é transmitida a partir de uma combinação de coluna/transportador de corrente/pino em um lado do separador, através do separador, para uma combinação de pino/transportador/coluna em outro lado do separador. A carga ajuda a manter uma boa conexão elétrica entre o cadinho sobre um lado do separador e o cadinho na estrutura de eletrodo adjacente, enquanto que os pinos isolantes transferem a carga através do separador sem causar danos mecânicos a ele. Uma vez que a eletrólise não ocorre nesses pontos, o separador não sofre qualquer dano por eletrólise.

A configuração preferencial é mostrada nas Figuras 1-6, como discutido mais abaixo. Os pinos isolantes podem ser feitos inteiramente de um material isolante ou podem ser feitos de um material condutor equipado com uma tampa ou acolchoamento isolante adjacente à membrana.

Tais acolchoamentos isolantes podem ser feitos de um material não condutor que é resistente ao ambiente químico dentro da célula, por exemplo, fluoropolímeros, tais como PTFE, FEP, PFA, polipropileno, CPVC e borrachas fluoroelastoméricas. Os acolchoamentos podem ser fornecidos em pinos de metal que estão localizados com o acolchoamento apresentado em direção ao separador.

Em particular, na estrutura de catodo os pinos isolantes de suporte de carga podem ser feitos de níquel equipado com tampas isolantes de fluoropolímero e na estrutura de anodo os pinos isolantes de suporte de carga podem ser feitos de titânio equipado com tampas isolantes de fluoropolímero.

Os transportadores de corrente são, de preferência, projetados de tal modo que em um módulo de eletrodo que compreende uma estrutura de anodo e uma estrutura de catodo montadas com meios de vedação e um separador, na área entre as linhas adjacentes e as colunas das reentrâncias, a distância máxima de qualquer ponto sobre o separador do pé mais próximo de um transportador de corrente fixo ao anodo ou do pé mais próximo de um transportador de corrente fixo ao catodo é de 50 mm ou menos, tal como 30 a 50 mm.

Em uma outra modalidade preferencial, as pernas ou pés dos transportadores de corrente em uma dentre a estrutura de anodo e a estrutura de catodo são resistentes, enquanto os transportadores de corrente sobre a outra dentre a estrutura de anodo e a estrutura de catodo são rígidos, de modo que quando uma estrutura de anodo e uma estrutura de catodo são separadas por um separador entre as duas estruturas, as pernas ou pés resilientes aplicam pressão a partir do eletrodo de uma estrutura por meio de um separador para o eletrodo do outro. De preferência, a pressão aplicada por um eletrodo para o outro (através do separador) é maior que 0 g/cm2 e menor que 400 g/cm2, tal como menor que 100 g/cm2, e com mais preferência, maior que 10 g/cm2 e/ou menor que 40 g/cm2.

A capacidade de fornecer baixos níveis de pressão resilientes usando pernas/pés é vantajosa porque permite que a pressão seja aplicada com o risco mínimo de danos para o separador.

De um modo geral, em uma estrutura de eletrodo particular o cadinho, o eletrodo, a entrada e as saídas para fluidos e os trajetos eletricamente condutores são feitos do mesmo material. Em uma estrutura de anodo o material é de preferência de titânio. Em uma estrutura de catodo o material é de preferência de níquel.

Qualquer uma ou ambas as estruturas de eletrodo podem ser equipadas com defletores, por exemplo, de modo a dividir a estrutura de eletrodo em duas zonas de fluxo de comunicação que se estendem verticalmente para cima o eletrolisador que facilita o aumento das taxas de circulação interna do licor através do emprego de sustentação hidrodinâmica.

Por exemplo, um ou mais defletores são, de preferência, fornecidos nas estruturas de anodo e de catodo para formar um primeiro canal entre um primeiro lado do defletor e da placa de eletrodo e um segundo canal entre o segundo lado do defletor e o prato com reentrância do cadinho, o primeiro e segundo canais em comunicação um com o outro, de preferência pelo menos no, ou adjacente ao, topo e fundo da estrutura de eletrodo. O primeiro canal fornece um tubo de ascensão para a salmoura cheio de gás para ascensão ao coletor de saída no topo da estrutura de eletrodo. O segundo canal fornece um conduto para a salmoura desgaseificada cair para o fundo da estrutura de eletrodo. Os defletores são, de preferência dispostos verticalmente. Os defletores utilizam o efeito de gas-lift do gás gerado para melhorar a circulação de licor e a mistura que produz determinadas vantagens.

A mistura melhorada nas estruturas de anodo e de catodo minimiza a concentração e os gradientes de temperatura dentro das estruturas, aumentando assim a vida útil do revestimento do anodo e da membrana. Em particular, na estrutura de anodo a mistura melhorada permite o uso de salmoura altamente ácida para obter baixos níveis de oxigênio em cloro sem o risco de danos para a membrana através de protonação. A melhora da mistura na estrutura de catodo permite a adição direta de água deionizada para manter a concentração do nível cáustico constante após o concentrado cáustico ser removido.

A provisão de uma placa defletora inclinada na região superior da estrutura de eletrodo aumenta adicionalmente a separação de gás/líquido acelerando o fluxo ascendente da mistura de gás/líquido da área da eletrólise aumentando assim a coalescência de bolhas de gás.

Os defletores são feitos de material que é resistente ao ambiente químico dentro da célula. Os defletores na estrutura de anodo podem ser feitos de um polímero fluorado ou de um metal apropriado, por exemplo, titânio ou uma liga do mesmo. Os defletores na estrutura de catodo podem ser feitos de um fluoropolímero ou um metal adequado, por exemplo, níquel.

Em uma modalidade preferencial, um ressalto pode ser fornecido nas colunas condutoras conectadas aos transportadores de corrente. Isto pode facilitar a instalação de defletores na estrutura de eletrodo, o que torna mais fácil a fabricação.

O conjunto de eletrodos de acordo com a presente invenção pode ser uma “unidade de eletrodo bipolar” ou um “módulo de eletrodo”, dependendo de como o anodo e catodo estão conectados.

Uma unidade de eletrodo bipolar compreende uma estrutura de anodo e uma estrutura de catodo que estão eletricamente ligadas umas às outras. De um modo preferencial, em particular, utilizando as estruturas de eletrodo preferenciais que compreendem um cadinho com uma reentrância côncava, o prato com reentrância do cadinho de anodo e o prato com reentrância do cadinho de catodo estão eletricamente unidos, de preferência, nos vértices das projeções.

A condutividade elétrica pode ser obtida através do uso de interconectores ou pelo contato íntimo entre as estruturas de eletrodo. A condutividade elétrica pode ser potencializada através do fornecimento de materiais que potencializam a condutividade ou de dispositivo que potencializam a condutividade na superfície externa dos cadinhos. Como exemplos de materiais que potencializam a condutividade podem ser mencionados, INTER ALIA, espumas de carbono condutor, lubrificantes condutores e revestimentos de um metal de elevada condutividade, por exemplo, prata ou ouro.

De preferência, a estrutura de anodo e a estrutura de catodo de uma unidade de eletrodo bipolar estão eletricamente conectadas por meio de soldagem, ligação por explosão, ou uma conexão de parafuso.

A presente invenção é ainda ilustrada por referência, mas não é de forma limitada, aos seguintes desenhos, nos quais: A FIG. 1 é uma seção transversal da parte do topo de uma unidade de eletrodo bipolar de acordo com a presente invenção; A FIG. 2 é uma seção transversal da parte do topo de um módulo de eletrodo de acordo com a presente invenção; As Figuras 3A e 3B mostram, respectivamente, os exemplos de “cruzetas” adequadas para uso nas estruturas de anodo e de catodo. As Figuras 4A e 4B mostram ampliações das estruturas preferenciais dos membros transversais nos coletores de saída externo e interno. A FIG. 5 é uma vista isométrica observando para uma estrutura de anodo de acordo com a presente invenção; A FIG. 6 é uma seção transversal da parte do fundo de uma unidade de eletrodo bipolar de acordo com a presente invenção; e Na Figura 1 é mostrada uma unidade de eletrodo bipolar, que compreende uma estrutura de anodo (10) e uma estrutura de catodo (30).

A estrutura de anodo (10) compreende um flange (11), e uma reentrância côncava (12) com uma projeção que se projeta para dentro (13), que forma um compartimento de eletrólise (14) contendo um anodo (15). A estrutura de anodo tem um coletor de saída externo (16). O anodo (15) está tipicamente na forma de uma placa perfurada.

A estrutura de catodo (30) compreende um flange (31), e uma reentrância côncava (32) com uma projeção que se projeta para fora (33), que forma um compartimento de eletrólise (34) contendo um catodo (35). A estrutura de catodo tem um coletor de saída interno (36). O anodo (35) está tipicamente na forma de uma placa perfurada.

A estrutura de anodo (10) está eletricamente conectada à estrutura de catodo (30) através de um dispositivo de potencialização de condutividade (50), disposto entre a projeção que se projeta para dentro (13) na estrutura de anodo (10) e a projeção que se projeta para fora (33) sobre a estrutura de catodo (30).

Na prática há múltiplas projeções que se projetam para dentro e para fora de cada estrutura de eletrodo, e múltiplos dispositivos que potencializam a condutividade de modo que quando as duas estruturas de eletrodo são pressionadas em conjunto, os dispositivos que potencializam a condutividade fornecem uma boa continuidade elétrica entre os picos das projeções de estrutura de catodo (33) e as projeções de estrutura de anodo (13). O dispositivo de potencialização de condutividade pode estar sob a forma de um dispositivo de abrasão ou (com mais preferência) um disco bimetálico. Quando a unidade de eletrodo bipolar é fornecida pré-montada para uso em uma prensa de filtro de eletrolisador bipolar, é possível que o dispositivo de potencialização de condutividade (50) seja omitido completamente e em vez disso a estrutura de anodo e de catodo é eletricamente e mecanicamente conectada entre si por soldagem, ligação por explosão, ou uma conexão de parafuso.

As estruturas do anodo e do catodo ainda compreendem colunas eletricamente condutoras (17, 37), que conectam as respectivas projeções (13, 33), acolchoamentos eletricamente isolantes (18, 38) e transportadores de corrente que estão, cada um, em uma forma que tem uma porção central da qual duas ou mais pernas irradiam (daqui em diante chamadas de “cruzetas”) (19, 39). As cruzetas (19, 39) estão montadas entre as respectivas colunas (17, 37) e os eletrodos respectivos (15, 35). No lugar das respectivas colunas (17, 37), os eletrodos (15, 35) são perfurados e os acolchoamentos (18, 38) são recebidos no interior dos furos e assentam sobre a base central das cruzetas (19, 39).

O fluxo de licor do compartimento de eletrólise de anodo (14) para o coletor de saída externo (16) ocorre através de uma fenda de saída na extremidade superior da estrutura de anodo (10), a fenda de saída estando localizada imediatamente acima do anodo (15).

O fluxo de licor do compartimento de eletrólise de catodo (34) para o coletor de saída interno (36) ocorre através de uma fenda no coletor de saída interno na região superior da estrutura de catodo (30). Na FIG. 2 é mostrado um módulo de eletrodo que compreende uma estrutura de anodo (10) e uma estrutura de catodo (30). As estruturas do anodo e do catodo são, em geral, tal como definidas para a Figura 1 e a mesma numeração é usada como para as características correspondentes já descritas para a Figura 1. No entanto, as respectivas estruturas do eletrodo estão, nesta Figura, unidas com o anodo (15) e o catodo (35) voltadas uma para a outra com uma membrana (51) no meio. Em particular, os flanges (11, 31) são fornecidos com flanges de suporte (20, 40) com orifícios para receber parafusos (não mostrados) para aparafusar a estrutura de anodo (10) e a estrutura de catodo (30) com duas gaxetas de vedação (52) e a membrana (51) para formar um módulo de acordo com a presente invenção. A membrana (51) passa para baixo através do módulo de eletrodo entre o anodo (15) e o catodo (35), que fornece uma separação de fluido entre os respectivos compartimentos de eletrólise (14, 34) das referidas estruturas do anodo e do catodo (10, 30).

A cruzeta (19) no compartimento de eletrólise de anodo (14) compreende uma seção central em forma de disco (21) que pode ser conectada à extremidade da coluna (17), por exemplo, por soldagem, fixação por parafuso ou conectores de encaixe por pressão, e um número de pernas (22) que irradiam a partir da seção central (21) e estão ligadas nas suas extremidades livres, por exemplo, por meio de soldagem, ao anodo (15). Geralmente as pernas (22) estão dispostas de modo que o fornecimento de corrente através da coluna (17) é distribuído a um número de pontos equidistantes em torno da coluna (17).

A cruzeta (39) no compartimento de eletrólise de catodo (34) compreende uma seção central em forma de disco (41) que pode ser conectada à extremidade da coluna (37), por exemplo, por soldagem, fixação por parafuso ou conectores de encaixe por pressão, e um número de pernas (42) que irradiam a partir da seção central (41) e estão ligadas nas suas extremidades livres, por exemplo, por meio de soldagem, ao catodo (35). Geralmente as pernas (42) estão dispostas de modo que o fornecimento de corrente através da coluna (37) é distribuído a um número de pontos equidistantes em torno da coluna (37).

Na prática, durante a produção das estruturas de eletrodo (10, 30), as cruzetas (19, 39) podem ser soldadas ou, de outro modo, conectadas aos eletrodos (15, 35) e as cruzetas podem então ser subsequentemente soldadas ou, de outro modo, presas às colunas (17, 37). Este arranjo facilita a substituição ou reparação das placas de anodo/catodo ou renovação/substituição de qualquer revestimento eletrocataliticamente ativo nas mesmas.

Também estão mostrados na Figura 2 os defletores (23, 43) que podem servir para dividir, respectivamente, cada compartimento de anodo e cada compartimento de catodo em duas zonas que se comunicam para fornecer o licor de recirculação tal como discutido mais abaixo. A disposição dos defletores em qualquer compartimento é opcional, mas é particularmente preferencial que os defletores são fornecidos no compartimento do anodo. Sem pretender se ater à teoria acredita-se que a recirculação no compartimento de anodo é útil no fornecimento do aumento das taxas de eletrólise, por exemplo, facilitando a operação em densidade de corrente mais alta.

Os defletores (23, 43) podem ser montados nas colunas eletricamente condutoras (17, 37). Cada uma das colunas pode ser fornecida com um ressalto (24, 44) para facilitar a instalação e a localização exata dos defletores.

Também estão mostrados na Figura 2 um membro transversal (25) no coletor de saída externo (16) do anodo e um membro transversal (45) no coletor de saída interno (36) do catodo. As Figuras 3A e 3B mostram, respectivamente, os exemplos de “cruzetas” adequadas para uso nas estruturas de anodo e de catodo.

Com respeito à Figura 3A a cruzeta compreende uma seção central em forma de disco (21) e 4 pernas (22) que se irradiam a partir da seção central (21). As pernas (22) se irradiam simetricamente de modo que em uso o fornecimento de corrente é distribuído para um número de pontos equidistantes.

Especialmente quando se destinam ao uso na eletrólise de haletos de metais alcalinos, as cruzetas do anodo são fabricadas de um metal de válvula ou liga do mesmo.

Com respeito à Figura 3A a cruzeta compreende uma seção central em forma de disco (41) e 4 pernas (42) que se irradiam a partir da seção central (41). As pernas (42) se irradiam simetricamente de modo que em uso o fornecimento de corrente é distribuído para um número de pontos equidistantes.

Especialmente quando se destinam ao uso na eletrólise de haletos de metais alcalinos, as cruzetas do catodo podem ser podem ser fabricadas a partir de materiais, tais como aço inoxidável, níquel ou cobre.

Como mostrado, as pernas (42) da cruzeta de catodo são mais longas e configuradas para serem relativamente elásticas, enquanto que as pernas (22) da cruzeta de anodo são mais curtas e mais rígidas.

As Figuras 4A e 4B mostram, respectivamente, ampliações das estruturas preferenciais dos membros transversais (25) e (45). A estrutura preferencial do membro transversal (25) no coletor de saída externo (16) está na forma de um arranjo tipo “escada”, enquanto que a estrutura preferencial dos membros transversais (45) do coletor de saída interno (36) está na forma de placas com orifícios redondos. Como mostrado na Figura 4B, pode haver mais do que um membro transversal (45) no coletor de saída (36). Apesar de apenas um único membro transversal (25) ser mostrado nas Figuras 1 e 2 também pode haver mais do que um membro transversal no coletor de saída (16).

A Figura 5 mostra uma estrutura de anodo (10) em mais detalhe, mostrando as projeções tronco-esféricas que se projetam para dentro (13) e um coletor de saída externo afunilado (16). A Figura 5 também ilustra as localizações para as medições de AE e LE.

A Figura 6 mostra uma seção transversal da parte do fundo de uma unidade de eletrodo bipolar. Como acontece com as Figuras acima da mesma numeração é usada como para as características correspondentes já descritas. Nesta figura a estrutura de anodo é fornecida com um tubo de entrada de anodo (26), enquanto a estrutura de catodo é fornecida com um tubo de entrada de catodo (46). As colunas (não mostradas) são fornecidas nos respectivos tubos de entrada para a descarga de licor para os respectivos compartimentos de eletrólise, e são, de preferência, formadas de tal modo que o licor descarregado do mesmo é dirigido para a parte posterior dos cadinhos atrás dos defletores (23, 43) para ajudar a mistura. Os defletores (23, 43) se estendem verticalmente dentro dos respectivos compartimentos de anodo e de catodo a partir da extremidade inferior da estrutura de eletrodo para as extremidades superiores dos mesmos e formam dois canais dentro de cada estrutura de eletrodo que se comunica pelo menos adjacente ao topo e ao fundo da estrutura.

Em um segundo aspecto, a presente invenção fornece um modular ou eletrolisador de filtro prensa que compreende uma pluralidade de conjuntos de eletrodos de acordo com a primeira modalidade.

Por exemplo, a presente invenção pode fornecer um “eletrolisador tipo filtro prensa” compreendendo uma pluralidade de unidades de eletrodos bipolares conectados, unidades de eletrodos bipolares adjacentes sendo conectadas através de um separador e meios de vedação entre os flanges sobre as unidades adjacentes. Os meios de separação e de vedação são, de preferência, tal como descritos entre as estruturas de eletrodo quando configurados como um módulo de eletrodo no primeiro aspecto.

Alternativamente, a presente invenção pode fornecer um eletrolisador modular, compreendendo uma pluralidade de módulos de eletrodos conectados. Neste caso os módulos de eletrodo podem ser conectados uns aos outros, fornecendo ligações elétricas adequadas entre os módulos adjacentes.

Por exemplo, o prato com reentrância do cadinho de anodo e o prato com reentrância do cadinho de catodo em módulos adjacentes são eletricamente unidos, de preferência, nos vértices das projeções.

A condutividade elétrica pode ser obtida através do uso de interconectores ou pelo contato íntimo entre as estruturas de eletrodo. A condutividade elétrica pode ser potencializada através do fornecimento de materiais que potencializam a condutividade ou de dispositivo que potencializam a condutividade na superfície externa dos cadinhos. Como exemplos de materiais que potencializam a condutividade podem ser mencionados, INTER ALIA, espumas de carbono condutor, lubrificantes condutores e revestimentos de um metal de elevada condutividade, por exemplo, prata ou ouro.

Ao conectar os módulos de eletrodos adjacentes juntos as conexões através de soldagem, ligação por explosão, ou uma conexão por parafuso não são preferenciais. Em vez disso, as conexões preferenciais são as que são formadas por contato físico íntimo entre as estruturas de eletrodo adjacentes.

Os dispositivos potencializadores de eletrocondutividade que podem potencializar o contato incluem tiras, discos ou placas de contato bimetálicas eletrocondutoras, dispositivos metálicos eletrocondutores, tais como arruelas, ou dispositivos metálicos eletrocondutores adaptados para (a) corroer ou perfurar a superfície dos cadinhos por corte ou mordedura através de qualquer revestimento condutibilidade elétrica de reforço na mesma de revestimento eletricamente isolante no mesmo, por exemplo, uma camada de óxido, e (b) pelo menos inibir a formação de uma camada isolante entre o dispositivo e a superfície do cadinho (que pode ser chamado de um "dispositivo de abrasão").

Tais dispositivos são descritos adicionalmente no documento US 6761808. O número de módulos ou unidades bipolares pode ser escolhido pelo versado na técnica à luz, INTER ALIA, do volume de produção necessário, potência e tensão disponível e certas limitações conhecidas do versado na técnica. Tipicamente, no entanto, um eletrolisador de filtro prensa ou modular acordo com o segundo aspecto da presente invenção compreende 5-300 módulos.

Em um terceiro aspecto, é fornecido um processo para a eletrólise de um haleto de metal alcalino que compreende submeter um haleto de metal alcalino para a eletrólise em um eletrolisador modular ou de filtro prensa de acordo com o segundo aspecto.

O eletrolisador de filtro prensa ou modular de acordo com o terceiro aspecto da presente invenção pode ser operado de acordo com métodos conhecidos. Por exemplo, ele é tipicamente operado a pressões entre 50 e 600 kPa de pressão absoluta (0,5 e 6 bar), de preferência, entre 50 e 180 kPa (500 e 1800 mbar).

O líquido a ser eletrolisado é alimentado para o tubo de entrada em cada estrutura de eletrodo. Por exemplo, quando o eletrolisador deve ser utilizado para a eletrólise de salmoura os tubos de entrada permitem que a porção cáustica seja carregada na estrutura de catodo e a salmoura seja carregada na estrutura de anodo. Os produtos, nomeadamente de cloro e solução de salmoura esgotada a partir da estrutura de anodo e hidrogênio e porção cáustica a partir da estrutura de catodo, são recuperados a partir dos respectivos coletores. A eletrólise pode ser operada a elevada densidade de corrente, isto é, >6kA/m2.

Em ainda um aspecto adicional a presente invenção fornece uma estrutura de eletrodo que compreende: i) um cadinho com uma reentrância côncava e um flange que pode interagir com um flange sobre uma segunda estrutura de eletrodo para manter um separador entre os dois e a reentrância côncava tendo ainda uma pluralidade de projeções que se projetam para dentro ou para fora que podem coincidir com as projeções correspondentes sobre uma terceira estrutura de eletrodo em uma unidade de eletrodo ou em um eletrolisador modular, ii) uma entrada para o líquido a ser eletrolisado e iii) um coletor de saída para os gases emitidos e líquido gasto, em que o coletor de saída é um coletor de saída externo afunilado que aumenta a área da seção transversal na direção do fluxo de gás/líquido para as aberturas de saída.

De preferência, o coletor de saída externo, neste aspecto, compreende um ou mais membros transversais internos localizados ao longo de todo ou parte do comprimento horizontal e fixos internamente aos lados do coletor.

Neste aspecto, a profundidade do coletor de saída externo pode exceder a profundidade da estrutura de eletrodo reivindicada. Em particular, quando conectado à dita segunda e/ou terceira estrutura de eletrodo em um módulo de eletrodo, à unidade de eletrodo ou ao eletrolisador modular, o coletor de saída externo da estrutura de eletrodo reivindicada pode ocupar o espaço que está verticalmente acima da segunda e/ou da terceira estruturas de eletrodo.

Outras características da estrutura de eletrodo podem ser geralmente como descritas no primeiro aspecto. Por exemplo, a estrutura de eletrodo preferencial compreende uma reentrância côncava que é fornecida com uma pluralidade de projeções que se projetam para dentro.

Em uma modalidade mais preferencial deste aspecto o flange está em torno da periferia da reentrância côncava e deve suportar uma gaxeta capaz de vedar o separador entre a superfície do eletrodo da estrutura de eletrodo reivindicada e a superfície do eletrodo da segunda estrutura de eletrodo de tal modo que as superfícies dos eletrodos estão substancialmente paralelas e voltadas umas às outras, mas estão afastadas umas das outras pelo separador e estão hermeticamente vedadas ao separador. Além disso, a estrutura de eletrodo compreende um eletrodo espaçado do cadinho, mas conectado ao cadinho pelos trajetos eletricamente condutores entre o cadinho e o eletrodo com a condição de que, quando a estrutura de eletrodo reivindicada é fornecida com uma pluralidade de projeções que se projetam para dentro o eletrodo pode ser diretamente eletricamente conectado ao cadinho.

A estrutura de eletrodo é, de preferência, uma estrutura de anodo. Em particular, como já foi descrito, o separador é mais propenso a danos causados pela formação de um espaço de gás adjacente ao separador no lado do anodo na região superior de um compartimento de eletrólise, e também porque a separação de cloro formado a partir da salmoura gasta é mais problemática. O coletor de saída externo localizado acima do compartimento de eletrólise permite minimizar estes problemas porque a sua localização move a área de desprendimento de gás para longe do separador e também fornece uma maior flexibilidade para projetar a sua forma e tamanho para melhorar a separação.

Em ainda um aspecto adicional a presente invenção fornece uma estrutura de eletrodo que compreende: i) um cadinho com uma reentrância côncava e um flange que pode interagir com um flange sobre uma segunda estrutura de eletrodo para manter um separador entre os dois e a reentrância côncava tendo ainda uma pluralidade de projeções que se projetam para dentro ou para fora que podem coincidir com as projeções correspondentes sobre uma terceira estrutura de eletrodo em uma unidade de eletrodo ou em um eletrolisador modular, e ii) uma entrada para o líquido a ser eletrolisado e iii) um coletor de saída para os gases emitidos e líquido gasto, em que o coletor de saída da estrutura de eletrodo reivindicada é um coletor de saída interno e os coletores de saída da segunda e da terceira estruturas de eletrodo são coletores de saída externos.

De preferência, o coletor de saída interno, neste aspecto, compreende um ou mais membros transversais internos localizados ao longo de todo ou parte do comprimento horizontal e fixos internamente aos lados do coletor.

Neste aspecto a profundidade dos coletores de saída externos da segunda e da terceira estruturas de eletrodo podem exceder a profundidade das ditas estruturas de eletrodo de tal modo que quando a estrutura de eletrodo reivindicado está conectada às ditas segunda e/ou terceira estruturas de eletrodo em um módulo de eletrodo, unidade de eletrodo ou eletrolisador modular, o coletor de saída externo da segunda ou da terceira estruturas de eletrodo pode ocupar o espaço que está verticalmente acima da estrutura de eletrodo reivindicadas.

Novamente, outras características da estrutura de eletrodo podem ser geralmente como descritas no primeiro aspecto. Por exemplo, a estrutura de eletrodo preferencial compreende uma reentrância côncava que é fornecida com uma pluralidade de projeções que se projetam para fora.

Em uma modalidade mais preferencial deste aspecto o flange está em torno da periferia da reentrância côncava e deve suportar uma gaxeta capaz de vedar o separador entre a superfície do eletrodo da estrutura de eletrodo reivindicada e a superfície do eletrodo da segunda estrutura de eletrodo de tal modo que as superfícies dos eletrodos estão substancialmente paralelas e voltadas umas às outras, mas estão afastadas umas das outras pelo separador e estão hermeticamente vedadas ao separador. Além disso, a estrutura de eletrodo compreende um eletrodo espaçado do cadinho, mas conectado ao cadinho por trajetos eletricamente condutores entre o cadinho e o eletrodo com a condição de que, quando a estrutura de eletrodo reivindicada é uma estrutura de anodo o eletrodo pode ser diretamente eletricamente conectado ao cadinho.

A estrutura de eletrodo é neste aspecto, de preferência, uma estrutura de catodo. Finalmente, a presente invenção também fornece métodos de renovação de conjuntos de eletrodos ou eletrolisadores de filtro prensa ou modulares de acordo com os aspectos acima.

Por exemplo, um método para renovar um conjunto de eletrodos pode compreender: a) fornecer uma estrutura de eletrodo, b) renovar a dita estrutura de eletrodo, em que renovação compreende: i) separar o eletrodo e fixar os transportadores de corrente a partir do cadinho ou das colunas para que os transportadores de corrente sejam conectados, e ii) subsequentemente fixar novamente ao cadinho o mesmo eletrodo após renovação do mesmo ou um eletrodo de substituição por fixação dos transportadores de corrente associados com o eletrodo remodelado ou de substituição para o cadinho ou ditas colunas, e c) remontar a estrutura de eletrodo.

Quando uma placa de anodo ou catodo de uma estrutura de eletrodo está em necessidade de renovação ela pode ser removida da estrutura por remoção de quaisquer acolchoamentos para expor as seções centrais dos transportadores de corrente e, assim, permitir a sua separação a partir das colunas ou, quando nenhuma coluna está presente, a partir do cadinho de eletrodo. Uma vez que os transportadores de corrente são separados, o anodo ou catodo podem então ser removidos para reutilização. A renovação de um eletrodo pode envolver a reparação de seções do eletrodo e/ou recobrimento como requerido. Em alternativa, o eletrodo pode ser substituído com um eletrodo inteiramente novo. O eletrodo novo ou renovado é então fixo novamente fisicamente e eletricamente, por exemplo, por soldagem por pontos, fixadores roscados ou conectores de encaixe. A renovação dos conjuntos de eletrodos usados no processo cloro-álcali é geralmente necessária periodicamente.

Em uma modalidade alternativa, o método para renovar um conjunto de eletrodos pode compreender: a) fornecer uma estrutura de eletrodo, e b) renovar o eletrodo da dita estrutura de eletrodo, enquanto o eletrodo está ainda fixo ao cadinho. A renovação pode compreender: i) Remover o revestimento de eletrodo a partir do eletrodo contido no cadinho IN SITU, ii) Descontaminar, limpar e secar a estrutura de eletrodo, iii) Reparar qualquer dano estrutural, por exemplo, por remoção das lâminas de eletrodos ou malhas danificadas e ressoldagem em substituições não revestidas, iv) Recobrir os eletrodos reparados IN SITU no cadinho.

Claims (15)

1. Conjunto de eletrodos caracterizado por compreender uma estrutura de anodo (10) e uma estrutura de catodo (30), cada uma das ditas estrutura de anodo e estrutura de catodo compreendendo i) um flange (11, 31) que pode interagir com um flange (11, 31) sobre uma outra estrutura de eletrodo para segurar um separador entre os dois, ii) um compartimento de eletrólise (14, 34) que contém um eletrodo (15, 35), e que em uso contém um líquido a ser eletrolisado, iii) uma entrada (26, 46) para o líquido a ser eletrolisado e iv) um coletor de saída (16, 36) para os gases emitidos e líquido gasto, em que o coletor de saída (16, 36) em uma dentre a estrutura de anodo (10) e a estrutura de catodo (30) é um coletor de saída externo em que o coletor de saída externo é um volume de saída pelo qual o gás emitido durante a eletrólise saem da estrutura de eletrodo e que é fornecido sobre a estrutura de eletrodo de saída do compartimento de eletrólise, e o coletor de saída (16, 36) na outra dentre uma estrutura de anodo (10) e uma estrutura de catodo (30) é um coletor de saída interno em que o coletor de saída interno é um volume de saída pelo qual o gás emitido durante a eletrólise saem da estrutura de eletrodo e que é fornecido sobre a estrutura de eletrodo dentro do compartimento de eletrólise.

2. Conjunto de eletrodos, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada coletor de saída (16, 36) é um volume de saída que é fornecido na estrutura de anodo ou de catodo (10, 30) individual e pelo qual o gás emitido sai da estrutura de anodo ou de catodo para um coletor de coleta de eletrolisador o qual é um volume que coleta os gases emitidos durante a eletrólise a partir das saídas dos múltiplos coletores de saída e os passa para o processamento adicional.

3. Conjunto de eletrodos, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que cada coletor de saída (16, 36) é um volume estendido alinhado paralelo com o eixo horizontal longo da estrutura de eletrodo (10, 30).

4. Conjunto de eletrodos, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que VE/(AE x LE) é menor que 1, em que VE é o volume interno do coletor de saída externo em cm3, AE é a área em seção transversal interna na extremidade de saída do coletor, LE é o comprimento interno, com mais preferência, onde o coletor de saída externo é afunilado, e em particular aumenta a área de seção transversal na direção do fluxo de gás/líquido em direção a sua abertura ou aberturas de saída.

5. Conjunto de eletrodos, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que um ou ambos os coletores de saída (16, 36) compreendem um ou mais membros transversais internos (25, 45) localizados ao longo de todo ou parte do comprimento e fixos internamente aos lados do coletor, e, em particular, onde os membros transversais são tiras que correm internamente ao longo do comprimento do(s) coletor(es) de saída, fixas aos lados do(s) coletor(es), e, de preferência, em que os membros transversais são fornecidos com orifícios através das tiras que se comunicam de cima para baixo.

6. Conjunto de eletrodos, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o coletor de saída externo da estrutura de eletrodo, que tem o dito coletor de saída externo ocupa o espaço que está verticalmente acima da estrutura de eletrodo adjacente em um módulo de eletrodo, unidade de eletrodo, eletrolisador de filtro prensa ou modular.

7. Conjunto de eletrodo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o coletor de saída na estrutura de anodo (10) é um coletor de saída externo e o coletor de saída na estrutura de catodo (30) é um coletor de saída interno.

8. Conjunto de eletrodos, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que em cada uma das ditas estrutura de anodo (10) e estrutura de catodo (30): o compartimento de eletrólise (14, 34) compreende um cadinho com uma reentrância côncava (12, 32), o flange (11, 31) estando em torno da periferia da mesma para suportar uma gaxeta (52) capaz de vedar o separador entre a superfície de anodo de uma estrutura de anodo (10) e a superfície de catodo de uma estrutura de catodo (30) de modo que a superfície de anodo é paralela e voltada para, mas está afastada da superfície de catodo pelo separador e está hermeticamente vedada ao separador, e um eletrodo (15, 35) espaçado do cadinho, mas conectado ao cadinho por trajetos eletricamente condutores entre o cadinho e o eletrodo com a condição de que, quando a estrutura de eletrodo é uma estrutura de anodo (10) o eletrodo (15) pode ser diretamente eletricamente conectado ao cadinho, e em que os trajetos eletricamente condutores compreendem um ou mais colunas condutoras(17, 37) as quais devem ser fornecidas com ressaltos (24, 44) em que os defletores (23, 43) devem ser montados para melhorar a circulação de fluidos e gás na estrutura de eletrodo, e, de preferência em que a reentrância côncava (12, 32) de uma dentre a estrutura de anodo (10) e a estrutura de catodo (30) é fornecida com uma pluralidade de projeções que se projetam para fora e a outra dentre a estrutura de anodo (10) e a estrutura de catodo (30) é fornecida com uma pluralidade de projeções que se projetam para dentro, as projeções sendo tais que as projeções que se projetam para fora podem coincidir com as projeções que se projetam para dentro em uma estrutura de eletrodo adjacente ou módulo de eletrodo em um eletrolisador modular.

9. Eletrolisador de filtro prensa ou modular caracterizado por compreender uma pluralidade de conjuntos de eletrodos conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 8, e, de preferência, que compreende 5-300 conjuntos de eletrodos.

10. Processo para a eletrólise de um haleto de metal alcalino caracterizado por compreender submeter um haleto de metal alcalino à eletrólise em um eletrolisador de filtro prensa ou modular conforme definido na reivindicação 9.

11. Uso de uma estrutura de eletrodo (30) em um eletrolisador de filtro prensa ou modular, conforme definido na reivindicação 9, caracterizado por compreender: i) um cadinho com uma reentrância côncava (32) e um flange (31) que pode interagir com um flange (11) sobre uma segunda estrutura de eletrodo para manter um separador entre os dois e a reentrância côncava tendo ainda uma pluralidade de projeções (33) que se projetam para dentro ou para fora que podem coincidir com as projeções correspondentes sobre uma terceira estrutura de eletrodo em uma unidade de eletrodo ou em um eletrolisador modular, e ii) uma entrada (46) para o líquido a ser eletrolisado e iii) um coletor de saída (36) para os gases emitidos e líquido gasto, em que o coletor de saída (36) da estrutura de eletrodo (30) é um coletor de saída interno e os coletores de saída da segunda e da terceira estruturas de eletrodo são coletores de saída externos.

12. Uso, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o coletor de saída interno compreende um ou mais membros transversais internos (25, 45) localizados ao longo de todo ou parte do comprimento horizontal e fixos internamente aos lados do coletor.

13. Uso, de acordo com a reivindicação 11 ou 12, caracterizado pelo fato de que a estrutura de eletrodo é uma estrutura de catodo (30).

14. Método para renovar um conjunto de eletrodos caracterizado por compreender: a) fornecer um conjunto de eletrodo conforme definido na reivindicação 8, b) renovar uma estrutura de eletrodo (10, 30), em que renovação compreende: i) separar o eletrodo (15, 35) e fixar os transportadores de corrente a partir do cadinho ou das colunas (17, 37) para que os transportadores de corrente sejam conectados, e ii) subsequentemente fixar novamente ao cadinho iii) o mesmo eletrodo após renovação do mesmo por reparo e / ou recobrimento de todo ou de parte do eletrodo e / ou substituição de parte do eletrodo, ou iv) um eletrodo de substituição por fixação dos transportadores de corrente associados com o eletrodo remodelado ou de substituição para o cadinho ou ditas colunas, e c) remontar a estrutura de eletrodo (10, 30).

15. Método para renovar um conjunto de eletrodos caracterizado por compreender: a) fornecer um conjunto de eletrodo conforme definido na reivindicação 8, b) renovar o eletrodo (15, 35) de uma estrutura de eletrodo (10, 30) pelo reparo e / ou recobrimento de todo ou parte do eletrodo e / ou substituição de parte do eletrodo enquanto o eletrodo está ainda fixo ao cadinho.

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