CN101107385A - 扩大活性隔膜表面的电解池 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于从含水碱性卤化物溶液产生氯气的电解池,主要由两个半容器壳体、阳极(4)、阴极(5)和配置在电极之间的离子交换隔膜(1)组成电解池。为了把隔膜固定在适当位置上和分布压缩力,在隔膜的至少一侧把用既导电又耐腐蚀的材料制作的垫片元件(2、3)安装在离子交换隔膜和电极之间。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于从含水碱性卤化物溶液产生氯气的电解池,主要由两个半容器壳体、阳极、阴极和离子交换隔膜(在下文中称为“隔膜”)组成上述电解池。各个半容器壳体的内侧装有一些用导电材料制成,支撑各个电极和传递来自外侧的夹紧作用力的细长条以及安装在离子交换隔膜和电极之间,用于把隔膜固定在适当位置和分布机械力的垫片元件。在离子交换隔膜的至少一个侧面上设置垫片而且用既导电又耐腐蚀的材料制作垫片。
背景技术
在技术上大家知道用于产生卤素气体的单电解池类型电解装置。在单电解池类型结构中,最多到40个独立的电解池并行地悬挂在吊架上而且相邻电解池对的相应围壁例如通过合适接触细长条互相电连接。在这种方法中,离子交换隔膜承受由外部施加的夹紧力引起的很大机械负载,必须通过细长条来传递外部施加的夹紧力。
在目前技术状态下大家知道把这些电极焊接到在垂直于电极和半容器壳体后壁放置而因此对准在夹紧力方向上的一些细长条上的相应半容器壳体上。把多个垫片安装在隔膜和电极之间的间隔中以便用垫片夹紧承受外部机械力的隔膜而因此把隔膜固定在适当位置上。把这些垫片配置成确定一个接触面积的对向对而把细长条安置在相应的上述接触面积内电极的对向侧上。
在DE19641125和EP0189535是公开这种类型的电解池。如DE2538414所述,用电绝缘材料制作这些垫片元件。EP 1073780和EP0189535也讲授了不用金属元件和导电元件组成垫片。这源于对向垫片对引起隔膜在有关接触面积内厚度降低的实际情况。如果用导电材料制作垫片元件,则在机械负载影响下和减小隔膜厚度的影响下在隔膜中可能引起短路。
根据电流输送的观点来看,被垫片元件屏蔽的隔膜区域成为非活性的。在电解池组装期间,保证有效地达到垫片对完美匹配实际上是不可能的。最后得出的隔膜表面所以比根据结构设计规定的理论表面稍大。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种所设计的克服以上所举例说明的不足之处,尤其是便于更好地使用隔膜活性表面面积的电解池。
通过提供一种用于从含水碱性卤化物溶液产生氯气的电解池来达到不仅以上所陈述的目的而且进一步的一些目的和优点以及其他一些目的和优点,这种电解池包括两个半容器壳体和装有配置在其间的离子交换隔膜的两个电极、阳极和阴极。每半容器壳体的内侧装有支撑各个电极而且从外侧传递夹紧作用力的增大导电装置。此外垫片元件配置在离子交换隔膜和一些电极之间以便把隔膜固定在适当位置而且分布机械力,其中在离子交换隔膜适宜的一侧,上述垫片元件是用既导电又耐腐蚀的材料制作的。
在本发明的一个优选实施例中,在相当于隔膜阳极侧的电流输入侧的一些垫片元件是用既导电又耐腐蚀的材料制作的,而在阴极侧安装用电绝缘材料制作的一些垫片元件。
在一个特别优选的实施例中,与隔膜接触的而且用电绝缘材料制作的垫片元件表面的直径小于6mm,更优选的是小于5mm。本发明人惊奇地观察到使用具有6mm以下或者更小直径的垫片元件对隔膜的所有电流输送性质上没有影响。
如上所述,在现有技术的电解池的情况中,在电解池组装期间很难保证对向垫片元件对完美匹配;本发明在这方面提供了相当大的方便,由于使第一窄垫片和第二稍宽垫片面对面耦接是可以实现的,第二稍宽垫片是用导电材料制作的垫片而所以不容易使相应的隔膜区域失去活性。用一种替换方法,使用具有适宜开口结构的宽垫片元件,只要对向表面的直径在实际接触上完全保持在6mm以下也是可以实现的。在这种方法中电解池的组装是相当简便的。
通过在细长条接触区域上使电极取成适合的形状以便在隔膜侧面形成完整的垫片元件,能够避免使用分离的垫片元件,能够获得进一步的提高。
根据本发明的一个优选实施例,用作本发明电解池垫片零件的既导电又耐腐蚀的材料选自钛及其合金、镍及其合金、镀钛材料和镀镍材料。
在本发明的另一个优选实施例中,在与导电的一些垫片元件相应的接触面积内隔膜厚度增加了至少10%,上述在厚度上的增量是通过在隔膜其中一个侧面,优选的是阴极侧的侧面上涂敷额外的涂层而得到的。这样的隔膜加厚对由垫片元件中的小横截面面积传递的机械负载能够负载补偿而不一定增加整个隔膜的阻力。
在本发明的一个替换实施例中,两个对向的垫片元件是金属的而且是导电的,并且在与导电垫片元件相应的接触面积内隔膜厚度增加了至少10%。离子交换隔膜厚度上的增量优选的是不超过原有隔膜厚度的两倍。
根据本发明的另一个实施例,隔膜厚度遍及整个表面是均匀的,而金属的和导电的垫片元件安装在两个侧面上,上述垫片镀有相对于在相应的接触面积内的离子交换隔膜具有基本上相同或者等效的性质的材料。
附图说明
在下文中借助于由实施例提供而且将不准备用作一种其范围的限制的一些附图来描述本发明,其中图1是本发明的电解池的透视图,图2a表示在现有技术的电解池中夹紧力的分布,图2b表示在本发明电解池的优选实施例中电流传输线的分布,图3表示根据本发明的一个实施例的垫片元件。
具体实施方式
图1表示在本发明电解池的透视图中的一些内部零件。隔膜1被夹紧在与其直接接触的垫片2和3之间。用背侧面焊接在细长条6上的垫片元件2紧压住阳极4。把这条细长条在其转角处焊接在半容器壳体壁8上。在半容器壳体壁8上,沿着细长条6的高度安置接触条10,在这样的情况下使接触条10成为凹槽形状而且容纳邻接电解池(图中未表示出)的接触条。
阴极侧的结构是类似的,以致阴极5直接与在背侧面上与细长条7焊接的垫片元件3接触。垫片元件3装有如图3中所详细表示的开口。细长条7在其转角处内与半容器壳体壁8焊接。
图2a举例说明现有技术的电解池,其中为了便于对其用图说明而放大了隔膜厚度。二个箭头9表示通过邻接电解池传递的外部压缩力的方向。
隔膜1在相应的电流输入中有在阴极侧的高阻区1a和在阳极侧的低电阻区1b。这种隔膜分层现象对在隔膜内均匀电流分布有帮助。由于隔膜被绝缘垫片元件2和3屏蔽,因此如图2所示,大体上在其附近使电流流动线转变方向,而且在环绕的区域内形成电流流动不横穿的隔膜部分。用有点区域表示这样的部分。由于这些非活性部分而增大在隔膜内的电压降和在这些活性部分内的电流密度。
图2b表示在与本发明电解池的一个实施例有关的隔膜中的电流线图形。在阳极侧面上用金属制作的垫片元件2与阳极形成完整的部件因此电流线能够平行地进入隔膜1的低电阻区1b而没有偏斜。保持这种平行通过在阴极侧面上垫片元件3面积内的高电阻区1a的平行性,以致没有发生没有被电流线穿过而形成的一些盲区。
图3举例说明垫片元件优选实施例的结构。在阳极侧面上的条型垫片部件2具有在与隔膜接触侧面上仿形表面,在用图说明的实施例中的条型垫片部件2具有斜方形突起部11和凹陷处12。在阴极侧面上由绝缘材料组成的垫片部件3装有多个表面凹口因此在安装时候垫片元件2和3不覆盖任何具有5mm以上直径的隔膜表面面积。
在一种实验电解池中研究本发明垫片元件的电流密度。在一种电解池中,安装十七行四个各含8mm宽度和295mm长度的垫片。这些垫片元件装有如图3所示的开口,结果是得到用于接触表面的最大5mm直径。这些凹口决定定义为开口对总表面比率的垫片元件表面所有开口比率的大约50%。
用这种方法获得大约0.08m2(从2.72m2到2.80m2)在活性隔膜表面中的增量。因此,电流密度减少了2.9%。
在这样的方法中,用2.3mV(KA/m2)来降低装有显示80mV(KA/m2)K因子的标准高负载N982隔膜的电解池的工作电压,这就导致在6KA/m2电流密度时的14mV电压降。这相当于每吨NaOH产物节省10KWh的能量。
如果把垫片设计成使用整个隔膜表面面积,则电压降翻一翻,到28mV,相当于每吨产物NaOH节约20KWh。
Claims (11)
1.一种电解池,由两个半容器壳体确定,每个半容器壳体通过多个导电细长条固定电极,电极由具有被隔膜分开的主表面的阳极和阴极组成,隔膜和阳极装有安装在其间的第一组多个垫片元件,隔膜和阴极装有安装在其间与上述第一多个垫片元件配置成多个对向对的第二组多个垫片元件,上述对向对确定一个在隔膜表面上的接触面积而且把隔膜固定在适当位置上,其特征在于用既导电又耐腐蚀的材料制作上述第一组和第二组多个垫片元件中的至少一种垫片元件。
2.根据权利要求1的电解池,其特征在于用既导电又耐腐蚀的材料制作的上述多个垫片元件是上述第一组多个垫片元件。
3.根据权利要求1或2的电解池,其特征在于这些电极中的至少一个电极在接触隔膜的区域中与上述多个垫片元件形成完整元件。
4.根据前述权利要求中的任何一个权利要求的电解池,其特征在于上述既导电又耐腐蚀的材料选自钛及其合金、镍及其合金、镀钛和镀镍的一些材料。
5.根据前述权利要求中的任何一个权利要求的电解池,其特征在于由多个具有直径不大于5mm的电绝缘垫片元件组成上述第一组和第二组多个垫片元件其中一组多个垫片元件。
6.根据前述权利要求中的任何一个权利要求的电解池,其特征在于上述在相应的与由既导电又耐腐蚀的材料制作的上述多个垫片元件接触区域中的隔膜厚度增加了至少10%。
7.根据权利要求6的电解池,其特征在于通过在隔膜的一个侧面上涂敷额外的涂层来获得在隔膜厚度上的上述增量。
8.根据权利要求7的电解池,其特征在于在阳极侧的隔膜上涂敷上述额外涂层。
9.根据前述权利要求1到4中的任何一个权利要求的电解池,其特征在于第一组和第二组两组多个垫片元件都是金属的和导电的而且在由上述对向对垫片元件确定的相应接触区域中的隔膜厚度增加了至少10%。
10.根据权利要求6到9中的任何一个权利要求的电解池,其特征在于上述隔膜厚度增加到最后的厚度不超过原有厚度两倍。
11.根据权利要求1到4中的任何一个权利要求的电解池,其特征在于第一组和第二组两组多个垫片元件都是金属的和导电的,用一样的隔膜材料或用相同性质的材料涂敷第一组和第二组多个垫片元件中的至少一组多个垫片元件。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20100519 Termination date: 20170125 |
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