CN1656253A - 在电化学工艺中再循环过程气体的方法 - Google Patents
在电化学工艺中再循环过程气体的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1656253A CN1656253A CNA02819845XA CN02819845A CN1656253A CN 1656253 A CN1656253 A CN 1656253A CN A02819845X A CNA02819845X A CN A02819845XA CN 02819845 A CN02819845 A CN 02819845A CN 1656253 A CN1656253 A CN 1656253A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- gas
- pressure
- residual
- jetpump
- unstripped
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 139
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims abstract description 91
- 238000004064 recycling Methods 0.000 title claims abstract description 5
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 29
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 claims description 4
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 132
- 239000000463 material Substances 0.000 description 33
- 230000036284 oxygen consumption Effects 0.000 description 21
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 19
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 18
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 16
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 14
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 13
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 13
- 239000008199 coating composition Substances 0.000 description 12
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 12
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 12
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 description 11
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 10
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 8
- NDVLTYZPCACLMA-UHFFFAOYSA-N silver oxide Chemical compound [O-2].[Ag+].[Ag+] NDVLTYZPCACLMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 6
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 5
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 5
- 229910000041 hydrogen chloride Inorganic materials 0.000 description 5
- IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N hydrogen chloride Substances Cl.Cl IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 5
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 4
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 4
- 229910001923 silver oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 4
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 238000003411 electrode reaction Methods 0.000 description 3
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 3
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 3
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 2
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 229910001026 inconel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 2
- PAWQVTBBRAZDMG-UHFFFAOYSA-N 2-(3-bromo-2-fluorophenyl)acetic acid Chemical compound OC(=O)CC1=CC=CC(Br)=C1F PAWQVTBBRAZDMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 229910001508 alkali metal halide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000008045 alkali metal halides Chemical class 0.000 description 1
- BFNBIHQBYMNNAN-UHFFFAOYSA-N ammonium sulfate Chemical compound N.N.OS(O)(=O)=O BFNBIHQBYMNNAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052921 ammonium sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000011130 ammonium sulphate Nutrition 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000002939 deleterious effect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000008246 gaseous mixture Substances 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012051 hydrophobic carrier Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 150000002926 oxygen Chemical class 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 210000003660 reticulum Anatomy 0.000 description 1
- 238000011268 retreatment Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- CCEKAJIANROZEO-UHFFFAOYSA-N sulfluramid Chemical group CCNS(=O)(=O)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)F CCEKAJIANROZEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B15/00—Operating or servicing cells
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B15/00—Operating or servicing cells
- C25B15/08—Supplying or removing reactants or electrolytes; Regeneration of electrolytes
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Abstract
本发明涉及一种在包括至少一个气体扩散电极的电化学工艺中再循环含原料气体的过程气体(残余气体)的方法，方法中采用气体喷射泵直接再循环电化学工艺过程中的残余气体。
Description
本发明涉及一种在包括气体扩散电极的电化学工艺中再循环过程气体的方法。
各种化学工艺均需采用呈化学计量过量的气态进料。例如在应用基于气体扩散电极的电化学电池时就需要化学计量过量的原料气体。
采用气体扩散电极可在不同的电化学工艺中有交替的反应途径，并且避免不希望的或不经济的副产物。
气体扩散电极的一个实例是耗氧阴极。这类电极包括设置在电解质和气体空间之间的具有含催化剂的导电层的开孔膜。通过这种设置可使在电解质、催化剂和氧的三相界面上的氧还原尽可能在近电解质处发生。例如在US-A-4657651中所描述的，耗氧阴极例如用于碱金属卤化物的电解。
在耗氧阴极情况下，特别是氧作为原料气加入。在已知的方法中，将产生的仍含氧的残余气体从工艺中去除，并将其排入废气不再加以进一步利用。以前工艺程序的缺点一方面是高的氧耗，另一方面是残余气体排放到环境之前所需的昂贵净化，例如通过洗涤塔的净化。因此，为以工业规模实施，除可观的原料成本外，还需要用于净化废气的专用方法和设备。或者，该残余气体可经处理后加以重新利用，当然这同样需要洗涤塔或过滤器以及为其再循环到过程中的压缩机。通过压缩机将其再循环到过程中会因为残余气体中的氯化氢含量和可能的氯含量而需要用于压缩机的高质地材料或需要用氢氧化钠溶液对再循环的气流进行连续洗涤，这也需大量的氢氧化钠溶液的消耗。
此外还已知，在各种工艺过程中的过量的过程气体是通过压缩机或鼓风机充分地再循环到电解过程中。如此控制工艺程序的缺点是投资、运行(如电能)和维护的高成本。此外，有源的压缩机要通过高的复杂的过程控制技术来监控其功能。
最后还已知，可采用气体喷射泵来产生真空、气体混合物和回收热量(热压缩机/蒸汽压缩机)。气体喷射泵是一种工作介质泵，它产生负压并特别适用于作为真空泵。除选用气态工作介质外，该气体喷射泵还相应于液体喷射泵。例如可用水蒸汽作为工作介质。
本发明的目的在于提供一种在包括气体扩散电极的电解过程中用于残余气体的再处理方法，该方法无前述的缺点。特别是应减少原料气体的消耗，并达到降低所需洗涤器的规模，并由此减少洗涤介质的消耗。此外，应不使用成本昂贵的压缩机(投资成本、运行成本和维护成本)。同时应避免对膜及灵敏的气体扩散电极的损害。
已发现了再循环在包括至少一个气体扩散电极的电化学工艺、特别是电解工艺中的过程气体的方法，该方法至少包括下列步骤：
-在大于工艺过程压力的条件下，经气体喷射泵将原料气送入电化学过程中，
-在气体喷射泵中该原料气体膨胀到工艺过程的压力，以产生低于工艺过程压力的抽吸压力，
-经在气体喷射泵中产生的抽吸压力抽吸含原料气体的过程气体(残余气体)，并将该残余气体再循环到电化学工艺过程中。
意外地发现，采用气体喷射泵可将富含原料气体的残余气体直接再循环到工艺过程中，无需进行干燥或净化。由此甚至可取消在现有工艺过程中所需的原料气体的湿润化。通过气体喷射泵的简单结构就可以以合理的成本来使用高品质的材料。可用在工艺过程中所必需的原料气体作为工作介质。这可大大降低原料气体的耗量，因为工艺过程中所需的过量可由再循环的残余气体来达到。这又导致更小的所需洗涤器的规模，并由此降低用于废气的洗涤介质的消耗。通过对再循环气流的流量调节和去除的残余气体的自由流出，还可避免在电解电极室中的过压或压力波动，这种过压或压力波动会导致损害膜和电极。
本发明的要点在于，可直接将在包括气体扩散电极的电解工艺过程中产生的至今是作为废气排出的过量残余气体直接再循环到工艺过程中。这就导致了原料气体消耗的下降，同时又不会损害敏感的气体扩散电极的功能。优选的是，不将全部残余气流而仅将部分残余气流排入废气中，以避免杂质的浓集和电极室、特别是阴极室中对膜和电极有害的过压和压力波动。通过采用气体喷射泵可直按将富含原料气的残余气体再循环到工艺过程中，而无需进行干燥或净化处理。
因此，本发明的优选实施方案包括通过利用原料气体和过程气体的压差作为推动力的气体喷射泵将残余气体再循环到工艺过程中；调节再循环气量和残余气体部分流的排出以去除杂质和避免过压。
本发明方法中优选是通过气体喷射泵使残余气体随原料气体一起再循环到工艺过程中。
如果观注下列的事实，本发明的优点就更为明显：
在HCl-膜电解或NaCl-膜电解中产生的残余气体主要含氧以及还有水蒸气、HCl和在可能损害膜的情况下还含有氯。在包括耗氧阴极的NaCl-电解中，残余气体可含有痕量的氢氧化钠(NaOH)。残余气体作为废气排出需要大规模的废气洗涤器以及用于洗涤的高耗量的氢氧化钠溶液。这时以50％过量使用的氧将作为废气排出。借助压缩机再循环到工艺过程中时，由于残余气体中的HCl-含量和可能的氯含量，需要采用昂贵的材料用于压缩机或以高耗量氢氧化钠溶液来不断地洗涤再循环的气体量。
本发明采用气体喷射泵可使含原料气的残余气体直接再循环到工艺过程中，而无需进行干燥或净化。由此可免去现今所需的原料气体的湿润化。氧耗可降低约33％，这是因为工艺过程所需的过量可通过再循环残余气体达到，其体积流量优选大于90％的残余气流，需要时可通过调节器调节，以再次供入工艺过程。未进行再循环的残余气流部分以体积流量优选为小于约10％、特别优选小于约1％的原料气体的纯氧含量送入废气中。利用再循环气流的流量调节和排出的残余气体的排放可避免在电解阴极室中有害于膜和电极的过压或压力波动。通过未循环的残余气体部分的排放还可避免工艺过程中杂质的浓集，特别是惰性气体的浓集。
本发明方法可用于需采用化学计量过量的气态原料的任意电化学过程。
本发明方法还可采用任意的气体扩散电极，如耗氧阴极。
本发明方法优选用于采用耗氧阴极的电化学过程，特别是电解过程。本方法还优选用于主要以氧作为原料气体输入的电解过程。
按本发明方法可实施的电解过程的实例特别是NaCl电解和HCl电解，但例如也可是采用耗氧阴极的用于硫酸铵再循环或硝酸铵再循环的方法。
特别优选的电解过程是包括耗氧阴极的NaCl电解和HCl电解，在这些过程中，氧按纯氧计以约50％化学计量过量加入。
进行电解过程的工艺压力取决于电化学过程的种类和所选用的气体扩散电极，一般为高于大气压0.001-10bar，优选10-250mbar，特别是10-200mbar，特别优选在大气压下进行。
在气体喷射泵上施加的原料气体压力通常比工艺过程压力高0.1-40bar，优选原料气体压力高于过程压力0.5-25bar，特别是0.5-10bar。
在本发明方法的另一优选实施方案中，在气体喷射泵上所施加的工艺过程压力比大气压小1-500mbar，优选50-200mbar。
在过程压力小于大气压的情况下，废气要用压缩机或鼓风机增压以在大气压下排出。
与电化学过程的化学计量消耗相比，原料气体进入气体喷射泵的流量按纯原料气体计优选为1.01-10倍过量，特别是1.5-2倍过量。如果所用的原料气体含有杂质如惰性气体，则该过程需在相应更高的化学计量过量下运行。
在气体喷射泵中，原料气体膨胀到过程压力，并进入发生电化学过程的反应室中(例如电解装置的阴极室中)。过程压力优选相应于气体扩散电极的工作压力加上管道中可能的压力损失。优选该过程压力约相当于大气压。原料气体的化学计量过量部分被作为残余气体导出工艺过程。
通过在原料气体膨胀时产生的抽吸压力使至少部分残余气体经气体喷射泵的吸入侧被吸入，并再循环到工艺过程中。该气体喷射泵的吸入率可由原料气体和过程气体之间的压差来调节。
在本发明的优选实施方案中，再循环到电解过程中的残余气流通过在残余气流、废气流和/或再循环气流中设置的调节器调节。通过调节器可将再循环到过工艺过程的残余气流的量调节到按残余气体计为0.01％-100％。将再循环到工艺过程中的残余气体的量优选调节到80-99.5％。
未再循环到工艺气流中的残余气流部分被导入废气中。由此限制了工艺过程中杂质的浓集。此外，通过该气流的排出也避免了过程中产生不希望的大的过压。这特别适用于停止电解的情况，因为在此情况下，过程中已不再耗氧。为调节进入废气的残余气体，可在废气流中设置调节器。
本发明方法优选基本在大气压的过程压力下以废气呈自由排出流的形式运行。
如果本发明方法用于采用耗氧阴极的NaCl-电解中，则该耗氧阴极优选具有EP-A-1061158中描述的结构。特别是该耗氧阴极优选具有由银丝或镀银镍丝或其它耐碱的合金如因科镍合金构成的织物作为用于电子分布的金属载体。为避免导电差的氧化物层或氢氧化物层，各合金同样都应镀银或进行其它调质。特别有利的是应用深入结构化的载体如由上述织物材料的细纤维构成的毡。催化剂基质优选由特氟隆(用于调节疏水性和气体扩散的孔隙度)、导电载体如火山炭黑或乙炔炭黑和细分散其中并以催化活性银粒形式不均匀混合的催化剂材料本身的混合物构成。或者，如果将催化剂密度和/或赋予导电性的疏水载体调节成使大部分催化剂粒也可导电接触，则也可不使用碳组分(炭黑)。
如EP-A-1061158中所述的，特别是在NaCl-电解情况下，在耗氧电极中可不存在炭黑，从而该电极基质仅由特氟隆和银构成。这时银除起催化剂功能外还承担导电子功能。因此，需要高的银装料，以使颗粒相互接触并在彼此间形成导电桥联。作为载体，不仅可使用金属丝织物、延性金属箔如在电池工业中已知的，也可使用由银、镀银的镍或镀银的耐碱材料如因科镍合金钢构成的毡。
按本发明的另一优选实施方案，本发明方法可用于包括耗氧阴极的HCl-膜电解中。
借助耗氧阴极的HCl-膜电解的实施是专业人员所已知的，并例如描述于EP-A-0785294、US-A-5958197和US-A-6149782中，在此引入作为参考。本发明方法可采用在这些文献中所述的耗氧阴极进行。
本发明方法特别适于与尺寸稳定的气体扩散电极相组合实施，特别是与下面描述的尺寸稳定的气体扩散电极组合实施。
在本发明的方法中优选可采用的尺寸稳定的气体扩散电极由容纳含催化剂材料的涂层组合物的至少一种导电催化剂载体材料和电连接组成，该涂层组合物特别是由细银粉末或细分散的氧化银粉末组成的混合物或由银粉末、氧化银粉末和特氟隆粉末组成的混合物或细银粉末和氧化银粉末组成的混合物或由银粉末、氧化银粉末、碳粉末和特氟隆粉末组成的混合物，其中该催化剂截体材料是由导电材料组成的织物、纤维网、烧结金属、海绵物或毡、延性金属片或带有大量开孔的金属板，在该载体材料上涂含催化剂材料的涂层组合物，并且该载体材料有足够的耐弯曲性，以致不需采用另外的基板构成附加的刚度，或该载体材料与特别是由镍或其合金或耐碱金属合金制成的透气的刚性金属基板或刚性织物或延性金属箔以机械和导电牢固相连。
适合用作催化剂载体材料的开口结构特别可由细金属丝织物或相应的薄延性金属箔、滤网、毡、海绵物、或烧结金属构成，在载体中该含催化剂材料的涂层组合物经辗压相互夹紧在一起。在一种实施方案中，该开口结构在将含催化剂材料的涂层组合物压入或轧入之前已金属连接如烧结连结于相当开口但更致密和刚性的底层结构本身。
底层结构的功能是在压制含催化剂材料的涂层组合物时起桥台的作用，所述组合物可伸展进在两层之间的与结构有关的空隙中，并由此产生更好的夹紧。
用于基板的金属优选选自镍或耐碱镍合金或涂有银的镍或选自耐碱金属合金。
或者，在特殊的情况下，可采用由选自镍、耐碱镍合金或耐碱金属合金或涂有银的镍的材料构成的刚性海绵体或刚性烧结结构或带孔薄板或带槽薄板作为基板。在前述工序中辗压成毛板的含催化剂材料的涂料组合物，在这种情况下可直接辗压进同时作为催化剂载体材料的基础结构中。由此不使用另外的催化剂载体材料。
催化剂载体材料优选由碳、金属、特别是由镍或镍合金或耐碱金属合金构成。
基板优选具有大量的开孔，特别是槽或钻孔以改进反应气体的透过性。
开口的宽优选最大为2mm，特别是最大为1.5mm。槽的长度可最高达30mm。
在应用海绵体和多孔烧结结构的情况下，孔的平均直径优选最大为约2mm。该结构的特点在于其高的刚性和耐弯曲性。
优选采用海绵体或烧结金属体作为气体扩散电极的催化剂载体材料，其中将用于连结电极与电化学反应装置所设置的边缘压制在一起，以达到所需的气密性/液密性。
可用于本发明的气体扩散电极的优选变化方案的特征在于，基板具有至少5mm的无孔周边，它用于固定电极，特别是通过焊接或钎焊，或用螺钉或铆钉或夹子或通过导电的粘合剂将电极固定在要与电极连接的气袋的边缘上。
可用于本发明方法的气体扩散电极的另一优选方式的特征在于，催化剂载体材料和含催化剂材料的涂层组合物通过干式辗压互相连接。
可用于本发明方法的气体扩散电极的优选变化方案是这样设计的，即催化剂载体材料和含催化剂的涂层组合物通过含水或可能的有机溶剂(如乙醇)的涂层组合物的浇注或湿式辗压施加到催化剂载体材料上，并通过其后的干燥、烧结和可能的密实相连结。
为改进气体扩散电极的均匀气体分布，在特别的结构形式中在基板和催化剂载体材料之间还提供有特别是由碳或金属，特别是镍或耐碱镍合金或由镀银的镍或耐碱金属合金构成的附加的导电气体分布织物。
在一个可用于本发明方法的气体扩散电极的特别实施方案中，基板具有平面的凹进部分以容纳气体分布织物。
一种气体扩散电极的设计已证明特别适用于本发明方法，在此设计中，催化剂载体材料和含催化剂材料的涂层组合物构成的层在电极的边缘范围呈周边气密地与基板的边缘相连。
该气密性连接例如可通过密实或需要时通过辅以超声波的辗平来实现。
在采用海绵体或多孔烧结结构作为催化剂载体材料或基板时，在该结构经涂以含催化剂材料的涂层组合物后，使周边边缘区经强力压制，以得到气密的边缘区。
该气体扩散电极优选具有无孔的边缘或通过多孔基板的压制呈气密性的边缘，并在无孔边缘上例如通过焊接、钎焊、螺钉、铆钉、夹子或应用耐碱的导电粘合剂使电极与电化学反应装置呈气密性和导电性连结。
如果该气体扩散电极与电化学反应装置经焊接或钎焊连结，则该无孔边缘优选是无银的。
如果该气体扩散电极与电化学反应装置相反是经螺钉、铆钉、夹子或应用导电粘合剂连结，则该无孔边缘优选是含银的。
在该气体扩散电极通过螺钉、铆钉、夹子整合在电化学反应装置中时，通过弹性衬垫来相对于电化学装置的安装面密封基板边缘区域是有利的。
下面将按实施例及参考附图1来详细描述本发明。图1是本发明方法的实施例的图示。
实施例：
HCl-膜电解采用每个为2.5m2的76个电解槽单元进行，其结构布局如图1所示，使用Krting公司，Hannover生产的耗氧阴极和气体喷射泵1，比电流密度为4kA/m2。向电解槽的阴极室送入255m3(标准)/h纯氧，即约50％过量。流出的残余气体主要含氧以及还有水蒸气和痕量的HCl。
氧在4.8bar压力(原料气体压力)下经气体喷射泵1送入电解过程，并在喷射泵中膨胀到约大气压(工艺过程压力)。这时所形成的压差作为抽吸和混合含未消耗的氧的过剩残余气体的驱动力。该未消耗的氧作为过程气体供膜电解时的耗氧阴极使用。含原料气体的残余气体经调节阀2通过气体喷射泵1重新返回过程中。一部分残余气体经调节阀3送入废气流，该废气流设计成不可关闭的，以避免产生过压和排出杂质。
本发明方法中通过采用气体喷射泵将富氧的残余气体再循环到工艺过程中，无需进行干燥和净化处理。由此可免去至今尤其是在NaCl-电解中所需要的原料气体的湿润化。氧耗从255m3(标准)/h降至约170m3(标准)/h，这是因为过程中所需的过量由再循环残余气体来达到。与无再循环的工艺相比，节省了约75m3(标准)/h。通过去除的残余气体的自由排出避免了在电解阴极室中形成过压和/或压力波动，这种过压和/或压力波动会有害於膜和电极。
Claims (10)
1.一种在具有至少一个气体扩散电极的电化学过程中再循环过程气体的方法，其特征在于至少下列步骤：
-在大于工艺过程压力的条件下，经气体喷射泵(1)将原料气体送入电化学过程中，
-在气体喷射泵(1)中原料气体膨胀到工艺过程的压力，产生低于工艺过程压力的抽吸压力，和
-经在气体喷射泵中产生的抽吸压力抽吸含原料气体的过程气体(残余气体)，并将该残余气体再循环到电化学工艺过程中。
2.权利要求1的方法，其特征在于，通过至少一个调节元件(2)使残余气体再循环到电化学工艺过程中。
3.权利要求1或2的方法，其特征在于，一部分残余气体作为废气流从过程排出。
4.上述权利要求之一的方法，其特征在于，通过废气流中的另外的调节单元(3)调节工艺过程压力。
5.上述权利要求之一的方法，其特征在于，经气体喷射泵使残余气体与原料气体一起进入工艺过程中。
6.上述权利要求之一的方法，其特征在于，经气体喷射泵按如下方式加入原料气体和残余气体，即按电化学工艺过程的原料气体的消耗计，过程气体以1.01-10倍的化学计量过量加入。
7.上述权利要求之一的方法，其特征在于，过程压力高于大气压0.001-10巴。
8.权利要求1-6之一的方法，其特征在于，所述工艺过程在大气压下进行。
9.权利要求1-6之一的方法，其特征在于，所述过程压力低于大气压1-500毫巴。
10.上述权利要求之一的方法，其特征在于，原料气体压力高于过程压力0.1-40巴。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE10149779.2 | 2001-10-09 | ||
| DE10149779A DE10149779A1 (de) | 2001-10-09 | 2001-10-09 | Verfahren zur Rückführung von Prozessgas in elektrochemischen Prozessen |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1656253A true CN1656253A (zh) | 2005-08-17 |
| CN100385043C CN100385043C (zh) | 2008-04-30 |
Family
ID=7701913
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNB02819845XA Expired - Lifetime CN100385043C (zh) | 2001-10-09 | 2002-09-27 | 在电化学工艺中再循环过程气体的方法 |
Country Status (16)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US20040245118A1 (zh) |
| EP (1) | EP1499756B1 (zh) |
| JP (1) | JP4326333B2 (zh) |
| KR (1) | KR100932343B1 (zh) |
| CN (1) | CN100385043C (zh) |
| AR (1) | AR036661A1 (zh) |
| AT (1) | ATE388253T1 (zh) |
| AU (1) | AU2002333884A1 (zh) |
| BR (1) | BR0213191B1 (zh) |
| DE (2) | DE10149779A1 (zh) |
| ES (1) | ES2298427T3 (zh) |
| HU (1) | HUP0500575A3 (zh) |
| PL (1) | PL202569B1 (zh) |
| PT (1) | PT1499756E (zh) |
| TW (1) | TWI250228B (zh) |
| WO (1) | WO2003031691A2 (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105683419A (zh) * | 2013-07-08 | 2016-06-15 | 意大利蒂森克虏伯伍德氯工程公司 | 使用氧去极化阴极进行电解的设备和方法 |
| CN111094630A (zh) * | 2017-09-07 | 2020-05-01 | 迪诺拉永久电极股份有限公司 | 电解装置 |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1843424A1 (en) * | 2004-12-28 | 2007-10-10 | GS Yuasa Corporation | Fuel cell power generating device |
| KR20070097050A (ko) * | 2004-12-28 | 2007-10-02 | 가부시키가이샤 지에스 유아사 코포레이션 | 독립형 수소 제조 시스템 |
| DE102011005133A1 (de) | 2011-03-04 | 2012-09-06 | Bayer Materialscience Aktiengesellschaft | Verfahren zum Betrieb einer Sauerstoffverzehrelektrode |
| WO2022003114A1 (en) * | 2020-07-02 | 2022-01-06 | Katholieke Universiteit Leuven | Electrochemical reduction of co2 to formic acid |
| EP4123057A1 (de) | 2021-07-19 | 2023-01-25 | Covestro Deutschland AG | Optimierter flüssigkeitsablauf aus membranelektrolyseuren |
| KR102409451B1 (ko) * | 2022-03-31 | 2022-06-15 | 주식회사 블루텍 | 연소배기가스를 이용한 황산암모늄 제조장치 |
Family Cites Families (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3652431A (en) * | 1970-03-12 | 1972-03-28 | Julian Louis Reynolds | Method of operating an electrolysis cell for the production of gases under hydrostatic pressure |
| US3718506A (en) * | 1971-02-22 | 1973-02-27 | Bbc Brown Boveri & Cie | Fuel cell system for reacting hydrocarbons |
| US4173524A (en) * | 1978-09-14 | 1979-11-06 | Ionics Inc. | Chlor-alkali electrolysis cell |
| DE3427645A1 (de) | 1984-07-26 | 1986-01-30 | Sihi Gmbh & Co Kg, 2210 Itzehoe | Gasstrahlpumpe |
| US4657651A (en) * | 1986-04-04 | 1987-04-14 | The Dow Chemical Company | Vertical gas electrode operation |
| DE4440646A1 (de) * | 1994-11-14 | 1996-05-15 | Bayer Ag | Verfahren zur Oxidation von Chlorwasserstoff |
| US5441821A (en) * | 1994-12-23 | 1995-08-15 | Ballard Power Systems Inc. | Electrochemical fuel cell system with a regulated vacuum ejector for recirculation of the fluid fuel stream |
| DE19535212C2 (de) * | 1995-09-22 | 1997-08-14 | Dornier Gmbh | Vorrichtung zur Elektrolyse sowie deren Verwendung |
| DE19543678A1 (de) * | 1995-11-23 | 1997-05-28 | Bayer Ag | Verfahren zur direkten elektrochemischen Gasphasen-Phosgensynthese |
| IT1282367B1 (it) | 1996-01-19 | 1998-03-20 | De Nora Spa | Migliorato metodo per l'elettrolisi di soluzioni acquose di acido cloridrico |
| DE69838912D1 (de) * | 1997-08-11 | 2008-02-07 | Ebara Corp | Hydrothermisches elektrolytisches verfahren und vorrichtung |
| US5958197A (en) * | 1998-01-26 | 1999-09-28 | De Nora S.P.A. | Catalysts for gas diffusion electrodes |
| US6346143B1 (en) * | 1999-02-25 | 2002-02-12 | Mcgowan Kimberly F. | Odor adsorptive filter for refrigerators and freezers |
| US6149782A (en) * | 1999-05-27 | 2000-11-21 | De Nora S.P.A | Rhodium electrocatalyst and method of preparation |
| DE19926887A1 (de) | 1999-06-12 | 2000-12-14 | Bayer Ag | Elektrolyseverfahren |
| US6706438B2 (en) * | 2000-08-10 | 2004-03-16 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Fluid supply device for fuel cell |
| EP1421639B1 (en) * | 2001-08-31 | 2012-07-25 | Ceramic Fuel Cells Limited | Fuel cell system and method for recycling exhaust |
| DE10203689A1 (de) * | 2002-01-31 | 2003-08-07 | Bayer Ag | Kathodischer Stromverteiler für Elektrolysezellen |
-
2001
- 2001-10-09 DE DE10149779A patent/DE10149779A1/de not_active Withdrawn
-
2002
- 2002-09-27 BR BRPI0213191-9A patent/BR0213191B1/pt not_active IP Right Cessation
- 2002-09-27 PL PL372833A patent/PL202569B1/pl not_active IP Right Cessation
- 2002-09-27 JP JP2003534657A patent/JP4326333B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 2002-09-27 US US10/491,757 patent/US20040245118A1/en not_active Abandoned
- 2002-09-27 ES ES02800578T patent/ES2298427T3/es not_active Expired - Lifetime
- 2002-09-27 KR KR1020047005122A patent/KR100932343B1/ko not_active IP Right Cessation
- 2002-09-27 PT PT02800578T patent/PT1499756E/pt unknown
- 2002-09-27 WO PCT/EP2002/010841 patent/WO2003031691A2/de active IP Right Grant
- 2002-09-27 CN CNB02819845XA patent/CN100385043C/zh not_active Expired - Lifetime
- 2002-09-27 AU AU2002333884A patent/AU2002333884A1/en not_active Abandoned
- 2002-09-27 DE DE50211864T patent/DE50211864D1/de not_active Expired - Lifetime
- 2002-09-27 AT AT02800578T patent/ATE388253T1/de not_active IP Right Cessation
- 2002-09-27 EP EP02800578A patent/EP1499756B1/de not_active Expired - Lifetime
- 2002-09-27 HU HU0500575A patent/HUP0500575A3/hu unknown
- 2002-09-30 AR ARP020103691A patent/AR036661A1/es not_active Application Discontinuation
- 2002-10-08 TW TW091123142A patent/TWI250228B/zh not_active IP Right Cessation
-
2009
- 2009-05-06 US US12/436,559 patent/US8377284B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105683419A (zh) * | 2013-07-08 | 2016-06-15 | 意大利蒂森克虏伯伍德氯工程公司 | 使用氧去极化阴极进行电解的设备和方法 |
| CN105683419B (zh) * | 2013-07-08 | 2018-06-29 | 意大利蒂森克虏伯伍德氯工程公司 | 使用氧去极化阴极进行电解的设备和方法 |
| CN111094630A (zh) * | 2017-09-07 | 2020-05-01 | 迪诺拉永久电极股份有限公司 | 电解装置 |
| CN111094630B (zh) * | 2017-09-07 | 2021-12-24 | 迪诺拉永久电极股份有限公司 | 电解装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TWI250228B (en) | 2006-03-01 |
| HUP0500575A2 (hu) | 2005-09-28 |
| EP1499756B1 (de) | 2008-03-05 |
| HUP0500575A3 (en) | 2008-07-28 |
| US8377284B2 (en) | 2013-02-19 |
| AU2002333884A1 (en) | 2003-04-22 |
| CN100385043C (zh) | 2008-04-30 |
| DE10149779A1 (de) | 2003-04-10 |
| WO2003031691A3 (de) | 2004-11-11 |
| DE50211864D1 (de) | 2008-04-17 |
| KR100932343B1 (ko) | 2009-12-16 |
| PT1499756E (pt) | 2008-04-09 |
| AR036661A1 (es) | 2004-09-22 |
| PL202569B1 (pl) | 2009-07-31 |
| KR20040049863A (ko) | 2004-06-12 |
| ATE388253T1 (de) | 2008-03-15 |
| BR0213191B1 (pt) | 2011-11-16 |
| US20040245118A1 (en) | 2004-12-09 |
| JP4326333B2 (ja) | 2009-09-02 |
| PL372833A1 (en) | 2005-08-08 |
| EP1499756A2 (de) | 2005-01-26 |
| JP2005524765A (ja) | 2005-08-18 |
| WO2003031691A2 (de) | 2003-04-17 |
| ES2298427T3 (es) | 2008-05-16 |
| US20090211915A1 (en) | 2009-08-27 |
| BR0213191A (pt) | 2005-04-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7858551B2 (en) | Electrode catalyst for electrochemical reaction, process for producing the electrode catalyst and electrode for electrochemical reaction having the electrode catalyst | |
| EP1690962B1 (en) | Gas diffusion electrode | |
| EP1925695B1 (en) | Oxygen gas diffusion cathode for sodium chloride electrolysis | |
| US3252839A (en) | Novel platinized electrodes for fuel cells and fuel cells containing the same | |
| CN1656253A (zh) | 在电化学工艺中再循环过程气体的方法 | |
| CN1443378A (zh) | 尺寸稳定的气体扩散电极 | |
| CN112877711B (zh) | 一种Ni-NiO/C核壳结构纳米材料电催化剂及其制备方法 | |
| CN1466792A (zh) | 燃料电池及其制造方法 | |
| EP3408428A1 (en) | Electrolytic cell for generating hydrogen | |
| GB2113251A (en) | Electrode membrane-assembly having multi-layer structure | |
| EP1724861A1 (en) | Novel materials for alkaline electrolysers and alkaline fuel cells | |
| CN115584534A (zh) | 一种硫掺杂镍铁基复合电催化剂及制备方法及应用 | |
| JPH10189004A (ja) | 燃料電池用電極及びその製造方法 | |
| CN112877728A (zh) | 一种新型含铂碳层负载泡沫镍电解水电极及其制备方法 | |
| JP3625520B2 (ja) | ガス拡散電極 | |
| CN1290215C (zh) | 电沉积法制备质子交换膜燃料电池电极时抑制析氢的方法 | |
| JP7202759B2 (ja) | 弾性マット及び電解槽 | |
| CN116536702A (zh) | 非晶Mo-Si@Mo-O薄膜催化剂及其制备方法和在电解水中的应用 | |
| US20230287582A1 (en) | Electrochemical reaction device | |
| JP4029944B2 (ja) | 液透過型ガス拡散陰極構造体 | |
| JP2000017471A (ja) | 水素発生装置 | |
| KR20230139073A (ko) | 고체 전해질 기반 전기화학셀 및 그를 이용한 가스상 오염물질의 분해 방법 | |
| CN114725454A (zh) | 一种sofc电池及其制备方法 | |
| CN116005182A (zh) | 一种Nafion修饰纳米金属基气体扩散电极及其制备方法和应用 | |
| CN117430086A (zh) | 用于氢气的分级纯化系统和分级纯化工艺 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 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 | ||
| C56 | Change in the name or address of the patentee |
Owner name: CARCOUSTICS TECHCONSULT GMBH Free format text: FORMER NAME: BAYER AG |
|
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: Germany Leverkusen Patentee after: BAYER MATERIALSCIENCE AG Address before: Germany Leverkusen Patentee before: BAYER MATERIALSCIENCE AG |
|
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20050817 Assignee: Bayer Intellectual Property GmbH Assignor: BAYER MATERIALSCIENCE AG Contract record no.: 2012990000815 Denomination of invention: Method of recycling process gas in electrochemical processes Granted publication date: 20080430 License type: Common License Record date: 20121102 |
|
| LICC | Enforcement, change and cancellation of record of contracts on the licence for exploitation of a patent or utility model | ||
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20160701 Address after: German Monheim Patentee after: BAYER INTELLECTUAL PROPERTY GmbH Address before: Germany Leverkusen Patentee before: BAYER MATERIALSCIENCE AG Effective date of registration: 20160701 Address after: Leverkusen, Germany Patentee after: COVESTRO DEUTSCHLAND AG Address before: German Monheim Patentee before: BAYER INTELLECTUAL PROPERTY GmbH |
|
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20080430 |
|
| CX01 | Expiry of patent term |