CZ20032613A3 - Anoda pro elektrolytické články se rtuťovou katodou a způsob její výroby - Google Patents
Anoda pro elektrolytické články se rtuťovou katodou a způsob její výroby Download PDFInfo
- Publication number
- CZ20032613A3 CZ20032613A3 CZ20032613A CZ20032613A CZ20032613A3 CZ 20032613 A3 CZ20032613 A3 CZ 20032613A3 CZ 20032613 A CZ20032613 A CZ 20032613A CZ 20032613 A CZ20032613 A CZ 20032613A CZ 20032613 A3 CZ20032613 A3 CZ 20032613A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- anode
- blades
- millimeters
- chlorine
- grid
- Prior art date
Links
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 14
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 11
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims description 8
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 18
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 18
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 6
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 22
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 5
- 230000007420 reactivation Effects 0.000 claims description 4
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 3
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 claims 2
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 claims 2
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 claims 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 22
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 11
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 8
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 6
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 5
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 229910001902 chlorine oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 229910000497 Amalgam Inorganic materials 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002585 base Substances 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 1
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000004660 morphological change Effects 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005488 sandblasting Methods 0.000 description 1
- 230000002459 sustained effect Effects 0.000 description 1
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
- C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
- C25B11/02—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T29/00—Metal working
- Y10T29/53—Means to assemble or disassemble
- Y10T29/5313—Means to assemble electrical device
- Y10T29/532—Conductor
- Y10T29/53204—Electrode
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
- Conductive Materials (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Nitrogen Condensed Heterocyclic Rings (AREA)
Description
Vynález se týká nového typu metalické struktury (kterou budeme dále nazývat mřížková matice) pro elektrochemické reakce uvolňující plyny a konkrétně pro anodické reakce s uvolňováním chlóru v článku se rtuťovou katodou pro elektrolýzu chloridu sodného za vzniku chloru a hydroxidu sodného. V rozsahu vynálezu je na jedné straně snížení spotřeby energie elektrolytického článku a na druhé straně snížení nákladů na obnovení elektrokatalytického potahu pro uvolňování chlóru, když se tento deaktivuje.
Dosavadní stav techniky
Výroba chlóru a hydroxidu sodného (chlor-alkalický prvek), přibližně 45 miliónů run chlóru ročně, se provádí v elektrolytických článcích různých druhů, mezi nimiž má elektrolytický článek se rtuťovou katodou zvláštní význam, jelikož představuje výrobu 12 miliónů tun chlóru ročně.
Na obr. 1 je načrtnuta typická struktura článku tohoto druhu, přičemž obsahuje železné pouzdro _1, na jehož dně 2 plave rtuťový amalgám 2 vytvářející katodu. Anodu tvoří velký počet elektrod vytvarovaných jako mřížková matice 4 podpíraných pohyblivými rámy 5, přičemž je přednostně řízena mikroprocesory za účelem regulace mezery mezi póly, která se
2486479 (2486479_CZ.doc) 10.9.2003 může během provozu měnit.
Jelikož se 12 miliónů tun chlóru za rok vyrábí v článcích za těchto průměrných provozních podmínek:
Proudová hustota: Napětí anoda/katoda Faradická účinnost: Spotřeba energie:
kA/m2 4,05 V 96 %
3185 kWh/t Cl2 spotřebuje tento druh technologie přibližně 38 miliónů MWh za rok.
Vezmeme-li v úvahu vysoké množství spotřebované energie a pokračující nárůst ceny elektřiny, tak technologie článků během let znatelně pokročila s cílem snížit spotřebu energie, která představuje nejvýznamnější položku ve výrobních nákladech.
Mezi řadou technologických zlepšení, které se podílely na snížení spotřeby energie nejvíce, je třeba zdůraznit náhradu grafitových odtavných elektrod metalickými anodami: ty se typicky vyrábějí z titanu nebo z ventilového kovu, jsou potaženy elektrokatalytickým materiálem obecně založených na vzácných kovech a/nebo jejich oxidech. Tento typ anody, například popsaný v U.S. Patentu č. 3 711 385, je stále komerčně dostupný pod obchodní značkou DSA® firmy De Nora Elettrodi S.p.A, Itálie.
Spočítá v metalické struktuře obsahující jeden rám a jednu mřížkovou matici, která se překrývá a oboustraně přivaří nebo jinak připevní; rám funguje jako mechanická podpěra a prvek rozvodu přímého elektrického proudu na povrch mřížkové matice, která je potažena elektrokatalitickou vrstvou specifickou pro reakcí
2486479 (2486479_CZ.doc) 10.9.2003 ·♦ • · · uvolňování chlóru a představuje anodicky aktivní povrch.
Geometrie mřížkové matice hraje velmi významnou roli s ohledem na účinnost procesu elektrolýzy a na spotřebu energie článku, protože deterministicky určuje jak jeho napětí, tak faradaickou účinnost. Napětí anoda/katoda článku vlastně lze spočítat, vyjádřeno ve voltech, pomocí vztahu:
U anoda/katoda = 3,15 + Kf x J, přičemž J je proudová hustota použitá pro provedení procesu elektrolýzy vyjádřená v kA/m2, výraz Kf (nebo „klíčový faktor) zahrnuje všechny složky odporové povahy. Nejdůležitější faktory takových odporových složek, jmenovitě ohmický pokles ve struktuře anody, ohmický pokles v elektrolytu způsobený bublinkovým efektem a ohmický pokles v elektrolytu způsobený mezerou mezi póly, všechny závisejí na geometrii anody; jedním z hlavních cílů vynálezu je konkrétně minimalizovat druhé dva faktory.
Bublinkový efekt je mírou zvýšení ohmického odporu v elektrolytu kvůli bublinkám plynu vznikajícím na povrchu anody tvaru mřížkové matice a přerušujícím elektrickou spojitost v rámci elektrolytu jako takového. Konkrétně závisí bublinkový efekt hlavně na počtu a velikosti bublinek plynu, které se vytvářejí na povrchu anody tvaru mřížkové matice a usazují se v jejím bezprostředním okolí mezi anodou a katodou; dále závisí na rychlosti stoupání bublinek a na rychlosti klesání elektrolytu zbaveného plynu.
Celkově závisí bublinkový efekt' na aktuální proudové hustotě na povrchu anody (která určuje počet bublinek vznikajících za jednotku času), na geometrii mřížkové matice
2486479 (2486479_CZ.doc) 10.9.2003
9
9 • · · • · · · · « • · ·· ··· · ···· • 9 9 9 ·· ·· (která určuje poměr mezi stávajícím pracovním povrchem, na kterém se plyn uvolňuje, a promítnutým povrchem, stejně jako odpor proti vypouštění plynu) a na případných přídavných zařízeních určených pro vylepšení dynamiky kapalin. Konkrétně je prvním cílem tohoto vynálezu poskytnout geometrii mřížkové matice anody způsobující minimalizaci bublinkového efektu.
I bez přítomnosti bublinkového efektu je však ohmický pokles v elektrolytu přímo úměrný mezeře mezi póly, takže je velice důležité dát povrch anody tak blízko rtuťové katodě, jak je to jen možné, čímž se postupně nastavuje mezera mezi povrchy anody a katody. Je však nezbytné udržovat jistou mezní bezpečnost, aby se zabránilo dotyku rtuti některých bodů na povrchu anody, což by způsobilo zkrat. Z tohoto důvodu bude možné udržet tím menší mezeru mezi póly, čím bude struktura anody rovnější. Dále je cílem tohoto vynálezu poskytnout vzhledem k dosavadnímu stavu techniky geometrii mřížkové matice anody s vylepšenými rovinnými vlastnostmi.
V nejnovějších průmyslových článcích pracujících v ideálních podmínkách se v závislosti na velikosti článku, typu anody a systému nastavování mezery mezi póly článku, kterým je článek vybaven, Kf běžně nachází mezi 0,065 a 0,085 V m2/kA, přičemž:
~ 0,0070 - 0,0080 V m2/kA připadá na ohmického pokles na struktuře anody.
0,0310 - 0,0410 V m2/kA připadá na bublinkový efekt v souvislosti s povrchem anody.
~ 0,0270 - 0,0360 V m2/kA připadá na ohmický pokles v elektrolytu jakožto funkci mezery mezi póly.
Jinak řečeno přibližně 10 % připadá na strukturu anody,
2486479 (2486479_CZ.doc) 10.9.2003 ♦ φ Φ· • # · • · φ • · · ··· φ · φ φφ φφ ·· φφ • · • φφφ ·· φφφφ
ΦΦΦ· φφ přibližně 50 % na bublinkový efekt a zbývajících 40 % na mezeru mezi póly.
Pro daný článek a dané podmínky výroby je tedy minimální dosažitelné Kf vlastností anody, ve velké míře odpovídá vlastnostem mřížkové matice (řádově přibližně 90 %), protože závisí na šířce oblasti ovlivněné bublinkovým efektem a na rovnosti mřížkové matice samotné.
Z tohoto důvodu byla vzhledem k zavedení metalických anod mřížková matice předmětem několika vynálezů, mezi nimiž připomeňme pro jejich důležitost v průmyslu následující:
- Citovaná metalická anoda U.S. Patentu č. 3 711 385, která v raných průmyslových provedeních obsahovala mřížkovou matici vyrobenou z ok nebo běžněji z většího množství titanových prutů o průměru přibližně 3 mm a rozteči 4,5 mm, rovnoběžně rozložených a nesených na rámu přivádějícím proud, který byl vyroben z obdélných titanových vodičů. Přestože představovala v době svého uvedení významný úspěch, měla tato konfigurace některá velká omezení jednak kvůli bublinkovému efektu, jednak kvůli efektu stínění prutů na povrchu katody, s následnými potížemi cirkulace elektrolytu a vypouštění plynu při provozu s vysokými proudovými hustotami a se sníženou mezerou mezi póly. Nej lepší známé průmyslové výsledky tohoto typu anody, běžné známé jako „Rod type anodě („Anoda prutového typu), provozované při 10 kA/m2, jsou následující:
Napětí anoda/katoda: 4,00 V
Kf: 0,085 V m2/kA
Faradická účinnost: ~ 96 %
Spotřeba energie: 3146 kWh/t Cl2
2486479 (2486479_CZ.doc) 10.9.2003 *· ·· «· »· .·:·· i :: : : ;
• · · *» í “í * · · »· ·»»«
1111 11
S cílem překonat tyto nevýhody uvádí U.S. Patent č. 4 263 107 hydrodynamické přepážky připevněné na horní části mřížkové matice, které vytvářejí konvektivní proudy pro snížení bublinkového efektu, zlepšení dynamiky tekutiny a zajištění efektivní obnovy elektrolytu.
Stínící efekt prutů byl následně snížen ve vynálezu podle U.S. Patentu č. 4 364 811, podle kterého byla mřížková matice vyrobená z obdélných pruhů přibližně 1,5 mm tlustých, 5 mm širokých a s mezerami 4,0 mm, kterým se říká čepele, uspořádaných svisle vzhledem ke katodě, připevněna k rámu podle dosavadního stavu techniky. Nej lepší známé průmyslové výsledky tohoto typu anody provozované při 10 kA/m2 jsou následuj ící:
Napětí anoda/katoda:
Kf:
Faradická účinnost: Spotřeba energie:
3,90 V
0,075 V m2/kA - 96 %
3067 kWh/t Cl2
Ještě lepších výsledků bylo dosaženo připevněním hydrodynamických prostředků podle U.S. Patentu č. 4 263 107 k mřížkové matici vyrobené z trojúhelníkových pruhů s jejich vrcholem směřujícím ke rtuťové katodě, jak uvádí italský patent č. 1 194 3 97. Tato nová konfigurace, ve které mají trojúhelníkové pruhy typické rozměry 2,2 mm na základně, 3,7 mm na výšku, zakulacení vrcholu s poloměrem 0,5 mm a roztečí (kterou je myšlena vzdálenost mezi osami dvou sousedních pruhů) 3,5 mm, přinesla důležité snížení bublinkového efektu a stínícího efektu na prutech a citelné vylepšení dynamiky tekutiny.
Nej lepší známé průmyslové výsledky tohoto typu anody, stále komerčně vyráběného firmou De Nora Elettrodi S.p.A pod
2486479 (2486479_CZ.doc) 10.9.2003
·· ··· · * · · « · I obchodní značkou RUNNER®, provozované při 10 kA/m2, jsou následuj ící:
Napětí anoda/katoda Kf:
Faradická účinnost: Spotřeba energie:
3,80 V
0,065 V m2/kA ~ 96 %
2988 kWh/t Cl2
Alternativní řešení navrhuje U.S. Patent č. 5 589 044, který uvádí rám stejný jako předchozí, připevněný na mřížkovou matici vyrobenou z více obdélných pruhů a zvláštním způsobem uspořádanou se záměrem zvýšit stávající povrch vzhledem ke svislým stěnám a snížit efekt setrvávání bublinek na povrchu naproti katodě. Přestože jsou výsledky tohoto druhu mřížkové matice lepší, než výsledky získané mřížkovou maticí podle U.S. Patent č. 4 364 811, zůstávají stále za výsledky dosaženými s mřížkovou maticí podle IT 1 194 397.
Výše popsané konfigurace mřížkové matice dosavadního techniky, různě ve smyslu hydrodynamických vlastností, bublinkového efektu a stínícího efektu na katodě, mají však společné dva různé znaky:
celková rovnost povrchu anody se komplikuje skutečností, že tolerance vzhledem k více prvkům tvořícím mřížkovou matici (prutům, čepelím nebo pruhům) a ke svarům potřebným k jejich připevnění k rámu přidávají na tolerancích vzhledem rámu samotnému. Pro všechny mřížkové matice dosavadního stavu techniky jsou typické tolerance pro povrch anody v rozsahu od 0,5 do 1 mm, přestože vycházejí z celkem kontrolovaného a promyšleného (a tedy drahého) obrábění.
obnova katalytických vlastností opotřebených elektrodových struktur (která se musí opakovat v cyklech
2486479 (2486479_CZ.doc) 10.9.2003
•00 • · 0 0 O
0
v rozsahu od 2 do 5 let v závislosti na provozních podmínkách podniku) zahrnuje složité a velmi nákladné opracování spočívající v odstranění opotřebovaného potahu mechanickými (pískování) a chemickými (leptání) prostředky, které často způsobí mechanické vady; v některých případech je tedy předtím (nebo potom), než se provede nové potažení katalyzátorem, nutné další opracování pro obnovení rovnosti mřížkové matice. Výkony znovu aktivované anody nejsou nikdy úplně stejné, jako u nově vyrobené anody, jednak protože není obnovená rovnost nikdy dokonalá, jednak protože odstranění opotřebovaného potahu nemůže být někdy dokončeno, nebo protože materiál tvořící samotnou mřížkovou matici podstupuje morfologické změny, které nejsou zcela vratné. Nakonec je nutné odstranit veškerý elektrokatalytický potah, i když je spotřebovaná jenom jeho část, aby se znovu získala celková provozuschopnost aktivního povrchu. To zahrnuje citelnou a zbytečnou spotřebu látky obsahující velice drahé vzácné kovy, jako je ruthenium, iridium, platina atd.
Podstata vynálezu
Cílem tohoto vynálezu je poskytnout novou konfiguraci mřížkové matice, která umožňuje překonat problémy dosavadního stavu techniky vyplývající z bublinkového efektu, dynamiky tekutiny, rovnosti povrchu anody, nevýhod spojených s reaktivací opotřebovaných prvků.
Přehled obrázků na výkresech
Vynález bude blíže vysvětlen prostřednictvím konkrétních příkladů provedení znázorněných na výkresech, na
2486479 (2486479_CZ.doc) 10.9.2003 * · · · · · • · • ·
9 99
kterých představuje obr. 1 náčrtek typické struktury článku, obr. 2 axonometrický řez mřížkovou maticí anody.
Příklady provedení vynálezu
Mřížková matice anody obsahuje větší množství čepelí _6 z ventilového kovu, například ryzího nebo slitinového titanu, obecně vzájemně rovnoběžných, pravoúhle umístěných na více podpůrných prvcích, například prutech 7, přednostně vyrobených ze stejného ventilového kovu jako čepele 6; na těch je přednostně nanesen elektrokatalytický potah specifický pro uvolňování chlóru. V upřednostňovaném provedení se elektrokatalytický potah nanese přinejmenším na svislé stěny čepelí, nebo přinejmenším na jejich část. Elektrokatalytický potah se nanese pouze na část povrchu mřížkové matice, nebo na její celý povrch, jak je v oboru známo.
Mřížková matice podle tohoto vynálezu musí být upevněna buď na novém, nebo na použitém rámu, který má funkci mechanické podpory a vedení/rozvádění proudu na samotnou mřížkovou matici. Velikost nové mřížkové matice se může lišit podle rozměrů rámu, ke kterému se má připevnit, a podle rozměrů článku, ve kterém se má instalovat. Pouze pro příklad předpokládá typ rámu podle dosavadního stavu techniky použití povrchů mřížkové matice přibližně 700 mm x 800 mm. Tloušťka čepelí 6 se nachází mezi 0,2 a 1 mm a zvláště upřednostňovaná hodnota je 0,3 - 0,5 mm. Výška čepelí se nachází mezi 8 a 20 mm, přednostně je 12 mm.
2486479 (2486479_CZ.doc) 10.9.2003 • · · · · ·
• · ·' • · · • · · · ♦ · « • · ·
99 · ·
- 10 Mezera mezi dvěma sousedními čepelemi se nachází mezi 1,5 a
2,5 mm a přednostně je 2,0 mm. V jednom provedení jsou pro mřížkovou matici s povrchem 700 mm x 800 mm čepele 6 spojeny pomocí 4 titanových prutů s průměrem 2 - 3 mm pravoúhle přivařených k jejich horní části, které působí jako podpůrné prvky 7_. Počet, rozměry a povaha podpůrných prvků 7 se však může lišit v závislosti na rozměrech mřížkové matice, typu rámu přivádějícím proud a jiných důvodech spojených s parametry postupu.
Uváděná konfigurace se ukázala jako překvapivě efektivní ve smyslu minimalizace bublinkového efektu a zlepšení dynamiky tekutiny. Navíc má konkrétní geometrie čepelí kladný vliv na rovnost elektrody, což zároveň vyřazuje potřebu pokračovat v drahých a škodlivých reaktivacích. Vlastně:
- Konkrétní typ mřížkové matice s dlouhými a navzájem oddělenými čepelemi katalyticky aktivovanými na svislých stěnách umožňuje po sestavení a aktivaci zbroušení svého povrchu. Jinými slovy, místo aby se přidávala tolerance rámu, prvků tvořících mřížkovou matici a příslušných svarů, které určují celkovou tolerancí, je nyní možné sestavit předem aktivovanou mřížkovou matici na rámu a pokračovat celkovým zbroušením (nebo jiným odpovídajícím mechanickým opracováním) povrchu, který má být naproti katodě, s celkovými tolerancemi, které nepřesahují 0,2 mm (± 0,1 mm). To umožňuje udržení podstatně zmenšených mezer mezi póly bez rizika nebezpečného a destruktivního místního zkratu. Popisovaný postup způsobuje obroušení materiálu čepele s vyloučením katalytického potahu na povrchu naproti rtuťové katodě (odpovídající tloušťce čepelí). Toto vyloučení nezpůsobuje problém, protože efektivní katalytický potah je vlastně právě ten, který je nanesen na svislých
2486479 (2486479_CZ.doc) 10.9.2003 ·· ·· ···· » · · • · · · • ♦·· · • ♦ • · stěnách čepelí.
- Délka čepelí dává vzniknout skutečnosti, že pouze část aktivovaného svislého povrchu představuje aktivní pracovní povrch, a tedy pouze část katalytického potahu je vystavena opotřebovávání; jakmile se část potahu, představující několik málo milimetrů čepele, opotřebuje, tak místo vystavení anody opětné aktivaci, se všemi výše uvedenými nevýhodami, stačí pokračovat novým broušením, které odstraní opotřebovanou část. Tento postup způsobí citelné úspory v elektrokatalytickém potahu a výrazné snížení doby obrábění, přičemž se konkrétně předpokládá, že se může opakovat více než jednou, výsledkem čehož je trvající zvýšení celkově životnosti anody, výrazně snížené náklady na obrábění a téměř neměnné napětí článku anoda/katoda během celého pracovního cyklu anody.
Při proudové hustotě 10 kA/m2 dává mřížková matice 700 mm x 800 mm s výše uvedenými upřednostňovanými rozměry (čepele 12 mm vysoké, 0,3 mm tlusté, 2,0 mm od sebe) připevněná k hydrodynamickým prostředkům pro vytváření konvektivních proudů uvedeným v U.S. Patentu č. 4 263 107 následující výsledky:
3,60 V
0,045 V m2/kA ~ 96 %
2832 kWh/t Cl2
Napětí anoda/katoda:
Kf:
Faradická účinnost: Spotřeba energie:
s celkovými energetickými úsporami přibližně 150 kWh/t Cl2 ve srovnání s nej lepšími výkony elektrody RUNNER® a přibližně 250 kWh/t Cl2 ve srovnání s čepelovými anodami dosavadního stavu techniky (podle údajů uvedených v U.S. Patentu č. 4 364 811) . Aniž bychom si přáli svázat tento vynález s jakoukoliv konkrétní teorií, naprosto překvapivé výkony leze vysvětlit následujícími hypotetickými důvody:
2486479 (2486479_CZ.doc) 10.9.2003 ·· »· • · · • · ·« « • · · » · ·· ·« ·· ···*
- 12 účinného
- Naproti rtuti je povrch čepele níže: podle příkladu vynálezu 0,3 mm oproti 1,5, respektive 0,5 mm mřížkové matice U.S. Patentu č. 4 364 811 a elektrody RUNNER® v jejich průmyslových provedeních; tento faktor umožňuje přímé snížení setrvávání bublinek na části povrchu anody naproti katodě, čímž zlepšuje faradickou účinnost při minimální mezeře mezi póly.
- Dosahuje se nižšího ohmického poklesu v elektrolytu, protože se může udržovat menší mezera mezi póly, vzhledem k lepší rovnosti povrchu mřížkové matice vymezené podélnými částmi čepelí, které jsou naproti katodě, s maximální tolerancí 0,2 mm oproti 0,5 - 1 mm dosažitelnému v nej lepších případech s mřížkovými maticemi podle dosavadního stavu techniky.
- Na jedné straně se poskytuje větší stávající povrch anody zvýšením počtu čepelí na jednotku promítajícího se povrchu (rozteč mřížky 2,3 mm podle uvedeného příkladu oproti 3,5 - 4,0 mm podle dosavadního stavu techniky), na druhé straně snížením efektu setrvávání bublinek, který tento faktor ovlivňuje také.
- Vylepšená dynamika tekutiny vzhledem k výšce čepelí: 12 mm podle příkladu oproti typickým 5,0, respektive 3,7 mm na mřížkových maticích podle U.S. Patentu č. 4 364 811 a (RUNNER®). Zvýšení efektu výšky umožňuje vznik s rychlým obnovováním
IT 1 194 397 .komínového elektrolytu na povrchu elektrody a další snížení bublinkového efektu vzhledem k vyšší rychlosti stoupání bublinek.
Zastupuj e:
Dr. Otakar Švorčík v.r.
2486479 (2486479_CZ.doc) 10.9.2003 • 0 0000 • · · «
• 0« • 0 • ··· • · • 0 ···· 09
JUDr. Otakar Svorčík advokát
120 00 Praha 2, Hálkova 2
Upravena strana
Claims (14)
1. Anoda pro uvolňování chlóru na . rtuťové katodě chlór-alkalického elektrolytického procesu spočívající v rámu rozvádějícím proud a mřížkové matici z titanu nebo slitiny titanu nebo jiného ventilového kovu nebo slitiny ventilového kovu obsahující větší množství obecně rovnoběžných čepelí připevněných k většímu množství podpůrných prvků, přičemž čepele mají tloušťku mezi 0,3 a 0,1 milimetrem a výšku mezi 8 a 20 milimetry, přičemž vzdálenost jedné čepele od druhé je mezi 1,5 a
2,5 milimetry.
2. Anoda podle nároku 1, vyznačující se tím, že koncové podélné části čepelí definují rovinu mající toleranci menší nebo rovnu 0,2 milimetrů.
3. Anoda pro uvolňování chlóru na rtuťové katodě chlór-alkalického elektrolytického procesu spočívající v rámu rozvádějícím proud a mřížkové matici z titanu nebo slitiny titanu nebo jiného ventilového kovu nebo slitiny ventilového kovu obsahující větší množství obecně rovnoběžných čepelí připevněných k většímu množství podpůrných prvků, přičemž čepele mají tloušťku mezi 0,2 a 1 milimetrem a výšku mezi 8 a 20 milimetry, přičemž vzdálenost jedné čepele od druhé je mezi 1,5a
2,5 milimetry, kde koncové podélné části čepelí jsou mechanicky obrobeny tak, aby vymezovaly rovinu mající toleranci menší nebo rovnu 0,2 milimetrů.
4. Anoda podle nároku 3, vyznačující se tím,
2486479 (2486479_CZ.doc) 17.9.2003
Upravená strana ·· ·· • · · ·»·· ··
- 14 že čepele mají tloušťku mezi 0,3 a 0,5 milimetrů.
5. Anoda podle nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že alespoň hlavní svislé povrchy čepelí jsou opatřeny elektrokatalytickým potahem pro uvolňování chlóru.
6. Anoda podle nároku 5, vyznačující se tím, že horní povrch mřížkové matice obsahuje hydrodynamické prostředky pro vytváření konvektivních proudů.
7. Anoda podle jednoho z nároků 5 nebo 6, vyznačující se tím, že podpůrné prvky jsou tvořeny pruty.
8. Anoda podle nároků 5 nebo 6, vyznačující se tím, že čepele mají výšku 12 milimetrů, mezera mezi dvěma sousedícími čepelemi je 2,0 milimetry a podpůrné prvky jsou pruty s průměrem mezi 2 a 3 milimetry pravoúhle připevněné k hornímu povrchu čepelí.
9. Anoda podle nároků 5 až 8, vyznačující se tím, že větší množství čepelí je připevněno k většímu množství podpůrných prvků přivážením.
10. Způsob výroby anody podle jednoho z nároků 4 až 9 obsahující aktivaci čepelí elektrokatalytickým potahem, montáž mřížkové matice na rám a koncové mechanické opracování povrchu mřížkové matice naproti rtuťové katodě vhodné pro zajištění rovnosti povrchu.
11. Způsob podle nároku 10, vyznačující se tím, že mechanické opracování je zbroušení.
2486479 (2486479_CZ.doc) 17.9.2003 r
- 14a.
·· ·· * » · « ··· Φ » • . · ··»* « · • » • » • ♦ · • · ·♦ • · • » • 49 9 ·· ·» »* ·»» * ·
Upravená strana
12. Způsob reaktivace anody podle jednoho z nároků 4 až 9, obsahující mechanické odstranění části čepelí, na nichž je elektrokatalytický potah opotřebovaný.
13. Způsob podle nároku 12, vyznačující se tím, že mechanické odstranění se provede zbroušením.
14. Použití anody podle nároků 1 až 9 v článku chloridu sodného se rtuťovou katodou pro výrobu chlóru.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT2001MI000643A ITMI20010643A1 (it) | 2001-03-27 | 2001-03-27 | Struttura anodica per celle elettolitiche a catodo di mercurio |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ20032613A3 true CZ20032613A3 (cs) | 2004-01-14 |
| CZ302184B6 CZ302184B6 (cs) | 2010-12-01 |
Family
ID=11447372
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ20032613A CZ302184B6 (cs) | 2001-03-27 | 2002-03-27 | Anoda pro elektrolytický proces typu se rtutovou katodou, zpusob její výroby a použití |
Country Status (15)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7214296B2 (cs) |
| EP (1) | EP1373601B1 (cs) |
| AT (1) | ATE346966T1 (cs) |
| BR (1) | BR0208437B1 (cs) |
| CZ (1) | CZ302184B6 (cs) |
| DE (1) | DE60216430T2 (cs) |
| ES (1) | ES2275861T3 (cs) |
| HU (1) | HU229644B1 (cs) |
| IL (2) | IL157051A0 (cs) |
| IT (1) | ITMI20010643A1 (cs) |
| MX (1) | MXPA03008797A (cs) |
| PL (1) | PL369501A1 (cs) |
| PT (1) | PT1373601E (cs) |
| RU (1) | RU2280105C2 (cs) |
| WO (1) | WO2002077326A2 (cs) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ITMI20022382A1 (it) * | 2002-11-11 | 2004-05-12 | De Nora Elettrodi Spa | Elettrodi per elettrometallurgia |
| US20070255126A1 (en) * | 2006-04-28 | 2007-11-01 | Moberg Sheldon B | Data communication in networked fluid infusion systems |
| NZ564225A (en) * | 2007-12-10 | 2009-10-30 | Printer Ribbon Inkers Pri Ltd | A hydrogen generator utilising a series of spaced apart plates contained within an enclosure |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4022679A (en) * | 1973-05-10 | 1977-05-10 | C. Conradty | Coated titanium anode for amalgam heavy duty cells |
| IT1165047B (it) * | 1979-05-03 | 1987-04-22 | Oronzio De Nora Impianti | Procedimento per migliorare il trasporto di materia ad un elettrodo e mezzi idrodinamici relativi |
-
2001
- 2001-03-27 IT IT2001MI000643A patent/ITMI20010643A1/it unknown
-
2002
- 2002-03-27 PL PL02369501A patent/PL369501A1/xx not_active Application Discontinuation
- 2002-03-27 EP EP02726226A patent/EP1373601B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2002-03-27 ES ES02726226T patent/ES2275861T3/es not_active Expired - Lifetime
- 2002-03-27 RU RU2003131335/15A patent/RU2280105C2/ru active
- 2002-03-27 HU HU0303626A patent/HU229644B1/hu not_active IP Right Cessation
- 2002-03-27 PT PT02726226T patent/PT1373601E/pt unknown
- 2002-03-27 BR BRPI0208437-6A patent/BR0208437B1/pt not_active IP Right Cessation
- 2002-03-27 WO PCT/EP2002/003468 patent/WO2002077326A2/en active IP Right Grant
- 2002-03-27 CZ CZ20032613A patent/CZ302184B6/cs not_active IP Right Cessation
- 2002-03-27 IL IL15705102A patent/IL157051A0/xx active IP Right Grant
- 2002-03-27 MX MXPA03008797A patent/MXPA03008797A/es active IP Right Grant
- 2002-03-27 US US10/467,259 patent/US7214296B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2002-03-27 AT AT02726226T patent/ATE346966T1/de not_active IP Right Cessation
- 2002-03-27 DE DE60216430T patent/DE60216430T2/de not_active Expired - Lifetime
-
2003
- 2003-07-22 IL IL157051A patent/IL157051A/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE60216430D1 (de) | 2007-01-11 |
| IL157051A0 (en) | 2004-02-08 |
| ATE346966T1 (de) | 2006-12-15 |
| ES2275861T3 (es) | 2007-06-16 |
| US7214296B2 (en) | 2007-05-08 |
| HU229644B1 (en) | 2014-03-28 |
| IL157051A (en) | 2007-10-31 |
| ITMI20010643A0 (it) | 2001-03-27 |
| CZ302184B6 (cs) | 2010-12-01 |
| HUP0303626A3 (en) | 2011-04-28 |
| BR0208437B1 (pt) | 2012-08-21 |
| US20040074765A1 (en) | 2004-04-22 |
| PL369501A1 (en) | 2005-04-18 |
| ITMI20010643A1 (it) | 2002-09-27 |
| BR0208437A (pt) | 2004-03-30 |
| WO2002077326A3 (en) | 2003-10-16 |
| EP1373601B1 (en) | 2006-11-29 |
| EP1373601A2 (en) | 2004-01-02 |
| RU2280105C2 (ru) | 2006-07-20 |
| RU2003131335A (ru) | 2005-03-10 |
| WO2002077326A2 (en) | 2002-10-03 |
| HUP0303626A2 (hu) | 2004-01-28 |
| MXPA03008797A (es) | 2004-02-12 |
| DE60216430T2 (de) | 2007-09-27 |
| PT1373601E (pt) | 2007-02-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Lohrberg et al. | Preparation and use of Raney-Ni activated cathodes for large scale hydrogen production | |
| US5725744A (en) | Cell for the electrolysis of alumina at low temperatures | |
| JP2009215580A (ja) | 水素発生用陰極 | |
| AU2014247022B2 (en) | Electrolytic cell for metal electrowinning | |
| RU2086710C1 (ru) | Электрод для электролиза, способ изготовления электрода и электролизер | |
| CZ20032613A3 (cs) | Anoda pro elektrolytické články se rtuťovou katodou a způsob její výroby | |
| KR860001501B1 (ko) | 전극소자 및 그 제조방법 | |
| US3318792A (en) | Mercury cathode cell with noble metaltitanium anode as cover means | |
| PL95767B1 (pl) | Elektrolizer przeponowy | |
| JPS5943885A (ja) | ガス発生電解槽用の電極装置 | |
| JP2017088952A (ja) | イオン交換膜電解槽 | |
| JPH0819542B2 (ja) | 金属ハロゲン化物の溶融塩浴電気分解のための隔膜 | |
| US20110139629A1 (en) | Electrode material, electrode, and method for hydrogen chloride electrolysis | |
| US3451914A (en) | Bipolar electrolytic cell | |
| US4132622A (en) | Bipolar electrode | |
| AU2002212352B8 (en) | Electrolytic cells with renewable electrode structures and method for substituting the same | |
| RU2309199C2 (ru) | Диафрагменный электролизер | |
| KR102347982B1 (ko) | 전기분해용 양극 및 이의 제조방법 | |
| US3944479A (en) | Anode base structure | |
| JPH0741980A (ja) | 電解用電極 | |
| JP2010037619A (ja) | イオン交換膜法電解槽及びその陰極の性能回復方法 | |
| AU2944092A (en) | Cell for the electrolysis of alumina preferably at low temperatures | |
| RU2698162C2 (ru) | Перфорированный металлический инертный анод для получения алюминия электролизом расплава | |
| Vasudevan | Anodes for electrochemcial processes (Part-I) | |
| JP5271429B2 (ja) | 水素発生用陰極 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20150327 |