DE10321681B4 - Seal for electrolytic cell assembly and use and method of making the seal - Google Patents
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Abstract
Dichtung (6) für eine Elektrolysezellenanordnung, umfassend eine erste Folienoberfläche und eine zweite Folienoberfläche, sowie eine im wesentlichen Abstandshalterfunktion übernehmende, schnurförmige erste Dichtungskomponente (10) und eine im wesentlichen Dichtungsfunktion übernehmende, schnurförmige zweite Dichtungskomponente (9), die zwischen der ersten Folienoberfläche und der zweiten Folienoberfläche beabstandet zueinander verlaufen, wobei der Abstand zwischen den beiden Dichtungskomponenten (9, 10) ein Vielfaches ihrer maximalen Dicke beträgt.poetry (6) for an electrolytic cell assembly comprising a first film surface and a second film surface, and a substantially spacer function, cord-like first sealing component (10) and an essentially sealing function, cord-like second sealing component (9) between the first film surface and the second film surface spaced from each other, wherein the distance between the two Seal components (9, 10) a multiple of their maximum thickness is.
Description
Die Erfindung betrifft eine Dichtung für eine Elektrolysezellenanordnung, ein Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung in einer Elektrolysezellenanordnung.The The invention relates to a seal for an electrolytic cell arrangement, a process for their preparation and their use in one Electrolytic cell assembly.
Elektrolysezellen
werden beispielsweise zur Herstellung von Chromsäure, molekularem Wasserstoff,
molekularem Sauerstoff, Chlor und Alkalimetallhydroxyden durch Elektrolyse
verwendet, wobei zunehmend Elektrolysezellen vom Membrantyp zum Einsatz
gelangen. Es sind von W.L. Gore & Associates
Elektrolysezellendichtungen bekannt, die in einfacher Weise zwischen
zwei Elektrolysezellenhälften einsetzbar
sind, da sie als einstückig
ausgebildete Dichtungen selbständig
handhabbar sind (
Die
Eine flexible, abdichtende Funktion übernehmende Komponente aus Graphit mit größerer Dicke ist daran fest zwischen zwei rigiden, abstandhaltende Funktion übernehmenden Komponenten aus korrosionsfreiem Stahl mit geringerer Dicke angeordnet. Die Dichtung kann auch teilweise in einer umgeschlagenen Folie aus einem chemisch inerten Kunststoff, wie PTFE, eingelagert sein.A flexible, sealing function taking over Component is made of graphite with greater thickness Firmly taking over between two rigid, distance-keeping function Components made of corrosion-resistant steel with a smaller thickness. The seal can also be partially made out of a wrapped foil a chemically inert plastic, such as PTFE, be stored.
Die
Anhand
Dichtung
Die
aus der
So
hat sich beim Einsatz der bekannten Dichtung
In der Praxis wird daher stattdessen vielfach ein stabiler Rahmen aus elektrisch isolierendem, gesinterten PTFE mit den entsprechenden Abmessungen von z. B. 2,5 m × 1,3 m und einer umlaufenden Breite von beispielsweise 54 mm für zur Chlorerzeugung bestimmte Elektrolysezellen eingesetzt. Solche Rahmen sind umständlich zu transportieren, da sie nicht geknickt werden dürfen. Die beiden Elektrolysezellen-Gehäusehälften, zwischen die der Rahmen dann platziert wird, werden zunächst jeweils mit einem schmalen, dünnen Dichtband aus monodirektional gerecktem PTFE beklebt, wobei sich die beiden Dichtbänder über die gesamte Dichtlänge immer nur teilweise überlappen dürfen. Dabei treten leicht Montagefehler auf. Reparaturen sind teuer, so dass die Dichtungen von vornherein nur von speziell geschultem Personal montiert werden sollten. Problematisch sind auch die Kleberrückstände des Dichtbands an den Gehäusehälften, wenn die Dichtungen routinemäßig beim Austauschen der Ionenaustauschmembran nach etwa vier Jahren erneuert werden. Während bei diesem Vorgang des sogenannten "Remembraning" die Dichtung entsorgt werden kann, werden die Elektrolysezellen-Gehäusehälften wieder verwendet. Das Abreinigen des Klebers von den Gehäusehälften ist aufwändig.In Instead, practice often becomes a stable framework instead electrically insulating, sintered PTFE with the corresponding Dimensions of z. B. 2.5 m × 1.3 m and a circumferential width of, for example 54 mm for chlorine production used certain electrolysis cells. Such frames are awkward too transport as they must not be kinked. The two electrolytic cell housing halves, between which the frame is then placed, each initially with a narrow, thin Sealing tape of monodirectionally stretched PTFE pasted, wherein the two sealing tapes over the entire sealing length always overlap only partially allowed to. This easily occur mounting errors. Repairs are expensive, so that the seals from the outset only by specially trained personnel should be mounted. Also problematic are the adhesive residues of the Sealing tapes on the housing halves, if the seals routinely when Replacing the ion exchange membrane renewed after about four years become. While at This process of the so-called "Remembraning" disposed of the seal can be used, the electrolysis cell housing halves are reused. The Cleaning the adhesive from the housing halves is expensive.
Es
besteht daher nach wie vor ein Bedürfnis für eine einfach handhabbare
Dichtung, die insbesondere zur Verwendung in Elektrolysezellenanordnungen
geeignet ist. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher insbesondere,
die aus der
Insofern
können
im Zusammenhang mit der nachfolgend beschriebenen Erfindung, soweit
konkret nichts anderes angegeben wird, dieselben Materialien für die einzelnen
Komponenten der Dichtung verwendet werden, wie sie im Zusammenhang
mit der
Erfindungsgemäß wird die flächige, gitterförmige Abstandshalterstruktur der bekannten Dichtung durch eine schnurförmige Abstandshalterkomponente ersetzt, die im Gegensatz zur bekannten Dichtung um ein Vielfaches ihrer maximalen Dicke bzw. ihres maximalen Durchmessers von der Dichtschnur entfernt liegt. Dadurch ergeben sich im montierten Zustand der Dichtung zwei voneinander beabstandete, linienförmige Dichtlinien, von denen allerdings nur der innenliegenden Dichtschnur effektive Dichtwirkung zukommt.According to the invention area, latticed Spacer structure of the known seal by a string-shaped spacer component replaced, in contrast to the known seal many times over their maximum thickness or their maximum diameter of the Sealing cord is removed. This results in the assembled state the seal two spaced, line-shaped sealing lines, of which, however, only the inner sealing cord effective Sealing occurs.
Das Ersetzen der Abstandshalterstruktur durch eine Schnur bietet verschiedene Vorteile. Einerseits reduziert sich dadurch die verarbeitete Materialmenge, wodurch Beschaffungs- und Lagerkosten reduziert werden. Andererseits ist eine Schnur wesentlich einfacher zu verarbeiten, insbesondere mit geringerem maschinellen Aufwand, als eine großflächige Abstandhalterstruktur. Durch die Beabstandung der Abstandshalterschnur von der Dichtschnur wird dennoch erreicht, dass beim Einspannen der Dichtung ein Verkanten der beiden Gehäusehälften bis auf einen unwesentlichen Grad reduziert werden kann.The Replacing the spacer structure with a cord offers a variety Advantages. On the one hand, this reduces the processed amount of material, which reduces procurement and storage costs. on the other hand a cord is much easier to process, in particular with less mechanical effort, as a large-scale spacer structure. By spacing the spacer cord from the sealing cord becomes nevertheless achieved that when clamping the seal tilting the two housing halves up can be reduced to an insignificant degree.
Im Gegensatz zum Stand der Technik kann der Dichtschnur innerhalb der Dichtung im selben Maße abstandshaltende Funktion zukommen wie der Abstandshalterschnur. Da die Dichtung üblicherweise zur Verwendung bei einem bestimmten Kompressionsdruck vorgesehen ist, sollten die beiden Schnüre bei diesem Kompressionsdruck in etwa dieselbe komprimierte Dicke besitzen. Idealerweise ist dies dadurch erreichbar, dass beide Schnüre aus demselben Material bestehen oder zumindest dieselbe oder in etwa dieselbe Kompressibilität besitzen, so dass sie auch im nicht komprimierten Vormontagezustand die Folien, zwischen denen sie angeordnet sind, in etwa auf gleichem Abstand halten. Insbesondere können die beiden zwischen den Folien anzuordnenden Schnüre auch im Koextrusionsverfahren mit einem die beiden Schnüre verbindenden Steg hergestellt werden. Da jedoch der Dichtschnur zusätzlich zur Abstandshaltungsfunktion insbesondere Dichtungsfunktion zukommt und die Dichtschnur aus vergleichsweise hochwertigem und teurem Material besteht, wird für die Abstandshalterschnur vorzugsweise ein völlig anderes, wesentlich preiswerteres Material gewählt als für die Dichtschnur.in the Contrary to the prior art, the sealing cord within the Seal in the same measure provide spacing function as the spacer cord. Because the seal is usually intended for use at a certain compression pressure is, should the two cords approximately the same compressed thickness at this compression pressure have. Ideally, this is achievable by having both strings out of the same Material consist of or at least the same or about the same compressibility so that they are in the non-compressed pre-assembly state the Slides between which they are arranged, approximately the same Keep distance. In particular, you can the two strings to be placed between the slides too in the coextrusion process with one connecting the two strings Bridge to be made. However, since the sealing cord in addition to Spacing function in particular sealing function plays and the sealing cord of comparatively high quality and expensive Material exists, is for the spacer cord is preferably a completely different, much cheaper one Material selected as for the sealing cord.
Bei der die Abstandshalterstruktur ersetzenden Schnur kann es sich daher bei spielsweise auch um einen Draht handeln. Der Querschnitt der Schnur ist von untergeordneter Bedeutung und kann beispielsweise auch oval sein. Er soll aber nicht großflächig eben sein, um genau wie bei der Dichtschnur eine möglichst schmale Dichtlinie zu erzielen, damit eine hohe Flächenpressung bei geringen Schraubenkräften erzielbar ist.The replacement of the spacer structure string may therefore be for example a wire. The cross section of the cord is of minor importance and may, for example, be oval. However, it should not be flat over a large area in order to achieve the narrowest possible sealing line, just as with the sealing cord, so that a high surface pressure can be achieved with low bolt forces.
Es ist auch möglich, die beiden Schnüre im Coextrusionsverfahren in eine Folie zu integrieren. Dann liegen die beiden Schnüre zwischen zwei Folienoberflächen der extrudierten Folie. Separate Folien können dann entfallen. Unter geeigneten Voraussetzungen kann es sogar ausreichend sein, die beiden Schnüre im Extrusionsverfahren mit einem sie verbindenden Steg als Vollmaterial ohne zusätzliche äußere Folien herzustellen und als Dichtung einzusetzen. Denn die Gefahr der relativen Verschiebung der beiden Schnüre, die dann eher als schnurförmige Dichtungskomponenten zu bezeichnen sind, ist wegen des Verbindungsstegs ausgeschlossen.It is possible, too, the two strings coextrusion in a film to integrate. Then lie the two strings between two foil surfaces the extruded film. Separate films can then be omitted. Under appropriate conditions may even be sufficient, the two cords in the extrusion process with a connecting web as a solid material without additional outer foils manufacture and use as a seal. Because the danger of relative Displacement of the two cords, then rather than cord-shaped sealing components are to be designated, is excluded because of the connecting web.
Vorzugsweise liegen die Schraubenlöcher, über die die beiden Gehäusehälften miteinander verspannt werden, zwischen dieser Abstandshalterschnur und der Dichtschnur. Dadurch kann eine gleichmäßige Lastverteilung auf beide Schnüre erreicht werden. Die Schraubenlöcher können in einfacher Weise aus der Dichtung heraus gestanzt werden.Preferably lie the screw holes, over the the two housing halves together be braced between this spacer cord and the sealing cord. This allows a uniform load distribution on both strings be achieved. The screw holes can be punched out of the seal in a simple manner.
Vorzugsweise sind die beiden Folien, zwischen denen die Schnüre aufgenommen sind, durch einen bis 100 °C wärmestabilen Kleber miteinander verbunden. Dadurch kann überraschenderweise ein Wandern der Dichtschnur im Dichtspalt zwischen den Folien vermieden werden. Es wird vermutet, dass dieses beim Stand der Technik beobachtete Wandern der Dichtschnur auf die mangelnde Wärmebeständigkeit des dort verwendeten Klebers mit zurückzuführen ist. Immerhin liegen die Arbeitstemperaturen von Elektrolysezellen zur Chlorerzeugung bei bis zu 90 °C. Durch eine warmstabile Verklebung der beiden Folien werden die Schnüre nun zwischen den Folien verschiebesicher fixiert. Ein Abnähen der Schnüre zur Verhinderung ihres Wanderns ist nicht notwendig. Dadurch ergeben sich auch keine Nahtlöcher, durch die hindurch eine Korrosion vom Kathodenraum zum Anodenraum oder umgekehrt erfolgen könnte.Preferably are the two slides between which the cords are taken, by a up to 100 ° C thermostable Glue connected together. This can surprisingly be a hike the sealing cord in the sealing gap between the films are avoided. It is believed that this was observed in the prior art Hiking the sealing cord on the lack of heat resistance of the used there Adhesive is due with. After all, the working temperatures of electrolysis cells are too Chlorine production at up to 90 ° C. By a heat-stable bonding of the two films, the strings are now between fixes the slide secure against displacement. Sewing the cords to prevent their wandering is not necessary. There are no results Suture holes through which a corrosion from the cathode compartment to the anode compartment or vice versa.
Um die beiden Folien in einfacher Weise in einem thermischen Fügeverfahren miteinander verbinden zu können, ist der Kleber vorzugsweise thermisch aktivierbar. Es kann sich beispielsweise um einen thermisch aktivierbaren Zweikomponentenkleber oder einen thermoplastischen Kleber, insbesondere auf Basis eines Fluorpolymers, handeln. Fluorpolymere sind wegen ihrer chemikalienbeständigkeit besonders geeignet. Es reicht aus, wenn eine der Folien mit diesem Kleber vorbeschichtet ist. Eine Beschichtung aus dem thermoplastischen Kunststoff Ethylen-Fluorethylenpropylen (EFEP) wird besonders bevorzugt. EFEP ist ein Copolymer aus Ethylen, Tetrafluorethylen und Hexafluorpropylen. Alternativ dazu kann die Beschichtung aus PVDF, ETFE, ECTFE, PFA oder FEP bestehen.Around the two films in a simple manner in a thermal joining process to connect with each other, the adhesive is preferably thermally activated. It may be for example, a thermally activatable two-component adhesive or a thermoplastic adhesive, in particular based on a fluoropolymer, act. Fluoropolymers are because of their chemical resistance particularly suitable. It is enough if one of the slides with this Adhesive is precoated. A coating of the thermoplastic Plastic ethylene-fluoroethylene propylene (EFEP) is especially preferred. EFEP is a copolymer of ethylene, tetrafluoroethylene and hexafluoropropylene. Alternatively, the coating of PVDF, ETFE, ECTFE, PFA or FEP exist.
Der Beschichtung kommt zusätzlich zu ihrer Funktion als Verbindungs -bzw. Schweißmittel des weiteren die Bedeutung als Diffusionssperre zu. Die Diffusion korrodierender Stoffe durch die Ionenaustauschmembran und weiter durch die beiden Folien der Dichtung hindurch vom Anodenraum zum Kathodenraum (oder umgekehrt) wird dadurch zusätzlich erschwert.Of the Coating comes in addition to their function as a connection or. Welding agent further the meaning as a diffusion barrier too. The diffusion of corrosive substances the ion exchange membrane and further through the two films of the Seal through from the anode compartment to the cathode compartment (or vice versa) This makes it even more difficult.
Darüberhinaus wird die Dichtung vorzugsweise an ihrer der Elektrolysezelle zugewandten Seite mit einem Abstandsmaterial ausgestattet, welches dafür sorgt, dass die Dichtung im montierten Zustand den Dichtspalt möglichst vollständig ausfüllt. Die Dicke des Abstandsmaterials entspricht dazu in etwa der Dicke der Dichtung, wenn sie im Montagezustand einem vorbestimmten Kompressionsdruck ausgesetzt ist, abzüglich der Gesamtdicke der beiden (nicht komprimierten) Folien. Das Abstandsmaterial kann aus einem sehr weichen chemisch beständigen Material bestehen, insbesondere aus einem Fluorpolymer, so daß es selbst in dem Fall, daß es im komprimierten Zustand der Dichtung auch komprimiert wird, keine oder jedenfalls im wesentlichen keine Kompressionskräfte aufnimmt.Furthermore the seal is preferably facing at its the electrolysis cell Side equipped with a spacer material which ensures that the seal in the assembled state, the sealing gap as possible Completely fills. The thickness of the spacer material corresponds approximately to the thickness the seal when in the assembled state a predetermined compression pressure is exposed, less the total thickness of the two (uncompressed) films. The spacer material can be made of a very soft chemically resistant material, in particular from a fluoropolymer, so it even in the case that it in the compressed state of the seal is also compressed, no or at least substantially absorbs no compression forces.
Der mit dem Abstandsmaterial verfolgte Zweck besteht darin, die Dichtung im Bereich zwischen den Elektrolysezellenräumen und der inneren Dichtschnur eng mit den Dichtflanschen der Elektrolysezellenhälften in Kontakt zu bringen, um zu verhindern, dass Toträume entstehen, in denen sich ansonsten Elektrolyseprodukte, wie beispielsweise Lauge, sammeln könnten. Auch diese Maß nahme hat sich als bedeutsam für die Korrosionsvermeidung herausgestellt. Es wird nämlich vermutet, dass sich bei der bekannten Dichtung derartige Toträume bildeten. Mangels einer ständigen Durchspülung solcher Toträume kam es wohl zu einem Feuchtigkeitsentzug der Ionenaustauschmembran und dadurch zu ihrer Versprödung im Bereich des Dichtspalts. Es wird weiter vermutet, dass Natronlauge aus dem Kathodenraum durch die versprödeten Membranbereiche und weiter durch die Folien der Dichtung hindurch an die Gehäusewandung der den Kathodenraum definierenden Elektrolysezellenhälfte gelangen konnte und dort zur Korrosion des mit Titan beschichteten Gehäuseblechs führte. Durch Füllung der Toträume mit dem Abstandsmaterial wird somit ein Austrocknen der Ionenaustauschmembran und damit einhergehend die Korrosion aufgrund von durch die Membran hindurchtretenden Stoffen effektiv verhindert.Of the The purpose of the spacer material is to seal in the area between the electrolysis cell spaces and the inner sealing cord tight with the sealing flanges of the electrolytic cell halves in To bring in contact to prevent dead spaces arising in which otherwise collect electrolysis products, such as lye could. This measure also has to be significant for exposed the corrosion prevention. It is supposed, that formed in the known seal such dead spaces. Lack of a permanent one flushing such dead spaces it probably came to a dehumidification of the ion exchange membrane and thereby to their embrittlement in the area of the sealing gap. It is further suspected that caustic soda from the cathode compartment through the embrittled membrane areas and on through the foils of the seal to the housing wall enter the cathode compartment defining electrolytic cell half could and there to the corrosion of the titanium-coated housing plate led. By filling the dead spaces With the spacer material thus drying out of the ion exchange membrane and concomitant corrosion due to passing through the membrane Effectively prevented substances.
Das Abstandsmaterial kann zwischen den beiden Folien oder einseitig auf einer der beiden Folien angeordnet sein. Es kann seinerseits ein Folienmaterial und insbesondere identisch zu dem Material der beiden Folien sein, z.B. aus ePTFE.The Spacer material can be between the two foils or one-sided be arranged on one of the two slides. It can be his turn a sheet material and in particular identical to the material of both films, e.g. from ePTFE.
Vorteilhafter Weise ist die Dichtung einseitig flach und auf der anderen Seite durch die zwischen den Folien aufgenommenen Schnüre sowie das Abstandsmaterial profiliert. Die Ionenaustauschmembran wird dann zwischen der flachen Seite der Dichtung und einem Dichtungsflansch einer Elektrolysezellenhälfte eingeklemmt. Diese Anordnung ist besonders schonend für die mechanisch empfindliche Ionenaustauschmembran, wenn die Elektrolysezellenhälften zur Bildung einer Elektrolysezelle miteinander verspannt werden. Andererseits muß die Dichtung nicht notwendigerweise einseitig flach sein, sondern kann auch beidseitig durch die zwischen den Folien aufgenommenen Schnüre profiliert sein, wobei entweder beide Schnüre zur Profilierung beider Dichtungsoberflächen oder jede Schnur nur zur Profilierung jeweils einer Dichtungsoberfläche beitragen können.Favorable Way, the seal is flat on one side and on the other side through the cords between the foils and the spacer material profiled. The ion exchange membrane is then between the flat Side of the seal and a sealing flange of an electrolytic cell half clamped. This arrangement is particularly gentle on the mechanically sensitive ion exchange membrane, if the electrolytic cells halves be braced together to form an electrolytic cell. On the other hand, the Seal does not necessarily have to be flat on one side, but can also profiled on both sides by the recorded between the slides cords be either with both strings for profiling both sealing surfaces or each cord only for Profiling each contribute a sealing surface.
Die Dichtung ist somit einstückig und daher einfach handhabbar und montierbar. Die Fixierung der Dichtung zwischen den Elektrolysezellenhälften erfolgt in einfacher Weise über Schraubenlöcher. Die Dichtung ist flexibel und daher durch Zusammenlegen einfach zu transportieren. Sie muß bei der Montage nicht mit einem Kleber am Dichtungsflansch der Elektrolysezellenhälften fixiert werden, so dass ein Abreinigen von Kleberrückständen beim Remembraning nicht notwendig wird. Insbesondere durch den Einsatz von wärmestabilem Kleber läßt sich die Gefahr von austretendem und später abzureinigendem Kleber vermeiden. Der Kleber wirkt auch als Diffusionssperre und verhindert so die Korrosion aufgrund von durch die Membran hindurchtretenden Stoffen. Die Korrosion wird zusätzlich vermindert, indem durch Einsatz eines Abstandsmaterials Toträume geschlossen und dadurch ein Versprödung der Membran vermieden wird.The Seal is thus one piece and therefore easy to handle and assemble. The fixation of the seal takes place between the electrolytic cell halves in a simple way over Screw holes. The seal is flexible and therefore easy to fold to transport. She has to join Do not fix the assembly with an adhesive on the sealing flange of the electrolytic cell halves so that cleaning off adhesive residue during remembraning is not becomes necessary. In particular through the use of heat-stable Glue leaves the risk of leaking and later to be cleaned off adhesive avoid. The glue also acts as a diffusion barrier and prevents so the corrosion due to passing through the membrane Substances. The corrosion is additional reduced by closing dead spaces by using a spacer material and thereby embrittlement the membrane is avoided.
Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand der begleitenden Zeichnungen beschrieben. Darin zeigen:following the invention will be described by way of example with reference to the accompanying drawings described. Show:
Die
durch die Gehäuse
Zum
Verspannen der beiden Gehäusehälften
Zwischen
der Dichtschnur
Beim
Verspannen der beiden Gehäusehälften
Mit
dem Abstandsmaterial
In
In
dem Ausführungsbeispiel
gemäß
Insbesondere
ist es auch denkbar, daß die Dichtung
im Bereich des Abstandsmaterials nur eine Folienschicht besitzt,
die Folie
In
den
Die
Dichtschnur
Bei
der Dichtschnur
Das
Material für
die Abstandshalterschnur
Bei
den beiden Folien
Nachfolgend
wird ein Verfahren zur Herstellung der vorbeschriebenen Elektrolysezellendichtung erläutert. Zunächst wird
eine rahmenartige Anordnung zur Verfügung gestellt, die aus den
beiden Folien
Wird
die rahmenartige Anordnung jedoch in Handarbeit hergestellt, so
erfolgt dies vorzugsweise unter Einsatz einer beheizten Doppelbandpresse, wie
in
Um
zu erreichen, dass der Folienverbund einseitig eben ist (
Das
in
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