DE1567955B2

DE1567955B2 - Verfahren zur Spannungsregelung und Kurzschlußbeseitigung bei Chloralkalielektrolysezellen

Info

Publication number: DE1567955B2
Application number: DE19671567955
Authority: DE
Inventors: Wilm Dr. Reerink; Rolf Dr. Schaefer; Heribert Dr. Schaffrath; Karl-Heinz Dr. Schmitt; Arthur 4140 Rheinhausen Terlinden
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1967-07-04
Filing date: 1967-07-04
Publication date: 1974-01-10
Also published as: NO120834B; DE1567955A1; SE349552B; FI48174C; FI48174B; NL6809020A; BE717621A

Description

Die Zellenspannung einer Elektrolysezelle zur Chloralkalielektrolyse hängt im wesentlichen von zwei Faktoren ab: der spezifischen Belastung und dem Elektrodenabstand. Alle anderen Parameter, die die Zellenspannung ebenfalls beeinflussen, wie Temperatur, Salzgehalt und Verarmung der Sole, werden weitgehend konstant gehalten. Aus wirtschaftlichen Gründen soll die Zellenspannung möglichst niedrig sein. Je kleiner aber der Anodenabstand und damit die Zellenspannung bei bestimmter Belastung gehalten wird, um so häufiger kommt es zum Auftreten von Kurzschlüssen, wobei die Zellenspannung mehr oder weniger stark zusammenbricht. Die Kurzschlüsse müssen möglichst schnell beseitigt werden, um größeren Schaden an den Zellen zu verhüten. Ein Verfahren zur automatischen Spannungsregelung muß deshalb auch die Meldung und Beseitigung von Kurzschlüssen beinhalten. Bei dem Verfahren gemäß vorliegender Erfindung ist das der Fall. Voraussetzung ist natürlich, daß die vielen Anoden einer Zelle gemeinsam durch ein Verstellglied auf- und abbewegt werden können.

Verfahren zur Meldung von Kurzschlüssen sind bereits bekannt. Ein Verfahren, das auch Belastungsänderungen der Zellen berücksichtigt, ist in der österreichischen Patentschrift 243 826 beschrieben. Parallel zu den hintereinandergeschalteten Elektrolysezellen wird eine Widerstandskette aus ebenso vielen Widerständen gelegt, an der die Elektrolysespannung abfällt. Jede einzelne Zellenspannung wird mit der am zugehörigen Widerstand abfallenden Spannung über ein Kreuzspulvöltmeter, das die Spannungsdifferenz anzeigt, verglichen. Hat die Gesamtanlage keinen Kurzschluß, so stehen die Zeiger aller Instrumente in Null-Stellung. Tritt ein Kurzschluß auf, so erfolgt ein Ausschlag des betreffenden Voltmeters, das über einen Meldekontakt Alarm auslöst. Dieses Verfahren ist jedoch nicht zur automatischen Regelung der Zellenspannung geeignet. Da am Zellenkreis und an der Widerstandskette die gleiche Spannung abfällt, müssen im Kurzschlußfall die Instrumente der Zellen, die keinen Kurzschluß haben, zur anderen Seite ausschlagen, da ja die Summe der Zeigerabweichungen, vorzeichenrichtig addiert, immer Null ergeben muß. Alle anderen Zellen täuschen also eine zu hohe Spannung vor und ihre Anoden würden automatisch tiefer gestellt werden; d. h. aber, es würden noch mehr Kurzschlüsse entstehen; ■ .

Das Verfahren gemäß vorliegender Erfindung ist von diesen Nachteilen frei. Es basiert auf dem Vergleich der Zellenspannung mit einer Referenzspannung über einen Dreipunktschalter, beispielsweise ein galvanometrisches Relais, eine elektronische Vergleichsschaltung oder einen Magnetkippverstärker. Im Prinzip kann die Referenzspannung über eine Spannungsquelle und ein Potentiometer hergestellt und gleichzeitig mit einer Laständerung von Hand auf den jeweils richtigen Wert eingestellt werden, da die durchschnittliche Zellenspannung für jede Belastung bekannt ist. Eine solche Anordnung hat jedoch

¹S schwerwiegende Nachteile. Wird die gleichzeitige Bedienung des Potentiometers bei einer Lasterhöhung vergessen oder versehentlich eine zu tiefe Einstellung des Sollwertes vorgenommen, so beginnen alle Zellen mit der Tief erstellung der Elektroden, und es ist denkbar, daß alle Zellen auf Kurzschluß gehen. Eine mechanische Kopplung des Referenzspannungspotentiometers mit einer Steuereinheit des Elektrolysenstromes würde die oben geschilderten Nachteile ausschließen, es hängt aber von speziellen Konstruktionsmerkmalen einer Gleichrichteranlage ab, ob dieses Verfahren überhaupt durchführbar ist.

Es wurde nun gefunden, daß eine genügend genaue Referenzspannung, die sich für den ganzen Lastbereich automatisch einstellt, aus jeder Größe, die dem Elektrolysestrom proportional ist, erhalten werden kann. Dieses Verfahren ist allgemeiner Anwendung fähig, unabhängig von den speziellen Konstruktionsmerkmalen einer Elektrolyseanlage. Es ist ein wesentlicher Teil der Erfindung, daß die Referenzspan-

nung durch Überlagerung aus einem Konstantanteil und einem belastungsproportionalen Anteil gebildet wird. Der Spannungsabfall an einem beliebigen Stück der den Elektrolysestrom führenden Schiene z. B. ist nur von der Belastung abhängig und wächst proportional mit der Belastung. Er ist also vor allem unabhängig davon, ob einzelne Zellen Kurzschluß haben oder für Wartungsarbeiten ausgeschaltet sind. Verstärkt man den abgegriffenen Wert des Spannungsabfalles auf die richtige Größe und addiert dazu die Polarisationsspannung einer Elektrolysezelle, so zeigen Zellenspannung und Referenzspannung gleiche Größe, und zwar über den gesamten Lastbereich. Das belastungsproportionale Signal läßt sich auch aus der Messung des Gesamtelektrolysestromes gewinnen.

Es sind verschiedene Schaltungen möglich, von denen drei in den folgenden Prinzipschaltbildern näher erläutert werden:

Schaltbild 1

Der im Schaltbild 1 an der Stromschine 1 abgegriffene Spannungsabfall i//wird im Verstärker2 auf den Wert U₁ verstärkt und vom Stromschienenpotential galvanisch getrennt. Mit Hilfe der Konstantspannungsquelle 3 wird dazu die Konstantspannung U₀ addiert. Die Summe U₀ + U₁ stellt bei geeigneter Wahl von U₀ und U₁ die gewünschte Referenzspannung U_s dar. Die Spannung U_s wird auf die Sammelschienen 4 und 5 gelegt. Die Zellenspannung i/₂, der Zellen 6 wird über einen Trennverstärker 7 einem Spannungsteiler 8 zugeführt, welcher der individuellen Anpassung der Zellen dient. Der Dreipunktschalter 9 vergleicht die an 8 abgegriffene Spannung mit der Referenzspannung U_x und steuert mit den Schalt-

Stellungen »Heben, Ruhe, Senken« den Antrieb 10 der Elektrodenverstellung. Eine Komponente der Referenzspannung U_s ist frei wählbar, vorzugsweise wird für die Konstantspannung U₀ die Polarisationsspannung der Chloralkalizelle verwendet.

Schaltbild 2

Der im Schaltbild 2 an der Stromschiene 11 abgegriffene Spannungsabfall U₁' wird über einen Servoverstärker 12 mit der Spannung U₁ an dem Spannungsteiler 13 verglichen. Der Spannungsteiler 13 wird aus dem Stelltransformator 14 über den Gleichrichter 15 gespeist. Der Servoverstärker 12 verstellt den Abgriff des Transformators 14 so lange, bis U₁ — U₁' ist. Die am Transformator 14 eingestellte Wechselspannung wird phasenrichtig zu einer konstanten Wechselspannung aus Trafo 16 addiert und auf die Sammelschienen 17 und 18 gelegt. Die Transformatoren 14 und 16 können auch in einer Einheit zusammengefaßt sein. Die Zellenspannung U_zi der Zellen 19 wird einem Spannungsteiler 20 zugeführt. Der Dreipunktschalter 21 vergleicht die an 20 abgegriffene Spannung mit der Spannung aus dem Gleichrichter 22. Der Gleichrichter 22 wird über Trenntrafo oder Kondensatoren 23 von den Sammelschienen 17 und 18 gespeist und galvanisch getrennt. Der Dreipunktschalter 21 liefert wieder die Steuersignale für den Antrieb 24 der Elektrodenverstellung. Für die Wahl der Komponenten der Wechselspannung aus Transformator 14 und 16, die die Referenzspannung U₁ ergeben, gelten entsprechende Überlegungen wie im Beispiel 1.

Schaltbild 3

Die im Schaltbild 3 an der Stromschiene 24 abgegriffene Spannung U₁' wird im Trennverstärker 25 auf den Wert U₁ verstärkt, gleichzeitig vom Stromschienenpotential galvanisch getrennt und der Wicklung 1

des Magnetkippverstärkers 26 zugeführt. An die zur Wicklung 1 gleichsinnige Wicklung 3 wird die Spannung U₀ der Konstantspannungsquelle 27 angelegt. Die Magnetfelder der Wicklungen 1 und 3 addieren sich. Die Zellenspannung U_zi der Zelle 29 wird an

^X5 die zu den Wicklungen 1 und 3 gegensinnige Wicklung 2 gelegt. Sind die Magnetfelder der Wicklungen 1 und 3 mit dem der Wicklung 2 in Gleichgewicht, so bleibt der Dreipunktschalter des Magnetkippverstärkers 26 in Ruhe. Je nach Überwiegen des einen oder anderen Feldes wird das Relais in der einen oder anderen Richtung betätigt. Dies bedeutet für den nachgeschalteten Antriebsmotor 28 zur Elektrodenverstellung Befehl zur Ruhe, zum Senken oder Heben der Elektroden. Es ist natürlich auch möglich, die

^a5 Konstantspannung U₀ zu der belastungsproportionalen Spannung zu addieren, wie in den Beispielen 1 und 2 beschrieben. Die Vergleichsspannung U_s wird dann auf eine Wicklung des Magnetkippverstärkers gegeben, der in diesem Fall einfacher gebaut sein kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Spannungsregelung und zur Kurzschlußbeseitigung an Chloralkalielektrolysezellen durch Anodenverstellung, bewirkt durch Vergleich der Zellenspannung mit einer Referenzspannung, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzspannung aus einem belastungsunabhängigen Anteil und einem dem Elektroiysestrom proportionalen,Anteil so hergestellt wird, daß sie die Zellenspannung im gesamten Lastbereich nachbildet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das belastungsproportionale Signal aus dem Spannungsabfall an einem beliebigen Stück der den Elektrolysestrom führenden Schiene gewonnen wird.