DK156587B - Fremgangsmaade til regulering af polafstanden i elektrolyseceller med en vandret kviksoelvkatode - Google Patents

Description

DK 156587 B

Opfindelsen omhandler en fremgangsmâde til regulering af elektrolyseceller med en vandret kviksolvkatode og af den i kravets indledning angivne art.

For en given stromstyrke mâ en elektrolysecelle, der skal fungere under optimale spændingsbetingelser, forst og fremmest udlignés elektrisk, og desuden mâ middel-afstanden imellem polerne være sâ lille som muligt under hensyntagen til ujævnhederne i katodelaget og anodeop-bygningen. Denne tilstand forværres med tiden selv med dimensionsmæssigt stabile anoder. Sâfremt der ikke træf-fes forholdsregler, vil der efter et vist tidsrum opstâ en kortslutning, der vil beskadige nogle af anodeele-menterne. For at indgribe mâ man i tide opdage kort-slutningen, og nâr dette er sket, mâ man pâvirke det âg, som bærer de defekte elementer, og endelig foretage en generel regulering for at genoprette den optimale spænding.

Skal disse operationer foretages manuelt, er de kostbare og tidkrævende, og der er risiko for, at de forst finder sted, efter at en kortslutning har gjort skade.

Det er kendt at mâle potentialforandringen i anodernes stromtilgangsledning eller potentialforandringens has-tighed. Fra tysk offentliggorelsesskrift nr. 2 136 603 er det kendt at mâle stromstyrken i anodestromtilgangs-ledningerne, og nâr stromstyrken overstiger en bestemt grænseværdi at hæve mindst nogle af anoderne en forud bestemt afstand, hvorved cellespændingen stiger. Nâr spændingen overskrider en ovre grænse inden for et vist tidsrum, eksempelvis 5 timer, sænkes anoderne igen en forud bestemt afstand.

Pâ grundlag af de nævnte indstillingsparametre kan man imidlertid ikke generelt opnâ en tilstrækkelig folsomhed 2 ) DK 156587 B ! | til effektiv beskyttelse af anodeopbygningen og mulig-gore en regulering, især nâr der anvendes dimensions-stabile metalanoder.

Der foreligger sâledes et industrielt behov for en automa-tisk fremgangsmâde, som pà kortest mulig tid dels kan levere en information om cellens elektriske tilstand, dels kan afslore og modvirke kortslutningerne lige for disse bliver skadelige, og som endelig automatisk kan regulere afstanden imellem elektrolysecellens poler sâledes, at det specifikke energiforbrug optimeres permanent. Dette behov er særlig mærkbart, hvor der anvendes store stromtaetheder ved anoderne.

Dette opnâs ved en fremgangsmâde som angivet i kravets kendëtegnende del, der bygger pâ folgende tre obser-vationer: 1) En kortslutning er normalt lokalt begrænset og opstâr ikke momentant, men efter en indledende fase, hvor cellens elektriske ubalance vokser.

2) Jo mere anoderne fjernes fra katoden, desto jævnere bliver stromfordelingen mellem anoderne, og omvendt.

3) Ved formindskelse af polafstanden i en celle i fuld-stændig ligevægt fremkaldes en kortslutning, hvor cellen vil optræde som en homogen leder.

Opfindelsen forklares nærmere nedenfor i forbindelse med tegningen, der viser en udforelsesform for et automatisk reguleringsanlæg til elektrolyseceller til ud-ovelse af fremgangsmâden ifolge opfindelsen.

DK 156587 B

3 1 en elektrolysecelle med chlor og med en kviks0lvkatode fordeles fodestrommen pâ cellens anoder ved hjælp af stromskinner 8. Str0mtilgange 3 for anoderne 4 under-st0ttes af et anodebærende âg 7, der ved motoren 9 me-kanisk kan forskyde anoderne i forhold til katoden, som bestâr af et kviksolvlag 5. Herved kan man regulere hojden af âgets anoder i forhold til overfladeplanet af kviksolvlaget 5. Desuden kan hver enkelt anode 4 om nodvendigt forskydes manuelt i forhold til de andre.

Iværksættelsen af fremgangsmâden ifolge opfindelsen anvender en mâling af stromstyrken i hver tilgangsledning. Denne mâling tilvejebringes som vist pâ figuren ved at mâle spændingsfaldet mellem to faste punkter 1 og 2 i tilgangsledningen. Aile mâlingerne af stromstyrkerne igennem de enkelte tilgangsledninger opsamles i en en-hed 10, der ligeledes opsamler en mâling af elektrolyse-spændingen imellem punkterne 3 og 6. Aile disse mâlinger forstærkes i en forstærkerenhed 11.

Sammenligningerne imellem dels stromstyrken i en led-ning og middelstromstyrken, dels de hoje og lave tær-skelspændinger, og sammenligningerne imellem elektro-lysespændingen og de fastsatte sikkerhedsspændinger sker i en sammenligningsenhed 12, i hvilken de fastsatte værdier indfores i form af spændinger, der selv er en funktion af den teknologiske styrke af cellerne, af den iværksatte fremgangsmâde og af andre variabler, som kan indvirke pâ elektrolysespændingen. Disse funk-tioner bearbejdes i en enhed 13 ud fra de i enhederne 10 og 11 opsamlede og forstærkede mâlinger.

Ordrerne til loftning eller sænkning af de anodebærende âg 7 sendes til en styreenhed 14, som iværksætter den mekaniske loftning eller sænkning af âgene ved motorerne 9. Disse ordrer samt ogsâ signalerne registreres eller

DK 156587 B

4 visualiseres i en lagerenhed 15.

Mâlingerne og deres bearbejdning kan tilvejebringes ved et elektrisk eller pneumatisk anlæg, men sker fortrins- vis ved hjælp af et analogt eller digitalt elektronisk anlæg. Stromstyrkerne kan forstærkes i differentialfor- stærkere og deres middeltal tilvejebringes analogt eller digitalt.

Konstanterne og de fastsatte værdier indfores ved hjælp af hjælpespændinger, der kan være en funktion af for-skellige paramétré, som indvirker pà den fastsatte værdi, sâsom stromstyrken, positionen af anodegruppen i cel-len, slitagegraden af anodegruppen eller af andre variab-ler, der kan indvirke pâ den fastsatte værdi.

Fremgangsmâden if0lge opfindelsen er fordelagtig ved at kontrollere den jævne fordeling af stromstyrken in-den for elektrolysecellen imellem de forskellige strom-tilgangsledninger til anoderne, og ved at de fremkaldte signaler behandles til at korrigere eller muliggore en korrektion af de afstande, der kan optræde med tiden, og sâledes beskytter anoderne imod overladninger og for tidlig slitage.

Den permanente sammenligning af elektrolysespændingen med regulerbare spændinger som fastsatte og/eller som funktion af aile de paramétré, der kan pâvirke de fastsatte værdier, muliggor en sænkning af âget under be-skyttelse af anoderne og forer til en drift af cellen inden for optimale elektrolysespændinger.

5

DK 1 56587 B

EKSEMPLER

Nedenstâende eksempler gengiver de opnâede resultater for en elek» trclysecelle med et udstyr som vist skematisk pâ figuren. Den te-nyttede celle i eksemplerne har felgende karakteristikker:

O

Anodeoverflade: 19,8 m p

Katodeoverflade: 20,0 m Hældning af kvikselvkatode: 15 o/oo

Antal metalanoder: 36

Antal anodebærende âg: 6

Antal stremtilgange : 18

Lien blev anvendt til elektrolyse af en vandig opl0sning af na-triumchlorid nominelt 310 g/1 ved tilgangen og 275 g/l ved udgangen og med en middeltemperatur pâ 70°C, . .

• Værdierne af de forskellige paramétré var felgende: k-, = 3,10 volt (anlægskonstant) J- p kp = 0,10/1 m (anlægskonstant) ίΔ = I _ . -2 (anodestrom) A g — A · ïïl

Vref = 3,10 + 0,10 (referencespænding) 5"-, = 3,5 mV for âg 1 (hej tærskelværdi) 2'p = 3,5 mV for âg 2 ” Έ 2 = 3,5 mV for âg 3 " à = 4,0 £or âg 4 " Έ ^ = 4,0 mV for âg 5 " Σ g = 4,0 mV for âg 6 " i 6 DK 156587 B j

Vo = - 0,100 volt (regulerbar tillægsspænding)

Sr = - 0,300 volt (fastsat regulerbar spænding) <r~ = 2,5 mV (lav tærskelværdi) TD = 0,1 sekund (varighed af sænkningsordre) = 2,8 min (spærretid for sænkningsordre efter forudgâende l0ftnings-ordre) = 4,5 min (spærretid for sænkningsordre efter forudgâende sænkningsordre) I det benyttede anlæg forstærkes de i ligningerne optrædende paramétré Vref, Vo og Sr 1,5 gange,.....oger400 gange og i ligeledes 400 gange. !

Falgende eksempler 1, 2 og 3 gengiver de ojeblikkelige resultater opnâet med en celle, der drives med forskelligt stromforbrug.

Eksempel 4 gengiver middelydelserne af en celle under kontinuerlig drift i 80 dogn.

Eksempel 5 gengiver de opnâede resultater med anlægget, hvor der kun tilvejebringes en beskyttelse af anodeopbygningerne.

eksempel i DK 156587 B

Stromforbrug I = 253*000 ampere Vref = 4,38 volt

Spænding i mV

Anode tzr Str0mstyrke Sand spænding Vr nr. forstærkning i ampere Âg nr. f0r forstærkning 1 16,5 j 13-772 --1-_! 2 15,5 * 12.937 1 4,23 --j-- 3 15,5 ' 12.937 t

T

4 ÏÏTÔ ! 11.686 i i « 1 j— 5 14,9 i 12.437 2 4,22 6 18,9 15.775 1,11 " - — — __ 7 17,7 [ 14.774 8 16,4 ; 13.689 3 4,16 --i--___ 9 18,3 ! 15.275 10 18,4 ; 15.358 i .....-........ Il 11 14,5 j 12.103 4 4,19 12 16,6 13.856 13 19,0 15.859 14 17,8 14.857 5 ! 4,19

_________ I

15 ΙδΤΪ 15008 I

___________ __________________ ___! j 16 17,7 14.774 | 17 16>7 13.939 6 j 4,20 18 16,6 13.856

Middel 16,8 14.055 4,20

Specifikt energiforbrug: 3-338 kWh per ton chlor.

β . , ' EKSEMEEL.2 Stromforbrug I = 250.000 ampere 156587 B |

Vref = 4,36 volt !

Spænding i mV j

Anode f0r Stromstyrke Sand spænding Vr ar. forstærkning î ampere Âg nr. f0r forstærkning 1 16,3 13.594 2 15,4 12.843 1 4,28 13 16,6 13.844 ! 4 17,6 14.678 j 5 15,6 13.010 2 4,28 | 6 16,9 14.094 |7 15,5 12.927 J8 16,2 13.511 3 4,28 9 16,7 13-928 10 15,9 13.260 Î16,2 13.511 4 4,29 15,9 13.260 j18,2 15.179 "16,9 ~ 14.095 5 4,31 16,5 13.761 16 17,9 14.929 17 17,5 14.595 6 4,31 18 17,9 14.929

Middel 16,6 13.889 4,29

Specifikt energiforbrug; 3.412 kWh per ton chlor.

9

eksempbl 5 DK 156587B

Stromforbrug I = 171.000 ampere Vref = 3,96 volt

Spænding i mV

Anode for Stremstyrke Sand spænding Vr nr. forstærkning i ampere Âg nr. for forstærkning 1 10,6 9.529 2 10,9 9.799 1 3,83 3 11,3. 10.158 4 11,0 9.889 5 11,4 10.249 2 3,88 6 11,1 9.979 7 9,2 8.271 8 9,9 8.900 3 3,89 9 10,0 8.990 10 10,0 8.990 11 9,0 I 8.091 i 4 3,86

12 10,2 9.170 I

13 Ϊ1Γ3 10.158 14 12,8 11.507 5 3,82 — 15 11,9 10.698 16 10,08.990 : ----—i 17 9,4 8.451 6 3,84 18 10,2 9.170

Middel 10,5 9-500 3,86

Specifikt energiforbrug: 3.068 kWh per ton chlor.

EKSEMPEL 4

10 DK 156587 B

Opnâede resultater efter kontinuerlig drift i 80 dogn: ; |

Middelstr0m I = 249-500 ampere Vref = 4,56 volt

Middelspænding Vr : 4,25 volt

Specifikt energiforbrug: 5,378 kWh per ton chlor.

| i 11

EKfrcMPEL 5 156587 B

Stromforbrug I = 253*000 ampere

Land. spænding Vr

Spænding i mV for for forstærkning

Anode forstærkning og kg, der har mod- og efter âg- nr. for âgloftning Âg nr. taget lofteordre loftning 1 20,1 19,8 2 18,0 1 loftning 17,8 3 18,3 18,0 4 14,0 14,3 5 14,9 2 15,3 6 15,1 15,5 7 20,1 19,8 8 17,5 3 loftning 17,4 9 19,3 19,0 10 16,5 16,7 11 14,5 4 14,6 12 16,6 16,7 13 16,0 16,0 14 16,1 5 j 16,1 15 16,5 16,5 16 16,2 16,2 17 16,2 6 I 16,2 ( t ................... t 18 16,3 ί 16,3 ______I_

Claims (1)

1. DK 156587 B i Fremgangsmâde til regulering af polafstanden og beskyttel- se af anoderne mod kortslutningsskader i elektrolyse- celler for alkaliske og alkali-jordmetalliske chlorider j og med en vandret kviksolvkatode (5) og flere anode- ! grupper (4), hvor der automatisk tilvejebringes en hæv- i ning og sænkning af anodebærende âg (7), k e n d e t e g- i net ved folgende tre operationer a) - c), hvor i angiver stromstyrken for hver anodegruppe (4), i middelstromstyrk-en for anodegrupperne (4) og Vr elektrolysemiddelspænd-ingen eller spændingen mellem katoden (5) og et âg (7): a) sammenligning af differensen (i - i) med en ovre og en nedre tærskelværdi for stromstyrken, b) afgivelse af en hævningsordre til aile de âg (7), for hvilke den betragtede differens overstiger den ovre tærskelværdi, eller en sænkningsordre til aile de âg (7), for hvilke den betragtede differens underskrider den nedre tærskelværdi, og for hvilke desuden elektro-lysespændingen overstiger en fastsat spænding, og sâledes, at hævningsordrerne prioriteres i forhold til sænknings-ordrerne, og c) aktivering af en hævning af et eller flere âg (7), der soin Vr underskrider en sikkerhedsværdi for spændingen, indtil Vr overstiger den pâgældende sikkerhedsspænding.