DK167367B1 - Apparat til fremstilling af natriumhypochlorit - Google Patents

Description

i DK 167367 B1

Den foreliggende opfindelse angår et elektrolyseapparat af den i krav l's indledning angivne art.

Fordelene ved at kunne anvende elektrolyseapparater til 5 fremstilling af natriumhypochlorit ud fra enten syntetiske eller naturlige saltopløsninger på stedet, hvor sådanne forekommer, er indlysende. F.eks. er det velkendt, at moderne anlæg til behandling af vand og spildevand kræver store mængder chlor, som virker som biocidt mid-10 del. Hvad enten chloret foreligger som gas eller som vandfri væske, er der store farer med håndtering og opbevaring af dette · kemikalie. Selv når chloret foreligger som natriumhypochlorit, som er forholdsvis sikkert at arbejde med, optræder der problemer med opbevaring og 15 transport, når der er tale om store forsendelser af fortyndede opløsninger til det sted, hvor kemikaliet skal anvendes.

De hidtil kendte elektrolyseanordninger med høj effekti-20 vitet med hensyn til strømforbrug og udnyttelse af saltet er generelt komplicerede, ligesom de er kostbare at fremstille og vedligeholde. Alle de kendte elektrolyseapparater anvender anoder, som slides, hvilket vil sige, at de mister deres katalytiske belægning, hvorfor de jævnligt 25 må afmonteres og genopbygges. Det meget store antal forbindelser og samlinger, som ofte optræder i de mere avancerede udførelsesformer, er potentielle kilder for udstrømning af korroderende elektrolyt, som kan være skadelig, og til udstrømning af hydrogen, som kan samle sig i 30 farlige koncentrationer.

Effektforbruget påvirkes i uheldig retning af akkumuleringen af hydrogengas i elektrolyseapparaterne, hvilket nødvendiggør forskellige ekstra anordninger til udskil-35 lelse af hydrogen fra elektrolytten, og dette bidrager yderligere til at gøre systemerne komplicerede.

2 DK 167367 B1

Visse kendte elektrolyseapparater er meget følsomme med hensyn til dannelse af skæl på elektroderne på grund af de urenheder, som findes i saltopløsninger, eksempelvis i havvand. I sådanne apparater kan det være nødvendigt at 5 foretage regelmæssige rensninger med syre, hvilket bidrager til at forøge vedligeholdelsesomkostningerne.

Det har vist sig ved pålidelige undersøgelser og gennem erfaring, at lave temperaturer i saltopløsninger, typisk 10 mellem 1 °C og 10 °C, bidrager til at reducere anodebelægningens levetid. Høje strømtætheder reducerer ligeledes levetiden af de dyre belægninger, som anvendes. I de konventionelle elektrolyseapparater er der tilbøjelighed til uheldige reduktioner af anodens levetid på grund af 15 de variationer i betingelserne, som kan indtræde, når ap-paratet anvendes til en række forskellige formål i forskellige geografiske områder.

Det er således et formål med den foreliggende opfindelse 20 i det væsentlige at overvinde de ovennævnte problemer og samtidig tilvejebringe en række fordele. Elektrolyseappa-ratet ifølge opfindelsen består af et antal elektrolyseceller monteret på et chassis inden i et cylindrisk hus, således at der dannes et samlet modul, som kan være hy-25 draulisk serieforbundet med andre lignende moduler. Den hele cellestruktur i elektrolyseapparatet kan let og hurtigt udtages til reparation eller udskiftes med genopbyggede eller nye dele, som på forhånd er samlet uden for apparatets hus med en heraf følgende minimal risiko for 30 monteringsfejl.

En elektrolysecelle, der er beslægtet med elektrolyseapparatet ifølge opfindelsen, er omtalt i US patentskrift nr. 4 032 426. Et primært træk ved elektrolyseapparatet 35 ifølge opfindelsen i forhold til den kendte elektrolyse celle er imidlertid, at elektrolysemodulet er opdelt i enkelte celler ved hjælp af skiver i et arrangement, der DK 167367 B1 3 tillader strømning af elektrolyt imellem cellerne, men som bevidst frembringer turbulens, således at en ophobning af urenheder i cellerne undgås. Elektrolysecellen ifølge US patentskrift nr. 4 032 426 har også sin elek-5 trodesamling opdelt i enkelte celler ved hjælp af skiver i et arrangement, som muliggør strømning af elektrolyt imellem cellerne, men i modsætning til den foreliggende opfindelse søger man bevidst at undgå, at der skabes turbulens, jf. skriftets spalte 2, linie 55-63, og spalte 3, 10 linie 47-49.

Elektrolyseapparatet ifølge opfindelsen er ejendommeligt ved det i krav l's kendetegnende del angivne. Yderligere særegne træk ved apparatet fremgår af de uselvstændige 15 krav 2-23.

Opfindelsen forklares nærmere under henvisning til tegningen, hvor 20 fig. 1 er et perspektivisk billede af en delvis adskilt typisk cellesamling, som indgår i et elektrolyseapparat ifølge opfindelsen, fig. 2 er et skematisk snit af en samling ifølge fig. 1 25 set fra oven, idet elektroderne er udeladt af hensyn til overskueligheden, fig. 3 er et skematisk snit af en samling ifølge fig. 1 set fra oven, idet apparatets hus og samleskruerne er 30 medtaget, fig. 4 er et udsnit af elektrolyseapparatet ifølge fig. 3 taget langs linien 4-4 på denne figur, idet visse dele er udeladt af hensyn til overskueligheden, fig. 5 er en skematisk fremstilling af strømningsvejene for hydrogen og for elektrolytten igennem elektrolyseen- 35 DK 167367 B1 4 heder anbragt i et hydraulisk vertikalt seriearrangement omfattende et passende system af elektriske ledere, fig. 6 er en skematisk illustration af en enkelt elektro-5 lyseenhed, som anvender en typisk fordeling af fortyndingsvand i de enkelte afsnit eller celler, fig. 7 viser elektrodepladerne set fra siden og udformet i overensstemmelse med opfindelsen, 10 fig. 8 er et snit, som svarer til fig. 4, og som illustrerer en dyseskive til vandtilførsel og beregnet til anvendelse ved elektrolyse af havvand, og 15 fig. 9 er et plant snit af dyseskiven vist på fig. 8.

Elektrolyseapparatet ifølge opfindelsen omfatter et chassis og en elektrodesamling, som let kan indsættes i et dertil beregnet hus og let udtages derfra. Huset er for-20 synet med anordninger til indføring og udtagning af elektrolytten og anordninger til udluftning af hydrogen, ligesom der er adgang for elektriske ledere, således at der kan påtrykkes en direkte strøm igennem elektroderne til elektrolyse af naturlige eller syntetiske saltopløs-25 ninger, som indføres ved hjælp af indføringsanordningerne. Blindflanger, som er anbragt for enderne af huset, afslutter en enkelt elektrolyseenhed (modul), som kan sammensættes med et antal lignende enheder i en hydraulisk serie. Udledningskanaler gør det muligt for de gas-30 ser, som dannes under elektrolysen af saltopløsningen i de enkelte elektrolysemoduler, at undslippe til en udledningsåbning til atmosfæren eller til et opsamlingssystem, hvorfra gasserne kan føres videre til organer, hvor de separeres og frigives.

Et nyt system til opsplitning af vandet, som anvendes til at fortynde den koncentrerede saltopløsning i syntetiske 35 5 DK 167367 B1 opløsningssystemer, beskytter anoderne imod passivering.

Et nyudviklet arrangement af elektriske ledere i større opstillinger af elektrolysemoduler bevirker en afbalanceret elektrisk strøm i parallelle baner, hvilket yderlige-5 re forlænger anodens levetid.

A. Chassismontage På fig. 1, 2, 3 og 4 omfatter elektrolysecellekonstruk-10 tionen et chassis, som består af et par strammestave 12, som holdes i en fastlagt afstand fra hinanden ved hjælp af rammeelementer 14 og 16 anbragt nær enderne af strammestavene, som er forsynet med gevind passende til møtrikkerne 18 og 20. Pladen 14 og møtrikken 18 er elek-15 trisk isolerende, og de er almindeligvis fremstillet af chloreret polyvinylchlorid, i det følgende forkortet CPVC, mens pladen 16 og møtrikken passende kan være fremstillet af titan. Selv om mange af de individuelle komponenter i det følgende vil blive betegnet titan- eller 20 CPVC-komponenter, skal der forstås, at opfindelsen ikke skal opfattes som værende begrænset til netop disse materialer .

CPVC-skillevæggene 22, som er skiver, der er anbragt med 25 lige stor afstand langs stavene 12, medvirker til at danne cellekamre eller celler betegnet 1, 2, 3 og 4 (fig.

2).

Et cylindrisk hus samt endestykker afgrænser cellerne, 30 som det vil blive beskrevet i det følgende. Hver celle består af, eller er forsynet med to rækker adskilte anode- og katodeplader (fig. 8), som griber ind i hinanden, og herved danner en celle eller celleenhed, som det vil blive beskrevet i det følgende. De rørformede af-35 standsstykker 24 af CPVC er anbragt rundt om stavene 12 og ligger op imod skillevæggene 22 og rammeelementerne 14 og 16.

6 DK 167367 B1

Elektrodestøtteblokkene 26 af titan er fastgjort på hver sin side af CPVC-skillevæggene 22 ved hjælp af titanskruer 28. Elektrodestøtteblokkene 30 og 32 er anbragt på henholdsvis den positive og den negative ende af chassis-5 samlingen 10 og fastgjort til de respektive rammeelementer 14 og 16 ved hjælp af titanskruer 28.

Støtteblokkene 30 og 32 er hver forsynet med en overdimensioneret (interference fitted) ledende skrue 34 hen-10 holdsvis 36 i fast pasning og med høj elektrisk ledningsevne. Disse skruer kan passende være fremstillet af kobber, og de er ført igennem blindflangeme, hvor de er fastgjort til samleskinner, som beskrives i det følgende.

15 Elektrodestøtteblokkene 26 er elektrisk forbundet igennem hver skillevæg 22 ved hjælp af en tætsluttende kobbereller messingleder 40. Lederen 40 er afskærmet fra elektrolytten ved hjælp af en plan elastomer pakning 42 anbragt på hver side af hver skillevæg 22. Skillevæggene er 20 forsynet med et antal vandret anbragte åbninger 50, som muliggør passage af blandinger af elektrolyt og gasser, som dannes under elektrolysen af saltopløsningen.

Møtrikkerne 18 er elektrisk isolerende med henblik på at 25 kunne modstå elektrisk kobling med elektrolytten, som flyder omkring møtrikkerne, og disse møtrikker er anbragt i den positive ende (højspændingsenden) af elektrolysemodulet. Møtrikkerne 20 er elektrisk ledende med henblik på at kunne kobles elektrisk med titanpladen 16, som igen er 30 elektrisk koblet til elektrodestøtteblokken 32 i den negative ende af elektrolysemodulet. Hvis krybestrømme skulle nå frem til stavene 12, dvs. på et sted, hvor afstandsstykkerne 24 ligger an mod skillevæggene 22, vil strømmen øjeblikkelig blive jordforbundet til den negati-35 ve ende (lavspændingsenden) af elektrolysemodulet, hvorved man undgår en destruktiv elektrolyt!sk nedbrydning af parallelstængerne.

7 DK 167367 B1

Et par fastspændingsstænger 54 af titan er anbragt i fast pasning tværs igennem hver elektrodestøtteblok 26 og elektrodestøtteblokkene 30 og 32 med det formål at bære elektrodepladerne, som det vil blive beskrevet nærmere i 5 det følgende.

B. Montage af elektroder og elektrolysemoduler I det følgende henvises tillige til fig. 7. Elektrodemo-10 dulet består af den i det foregående beskrevne chassismontage, anoder 60 og katoder 62 anbragt adskilt fra hinanden i en sammenflettet (interfolieret) opstilling, spændeskiver 64 til fastspænding, fastspændingsmøtrikker 66, afstandsstykker 70 af plast samt forskellige fast-15 spændingsanordninger, fittings og lignende.

Elektrodesamlingen kan indsættes som en enhed i et cylindrisk CPVC-hus 72, som i hver ende er forsynet med en blindflange 74, således at der dannes et elektrolysemodul 20 10a. Ringformede skiver 76 og pakninger 78 i kontakt med blindflangerne 74 sikrer en vandtæt lukning af elektrolysemodulet 10a, når flangerne er anbragt på plads ved hjælp af bolte og møtrikker (ikke vist).

25 Hver celle i elektrolysemodulet 10a er forsynet med to rækker anode- og katodeplader, som på fig. 8 er betegnet række nr. 1 og række nr. 2. Disse rækker medvirker til dannelse af et antal celler betegnet celle 1, 2, 3 og 4 på fig. 2 og 6 samt celle 1-16 på fig. 5.

30

Foruden muligheden for elektrolytpassage imellem cellerne igennem hullerne 50 i skillevæggene 22 findes der et periferisk mellemrum 80 imellem skillevæggene 22 og huset 72, hvilket mellemrum fremkommer ved, at skillevæggene 35 har en diameter, der er en lille smule mindre end husets indre diameter, typisk omkring 0,04 cm. Dette lille mellemrum gør elektrodemodulet lettere at samle.

8 DK 167367 B1

Elektrodemodulet indeholder anodeplader 60 af en type, som almindeligvis benævnes dimensionsstabile, og de består af en basis af eksempelvis titan belagt med en overflade af en fast opløsning af mindst ét metaloxid fra 5 platingruppen. Det ledende substrat er fortrinsvis et halvledermetal såsom titan. Det er imidlertid også muligt at anvende tantal, niob eller zirconium. Substratets form kan være glat, perforeret eller forsynet med små huller, idet man foretrækker den glatte form. Belægningen kan væ-10 re et oxid af platin, palladium, ruthenium, iridium, rhodium eller osmium samt kombinationer deraf. Den nøjagtige sammensætning af anodepladerne er ikke kritisk for den foreliggende opfindelse, idet det skal forstås, at dimensionsstabile anoder med forskellige sammensætninger i sig 15 selv er velkendte og har været anvendt med gode resultater i årenes løb.

Katoderne 62 kan bekvemt være fremstillet som ark og består typisk af titan, nikkel eller forskellige jern- og 20 nikkellegeringer. Ligesom med anodepladerne har man fundet, at glatte katodeplader i form af ark virker bedre end perforerede plader eller plader med små huller, når de skal anvendes i apparatet ifølge opfindelsen.

25 Alle anodepladerne 60 og katodepladerne 62 er vertikalt anbragt og fastholdt i en på forhånd bestemt afstand, idet anoder og katoder er anbragt alternerende. Pladerne er fastgjort ved hjælp af spændeskiver 64, indsat imellem de på hinanden følgende anodeplader og lignende spænde-30 skiver 64 indsat imellem på hinanden følgende katodepla der. Elektrodepladerne og spændeskiverne er anbragt over fastspændingsbolte eller stave 54 (fig. 1). Mellemrummet imellem pladerne holdes mellem ca. 0,08 og 0,15 cm. Når mellemrummene er mindre end omkring 0,08 cm, vil væskeba-35 rierer og/eller gasbobler forhindre en regelmæssig strøm af elektrolyt og gas, ligesom man risikerer, at systemet tilstopper med partikler og/eller skæl. Hvis mellemrumme- 9 DK 167367 B1 ne imellem pladerne er for store, f.eks. større end omkring 0,25 cm, bliver strømvandringen imellem pladerne længere, hvilket resulterer i større elektriske tab.

5 Anodepladerne 60 er fastgjort i den positive ende (højspændingsenden) af hver celleenhed, mens katodepladerne er fastgjort i den negative ende (fig. 3). Anode- og katodepladerne er flettet ind i hinanden på en sådan måde, at der tilvejebringes et på forhånd fastlagt mellemrum 10 imellem overfladerne. De geometrisk modsatte anode- og katodeoverfladearealer definerer de effektive arealer eller dannelseszoner. De dele af overfladerne, over for hvilke der ikke befinder sig nogen anden elektrodeoverflade, samt de ydre overflader af de yderst beliggende 15 elektroder er i det væsentlige uden virkning til fremstillingsformål, idet en meget høj procentdel af den elektriske strøm vil vandre de korte veje imellem modsat beliggende anode- og katodeoverflader. De yderste plader kan enten være anoder eller katoder, idet man foretrækker 20 sidstnævnte, fordi en ineffektiv benyttelse af den ene side af en anodeplade betyder et tab af værdifuld belægning.

Som tidligere nævnt omfatter hver celledel eller celleen-25 hed to par sammenflettede elektroder i fast afstand, hvilke elektroder er omhyggeligt fastgjort til elektrode-støtteblokke 26 ved hjælp af fastspændingsstave 54, spændeskiver 64 og møtrikker 66, som alle tillige virker som elektriske ledere til elektroderne.

30

Mellemrummene imellem elektrodepladerne kontrolleres af tykkelsen af de omhyggeligt fremstillede spændeskiver 64, som bekvemt kan være fremstillet af titan, og ved hjælp af afstandsstykker eller separatorer 70 fremstillet af 35 plast eller et andet elektrisk ikke-ledende materiale, typisk polytetrafluorethylen.

DK 167367 B1 ίο

Udformningen af chassiset og af cellerne udgør hvad man normalt kalder et bipolært arrangement, som er karakteristisk ved, at cellerne inden i huset er elektrisk og hydraulisk serieforbundet, hvilket betyder forøget effekti-5 vitet samt en simplere og billigere fremstilling.

Huset 72 kan med fordel være af støbt eller svejset CPVC, og diameteren er typisk mellem 15 og 20 cm. Saltopløsningen kommer ind i huset 72 i den ene ende af dette el-10 ler i nærheden deraf, og den udtømmes i den modsatte ende. Opløsningen kan passere gennem standard-forbindelsesrør over i et andet elektrolysemodul (fig. 5), idet sådanne typisk er anbragt i vertikale rækker på en måde, som sikrer en seriestrømning gennem hver cellebestanddel 15 i hvert af de hydraulisk forbundne elektrolysemoduler.

Typisk findes tilledningsåbningen i bunden af et hus og udledningsåbningen i toppen af et andet hus, når flere elektrolysemoduler er vertikalt anbragt i hydrauliske serier.

20

Med det nye elektrolyseapparat ifølge opfindelsen er tilvejebragt et modul, hvorfra en lang række systemkapaciteter kan konstrueres. Typisk kan man på simpel måde forbinde op til fire elektrolysemoduler hydraulisk i verti-25 kale rækker, og flere sådanne rækker kan forbindes hydraulisk i parallelforbindelse. Der anvendes forskellige serie-parallel-arrangementer af elektriske forbindelser, hvilket beskrives senere. Til at bære og fastholde elektrolysemodulerne anvendes konventionel fastspænding på 30 metalrammer.

Forbindelserne imellem husets bund og top indebærer, at blindflangerne 74 ikke behøver at være forsynet med fittings, hvilket gør det muligt hurtigt at indsætte og ud-35 tage elektrodesamlingerne. De simple elektriske ledere skal kun fjernes for at give adgang for dæksler og chassismontager. Den vertikale anbringelse af de enkelte mo- 11 DK 167367 B1 duler er desuden nyttig hvad angår pladsudnyttelse. Det -må forstås, at antallet af celler i hvert elektrolysemodul og antallet af elektrolysemoduler pr. række, som er vist og/eller beskrevet her, ikke skal opfattes som en 5 begrænsning.

Åbningerne 50 og 52 i skillevæggene 22, såvel som selve disse skillevægge, medvirker til at kontrollere strømmene af elektrolyt og gas og medvirker til at regulere elek-10 trolytniveauerne og strømningshastighederne. Skillevæggene opfylder endvidere to væsentlige funktioner. De reducerer koblingen imellem de enkelte celler, hvilket kan være et generende fænomen, til et ubetydelig niveau, og de forhindrer tilbageblanding af elektrolytten imellem 15 cellerne, et fænomen, som påvirker effektiviteten af pro cessen. Dette er velkendt for fagmanden.

C. Behandling af syntetiske og naturlige opløsningssystemer 20 Når der er tale om naturlige opløsningssystemer, ledes elektrolytten typisk ind igennem bunden af elektrolysemodulet (i tilfælde af flere moduler ledes elektrolytten ind igennem bunden af det nederste modul), hvorefter den 25 gennemstrømmer de enkelte celler og udtages i toppen af apparatet, idet den drives igennem som følge af trykket ved tilledningen. Når der er tale om syntetiske systemer, føres den koncentrerede saltopløsning og fortyndingsvandet ind i elektrolytmodulet igennem adskilte anordninger, 30 som beskrives senere. Også i dette tilfælde tvinges blandingen igennem systemet og udtages i toppen af apparatet ved hjælp af trykket ved tilledningen.

Både ved de syntetiske og de naturlige opløsningssystemer 35 foretrækker man, for at opnå en høj elektrisk udnyttelsesgrad, kun at føre elektrolytten én gang igennem systemet i stedet for at recirkulere den. En recirkulation har / 12 DK 167367 B1 tendens til at "forurene" det opadstrømmende produkt (lav koncentration) med affaldsproduktet (høj koncentration), hvilket bidrager til at fremkalde en uønsket konkurrerende reaktion i elektrolysemodulerne. Et fænomen, som er 5 velkendt for fagmanden. Et antal skillevægge 22 tjener som afbøjningsplader og forhindrer effektivt, at der sker en tilbageblanding af elektrolytten imellem cellerne, h-hvilket bidrager til at begrænse den uønskede konkurrerende reaktion mest muligt.

10

Den anvendte metode, hvorved opløsningen kun ledes én gang igennem systemet, samt ønsket om at omdanne en væsentlig procentdel af den relativt kostbare syntetiske opløsning til det ønskede produkt nødvendiggør relativt 15 langsomme elektrolytstrømninger i de syntetiske systemer.

Derfor er strømningen inden for den enkelte celle lav med et tilsvarende lavt potential af den energi, som stammer fra åbningerne i skillevæggene 22, og som skaber en fordelagtig turbulens og en skyllevirkning på elektrodeover-20 fladerne i de nederstliggende elektroderækker, således at en ophobning af urenheder undgås, dette er ikke nogen væsentlig ulempe, idet syntetiske saltopløsninger let kan fremstilles ud fra salt og vand med tilstrækkelig høj kvalitet til, at man kan nedbringe dannelsen af skæl og 25 belægninger på elektroden til et minimum og derved nedbringe behovet for turbulens og skylning.

I de systemer, som anvender naturlige saltopløsninger, er udgifterne til saltopløsning lave eller i praksis ikke 30 eksisterende, og som det vil være velkendt for fagfolk, som er bekendt med elektrolytiske processer, vil man af økonomiske årsager kræve meget større gennemstrømninger af saltopløsningen i de syntetiske systemer, nærmere bestemt af størrelsesordenen 5-10 gange højere. Desuden in-35 deholder havvand og andre naturlige saltopløsninger store mængder af fremmede kemikalier, som udfælder og har tendens til at sætte sig på cellernes elektroder, således at 13 DK 167367 B1 de forstyrrer den effektive drift af apparatet. De kraftige strømninger i kombination med elektrodearrangementer af en ny konfiguration, som beskrives senere, bevirker tilsammen, at man kan opnå en effektiv drift over lange 5 perioder, uden at skældannelser og afsætninger griber forstyrrende ind.

Der påtrykkes en jævnstrøm over polerne 34 og 36 til opnåelse af en positiv EMF med en nominel værdi på 3,5-6,0 10 V på anodedelen af hver celle (i forhold til katodedelen ). Hvert elektrolysemodul bestående af fire celler kræver typisk en total påtrykt jævnspænding på mellem 14 og 24 V.

15 Elektrolytten strømmer serievis igennem de enkelte afsnit eller celler, først og fremmest igennem forbindelser imellem husene og igennem åbningerne 50 i skillevæggene 22, samt i væsentlig mindre grad igennem de ringformede åbninger eller passager 80 og åbningerne 52.

20

Som det fremgår af fig. 4 sker der en voldsom konvektionsstrømning vertikalt opefter imellem elektrodepladerne i cellen under elektrolysen, hvilket til en vis grad skyldes opvarmning (spildvarme) imellem elektrodeplader-25 ne, men som først og fremmest skyldes gasdannelse, især dannelse af hydrogen. Den dobbelte virkning af varmen og gasdannelsen bevirker en kraftig stigning (svarende til voldsom kogning) i elektrolytten, hvilket afhjælpes af et antal returkanaler til hurtig konvektion af elektrolyt-30 ten, og dette forbedrer udnyttelsen af elektriciteten, idet gassen, som ikke leder elektriciteten, hurtigt fjernes fra dannelseszonen. Det er et vigtigt træk ved den foreliggende opfindelse, at gassen hurtigt fjernes fra dannelseszonen og overføres til en zone, som er beliggen-35 de umiddelbart over elektroderækkerne. Gassen skille fra elektrolytten og føres progressivt fra celledelen, som det vil blive beskrevet senere. Den proces, som foregår 14 DK 167367 B1 inden i elektrolysemodulet, er en temmelig kompliceret, konventionel reaktion, som findes beskrevet i litteraturen. I store træk dannes en blanding af natriumhypochlo-rit og uomsat saltopløsning sammen med gasser, først og 5 fremmest hydrogen.

Fig. 6 viser en særlig udførelsesform for elektrolyseap-paratet beregnet til elektrolyse af en syntetisk saltopløsning, og i denne udførelsesform anvendes et enkelt 10 elektrolysemodul, som arbejder under atmosfæretryk. Som beskrevet ovenfor er strømningen igennem elektrolysemodulet 10a meget ringe for syntetiske systemer. Strømnings-åbningerne 50 og 52 er tilstrækkeligt store, således at varmetabene hen over skillevæggene 22 er ubetydelige. Når 15 udluftningsporten 96 for gasserne og produktudledningsrø ret 90 begge befinder sig under atmosfæretryk, vil overløbskontrollen 94 regulere niveauet i hele elektrolysemodulet, således at det tilnærmelsesvis svarer til niveauet i udledningsrøret 90.

20 I andre udførelsesformer for elektrolysemodulet og kombinationer af flere elektrolysemoduler forekommer typisk et tryk i systemerne, som er større end atmosfæretrykket på grund af væskefriktion i elektrolysemodulerne og på grund 25 af statiske og dynamiske væsketryk eller modtryk ved produktudledningen. Der kan anvendes forskellige metoder til kontrol af væsketrykket i elektrolysemodulet og til at lede gassen fra gaszonerne, og disse metoder vil blive beskrevet senere.

30 D. Fjernelse af gas

Den gas, som dannes imellem elektroderne, har i første omgang indvirkning på den elektriske resistans i elektro-35 demellemrummene i dannelseszonerne, og den har en udpræget indvirkning på den samlede effektudnyttelse og dermed på anlæggets samlede driftsomkostninger. Almindeligvis 15 DK 167367 B1 gælder det, at jo mindre anoderne er i den vertikale retning, jo kortere er den vej, som gassen skal strømme ud af dannelseszonen, og jo større er således effektiviteten af gasfjernelsen. Hvis elektroderne er meget smalle, op-5 når man imidlertid et lille elektrodeareal og dermed høje omkostninger. Man må derfor lave en kompromiløsning imellem omkostningerne og effektiviteten af gasfjernelsen, da disse størrelser begge har indflydelse på dimensioneringen af den vertikale anode. På lignende måde vil 10 uforholdsmæssigt lange elektroder resultere i høje strøm-tætheder på de steder, hvor elektroderne er fastgjort, hvilket resulterer i uønsket høje resistanstab og/eller uforholdsmæssigt store elektroder.

15 Det har vist sig, at anoder med dimensionerne 0,08 x 10 x 20 cm har fordelagtige egenskaber i relation til de ovenfor omtalte faktorer.

Ud over, at den distance, som gassen skal tilbagelægge, 20 spiller en rolle, opnås kraftige konvektionsstrønune på grund af de tre store returkanaler (vist ved "p" på fig.

4), hvilket yderligere bidrager til den hurtige fjernelse af gas fra dannelses zonen. For at fremme en effektiv konvention er det nødvendigt at neddyppe elektroderne for at 25 udnytte skorstensvirkningen i tilstrækkelig grad. Med henblik på at fremme fraskillelsen af gasboblerne og for at undgå at skulle recirkulere dem til bunden og op igennem elektroderækkerne må der opretholdes en effektiv grænseflade imellem gaszonen og elektrolytten, og denne 30 grænseflade udgøres af elektrolyttens overflade. Med undtagelse af det på fig. 6 viste arrangement til behandling af syntetiske opløsninger opretholdes denne overflade i elektrolysemodulerne ved hjælp af to mekanismer: 1 (a) den betydelige mængde gas, som skilles fra i toppen af hver celledel, indesluttes af husets vægge 72, flangerne 74 og skillevæggene 22, hvilket bevirker, at elek- 16 DK 167367 B1 trolytniveauet tvinges nedefter, og (b) idet elektrolytniveauet når niveauet af gasåbningerne 52, afdækkes disse åbninger i en sådan grad, at gassen 5 kan ledes igennem til næste celledel, hvilket modvirker en yderligere sænkning af elektrolytniveauet.

Denne niveauregulering er virksom i alle celledelene med undtagelse af de dele, som er forsynet med udledningsåb-10 ninger på toppen. Gasåbningerne 52 er relativt små, typisk mellem 1,6 og 6,4 mm, hvilken størrelse er tilstrækkelig til at gennemlede hele den gasmængde, som dannes i en given celledel, samt yderligere indstrømmende gas fra andre celler og en lille mængde elektrolyt, f.eks. 0 til 15 5%.

Som følge af væsketrykket tvinges gassen fra celledel til celledel, indtil den når en celledel i elektrolysemodulet, hvor overfladen ikke reguleres eller sænkes, og hvor 20 gassen kan lukkes ud. Gassen føres med af elektrolytten og af gassen fra en ventileret celledel og strømmer ud igennem udluftningsåbningen til eksterne separationsanordninger, eller den strømmer ind i den første celledel i det næste modul, hvis et sådant findes, hvori der på ny 25 sker en separation. I et arrangement med flere moduler (vist på fig. 5) passerer gassen i langsgående retning fra celledel til celledel, indtil den når en udluftningsåbning H anbragt på toppen af celledelen, typisk i den næstsidste celledel i et elektrolysemodul. En regulerende 30 (begrænsende) åbning 82, typisk med en diameter på 1,6-3 mm, har en tilstrækkelig størrelse til at udlufte gassen og lukke en mindre mængde elektrolyt, typisk 0 til 2%, ud af elektrolysemodulet og derved befri de følgende celler og moduler for arbejdet med at adskille og behandle den 35 genindførte gas.

17 DK 167367 B1 I stablede arrangementer med flere ventilationspunkter forbindes de forskellige gasudluftningsrør typisk til et fælles udluftningssystem i nærheden af udledningsåbningen i det sidste eller øverste elektrolysemodul. Det fælles 5 udluftningssystem (manifolden) er forbundet med udled ningsåbningen for produktet og fører gasserne tilbage til opblanding med produktet, som er en blanding af natrium-hypochlorit, uomsat saltopløsning og residuel gas. Derefter føres blandingen til en ekstern separationsanord-10 ning, hvori der normalt kan gennemføres en adskillelse på praktisk talt 100%.

Fig. 5 viser et elektrolyseapparat bestående af fire moduler, og sammen med fig. 4 viser fig. 5 de væsentligste 15 af de ovenfor beskrevne træk. Linjerne 104 fra udled ningsåbningerne H til manifolden 106 forestiller rørforbindelser, f.eks. plastrør, som fører gas-elektrolytblan-dingen til den fælles manifold 106 og udledningsåbningen 108. Åbningerne 82 tilbageholder strømningerne i en sådan 20 udstrækning, at man undgår en for stor passage af uomsat elektrolyt. Når der er tale om et enkelt modul (som vist på fig. 6), som arbejder ved atmosfæretryk, skilles hydrogen fra elektrolytten ved dennes overflader i de fire celledele og strømmer til åbningen 96 fra hver ende af 25 elektrolysemodulet, og via denne åbning lukkes hydrogenet ud i atmosfæren. Gaszonerne og elektrolytzonerne er på fig. 6 vist ved henholdsvis tallet 98 og tallet 100. I et enkelt elektrolysemodul af den lukkede type (ikke-atmos-færisk) lukkes gassen typisk ind i de efterfølgende cel-30 ledele og strømmer igennem de øverst beliggende åbninger 52, indtil de når den celledel, hvor udledningen sker, og her opblandes de med den tilstedeværende væske og strømmer ud igennem elektrolytåbningen. Når gasserne kommer ind i den afsluttende celledel igennem dennes top i nær-35 heden af udledningsåbningen, bliver der kun tilbageholdt en ganske lille mængde gas i elektrolytten, som kan forstyrre processen i denne celledel.

18 DK 167367 B1

Den mængde gas, der udvikles, kan bestemmes på forhånd ud fra elektrokemien. Gennemstrømningen af elektrolyt reguleres typisk til en fastlagt hastighed. Tryktabene igennem elektrolytåbningerne og gaspassagerne er i det væ-5 sentlige ens, da der anvendes parallelle strømningsretninger. Således kan åbningerne og passagerne let dimensioneres således, at der opnås de ovenfor beskrevne foretrukne fordelinger.

10 E. Elektrodepladekonfiguration

Som tidligere nævnt vil de forurenende stoffer i havvand bevirke en dannelse af belægninger på de interne celleoverflader, og disse belægninger vil, såfremt de ikke 15 fjernes, gribe forstyrrende ind i elektrolysen. Disse belægninger, som fortrinsvis består af hydroxider og carbo-nater af calcium og magnesium, kan dannes på overraskende kort tid, specielt på overfladerne og kanterne af katoderne. Når man anvender konventionelle rektangulære elek-20 trodeplader, har det vist sig, at de modstående elektrodeoverflader forbliver praktisk talt fri for skæl, idet der over en periode på 6 måneder eller derover kun dannedes film med en tykkelse på 0,1-0,3 mm, når der anvendtes havvand af gennemsnitlig kvalitet, dvs. havvand fra en 25 tidevandskanal i et moderat bebygget område med en blan ding af industri og handel. Havvandets styrke var 85% af den fulde styrke, idet fortyndingen skyldtes lokale vandudledninger. Skældannelsen inden for elektrolysezonerne påvirkede ikke elektrolysen på væsentlig måde. Uden for 30 katodeoverfladerne, dvs. uden for de områder, over for hvilke der befandt sig anodeoverflader, dannedes tykkere og mere faste belægninger med tykkelser på omkring 0,8- 1,5 mm inden for samme tidsperiode, men med en aftagende hastighed, som efterhånden tilnærmede sig stabile betin-35 gelser. Placeringen af belægningerne virkede ikke forstyrrende på elektrolytstrømningen eller energistrømmen, og heller ikke processens effektivitet blev påvirket i 19 DK 167367 B1 målelig grad. Der var imidlertid tendens til store ophobninger af bløde belægninger på såvel de øverste som de nederste kanter af de vertikalt anbragte elektroderækker, og disse belægninger dannede bro fra en given elektrode-5 kant til kanterne af de nærliggende elektroder. Derudover viste det sig, at der på de områder af anodepladerne, over for hvilke der ikke fandtes nogen katodeplade, dvs. i de positive tilslutningsender af anoderne, indtrådte en fast brodannelse i løbet af få timer, og disse broer for-10 blev på pladerne, selvom der forekom elektrolythastigheder på op til 3 m pr. sekund hidrørende fra strømningsåbningerne 50. Dette fænomen med dannelse af faste broer eller ophobning af aflejringer imellem anodepladerne optræder på lignende måde imellem katodepladerne på de ste-15 der, hvor der ikke er indskudt anodeplader, idet aflejringerne dog sker i mindre grad. De fjernest liggende 1,6 mm af anodepladerne modsat den ende, hvor pladerne var fastgjort, viste sig også at danne faste broer.

20 Faktisk blev hver af de fire sider i samtlige elektroderækker, som var udstyret med konventionelle rektangulære plader, i væsentlig grad tillukket på grund af ophobning af faste urenheder, som fældede ud af opløsningen. Denne tillukning og brodannelse besværede elektrolyttens cirku-25 lation imellem pladerne, hvorved den. fik uheldig indflydelse på elektrolysens effektivitet. For i det væsentlige at eliminere dette uønskede fænomen forsynes hver anodeplade med en i det væsentlige rektangulær indskæring 112, og hver katodeplade 62 forsynes ligeledes med indskæ-30 ringer 114 (fig. 7). Hver indskæring er centreret imellem de punkter, hvori elektrodepladerne fastgøres, og andrager omkring 50% af den vertikale højde af pladen i dennes vertikale retning. Det tilbageværende endeareal af hver plade tjener til at lede den elektriske strøm og til at 35 bære den frithængende plade. Dybden af anodeindskæringen 112 er valgt således, at dens vertikale kant har samme udstrækning som den fri eller ikke-fastgjorte kant af ka- 20 DK 167367 B1 todepladen 62, og på samme måde er dybden af katodeindskæringen 114 valgt således, at den vertikale kant har samme udstrækning som den ikke-fastgjorte ende af anodepladen 60. De nævnte indskæringer har typisk dimensioner-5 ne 2,5 x 5 cm, når der er tale om elektroder med dimensionerne 0,08 x 10 x 20 cm. På grund af disse indskæringer sker der en effektiv eliminering af de fri overflader i det område, hvor der sker en udstrømning fra åbningerne 50, og således opnås en kraftig skylning af elektrodekan-10 terne. Det har vist sig, at et antal åbninger 50 kan dimensioneres og anbringes med ensartet afstand, således at der opnås sammentræffende hastigheder ved den efterfølgende vertikalt anbragte elektrodes kanter, hvorved generende skældannelser og belægninger kan fjernes, samtidig 15 med, at der opnås en tilstrækkelig strømning og turbulens igennem mellemrummene mellem elektroderne til forhindring af aflejringer og skældannelser på de andre tre kanter af elektroderne.

20 Ved at regulere gennemstrømningen af elektrolyt i elektrolysemodulerne ved hjælp af konventionelle eksterne reguleringsanordninger og ved omhyggeligt at dimensionere åbningerne 50 kan det let lade sig gøre at fastlægge udstrømningshastighederne. Hastigheder på mellem ca. 1,5 og 25 ca. 6 m pr. sekund, typisk 3 m pr. sekund, viste sig at være effektive. Diameteren af åbningerne 50 er typisk mellem 0,6 og 1 cm, og gennemstrømningen af saltopløsning er typisk mellem 1,9 og 7,5 liter/sekund i et anlæg bestående af fire elektrolysemoduler med en diameter på 15 30 eller 20 cm.

Den vertikale konvektionsstrøm, som drives af temperaturstigningen, der skyldes den ufuldstændige elektrolytiske omdannelse og den opadstigende gas, bidrager til turbu-35 lensen og den totale strømning. Den totale strømning er et produkt af såvel den horisontale strømning igennem åbningerne 50 som den vertikale konvektionsstrømning. Pro- 21 DK 167367 B1 duktstrømmen holder effektivt åbningerne langs elektrodekanterne omkring 90% fri for aflejringer, sammenlignet med omkring 25% eller mindre for konventionelle elektroder efter længere tids drift. Gassen fjernes fra dannel-5 seszonen med høj hastighed.

Visse udfældninger har tendens til at afsætte sig på bunden af elektrolysemodulets hus. En halvcirkelformet indskæring 124 på den nederste del af skillevæggene 22 (fig.

10 1 og 4) virker som en rensekanal, således at disse aflej ringer kan medføres og senere udtømmes.

Der findes ikke nogen skillevæg 22 foran den første celledel, og der er derfor ikke nogen åbninger 50 til frem-15 bringelse af strømninger med høj hastighed, som kan ledes henimod kanterne af elektroderne. Derfor findes der en dyseskive 120, som bæres af den nederste del af parallelstængerne 12, og som er i glidende kontakt med den nederste del af væggen i huset 72. Herved kan frembringes 20 kraftige strømninger, typisk af størrelsesordenen 15-6 m/stk., som kan rettes imod de nederste kanter af elektrodepladerne, når elektrolytten bringes til at strømme igennem dyseskiven 120.

25 Dyseskiven 120 er illustreret på fig. 8 og 9 og vist i elektrolysemodulet på fig. 2. Denne skive 120 anvendes kun ved elektrolyse af havvand og er anbragt i celle nr.

1, eller i den celle eller celledel, hvori saltopløsningen indføres, såfremt der kun er tale om anvendelse af et 30 enkelt elektrolysemodul. Anvendes der flere moduler, findes der en sådan skive 120 i hver tilføringscelle. Når man elektrolyserer syntetiske saltopløsninger, benyttes sådanne dyseskiver ikke. 1

Skiven 120 er forsynet med en cylinderformet tilførings-åbning 130, og den symmetriske skive indeholder et antal åbninger 132, 134 og 136, som er anbragt i en given af- 22 DK 167367 B1 stand, og som er rettet mod de nederste kanter af elektroderækkerne, idet deres akser danner progressivt større vinkler regnet fra en vertikal akse, efterhånden som man nærmer sig periferien af dyseskiven. Elektrolytten ledes 5 ind i åbningen 130 og tvinges igennem åbningerne 132, 134 og 136, hvorefter den rammer de lavest liggende kanter af række nr. 1 og række nr. 2 til dannelse af den Ønskede høje hastighed og turbulens i cellen, således at man kan undgå ophobning af uønskede aflejringer.

10 F. Anordninger til fortynding med vand ved elektrolyse af syntetiske systemer

Da de værdifulde belægninger på anoderne er langt de mest 15 kostbare bestanddele af apparatet til fremstilling af hy-pochlorit, bør man tage enhver fornuftig forholdsregel, som bidrager til at forlænge levetiden af disse belægninger. Den nye metode til indføring af saltopløsningen, som beskrives i det følgende, sikrer moderate temperaturer i 20 de syntetiske saltopløsninger udelukkende ved anvendelse af koldt vand, og det er ikke nødvendigt at anvende ekstern opvarmning, varmevekslere eller lignende. På denne måde forlænges anodens levetid.

25

Det på fig. 6 viste system omfatter en forbindelse 205, hvorigennem der ledes en koncentreret saltopløsning (NaCl) ind i elektrolysemodulets første celledel. Den totale strøm af fortyndingsvand er typisk omkring 10 gange 30 så stor som strømmen af koncentreret saltopløsning med henblik på at reducere den afsluttende saltholdighed til omkring 2,8%.

Strømmen af fortyndingsvæske opsplittes i to eller flere 35 strømme, typisk fire lige store strømme, og indføres i rækken af elektrolyseceller med omkring lige store intervaller langs rækken af celler. Som et resultat deraf op- DK 167367 Bl 23 nås gradvist faldende niveauer af saltholdigheden langs cellerækken, typisk 8,5, 5,0, 3,6 og 2,8%, såvel som en -relativt lav gennemsnitlig hastighed af elektrolytstrømmen, som stiger, efterhånden som der tilsættes fortyn-5 dingsvand. Som følge heraf er opholdstiden i begyndelsen længere, men reduceres, efterhånden som mængden af fortyndingsvand stiger. En længere opholdstid resulterer i en større opvarmning (som følge af elektrisk tab) og en forøget dannelse af produkt i de følgende celledele sam-10 menlignet med simple systemer, hvor fortyndingsvandet ikke opsplittes i flere strømme.

Typiske data for et system, hvor fortyndingsvandet er op-splittet i fire strømme, og for et konventionelt system 15 (hvori den koncentrerede saltopløsning og fortyndingsvandet blandes, inden det ledes ind i elektrolysemodulet) fremgår af følgende tabel: 20 _1. trin 2. trin 3. trin 4. trin

Med opsplitning

Temperaturstigning, °C 11,1 0,5 1,1 2,8 25 Chlorkoncentration, g/1 8,7 9,1 8,9 9,0

Konventionelt apparatur (uden opsplitning) 30 Temperaturstigning, °C 3,3 3,9 3,9 4,4

Chlorkoncentration, g/1 2,5 4,8 7,0 9,0 1

De ovenfor anførte data er tilnærmede værdier målt i slutningen af hvert trin (dvs. ved slutningen af hver celledel). Den anførte temperaturstigning er den totale ! 24 DK 167367 B1 stigning, som måles i hvert trin. Chlorkoncentrationen er den koncentration, som måles i slutningen af hvert trin.

Desuden er spændingen helt forskellig i de to systemer 5 som følge af saltkoncentration og temperatur. Spændingskravene aftager, når saltkoncentrationen og/eller temperaturen stiger. Typisk er den krævede spænding i de fire celler, når fortyndingsvandet opsplittes i fire dele, omkring 1 volt mindre end i apparater, hvor der ikke sker 10 nogen opsplitning, dvs. 14,1 volt imod 15,1 volt.

Den samlede virkning af de to systemer kan opsummeres som følger: 15 a. Den højere gennemsnitlige saltkoncentration i det op-splittede system reducerer de samlede spændingskrav og medvirker til den elektrolytiske omdannelsesproces som et resultat af den større gennemsnitlige tæthed af chlor-ioner.

20 b. Den højere gennemsnitlige temperatur i det opsplittede system kan fremme eller hindre den elektrokemiske proces afhængigt af temperaturen af den tilførte saltopløsning, fortyndingsvandet og den totale temperaturstigning. I 25 praksis har den elektrokemiske omdannelse i det opsplittede system tendens til at være mere effektiv på grund af den højere gennemsnitlige elektrolyttemperatur, som resulterer i mindre spændingskrav.

30 c. Den højere gennemsnitlige hypochlor i tkoncentration nedbringer effektiviteten betydeligt på grund af den konkurrerende reaktion, som optræder. Dette fænomen indebærer, at det opsplittede system på dette punkt er behæftet med en ulempe.

Ud fra en samlet betragtning har det vist sig, at effek-tiviteterne (med hensyn til såvel elektriciteten som ud- 35 25 DK 167367 B1 nytteisen af saltet) i de to apparaturer tilnærmelsesvis er ens. Under visse omstændigheder udviser det opsplitte-de system resultater, som er lidt bedre end for det andet system, mens sidstnævnte viste sig at være mere effektivt 5 på andre områder. I det opsplittede system er der imidlertid en større begyndelsestemperaturstigning i de første celler, hvilket betyder, at anoderne i de følgende celler udsættes for mere favorable temperaturer end tilfældet er i det konventionelle system. I et system bestå-10 ende af fire celler, hvor det tilførte vand er opsplittet i fire strømme, vil temperaturen af blandingen i den første celle eksempelvis være 12,2 °C imod 4,5 °C i det konventionelle system, hvis temperaturen af det tilførte vand var 1,1 °C. De kostbare anodebelægninger er derved 15 bedre beskyttet imod den passivering, som skyldes en dannelse af overskydende oxygen ved kontakt med den kolde elektrolyt, hvilket vil være velkendt for fagfolk på de elektrokemiske område.

20 Strømmene af fortyndingsvand i det opsplittede system behøver ikke at være nøjagtig lige store, idet de typisk kan afvige fra hinanden + 10%, og de kan reguleres ved simple regulatorer 206 i vandtilførselssystemet 207, som opdeler vandstrømmen i parallelle strømme.

25

Det bemærkes, at opsplitningen af fortyndingsvandet ikke skal opfattes som værende begrænset til fire lige store strømme med lige stor afstand til fordeling i fire elektrolyseceller. Der kan således opnås fordelagtige resul-30 tater med hensyn til temperatur ved at anvende forskellige konbinationer af den ovenfor beskrevne variable, mens de resulterende betingelser kun ændres i ringe grad.

G. Arrangement af elektriske ledere 35

For at opnå en maksimal proceseffektivitet foretrækker man at anvende lange rækker af celler i hydraulisk serie- 26 DK 167367 B1 forbindelse, idet man herved opnår en effektiv reduktion af den tilbageblanding med deraf følgende tab i effektivitet, som er velkendt for fagmanden. Jo større antallet af celler og celledele er, jo nærmere kommer man den ide-5 elle type af strømning. 16 eller flere celler i hydraulisk serieforbindelse har vist sig at være ønskeligt for at opnå den ønskede type gennemstrømning.

Simple elektriske serieforbindelser for cellerne og modu-10 ler af celler med sådanne længder er uønskede på grund af de høje spændinger, som opstår.

En total påtrykt jævnspænding på op til 50 volt må betragtes som sikker med hensyn til menneskers udsættelse 15 for uisolerede ledere i elektrolytiske apparater til industrielle formål. Når der er involveret høje strømstyrker, sådan som det er tilfældet i det omhandlede apparat, typisk mellem 500 og 10.000 A, foretrækker man at anvende uisolerede samleskinner på grund af disses evne til at 20 sprede varmen. Således udgør 8 celler i elektrisk serieforbindelse et praktisk maksimum, idet det er ønskeligt at påtrykke op til 6 volt pr. celle. Hvis man sammensætter 16 celler i hydraulisk serieforbindelse (fig. 5), er det ønskeligt at gøre brug af et elektrisk serie-paral-25 lel-arrangement. Almindeligvis vil man forbinde de første 50% af cellerækken i serieforbindelse, men de sidste 50% af cellerækken ligeledes forbindes i serieforbindelse.

Disse cellerækker sammenkobles derefter i parallelforbindelse med en ekstern spændingskilde. I systemet vist på 30 fig. 5, hvor de 8 øver s te celler er forbundet i serie, mens de to elektriske serieforbindelser er indbyrdes parallelt forbundet, opnår man en konventionel løsning, men når man opnår samtidig en ikke-afbalanceret elektrisk strøm i systemet, hvilket vil indebære en tendens til 35 nedbrydning af anoderne på grund af en stor strømtæthed.

I et konventionelt system, som ikke gør brug af anordninger til opsplitning af vandstrømmen, er der tendens til, 27 DK 167367 B1 at strømmen er for stor i de nederste celler på grund af de højere elektrolyttemperaturer i disse celler, hvilket resulterer i en lavere elektrisk resistans. I et system med vandopsplitning som beskrevet i det foregående vil 5 den højere saltkoncentration i de øverstbeliggende celler bevirke en lavere elektrisk resistans og dermed et overskud af strøm, der skal ledes igennem. Den større strøm i den ene del af cellerækken i forhold til strømmen i den anden del af cellerækken understreger manglen på balance 10 imellem de to dele af cellerækken, hvilket resulterer i et uensartet slid på anoderne med deraf følgende økonomiske tab.

Der kan opnås en mere tilfredsstillende levetid med en 15 lang række forskellige driftsbetingelser, når man anvender det på fig. 5 skitserede arrangement, som afbalancerer de forskelle i elektrisk resistans, der skyldes ændringer i temperatur og/eller saltkoncentration i elektrolytten, efterhånden som denne passerer igennem celle-20 delene.

I overensstemmelse hermed grupperes symmetriske rækker af celler eller moduler, som kan divideres med 4, således at 25% af de øverstbeliggende celler indgår i en elektrisk 25 seriekobling med 25% af de nederstbeliggende celler. De mellemliggende 50% af cellerne kobles ligeledes i en serieforbindelse, således at de to seriegrupper i det væsentlige er ens med hensyn til resistans, hvilket resulterer i en i det væsentlige afbalanceret strøm igennem 30 hele systemet, når denne strøm kommer fra samme kolde.

Det bemærkes, at det ovenfor beskrevne arrangement kan anvendes på cellerækker med et andet antal celler end netop 16, og det kan også anvendes på celler med forskellig geometri og på andre arrangementer end symmetriske 3 5 parallelarrangementer.

Claims (22)

1. 28 DK 167367 B1 Patentkrav :
2. 1. Elektrolyseapparat (10) til fremstilling af natrium-5 hypochlorit ud fra naturlige og syntetiske saltopløsninger, hvilket apparat består af: a) et langstrakt, elektrisk ikke-ledende hus (72) med en vandret længdeakse; 10 b) aftagelige dæksler (74) fastgjort til hver af husets åbne ender, hvilke dæksler hver er forsynet med en gennemgående ledende bolt (34, 36); 15 c) en pakningsanordning (78) mellem dækslerne (74) og den fri åbning i hver ende af huset; d) en første væskepassage (205) ført igennem husets væg nær den ene ende af dette og en anden væskepassage (90) 20 ført igennem husets væg nær den anden ende af dette; kendetegnet ved e) en selvbærende bipolær elektrodesamling (60, 62) bestående af mindst to celler (1, 2, 3, 4) anbragt i huset 25 på en sådan måde, at længdeaksen af elektrodesamlingen (60, 62) i det væsentlige er sammenfaldende med husets længdeakse, idet cellerne (1, 2, 3, 4) indeholder rækker af sammenflettede elektrodeplader bestående af anodeplader (60) og katodeplader (62) båret på en ramme, 30 f) mindst én elektrisk ikke-ledende skillevæg (22) anbragt vinkelret på husets længdeakse og liggende imellem enderne af cellerne (1, 2, 3, 4) hvilke skillevægge (22) tjener som afskærmning af cellerne (1, 2, 3, 4) og til at 35 tilvejebringe cellekamre, idet skillevæggen (22) indeholder åbninger (50) for væskestrømning med henblik på at regulere væskestrømningen af elektrolyt derigennem; 29 DK 167367 B1 g) en elektrode- og bæreblok (30, 32) anordnet i hver ende af chassiset til indgreb med henholdsvis den ledende bolt (34) og en udragende negativ ledende bolt (36) samt 5 h) pakningsanordninger (76) anbragt mellem hver af de ledende bolte (34, 36) og dæksler (74).
3. 2. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at skillevæggene (22) er forsynet med elektrisk ledende 10 støtteblokke (26) på hver side deraf, elektriske kob lingsanordninger (40) til elektrisk kobling af elektrode-støtteblokkene (26) gennem hver af skillevæggene (22), en elektrodestøtteblok (30, 32) fastgjort til hver af de ledende bolte (36), et par rammeelementer (14, 16), hvoraf 15 mindst det ene (14) er elektrisk ikke-ledende, idet hvert af rammeelementerne (14, 16) er fastgjort til hver ende af elektrodeendestøtteblokkene (30, 32), mindst to langsgående anordnede adskilte strammestave (12) fastgjort til hvert af rammeelementerne (14, 16) og ført igennem skil-20 levæggene (22), elektrisk ikke-ledende afstandsstykker (24) rundt om hver af strammestavene (12) mellem skillevæggene (22) og mellem hvert af rammeelementerne (14, 16) med disses tilgrænsende skillevæg (22), hvilke strammestave (12) og afstandsstykker (24) tilvejebringer i det 25 væsentlige samme afstand mellem skillevæggene (22) og mellem hvert af rammeelementerne (14, 16), kombinerede klemmer (64, 66) og en elektrisk koblingsanordning (40) forbundet med hver af elektrodestøtteblokkene (26) og elektrodeendestøtte- og bæreblokkene (30, 32) med henblik 30 på at fastgøre og koble anodepladerne (60) og katodepladerne (62) i sammenflettede (interfolierede) rækker i forhold til hinanden og til elektrodeendestøtteblokkene (30, 32). 1
4. 3. Apparat ifølge krav 2, kendetegnet ved, at de enkelte celler er indbyrdes elektrisk og hydraulisk isoleret ved hjælp af de elektrisk ikke-ledende skille- Ί 30 DK 167367 B1 vægge (22), hvis samlede åbning langs periferien er omkring 0,04 cm, når de er anbragt i huset (72) og at skillevæggene (22) indeholder væskepassager (50) til regulering af elektrolytstrømningen igennem væggene. 5
5. 4. Apparat ifølge krav 2, kendetegnet ved, at huset (72) er cylindrisk og i det væsentlige består af plastrør og plastflanger.
6. 5. Apparat ifølge krav 2, kendetegnet ved, at den elektrodeendestøtteblok (39), der er forbundet til den positive bolt (34), og de støtteblokke (26) på skillevæggene (22), der vender mod den negative tilslutning, bærer og elektrisk forbinder anodepladerne (60), mens den 15 elektrodeendestøtteblok (32), der er forbundet til den negative bolt (36), og de støtteblokke (26) på skillevæggene, der vender mod den positive tilslutning, bærer og elektrisk forbinder katodepladerne (62), idet anode- og katodepladerne er anbragt indbyrdes sammenflettet, såle-20 des at der mindst dannes én elektroderække pr. celle.
7. 6. Apparat ifølge krav 5, kendetegnet ved, at anodepladerne (60) og katodepladerne (62) har rektangulær form, idet de lange akser er væsentligt længere end de 25 korte akser og beliggende parallelt med husets længdeakse (72) og idet anodepladerne (60) og katodepladerne (62) har vertikalt orienterede hovedelektrodeoverflader. 1 Apparat ifølge krav 5, kendetegnet ved, at 30 skillevæggene (22) er forsynet med åbninger (52) til passage af gas og elektrolyt, hvilke åbninger (52) befinder sig umiddelbart over elektroderækkerne anbragt lige efter skillevæggene (22) og har en sådan størrelse, at al den gas, der dannes i den umiddelbart efterfølgende cel-35 ledel, sammen med den gas, der indføres i cellekammeret fra andre efterfølgende cellekamre, samt en del af elektrolytten, som indføres gennem en af væskepassagerne i 31 DK 167367 B1 huset (72), kan passere igennem.
8. 8. Apparat ifølge krav 6, kendetegnet ved, at skillevæggene (22) er forsynet med åbninger (52) til pas- 5 sage af gas og elektrolyt, hvilke åbninger (52) befinder sig umiddelbart over elektroderækkerne anbragt lige efter skillevæggene (22) og har en sådan størrelse, at al den gas, der dannes i den umiddelbart efterfølgende celledel, sammen med den gas, der indføres i cellekammeret fra an-10 dre efterfølgende cellekamre, samt en del af elektrolytten, kan passere igennem, idet skillevæggene (22) tillige indeholder mindst én åbning (50) til elektrolytpassage anbragt over elektroderækken til at transportere størstedelen af elektrolytten, som indføres gennem en af væske-15 passagerne i huset (72).
9. 9. Apparat ifølge krav 8, kendetegnet ved, at mindst én af åbningerne (124) til at modtage størstedelen af elektrolytten er anbragt nederst på skillevæggen (22). 20
10. 10. Apparat ifølge krav 2, kendetegnet ved, at der i det øverste af huset (72) er anbragt udledningsåbninger (104) til udledning af gas.
11. 11. Apparat ifølge krav 10, kendetegnet ved, at hver gasudledningsåbning (104) er forsynet med en begrænsende åbning (82), som er tilstrækkelig stor til, at hele gasstrømmen samt en mindre mængde elektrolyt kan passere igennem. 30
12. 12. Apparat ifølge krav 2, kendetegnet ved, at mindst to af elektrolysemodulerne (10a) er anbragt vertikalt, således at modulerne (10a) befinder sig over hinanden, og således, at den fjernest liggende celle befinder 35 sig forneden, mens den nærmest liggende celle befinder sig foroven, hvilke moduler (10a) indeholder interne forbindelser til væskepassage og eksterne forbindelser, der DK 167367 B1 32 muliggør seriestrømning imellem de enkelte celler (1, 2, 3, 4), hvor hvert elektrolysemodul (10a) er forsynet med eksterne elektriske ledere til elektrisk at forbinde elektrodeopbygningerne inde i hver af elektrolyseanord-5 ningerne (10a) via de ledende bolte.
13. 13. Apparat følge krav 12, kendetegnet ved, at otte celler er ensartet fordelt i fire elektrolysemoduler (10a) med i det væsentlige ens geometri, idet de fjernest 10 liggende 25% af cellerne er serieforbundet med de nærmest liggende 25% af cellerne, mens de midterste 50% af cellerne ligeledes er serieforbundet, og at der påtrykkes en enkelt jævnspænding over disse serieforbindelser.
14. 14. Apparat ifølge krav 13, kendetegnet ved, at der er anbragt mere end 8 celler med ensartet afstand i 4 elektrolysemoduler.
15. 15. Apparat ifølge krav 13, kendetegnet ved, at 20 der er anbragt mere end 8 celler med ensartet afstand i mere end 4 elektrolysemoduler. 1 Apparat til elektrolyse af naturlige saltopløsninger ifølge krav 8, kendetegnet ved, at cellen inde- 25 holder vertikalt orienterede anodeplader (60) og katodeplader (62), der hver har et par vertikale kanter og et par horisontale kanter, og hvor elektrodestøtteblokkene (26) og de kombinerede elektriske tilslutninger (40, 64, 66. sikrer fastgørelse og elektrisk kontakt af anode- og 30 katodepladerne (60, 66), som bæres i en af de vertikale kanter, således at der tilvejebringes frie vertikale elektrodekanter, som i forhold til de understøttede vertikale kanter af underliggende og overliggende elektrodeplader er lateralt forskudt til fremkaldelse af mellemrum 35 igennem de frie kanter og bæreanordningerne, at der findes indskæringer (112) i de understøttede vertikale kanter i mindst en anodeplade, hvilke indskæringer har en 33 DK 167367 B1 dybde svarende til de frie vertikale kanter af de nærmeste over- og underliggende plader, og at der findes mindst én indledningsåbning (50) i skillevæggen i den følgende celledel, således at der kan ske en direkte 5 strømning af elektrolyt i de nævnte indskæringer (112) henimod kanterne af anode- og katodepladerne.
16. 17. Apparat ifølge krav 16, kendetegnet ved, at katodepladerne (62) i lighed med anodepladerne (60) er 10 forsynet med indskæringer.
17. 18. Apparat ifølge krav 16 og 17, kendetegnet ved, at der nær toppen af hver celledel findes et antal rørledninger (104) til udledning af elektrolyt og gas. 15
18. 19. Apparat ifølge krav 16 eller 17, kendetegnet ved, at indskæringerne (112, 114) er rektangulært formede, og at den vertikale dimension af hver indskæring andrager omkring 50% af den vertikale kant, hvor indskæ- 20 ringen er anbragt.
19. 20. Apparat ifølge krav 16 eller 17, kendetegnet ved, at de interfolierede anode- og katodeplader (60, 62) er anbragt således, at deres nederste kanter er 25 sammenfaldende, og at der i chassiset er anbragt et indløb (130) forsynet med en dyseskive (12) til at opfange strømningen fra én af væskepassagerne til huset, idet dyseskiven dirigerer den indkommende elektrolytstrøm i retning mod elektrodepladernes nederste kanter. 30
20. 21. Apparat ifølge krav 1 til elektrolyse af syntetiske saltopløsninger, kendetegnet ved, at celledelene er hydraulisk serieforbundet, idet én af væskepassagerne (205) er forbundet med den fjernest liggende celle- 35 del (1) til indføring af koncentreret saltopløsning i denne, mens en anden væskepassage (207) er forbundet med huset (72) til indføring af en første fraktion af fortyn- 34 DK 167367 B1 dingsvand heri, og at andre væskepassager indfører andre fraktioner af fortyndingsvand, idet væskepassagen i huset (72) tilvejebringer en udledningsåbning for den koncentrerede saltopløsning og fortyndingsvandet. 5
21. 22. Apparat ifølge krav 21 til elektrolyse af syntetiske saltopløsninger, kendetegnet ved, at mindst to elektrolysemoduler (10a) er anbragt vertikalt, at celledelene er hydraulisk serieforbundet, idet én af væskepas-10 sagerne er forbundet med den fjernest liggende celledel til indføring af koncentreret saltopløsning i denne, mens en anden væskepassage ligeledes er forbundet med den fjernest liggende celledel til indføring af en første fraktion af fortyndingsvand heri, og at andre væskepassa-15 ger indfører andre fraktioner af fortyndingsvand, idet den nævnte anden væskepassage tillige tjener som udledningsåbning for den koncentrerede saltopløsning og fortyndingsvandet .
22. 23. Apparat ifølge krav 21 eller 22, kendeteg net ved, at der findes åbninger i vandtilførselssystemerne til fordeling og regulering af vandstrømmene til forud fastlagte strømningshastigheder. 25 30