EP0068076A2 - Überwachungs- und Steuerungseinrichtung für Chloralkalielektrolysezellen mit Quecksilberkathode - Google Patents

Überwachungs- und Steuerungseinrichtung für Chloralkalielektrolysezellen mit Quecksilberkathode Download PDF

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EP0068076A2
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    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00—Operating or servicing cells
    • C25B15/04—Regulation of the inter-electrode distance

Definitions

  • Amalgam process is heavily burdened by labor costs and energy g y p g reisstei chan g es and not least by high requirements of environmental protection and should therefore be further optimized.
  • DSA anodes in conjunction with the monitoring and control device described below can be regarded as an ideal combination.
  • the monitoring and control device consciously dispenses with fully automatic monitoring and control carried out by a central computer.
  • the monitoring and control system is intended to enable the cell personnel to operate the electrolysis cells with the lowest possible cell voltage with a high current yield, low damage rate at DSA anodes and without a great deal of work.
  • DSA dimensionally stable anodes
  • the monitoring and control device is housed in an insulating material housing and is used to monitor and control a single electrolysis cell.
  • the electronics are housed in the upper part of the housing.
  • the housing is closed by a transparent cover.
  • the signal and control elements are located in the lower part of the cover.
  • input plug-in cards are accommodated in the plug-in card slots.
  • Each plug-in card has space for two input channels, which are potentially separated from the mains as well as from the outputs.
  • a highly reliable input amplifier with low drift values amplifies the input signal from the supply rails in the order of 5 - 6 mV to a thousand times the value. This voltage is converted into a proportional frequency via an analog-digital conversion, which is fed to a digital-analog converter via an optocoupler.
  • the overall ratio is 1: 1. This measure ensures the necessary electrical isolation between the input circuits and the processing circuit.
  • Each input plug-in card has two power supplies, so that each input channel is supplied independently and electrically separately from the other. This is to be understood as a precautionary measure, because all measuring points within a cell cannot have more than 4 - 5 V voltage difference.
  • the choice of an optocoupler as a transmission element avoids the magnetic influence that can be influenced by external fields, as occurs in electrolysis systems.
  • the AC voltage coupling has the advantage that the optocoupler can be easily monitored. Even in the event that the optocoupler continuously switches through or interrupts, this fault is immediately displayed on the plug-in card by zero voltage monitoring.
  • Each input plug-in card has a defelct display for each channel.
  • All outputs are added in a further plug-in card and averaged so that the output signal corresponds to the arithmetic mean of the input signals.
  • This mean value amplifier can be set to the number of outputs using a switch on the plug-in card.
  • the corresponding input signals from the supply rails are compared with the mean value according to the number of group adjustment units above the electrolysis cell, and the result is fed to an evaluation circuit.
  • the evaluation circuit compares the individual value with the mean value. If an adjustable percentage tolerance limit above the mean value is exceeded, the device controls the motors of the respective group adjustment unit. The motors raise the anode adjustment device by an adjustable distance. This process is repeated automatically in the event that the overcurrent has not yet been eliminated after an adjustable pause time until the current consumption of the supply rail is within the tolerated size.
  • This process also triggers an optical and acoustic alarm signal.
  • the response of the monitoring circuit is stored until the optical signal is manually deleted.
  • a suitable connection to the cathode of the cell is also routed through an isolation amplifier and displayed on a digital instrument. This means that the operating voltage of the cell can be read on the device at any time.
  • the voltage supply for the contactor control which is secured by special locking circuits with the operating loads even in the event of failure of electronic switching elements such as transistors or the like, is combined with the isolating amplifier of the cell operating voltage on a common plug-in card.
  • the contactors are encapsulated in sheet steel housings.
  • the cell voltage and the average target current consumption of the individual supply rails can be read on the digital displays.
  • the actual current consumption of the individual supply rails can now be queried on the device.
  • the inclination of the frame can now be changed in manual operation by controlling the servomotors on the anode holding frame, so that the current distribution is corrected over the length of the frame. If this measure is not sufficient, the current consumption of the individual power supplies must be checked using a current clamp and adjusted individually.
  • the anode frames can each be lowered overall in adjustable steps by means of buttons on the device and the cell can thus be brought to operating voltage.
  • the device automatically blocks during the set pause times and thus prevents the anodes from dropping too quickly.
  • the device monitors the current consumption of the individual supply rails and blocks when the set maximum percentage deviation from the arithmetic mean value of the total current consumption is reached, so that the anodes cannot run the risk of a short circuit.
  • the electrolytic cell has a cell trough 6 and a cell cover 9. On the cell cover 9 supports 14 are attached, which carry a frame 11 which serves to adjust the anodes 8.
  • the flowing mercury cathode in the cell trough 6 is designated by 7. Otherwise, the cell structure is known per se.
  • the monitoring and control device 1 is connected to the supply rail 4 by a measuring line 2, via a shunt tap or measuring section 2 '.
  • the feeder rail or busbar 4 is electrically conductively but flexibly connected to the individual anodes 8 by a current supply band 5.
  • the anodes 8 are known per se, e.g. B. arranged in a sleeve power supply bolts, which in turn are provided with adjusting screws 10 for individual adjustment relative to the frame 11.
  • a lifting gear is designated, which is driven by an electric gear motor 13, for. B. on the illustrated horizontal shaft, so d ate in the manner of a bevel gear drive, the support frame 11 for the anodes 8 overall on the columns 14 is movable up and down, as indicated by arrows.
  • the lines and the fastening elements for the lines to the anodes are advantageously made from the same material as the current rails. Temperature compensation elements are also provided in order to compensate for temperature differences in the individual supply rails.
  • the measuring part can also be designed as a single device, so that a cell that has no motorized adjustment can be readjusted manually.

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Abstract

Überwachungs- und Steuerungseinrichtung für Elektrolysezellen zum Schutz vor Überstrom mit Quecksilberkathode, insbesondere mit dimensionsstabilen Anoden vertikal verstellbar gegenüber dem fließenden Quecksilber einer Chloralkalielektrolysezelle.

Description

  • Der Betrieb von Chloralkalielektrolysezellen nach dem
  • Amalgamverfahren wird durch Lohnkosten- und Ener- giepreissteigerungen und nicht zuletzt durch hohe Anforderungen des Umweltschutzes stark belastet und sollte deshalb weiter optimiert werden.
  • Es ist schon heute absehbar, daß die Amalgamzellentechnologie langfristig durch neue Verfahren wie z. B. die Membranzellentechnologie abgelöst wird, so daß der Investitionsaufwand für die Optimierung bestehender Anlagen möglichst gering gehalten werden muß.
  • Die Verwendung von DSA-Anoden in Verbindung mit der nachfolgend beschriebenen Überwachungs- und Steuerungseinrichtung kann als ideale Kombination angesehen werden.
  • Die Überwachungs- und Steuerungseinrichtung verzichtet bewußt auf vollautomatische, durch zentralen Rechner durchgeführte Überwachung und Steuerung.
  • Das Überwachungs- und Steuerungssystem soll bei geringem Investitionsaufwand das Zellenpersonal in die Lage versetzen, die Elektrolysezellen mit möglichst geringer Zellenspannung bei hoher Stromausbeute, geringer Schadensrate an DSA-Anoden und ohne großen Arbeitsaufwand zu betreiben. (DSA = dimensionsstabile Anoden)
    • Allgemeiner Aufbau
  • Die Überwachungs- und Steuerungseinrichtung wird in einem Isolierstoffgehäuse untergebracht und dient zur Überwachung und Steuerung einer einzelnen Elektrolysezelle. Im oberen Teil des Gehäuses ist die Elektronik untergebracht.
  • Darunter befinden sich die beiden digitalen Meßanzeigen für die Zellen-Gesamtspannung und die einzelnen Ströme in den Zuleitungsschienen. Im unteren Teil des Gehäuses sind die Ausgangsschütze für die Stellmotore zusammengefaßt.
  • Zusätzlich besteht Platz für die Verbindungsleitungen vom Meßteil zum Steuerungsteil und den äußeren Einbausteckverbindern. Das Gehäuse ist durch einen Klarsichtdeckel verschlossen.
  • Sämtliche Anschlüsse werden über Mehrfach-Steckverbinder vorgenommen, so daß eine leichte Austauschbarkeit von Einzelbauteilen oder des Gesamtgerätes gewährleistet ist. Im Unteren Teil des Deckels sind die Signal- und Bedienungselemente untergebracht.
  • Wegen der möglichen agressiven Atmosphäre werden metallische Teile an der Oberfläche des Gehäuses bzw. der Stecker weitgehend vermieden.
    • Elektronische Baugruppen Eingangsschaltung
  • Auf den Steckkartenplätzen werden je nach Anzahl der Zuleitungsschienen Eingangssteckkarten untergebracht. Jede Steckkarte bietet Platz für zwei Eingangskanäle, die potentialmäßig sowohl vom Netz als auch von den Ausgängen getrennt sind. Ein hochzuverlässiger Eingangsverstärker mit niedrigen Driftwerten verstärkt das von den Zuleitungsschienen herrührende Eingangssignal in der Größenordnung 5 - 6 mV auf den tausendfachen Wert. Diese Spannung wird über eine Analog-Digitalumsetzung in eine proportionale Frequenz umgesetzt, die über einen Optokoppler einem Digital-Analogwandler zugeführt wird. Die Gesamtübersetzung ist 1:1. Durch diese Maßnahme ist die notwendige Potentialtrennung zwischen den Eingangskreisen und dem Verarbeitungskreis gewährleistet. Jede Eingangssteckkarte hat zwei Stromversorgungen, so daß jeder Eingangskanal unabhängig und elektrisch getrennt vom anderen versorgt wird. Dies ist als reine Vorsichtsmaßnahme zu verstehen, weil alle Meßpunkte innerhalb einer Zelle nicht mehr als 4 - 5 V Spannungsunterschied haben können.
  • Zusätzlich wird durch die Wahl eines Optokopplers als Übertragungsglied die magnetische Beeinflußbarkeit durch Fremdfelder, wie sie bei Elektrolyseanlagen auftreten, vermieden. Durch die Wechselspannungskopplung ergibt sich der Vorteil, daß der Optokoppler einfach überwacht werden kann. Selbst für den Fall, daß der Optokoppler dauernd durchschaltet oder unterbricht, wird durch eine Nullspannungsüberwachung dieser Fehler sofort auf der Steckkarte angezeigt.
  • Jede Eingangssteckkarte hat für jeden Kanal eine Defelctanzeige.
    • Mittelwertbildung, Auswerteschaltung, Verzögerungsschaltung
  • Alle Ausgänge werden in einer weiteren Steckkarte addiert und so gemittelt, daß das Ausgangssignal dem arithmetischen Mittelwert der Eingangssignale entspricht. Durch einen Umschalter auf der Steckkarte kann dieser Mittelwertverstärker auf die Anzahl der Ausgänge eingestellt werden. In einem anderen Teil der Karte werden entsprechend der Anzahl der Gruppenverstelleinheiten über der Elektrolysezelle die zugehörigen Eingangssignale von den Zuleitungsschienen mit dem Mittelwert verglichen und das Ergebnis einer Auswerteschaltung zugeführt. Die Auswerteschaltung vergleicht den Einzelwert mit dem Mittelwert. Bei Überschreitung einer einstellbaren prozentualen Toleranzgrenze über dem Mittelwert steuert das Gerät die Motoren der jeweiligen Gruppenverstelleinheit an. Die Motoren heben die Anodenverstelleinrichtung um eine einstellbare Strecke. Dieser Vorgang wiederholt sich automatisch für den Fall, daß der Überstrom noch nicht beseitigt ist nach einer einstellbaren Pausenzeit, bis die Stromaufnahme der Zuleitungsschiene innerhalb der tolerierten Größe liegt.
  • Dieser Vorgang löst zusätzlich ein optisches und akustisches Alarmsignal aus. Die Reaktion der Überwachungsschaltung wird bis zur manuellen Löschung des optischen Signals gespeichert.
    • Spannungserfassung und Schützsteuerung
  • Ein geeigneter Anschluß an der Kathode der Zelle wird gleichfalls über einen Trennverstärker geführt und auf einem digitalen Instrument angezeigt. Dadurch ist jederzeit die Betriebsspannung der Zelle am Gerät ablesbar. Die Spannungsversorgung für die Schützsteuerung, die durch spezielle Verriegelungsschaltungen mit den Bedienungslasten auch bei Ausfall von elektronischen Schaltgliedern wie Transistoren o. ä. gesichert ist, ist mit dem Trennverstärker der Zellenbestriebsspannung auf einer gemeinsamen Steckkarte zusammengefaßt. Um den Einfluß von statischen Magnetfeldern abzuschirmen, sind die Schütze in Stahlblechgehäusen gekapselt.
    • Betriebsweise der Zelle mit der Überwachungs- und Steuerungseinrichtung
  • Nach der Inbetriebnahme der Zelle nach dem anlagenüblichen Verfahren kann am Gerät sofort die Zellenspannung und die mittlere Soll-Stromaufnahme der einzelnen Zuleitungsschienen auf den Digitalanzeigen abgelesen werden.
  • Bevor die Zelle auf die gewünschte Betriebsspannung gebracht wird, kann jetzt am Gerät die tatsächliche Stromaufnahme der einzelnen Zuleitungsschienen abgefragt werden. Bei Abweichungen über ein bestimmtes Maß hinaus kann jetzt im Hand-Betrieb durch Ansteuerung der Stellmotoren an den Anodenhalterahmen die Neigung der Rahmen verändert werden, so daß die Stromverteilung über die Länge des Rahmens korrigiert wird. Reicht diese Maßnahme nicht aus, müssen die Stromaufnahmen der Einzelstromzuführungen mittels Strommeßzange überprüft und individuell nachgestellt werden.
  • Nach diesen Maßnahmen können die Anodenrahmen jeweils insgesamt mittels Taster am Gerät in einstellbaren Schritten gesenkt und die Zelle so auf Betriebsspannung gebracht werden. Dabei blockiert das Gerät automatisch in den eingestellten Pausezeiten und verhindert so ein zu schnelles Absenken der Anoden.
  • Gleichzeitig überwacht das Gerät die Stromaufnahme der einzelnen Zuleitungsschienen und blockiert bei Erreichen der eingestellten maximalen prozentualen Abweichung vom arithmetischen Mittelwert der Gesamtstromaufnahme, so daß die Anoden nicht in Kurzschlußgefahr geraten können.
  • Es ist gewährleistet, daß die Stromaufnahme der Einzel-Zuleitungsschiene bei einer auf diese Weise auf gewünschte Spannung gebrachten Zelle keine Abweichung über die eingestellte Toleranz der Stromaufnahme aufweist.
  • Für den Fall, daß sich durch Veränderungen der Anodenaufhängungen oder der Kathodengeometrie in einer oder mehreren Zuleitungsschienen Überströme über die eingestellten Toleranzen einstellen, steuert das
  • Gerät den oder die Stellmotoren der gesamten Anodengruppe an und hebt diese schrittweise parallel zur Kathode um ein vorher einstellbares Maß an. Ist durch diese automatisch ablaufende Maßnahme der Überstrom beseitigt, zeigt das Gerät bis zur manuellen Quittierung, welche Zuleitungsschiene sich im Überstrombereich befunden hat, so daß das Bedienungspersonal sofort einen Hinweis hat, wo korrigiert werden muß. Nach Beseitigung der Überstrom verursachenden Störquelle kann die Zelle mittels Taster,wie vor beschrieben, wieder auf gewünschte Spannung gebracht werden.
  • In der beigefügten Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung rein schematisch dargestellt.
  • Die Elektrolysezelle weist einen Zellentrog 6 und einen Zellendeckel 9 auf. Auf dem Zellendeckel 9 sind Auflager 14 befestigt, die einen Rahmen 11 tragen, der der Verstellung der Anoden 8 dient. Mit 7 ist die fließende Quecksilber-Kathode im Zellentrog 6 bezeichnet. Im übrigen ist der Zellenaubau an sich bekannt.
  • Die Überwachungs- und Steuerungseinrichtung 1 ist mit einer Meßleitung 2 mit der Zuleitungsschiene 4 verbunden, über einen shunt-Abgriff bzw. Meßstrecke 2'. Die Zuleitungsschiene oder Sammelschiene 4 ist mit den Einzelanoden 8 durch ein Stromzuführungsband 5 elektrisch leitend, jedoch flexibel verbunden. Die Anoden 8 haben wie ersichtlich an sich bekannte, z. B. in einer Hülse angeordnete Stromzuführungsbolzen, die ihrerseits mit Verstellschrauben 10 zur Einzelverstellung gegenüber dem Rahmen 11 versehen sind. Mit 12 ist ein Hubgetriebe bezeichnet, das von einem elektrischen Getriebemotor 13 angetrieben wird, z. B. über die dargestellte horizontale Welle, so daß nach Art eines Kegelradantriebes der Tragrahmen 11 für die Anoden 8 insgesamt auf den Säulen 14 auf und ab beweglich ist, wie durch Pfeile angedeutet.
  • Obwohl diese Antriebsart bevorzugt wird, sind auch andere an sich bekannte Stellantriebe anwendbar. Wesentlich ist, daß sozusagen die Grobeinstellung für alle Anoden gemeinsam erfolgt während die Feineintellung einzeln manuell erfolgt.
  • Mit Vorteil werden die Leitungen und die Befestigungselemente für die Zuleitungen zu den Anoden aus dem gleichen Material wie die Stromschinen hergestellt. Ferner sind Temperaturausgleichselemente vorgesehen um Temperaturdifferenzen in den einzelnen Zuleitungsschienen auszugleichen.
  • Der Meßteil kann auch als Einzelgerät ausgeführt werden, so daß eine Zelle, die über keine motorische Verstellung verfügt, manuell nachjustiert werden kann.
  • Weitere Abwandlungen des Ausführungsbeispiels können selbstverständlich vorgenommen werden, ohne hierdurch den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims (4)

1. Überwachungs- und Steuerungseinrichtung für Elektrolysezellen mit Quecksilberkathode zum Schutz gegen Stromüberlastung, insbesondere in Chloralkalielektrolysezellen mit einer Messung des Spannungsabfalls in der Zuleitung jeder Elektrodengruppe im Nebenschluß, dadurch gekennzeichnet, daß an den elektrischen Zuleitungsbändern für jede Elektrodengruppe an den Enden einer Meßstrecke Abgriffe mit einem Meßgerät elektrisch leitend verbunden sind, wobei der gemessene Spannungsabfall als Signal verstärkt dem Meßgerät zugeführt wird, der gesamte Strom der Zelle durch Summierung gemessen wird und durch die Anzahl der Abgriffe dividiert einen Sollwert bildet, für eine Steuereinrichtung, die nach Vergleich mit den an den einzelnen Zuleitungen gemessenen Istwerten, ein Signal zur Ansteuerung der Stellmotoren je einer Gruppe von Elektroden bei Erreichen eines vorgegebenen Überstroms abgibt, um diese Gruppe um ein einstellbares Maß schrittweise anzuheben, solange bis beim Vergleich kein Überstrom mehr gemessen und nach Erreichen dieses Zustandes angezeigt wird, welche Zuleitung überlastet war.
Überwachungs- und Steuerungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellmotore für jeweils eine Gruppe von Elektroden jeweils Schrittweise nach Vergleich mit dem Mittelwert angesteuert werden und so viele Schritte ausführen, bis kein Überstrom mehr gemessen wird.
Überwachungs- und Steuerungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Soll- und Istwert digital angezeigt werden.
Überwachungs- und Steuerungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Anzeige der Zuleitung aufweist, die sich im Überstrombereich befunden hat und daß nach Beseitigung der Überstromursache eine Drucktaste betätigt werden muß, um die Zelle wieder auf die gewünschte Spannung zu bringen.
EP82102107A 1981-06-19 1982-03-16 Überwachungs- und Steuerungseinrichtung für Chloralkalielektrolysezellen mit Quecksilberkathode Expired EP0068076B1 (de)

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DE3124108A DE3124108C2 (de) 1981-06-19 1981-06-19 Überwachungs- und Steuerungseinrichtung für Elektrolysezellen mit Quecksilberkathoden

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EP0068076A2 true EP0068076A2 (de) 1983-01-05
EP0068076A3 EP0068076A3 (en) 1983-03-23
EP0068076B1 EP0068076B1 (de) 1986-11-12

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EP82102107A Expired EP0068076B1 (de) 1981-06-19 1982-03-16 Überwachungs- und Steuerungseinrichtung für Chloralkalielektrolysezellen mit Quecksilberkathode

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