ES2236610T3 - Celula electrolitica especialmente para la obtencion electroquimica de cloro. - Google Patents

Celula electrolitica especialmente para la obtencion electroquimica de cloro.

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ES2236610T3 ES02794511T ES02794511T ES2236610T3 ES 2236610 T3 ES2236610 T3 ES 2236610T3 ES 02794511 T ES02794511 T ES 02794511T ES 02794511 T ES02794511 T ES 02794511T ES 2236610 T3 ES2236610 T3 ES 2236610T3
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Abstract

Célula electrolítica, especialmente para la obtención electroquímica de cloro a partir de soluciones acuosas de cloruro de hidrógeno con un bastidor anódico (26) que porta un ánodo (24), con un bastidor catódico (12), que porta un colector de la corriente (10), una membrana intercambiadora de cationes (34), dispuesta entre el ánodo (24) y el colector de la corriente (10) y un electrodo de difusión gaseosa (32) dispuesto entre el ánodo (24) y el colector de la corriente (10), caracterizada porque el ánodo (24) está unido elásticamente con el bastidor anódico (26) y/o el colector de la corriente (10) está unido elásticamente con el bastidor catódico (12) para la sujeción del ánodo (24), la membrana intercambiadora de cationes (34), el electrodo de difusión gaseosa (32) y el colector de la corriente (10).

Description

Célula electrolítica, especialmente para la obtención electroquímica de cloro.
La invención se refiere a una célula electrolítica, que es adecuada, especialmente, para la obtención electroquímica de cloro a partir de soluciones acuosas de cloruro de hidrógeno.
Las soluciones acuosas de cloruro de hidrógeno, denominada a continuación ácido clorhídrico, se forman como producto secundario en muchos procedimientos, especialmente en aquellos en los que tengan que clorarse por oxidación con cloro compuestos hidrocarbonados orgánicos. Es interesante desde el punto de vista económico la recuperación del cloro a partir de estos ácidos clorhídricos, que puede emplearse después, por ejemplo, para otras cloraciones. El cloro procedente del ácido clorhídrico puede recuperarse por ejemplo por vía electrolítica.
Se conoce por la publicación US-A-5,770,035 la electrólisis del ácido clorhídrico para dar cloro en una célula electrolítica. Se carga una cavidad anódica con un ánodo adecuado, por ejemplo con un electrodo de titanio recubierto o bien dopado con metal noble, con la solución acuosa del cloruro de hidrógeno. El cloro, formado en el ánodo, se desprende de la cavidad anódica y se envía a una elaboración adecuada. La cavidad anódica está separada de la cavidad catódica por medio de una membrana intercambiadora de cationes, usual en el comercio. Sobre el lado del cátodo se encuentra un electrodo de difusión gaseosa sobre la membrana intercambiadora de cationes. Detrás del electrodo de difusión gaseosa se encuentra un distribuidor de la corriente. Los electrodos de difusión gaseosa están constituidos, por ejemplo, por cátodos de consumo de oxígeno (SVK). En el caso de un SVK como electrodo de difusión gaseosa se introduce en la cavidad catódica, usualmente, un gas oxigenado u oxígeno puro, que se transforma a continuación sobre el SVK.
La cavidad anódica debe mantenerse a una presión mayor que la de la cavidad catódica en la célula electrolítica descrita en la publicación US-A-5,770,035. De este modo se comprime la membrana intercambiadora de cationes sobre el electrodo de difusión gaseosa y éste, a su vez, sobre el distribuidor de la corriente. El ajuste de la presión puede llevarse a cabo, por ejemplo, mediante un intercambio de líquido mediante el cual se conduce el cloro formado en la cámara anódica.
Una presión de oxígeno en la cavidad catódica más elevada es ventajosa puesto que conduce a una tensión más baja y, por lo tanto, a un consumo más bajo en energía. La célula electrolítica, conocida por la publicación US-A-5,770,035 tiene, sin embargo, el inconveniente de que la presión en la cavidad catódica, es decir la presión de oxígeno, únicamente puede aumentarse cuando se aumente simultáneamente la presión en la cavidad anódica, puesto que, en otro caso, se separa por presión el electrodo de difusión gaseosa del colector de la corriente y ya no se encuentra situado sobre el mismo. Un aumento simultáneo de la presión en la cavidad anódica puede asegurarse industrialmente solo mediante modificaciones estructurales correspondientes, costosas, del electrolizador. Un aumento unilateral de la presión en la cavidad anódica puede conducir en el caso del diseño conocido de la célula, a que el intersticio entre el ánodo y la membrana intercambiadora de cationes se aumente, lo cual conduce a un aumento indeseado de la tensión de explotación y, por lo tanto, a un mayor consumo de energía.
La tarea de la invención consiste en proporcionar una célula electrolítica, especialmente para la obtención electroquímica de cloro a partir de soluciones acuosas de cloruro de hidrógeno, con el que se garantice que incluso en el caso de una diferencia de presión entre la cavidad anódica y la cavidad catódica se encuentren directamente adyacentes entre sí el ánodo, la membrana intercambiadora de cationes, el electrodo de difusión gaseosa y el colector de la corriente.
La solución de la tarea se lleva a cabo según la invención por medio de las características de la reivindicación 1.
La célula electrolítica según la invención presenta un ánodo y un colector de la corriente, que están separados respectivamente por un bastidor anódico o bien por un bastidor catódico. Entre el ánodo y el colector de la corriente se ha dispuesto una membrana intercambiadora de cationes y entre la membrana intercambiadora de cationes y el colector de la corriente se ha dispuesto un electrodo de difusión gaseosa. Para evitar la aparición de un intersticio entre estos componentes incluso, por ejemplo, diferencias de presión entre el lado aniónico y el lado catódico, se han unido elásticamente con el bastidor anódico o bien con el bastidor catódico, según la invención, el ánodo y/o el colector de la corriente. Debido a la unión elástica se ejerce una fuerza sobre el ánodo y/o sobre el colector de la corriente de tal manera que el ánodo es comprimido hacia el colector de la corriente y/o el colector de la corriente descomprimido hacia el ánodo. De este modo se mantienen el ánodo, la membrana intercambiadora de cationes, el electrodo de difusión gaseosa y el colector de la corriente entre sí, de tal manera, que no puede formarse un intersticio o una cavidad intermedia entre los mismos. De este modo se evita un aumento indeseado de la tensión de explotación.
El ánodo y/o el colector de la corriente están sujetos, preferentemente, de manera elástica de modo que, sobre el ánodo y/o sobre el colector de la corriente actúen fuerzas de compresión. Del mismo modo es posible también unir el ánodo y/o el colector de la corriente con el bastidor anódico o bien con el bastidor catódico de tal manera, que actúen fuerzas de tracción, dirigidas respectivamente hacia el otro electrodo, sobre el ánodo o sobre el colector de la corriente.
Para la sujeción elástica del ánodo y/o del colector de la corriente puede estar configurado elásticamente el bastidor anódico o bien el bastidor catódico o puede presentar un elemento elástico. Preferentemente se ha previsto al menos un elemento de sujeción elástica, tal como por ejemplo un resorte, que esté unido con el bastidor anódico o bien con el bastidor catódico. Es especialmente preferente que estén previstos varios elementos de sujeción, que estén dispuestos, especialmente, de manera regular. Los elementos de sujeción están dispuestos y/o configurados preferentemente de tal manera, que sobre el ánodo y/o sobre el colector de la corriente se ejerza una presión esencialmente homogénea. La fuerza por unidad de superficie es, por lo tanto, idéntica en el caso de los ánodos o de los colectores de la corriente, esencialmente planos, fundamentalmente en aquél punto del ánodo o del colector de la corriente.
Los elementos de sujeción están configurados, preferentemente, como elementos de resorte, que pueden estar constituidos por ejemplo por resortes de hoja o por resortes espirales. Preferentemente los elementos de sujeción están unidos bien directamente con el bastidor o a través de una pared posterior de la cavidad anódica o bien de la cavidad catódica, con el bastidor correspondiente.
Preferentemente el tamaño del ánodo y/o del colector de la corriente se eligen de tal manera, que éste pueda disponerse dentro del bastidor y que no se encuentre depositado en o sobre el bastidor. El ánodo y/o el colector de la corriente está sujeto por lo tanto exclusivamente por el o bien por los elementos de sujeción.
En una forma de realización, especialmente preferente, se lleva a cabo el contacto eléctrico con el ánodo y/o con el colector de la corriente también a través de los elementos de sujeción. Así pues puede eliminarse una unión eléctrica adicional con el ánodo y/o con el colector de la corriente en esta forma preferente de realización. La fijación elástica del ánodo y/o del colector de la corriente puede llevarse a cabo, por ejemplo, por medio de resortes o de otras conexiones elásticas, eléctricamente conductoras tales como por ejemplo vellón de carbono o esponjas metálicas. Preferentemente se lleva a cabo la fijación elástica por medio de resortes metálicos. De manera ejemplificativa se emplearán en este caso a modo de elementos de sujeción resortes constituidos por titanio o por aleaciones de titanio, puesto que estos no son dañados por los productos químicos presentes en la célula electrolítica. Para mejorar la conductibilidad eléctrica de los resortes de titanio, pueden emplearse también, por ejemplo, resortes de cobre, que estén recubiertos con titanio.
En todas la formas de realización preferentes, anteriormente descritas, es siempre suficiente que las fuerzas de compresión necesarias se presenten en estado montado de la célula electrolítica.
La construcción de la célula según la invención asegura que el ánodo yazca directamente sobre la membrana intercambiadora de cationes, esta directamente sobre el electrodo de difusión gaseosa y éste, a su vez, directamente sobre el colector de la corriente, es decir que no existe intersticio entre los componentes citados. Esto ocurre también, de manera fiable, cuando la célula electrolítica se haga trabajar de tal manera, que se establezcan presiones diferentes en la cavidad anódica y en la cavidad catódica.
También la cavidad anódica y la cavidad catódica están constituidas, preferentemente, por materiales resistentes tales como, por ejemplo, titanio o aleaciones de titanio recubiertas o dopadas con metales nobles.
Preferentemente se emplearán electrodos de difusión de gases que contengan un catalizador del grupo del platino, preferentemente platino o rodio. De manera ejemplificativa pueden citarse electrodos de difusión gaseosa de la firma E-TEK (USA), que presentan un 30% en peso de platino sobre carbón activo o con recubrimiento de metal noble de los electrodos de 1,2 mg de Pt/cm^{2}.
Como membranas intercambiadoras de cationes son adecuadas, por ejemplo, aquellas constituidas por perflúoretileno, que contengan grupos sulfónicos como centros activos. De manera ejemplificativa pueden emplearse membranas usuales en el comercio de la firma DuPont, por ejemplo la membrana Nafion® 324. Son adecuadas tanto las membranas con una sola capa, que tengan por ambos lados grupos sulfónicos con pesos equivalentes idénticos, como también membranas que tengan sobre ambos lados grupos sulfónicos con pesos equivalentes diferentes. Igualmente pueden imaginarse membranas con grupos carboxilo sobre el lado catódico.
Los ánodos adecuados son, por ejemplo, ánodos de titanio, especialmente con un recubrimiento desprendedor de cloro, resistente a los ácidos, por ejemplo a base de titanio recubierto con rutenio.
El distribuidor de la corriente, por el lado catódico, puede estar constituido, por ejemplo, por titanio metálico estirado o por titanio recubierto con metales nobles, pudiéndose emplear también alternativamente materiales resistentes.
La célula electrolítica según la invención es adecuada, especialmente, para la obtención electroquímica de cloro a partir de soluciones acuosas de cloruro de hidrógeno o de soluciones acuosas de un cloruro alcalino, especialmente cloruro de sodio.
Cuando se utiliza la célula electrolítica, la presión en la cavidad catódica es, preferentemente, mayor que la de la cavidad anódica, cuando el colector de la corriente esté sujeto de manera elástica. En este caso la diferencia de presión entre la cavidad anódica y la cavidad catódica puede estar comprendida, por ejemplo, entre 0,01 y 1 bar, siendo posibles también mayores diferencias de presión. Preferentemente la diferencia de presión es de 20 hasta 350 mbares.
Cuando el ánodo esté sujeto de manera elástica, será preferente que la presión en la cavidad anódica sea mayor que la de la cavidad catódica.
A continuación se llevará a cabo un procedimiento, realizable con la célula electrolítica según la invención, para la obtención de cloro, tomándose como ejemplo la conversión de soluciones acuosas de cloruro de hidrógeno. De manera similar puede llevarse a cabo la conversión, también posible, de cloruros alcalinos, especialmente de cloruro de sodio, debiéndose variar, en caso dado, las condiciones del procedimiento.
En la realización del procedimiento se hace pasar a través de la cavidad catódica un gas que contenga oxígeno, por ejemplo oxígeno puro, una mezcla formada por oxígeno y por gases inertes, especialmente nitrógeno, o aire, preferentemente oxígeno o una mezcla rica en oxígeno.
De forma especialmente preferente se empleará como gas oxigenado, oxígeno puro, especialmente con una pureza del 99% en volumen como mínimo.
El gas oxigenado se alimenta, preferentemente, con una cantidad tal, que el oxígeno esté presente en una cantidad mayor que la estequiométricamente necesaria, de manera teórica, con relación a la ecuación (1). En este caso el exceso estequiométrico es, preferentemente, desde 1,1 hasta 3 veces, preferentemente desde 1,2 hasta 1,5 veces la cantidad estequiométrica. El oxígeno en exceso puede ser reciclado de tal manera, que el exceso estequiométrico adquiere, únicamente, un significado secundario.
Reacción anódica: 4 HCl \rightarrow 2 Cl_{2} + 4 H^{+} + 4 e^{-}
Reacción catódica: O_{2} + 4 H^{+} + 4 e^{-} \rightarrow 2 H_{2}O
Reacción total: \hskip-1cm 4 HCl + O_{2} \rightarrow 2 Cl_{2} + 2 H_{2}O \hskip3cm (1)
En la cámara anódica se introduce la solución acuosa del cloruro de hidrógeno. La temperatura de la solución acuosa alimentada de cloruro de hidrógeno es, preferentemente, de 30 hasta 80ºC, de forma especialmente preferente de 50 hasta 70ºC.
Preferentemente se emplearán soluciones acuosas de cloruro de hidrógeno con una concentración en cloruro de hidrógeno desde 5 hasta 20% en peso, de forma especialmente preferente desde 10 hasta 15% en peso.
Independientemente de la célula electrolítica elegida según la invención, se llevará a cabo la electrólisis, preferentemente, a una presión en la cámara anódica mayor que 1 bar absoluto.
La presión en la cavidad catódica es, preferentemente, mayor que 1 bar absoluto, de forma especialmente preferente está comprendida desde 1,02 hasta 1,5 bares, de forma particularmente preferente desde 1,05 hasta 1,3 bares. Se ha encontrado, concretamente, que en el caso de una presión mayor en la cavidad catódica, es decir a una presión de oxígeno mayor, puede llevarse a cabo la electrólisis con la misma densidad de corriente con tensión más baja, es decir con menor consumo energético.
El ajuste de la presión en la cavidad catódica puede llevarse a cabo por ejemplo porque se acumula el gas oxigenado, alimentado a la cavidad catódica, por medio de un dispositivo de mantenimiento de la presión. Un dispositivo para el mantenimiento de la presión adecuado es, por ejemplo, un sifón para líquidos, mediante el cual está bloqueada la cavidad catódica. Una estrangulación mediante una válvula representa un método adecuado para el ajuste de la presión.
La célula electrolítica según la invención se explica a continuación con mayor detalle por medio de los dibujos. En estos:
la figura 1 muestra una célula electrolítica con colector de la corriente fijado de manera elástica,
la figura 2 muestra una célula electrolítica según la invención con ánodo fijado de manera elástica,
la figura 3 muestra una célula electrolítica según la invención con el colector de la corriente fijado de manera elástica y con el ánodo fijado de manera elástica y
la figura 4 muestra otra forma de realización de la célula electrolítica según la invención con el ánodo fijado de manera elástica.
Las células electrolíticas, representadas esquemáticamente en las figuras 1 a 4, se han representado, con objeto de favorecer la vista, de tal manera que los componentes individuales de la célula presentan cavidades intermedias entre sí. En una célula electrolítica según la invención, montada, los componentes individuales yacen de manera directamente superpuesta.
La figura 1 muestra una primera forma de realización de una célula electrolítica según la invención. El colector de la corriente 10 está fijado elásticamente sobre el bastidor catódico 12. El bastidor catódico 12 está unido además con una pared posterior 14. A través del colector de la corriente 10, del bastidor catódico 12 y de la pared posterior 14 se ha formado una cavidad catódica 16.
En el ejemplo de realización representado, el colector de la corriente 10 está sujeto elásticamente por medio de varios resortes en espiral 18. Los resortes 18 están fijados mediante piezas intermedias, por ejemplo perfiles en forma de Z o en forma de trapecio, 20 sobre la pared posterior 14. Para transmitir una fuerza de compresión homogénea desde los resortes 18 sobre el colector de la corriente 10, se han previsto varios resortes 18 según el tamaño del colector de la corriente 10, que están distribuidos de manera homogénea. De manera ejemplificativa los resortes 18 están dispuestos en varias filas y columnas, para sujetar a un colector de la corriente 10, esencialmente rectangular.
El colector de la corriente 10 está rodeado por una junta hermética 22 que yace sobre la cavidad catódica 12 en estado montado. La forma de la junta hermética 22 corresponde esencialmente a la forma del bastidor del cátodo 12.
Frente al colector de la corriente 10 se ha previsto un ánodo 24, que es portado por un bastidor anódico 26. La fijación puede llevarse a cabo en este caso, por ejemplo, mediante resaltes adecuados, previstos sobre el bastidor anódico 26 o mediante perfiles en forma de Z o en forma de trapecio (no representados en este caso) dispuestos sobre la pared posterior 28, sobre los cuales yace el ánodo 24. De acuerdo con la cavidad catódica 16, la cavidad anódica 30 está constituida por el bastidor anódico 26, por el ánodo 24 y por una pared posterior 28. Entre el ánodo 24 y el colector de la corriente 10 se ha dispuesto un electrodo de difusión gaseosa 32 así como una membrana intercambiadora de cationes 34. Las dimensiones del electrodo de difusión gaseosa 32 son, preferentemente, tales que éste cubra por completo al colector de la corriente 10. La membrana intercambiadora de cationes 34 es, por el contrario, mayor de manera que ésta está dispuesta entre ambos bastidores 12, 26 y está sujeta, en estado montado, por los bastidores 12, 26. Además para garantizar un cierre hermético seguro de ambos bastidores 12, 26 y de ambas cavidades 16, 30, se ha previsto entre la membrana intercambiadora de cationes 34 y la cavidad anódica 26 una junta hermética 36 así como entre la membrana intercambiadora de cationes 34 y el bastidor catódico 12, una junta hermética 22.
En esta forma de realización se comprime, en el momento del montaje de la membrana, el electrodo de difusión gaseosa 32 por el colector de la corriente 10 sobre la membrana intercambiadora de cationes 34 y ésta sobre el ánodo 24. En este caso es especialmente ventajoso que el ánodo 24 forme con la junta hermética 36 un plano en estado montado.
Mediante la construcción según la invención (figura 1) puede elegirse la presión en la cavidad catódica 16 independientemente de la presión en la cavidad anódica 30. Preferentemente se elegirá en esta variante de realización una presión en la cavidad catódica 16 mayor que en la cavidad anódica 30. Los elementos individuales de la célula electrolítica están cerrados herméticamente por medio de las juntas herméticas 22, 36.
Durante el funcionamiento se carga la cavidad anódica 30, a través de una entrada para el HCl 38 con ácido clorhídrico y se alimenta la cavidad catódica 16 con oxígeno o con un gas que contenga oxígeno a través de una entrada 40 para O_{2}. La temperatura del ácido clorhídrico durante la electrólisis es, preferentemente, desde 50 hasta 70ºC. La electrólisis puede llevarse a cabo sin embargo también a temperaturas más bajas. La cavidad anódica 30 puede ser recorrida por el ácido clorhídrico durante la realización de la electrólisis. El cloro formado abandona la cavidad anódica 30 por ejemplo a través de una salida 42 para el Cl_{2}. Igualmente puede imaginarse la elección de otras variantes de recorrido de los flujos. De este modo es posible por ejemplo un recorrido de la cavidad anódica 30 desde arriba hacia abajo. Igualmente puede imaginarse que no se produzca un flujo forzado desde el exterior por medio de una bomba. Mediante la formación de cloro se forma un empuje ascendente dentro de la cavidad anódica 30 que puede ser aprovechado para finalidades de bombeo (principio de bombeo por medio de membrana). De este modo pueden evitarse en la cavidad anódica 30 diferencias de concentración con la corriente formada, mediante apliques, por ejemplo chapas conductoras adecuadas o similares.
La cavidad catódica 16 puede ser recorrida por oxígeno o bien por gas que contenga oxígeno. Del mismo modo puede imaginarse influenciar la dirección del flujo del oxígeno dentro del cavidad catódica 16 mediante apliques. De este modo pueden emplearse por ejemplo materiales porosos, conductores de la electricidad así como no conductores, en la cavidad situada por detrás del colector de la corriente 10. El oxígeno puede alimentarse desde abajo, como se ha representado en la figura 1, a través de la entrada 40 para el O_{2} y puede retirarse de nuevo por la parte superior a través de una salida 44 para el O_{2}. Igualmente es posible hacer fluir el oxígeno desde arriba hacia abajo o que se verifique una corriente lateral en la cavidad catódica 16 por ejemplo desde la parte inferior izquierda hacia la parte superior derecha. Con relación a la reacción en desarrollo debería ofrecerse oxígeno en cantidad mayor que la estequiométrica.
El ánodo 24 puede estar montado en la célula electrolítica de tal manera, que sobresalga del bastidor anódico 26 de tal manera, que cuando esté aplicada la junta hermética 36, el ánodo 24 forme una superficie con la junta hermética 36. Del mismo modo es posible que el ánodo 24 yazca por debajo de la junta hermética 36 de tal manera que, en estado montado de los componentes de la célula, la junta hermética 36 forme un plano con el ánodo 24. En este caso debe tenerse en consideración la compresibilidad de la junta hermética 36 y el momento de tracción durante el montaje de los componentes de la célula.
Si se une elásticamente el colector de la corriente 10 con la pared posterior 14, como se ha representado en la figura 1, entonces la presión en la cavidad anódica y en la cavidad catódica puede elegirse del mismo orden de magnitud. Del mismo modo puede imaginarse que la presión en la cavidad catódica 16 sea mayor que en la cavidad anódica 30. Esta diferencia de presión puede elegirse también con una presión absoluta mayor.
La forma de realización, representada en la figura 2, corresponde, en principio, a la forma de realización representada en la figura 1. Los componentes idénticos o similares se han caracterizado, por lo tanto, con los mismos números de referencia. La única diferencia frente a la forma de realización, representada en la figura 1, consiste en que no es el colector de la corriente 10 el que está unido con la pared posterior 28, sino que es el ánodo 24 el que está unido, a través de los resortes 8 y de las piezas intermedias, por ejemplo perfiles en forma de Z o de trapecio 20. Así pues no es el colector de la corriente 10, sino el ánodo 24 el que está unido elásticamente, a través de la pared posterior 28 con el bastidor anódico 26.
En estado montado, el ánodo 24 es oprimido con los resortes 18 sobre la membrana intercambiadora de cationes 34, ésta sobre el electrodo de difusión de gas 32 y éste a su vez sobre el colector de la corriente 10. Las corrientes de productos (oxígeno y ácido clorhídrico) pueden conducirse de manera similar a la de la variante de realización, que se ha representado en la figura 1.
Si el ánodo 24, tal como se ha representado en la figura 2, está unido elásticamente con el bastidor anódico 26 a través de la pared posterior 28, la presión en la cavidad catódica 16 podrá elegirse del mismo orden de magnitud que en la cavidad anódica 30. La presión en la cavidad anódica 30 debería ser, sin embargo, al menos tan elevada como la de la cavidad catódica 16 con el fin de que el electrodo de difusión de gas 32 estuviese apoyado sobre el colector de corriente 10.
La tercera forma de realización (figura 3) es una combinación de las formas de realización representadas en las figuras 1 y 2. En esta forma de realización tanto el ánodo 24 como también el colector de la corriente 10 están unidos elásticamente, a través de resortes 18, con la pared posterior 28 o bien 14.
Por lo tanto, en estado montado el ánodo 24 ejerce presión contra la membrana intercambiadora de cationes 34 y el colector de la corriente 10, situado enfrente, ejerce presión contra el electrodo de difusión gaseosa 32 de tal manera, que en esta forma de realización existe una seguridad especialmente elevada de que los componentes correspondientes de la célula electrolítica yazcan entre sí sin intersticio. La conducción de los productos de oxígeno y de ácido clorhídrico puede llevarse a cabo de manera similar a la de las formas de realización representadas en las figuras 1 y 2.
Si, tal como se ha representado en la figura 3, se unen elásticamente tanto el colector de la corriente 10 como también el ánodo 24, la célula electrolítica podrá hacerse trabajar en un amplio intervalo de presiones, en el que se garantiza que el electrodo de difusión gaseosa 32 yazca sobre el colector de la corriente 10.
La cuarta forma de realización (figura 4) corresponde, en principio, también a las células electrolíticas descritas por medio de las figuras 1 a 3. Las partes iguales o similares se han designado, por lo tanto, con los mismos números de referencia. La diferencia esencial de la célula electrolítica representada en la figura 4 consiste en el tipo de elementos de sujeción empleados 46. Los elementos de sujeción 46 no están constituidos por resortes espirales 18, como en las formas de realización representadas en las figuras 1 a 3, sino que están constituidos por una especie de resorte de lámina, que está fijado sobre un lado interno 48 del bastidor anódico 26 y sobre el ánodo 24. Mediante el elemento de sujeción 46 se aplica sobre el ánodo 24 una fuerza que actúa hacia el colector de la corriente 10 de tal manera, que tampoco en esta forma de realización existe un intersticio entre el colector de la corriente 10, el electrodo de difusión gaseosa 32, la membrana intercambiadora de cationes 34 y el ánodo 24. De manera correspondiente a los resortes 18 (figuras 1 a 3) pueden servir como contactos eléctricos también los elementos de sujeción 46.
Además, es posible fijar el colector de la corriente 10, además o en lugar del ánodo 24, con elementos de sujeción correspondientes 46 sobre el bastidor catódico 12.
Las posibles diferencias de presión así como la conducción de la corriente de producto es posible según la disposición de los elementos de sujeción 46 al menos mediante una sujeción del ánodo 24 y/o del colector de la corriente 10 como se ha descrito anteriormente.
En los ejemplos siguientes se explica adicionalmente un procedimiento que puede llevarse a cabo con ayuda del dispositivo según la invención, sin que los ejemplos deban entenderse como limitación de la idea general de la invención.
Ejemplo 1
Se llevó a cabo una electrólisis de una solución acuosa de cloruro de hidrógeno en una célula electrolítica, tal como la que se ha representado esquemáticamente en la figura 1 y se ha descrito anteriormente con mayor detalle.
El ánodo 24 estaba incorporado en la célula electrolítica de tal manera, que sobresalía por encima del bastidor anódico 26 en una magnitud tal que el ánodo 24 formaba una superficie con la junta hermética 36 cuando estaba aplicada la junta hermética 36. El ánodo 24, el bastidor anódico 26, el colector de la corriente 10, el bastidor catódico 12 y los resortes 18, conductores de la electricidad, estaban constituidos por una aleación de titanio-paladio con un 0,2% en peso de paladio. El ánodo 24 se había configurado en forma de un metal desplegado y se activó adicionalmente con una capa de óxido de rutenio. El espesor del metal desplegado fue de 1,5 mm. Las juntas herméticas 36 estaban constituidas por un elastómero fluorado, como el que se comercializa por la firma DuPont bajo la denominación Viton®. El colector de la corriente 10 estaba configurado igualmente en forma de un metal desplegado de titanio recubierto con óxido de rutenio. El contactado del colector de la corriente 10 con los resortes elásticos 18 se llevó a cabo por medio de puntos de soldadura. Como electrodo de difusión gaseosa 32 se empleó un electrodo de difusión gaseosa de la firma E-TEK, USA a base de carbono con catalizador de platino. La membrana intercambiadora de cationes 34 estaba constituida por una membrana de la firma DuPont a base de polímero de perflúorsulfonato, que estaba comercialmente disponible bajo al denominación Nafion® 324. La célula electrolítica estaba dividida en una cavidad anódica y en una cavidad catódica por medio de la membrana intercambiadora de cationes 34.
La cavidad anódica se cargó con un ácido clorhídrico al 14% en peso. La temperatura del ácido clorhídrico era de 53ºC. La cavidad catódica se cargó con oxígeno puro con un contenido mayor que el 99% en volumen. La presión en la cavidad catódica fue de 1 bar. La diferencia de presión entre la cavidad catódica y la cavidad anódica fue de 0 bares. La electrólisis se llevó a cabo con una densidad de corriente de 3.000 A/m^{2}, con lo que se estableció una tensión de 1,05 V.
Ejemplo 2
(Ejemplo comparativo)
Se llevó a cabo una electrólisis de una solución acuosa de cloruro de hidrógeno en una célula electrolítica, como la que se ha descrito en el ejemplo 1, no estando unido elásticamente el colector de la corriente 10 con el bastidor catódico 12, en este caso.
La cavidad anódica se cargó con un ácido clorhídrico al 14% en peso. La temperatura del ácido clorhídrico era de 53ºC. La cavidad catódica se cargó con oxígeno puro con un contenido mayor que el 99% en volumen. La presión en la cavidad catódica fue de 1 bar. La diferencia de presión entre la cavidad catódica y la cavidad anódica fue de 0,3 bares, de manera que se produjo en la cavidad anódica una presión de 1,3 bares. Fue necesaria la aplicación de una diferencia de presión en contra de lo que ocurre en el modo de proceder según el ejemplo 1, con el fin de que el electrodo de difusión gaseosa 32 pudiese ser oprimido sobre el colector de la corriente 10. La electrólisis se llevó a cabo, como en el ejemplo 1, con una intensidad de corriente de 3.000 A/m^{2}. En este caso se estableció una tensión de 1,21 V.
La comparación entre los ejemplos 1 y 2 muestra que a presión dada en la cavidad catódica y con densidad de corriente ajustable de manera constante, la célula electrolítica según la invención (ejemplo 1) puede hacerse trabajar con una presión menor en la cavidad anódica y, en este caso, se presenta una tensión menor, lo cual tiene como consecuencia una clara reducción de las necesidades energéticas.

Claims (8)

1. Célula electrolítica, especialmente para la obtención electroquímica de cloro a partir de soluciones acuosas de cloruro de hidrógeno con
un bastidor anódico (26) que porta un ánodo (24),
con un bastidor catódico (12), que porta un colector de la corriente (10),
una membrana intercambiadora de cationes (34), dispuesta entre el ánodo (24) y el colector de la corriente (10) y un electrodo de difusión gaseosa (32) dispuesto entre el ánodo (24) y el colector de la corriente (10),
caracterizada porque
el ánodo (24) está unido elásticamente con el bastidor anódico (26) y/o el colector de la corriente (10) está unido elásticamente con el bastidor catódico (12) para la sujeción del ánodo (24), la membrana intercambiadora de cationes (34), el electrodo de difusión gaseosa (32) y el colector de la corriente (10).
2. Célula electrolítica según la reivindicación 1, caracterizada porque entre el ánodo (24) y el bastidor anódico (26) y/o entre el colector de la corriente (10) y el bastidor catódico (12) se ha previsto un elemento de sujeción elástico (18, 46).
3. Célula electrolítica según la reivindicación 2, caracterizada porque se han previsto varios elementos de sujeción (18, 46).
4. Célula electrolítica según la reivindicación 2 o 3, caracterizada porque el elemento de sujeción o bien los elementos de sujeción (18, 46) están dispuestos de tal manera y/o están formados de tal manera que el ánodo (24) y/o el colector de la corriente (10) ejerce una presión superficial esencialmente homogénea.
5. Célula electrolítica según una de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizada porque el o bien los elementos de sujeción (18, 46) están configurados en forma de elementos de resorte.
6. Célula electrolítica según una de las reivindicaciones 2 a 5, caracterizada porque el contacto eléctrico con el ánodo (24) y/o con el colector de la corriente (10) se lleva a cabo por medio de los elementos de sujeción (18, 46).
7. Célula electrolítica según una de las reivindicaciones 2 a 6, caracterizada porque el bastidor anódico (26) y/o el bastidor catódico (12) presentan una pared posterior (28 o bien 14), con la que están unidas el o bien los elementos de sujeción (18).
8. Célula electrolítica según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque el ánodo (24) y/o el colector de la corriente (10) están sujetos exclusivamente por el o bien por los elementos de sujeción elásticos (18, 46).
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