ES2387302T3

ES2387302T3 - Control del flujo interno en celdas electrolíticas

Info

Publication number: ES2387302T3
Application number: ES07869821T
Authority: ES
Inventors: Justin Sanchez; Rodney E. Herrington
Original assignee: Miox Corp
Current assignee: De Nora Miox Inc
Priority date: 2006-12-23
Filing date: 2007-12-21
Publication date: 2012-09-20
Anticipated expiration: 2027-12-21
Also published as: CA2710285A1; PL2115445T3; CA2710285C; US20080164152A1; HK1138642A1; EP2115445A1; EP2115445A4; WO2008080118A1; US7955481B2; ATE550641T1; EP2115445B1

Abstract

Una celda electrolítica bipolar de flujo ascendente que comprende:- una pluralidad de electrodos;- una entrada y una salida que define una dirección del flujo general de la solución en dicha celdaelectrolítica;- un primer separador dispuesto entre cada electrodo adyacente, estando orientado dicho primer separadorsustancialmente de forma transversal a dicha dirección del flujo general,- dicho primer separador que mejora la separación de la solución líquida y el gas producido por la electrólisisde la solución, y- una cámara de recogida del gas orientada verticalmente que se extiende aproximadamente desde dichoprimer separador hasta la parte superior de dicha celda electrolítica fuera de una extensión lateral de loselectrodos intermedios;- opcionalmente, en la que dicho primer separador comprende un bloque de separación del gas que seextiende parcialmente dentro de dicha cámara de recogida del gas;- opcionalmente, que comprende además un segundo separador localizado corriente abajo de y paralelo adicho primer separador, comprendiendo dicho segundo separador una pared vertical adyacente a dichacámara de recogida del gas;- opcionalmente, que comprende además una segunda cámara de recogida del gas que se extiende desdedicho segundo separador hasta dicha parte superior de dicha celda electrolítica.

Description

Control del flujo interno en celdas electrolíticas.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

CAMPO DE LA INVENCIÓN (CAMPO TÉCNICO):

[0001] La presente invención se refiere al control del flujo bifásico en las celdas electrolíticas para la producción de oxidantes.

ANTECEDENTES DE LA TÉCNICA:

[0002] Obsérvese que la siguiente discusión se refiere a un número de publicaciones y referencias. La discusión de tales publicaciones en el presente documento se da para unos antecedentes más completos de los principios científicos y no debe interpretarse como una admisión de que tales publicaciones son la técnica anterior a efectos de determinación de la patente.

[0003] La tecnología electrolítica que utiliza ánodos estables dimensionales (DSA) se ha usado durante años para la producción de cloro y otras soluciones de oxidantes mixtos. Se describen ánodos estables dimensionales en la patente de Estados Unidos Nº 3.234.110 de Beer, titulada “Electrode and Method of Making Same", mediante la cual se aplica una capa de metal noble sobre un substrato de titanio.

[0004] Se describe un ejemplo de una celda electrolítica con membranas en la patente de Estados Unidos RE

32.077 de deNora y col., titulada “Electrode Cell with Membrane and Method for Making Same", mediante la cual un ánodo estable dimensional circular se utiliza con una membrana envuelta alrededor del ánodo, y un cátodo localizado concéntricamente alrededor del conjunto de ánodo/membrana.

[0005] Se describe una celda electrolítica con ánodos dimensionalmente estables sin membranas en la patente de Estados Unidos Nº 4.761.208 de Gram, y col., titulada “Electrolytic Method and Cell for Sterilizing Water."

[0006] Las celdas electrolíticas comerciales se han usado rutinariamente para la producción de oxidante que utiliza una configuración de flujo a través que puede o no puede estar bajo la presión que es adecuada para crear el flujo a través del dispositivo electrolítico. Se describen ejemplos de celdas de esta configuración en

[0007] la patente de Estados Unidos Nº 6.309.523 de Prasnikar y col., titulada “Electrode and Electrolytic Cell Containing Same ", y en la patente de Estados Unidos Nº 5.385.711 de Baker y col., titulada “Electrolytic Cell for Generating Sterilization Solutions Having Increased Ozone Content".

[0008] La investigación realizada por T. Sasaki, y col., titulada "Particle Image Velocimetry Measurement of Bubbly Flow Induced by Alkaline Water Electrolysis" (en los procedimientos de PSFVIP-4, 3-5 de junio de 2003, Chamonix, Francia), describe la generación de gas en celdas electrolíticas. Esta investigación discute el efecto de la formación de gas de hidrógeno entre un electrodo ánodo y un electrodo cátodo y el impacto de la formación de burbujas de gas en la conductividad y la eficacia de la generación de oxidante desde la solución de alimentación del electrolito. El documento US-A-4.488.948 desvela un canal de flujo de conjunto de cátodo y electrolizador. El documento DE 199 54 247 A se refiere a una celda de electrólisis que comprende al menos un electrodo de difusión del gas.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN (DIVULGACIÓN DE LA INVENCIÓN)

[0009] La presente invención es una celda electrolítica que comprende un ánodo; un cátodo; una entrada y una salida que definen una dirección del flujo general de la solución en el celda electrolítica; y un primer separador dispuesto entre el ánodo y el cátodo, el primer separador orientado sustancialmente de forma transversal a la dirección del flujo general y que comprende una anchura menor que la anchura del ánodo y el cátodo; en la que el primer separador mejora la separación de la solución líquida y del gas producido por la electrólisis de la solución. Preferentemente, la celda electrolítica comprende además una cámara de recogida del gas que se extiende aproximadamente desde el primer separador hasta la parte superior de la celda electrolítica. Preferentemente, la celda electrolítica de la reivindicación 2 comprende además un segundo separador localizado corriente abajo y paralelo al primer separador, el segundo separador que comprende una pared vertical adyacente a la cámara de recogida del gas. Preferentemente la celda electrolítica comprende además una segunda cámara de recogida del gas que se extiende desde el segundo separador hasta la parte superior de la celda electrolítica. Preferentemente, el primer separador comprende un bloque de separación del gas que se extiende parcialmente dentro de la cámara de recogida del gas. Preferentemente, la celda electrolítica comprende además una cámara de salida y uno o más bloques de prevención de cortocircuitos que se extienden parcialmente dentro de la cámara de salida. Preferentemente, el nivel de la solución en la cámara de salida es menor que una altura de uno o más bloques de prevención de cortocircuitos. Opcionalmente, la celda electrolítica comprende además un colector de entrada para proporcionar un flujo uniforme de la solución en celda electrolítica a través de aproximadamente una anchura total de la celda electrolítica. Preferentemente, el primer separador comprende uno o más materiales seleccionados del grupo que consiste en un material no corrosivo, teflón®, vitón®, neopreno® y caucho. Preferentemente, el primer separador comprende tanto un material flexible como un material rígido. Opcionalmente, el primer separador define parcialmente las cámaras de electrólisis separadas dentro de la celda electrolítica, cada cámara comprende un puerto de entrada y un puerto de salida que definen una dirección de flujo dentro de la cámara que está en un ángulo o transversal a la dirección del flujo general.

[0010] La presente invención es también un método para mejorar la eficacia de la electrólisis, comprendiendo el método las etapas de hacer fluir la solución en una celda electrolítica en una dirección del flujo general; interrumpir un flujo de la solución con un separador orientado sustancialmente de forma perpendicular a la dirección del flujo general y que comprende una anchura menor que una anchura de la celda electrolítica; hacer que la solución fluya en un ángulo o transversal a la dirección del flujo general; electrolizar la solución, formando de este modo uno o más oxidantes y un gas; separar el gas de la solución, disminuyendo de este modo la concentración de gas en la solución; y recoger el gas cerca de un puerto de salida de la celda electrolítica mientras que la solución continúa fluyendo en el celda electrolítica. Preferentemente, el método comprende además incrementar una concentración de los oxidantes en la solución. Preferentemente, el método comprende además limitar una zona en la que el gas y el flujo de la solución en la dirección del flujo general a sólo una parte de la anchura de la celda electrolítica. Preferentemente, la etapa de separación comprende acumular el gas debajo del separador. Preferentemente, la etapa de separación comprende incrementar la conductividad eléctrica de la solución. Opcionalmente, el método comprende además la etapa de proporcionar un flujo uniforme de la solución que entra en el celda electrolítica a través de, aproximadamente, toda la anchura de la celda electrolítica. Preferentemente, el método comprende además la etapa de proporcionar uno o más bloques que se extienden por encima de los electrodos en la celda electrolítica para prevenir que la solución electrolizada retroceda entre los electrodos. Preferentemente, el método comprende además la etapa de ajustar la altura del puerto de salida sobre un nivel de la solución de modo que el nivel de la solución sea menor que una altura de los bloques. Preferentemente, la etapa de recogida comprende el fluir del gas separado sobre los bloques del puerto de salida. Opcionalmente, el método comprende además la etapa de proporcionar cámaras de electrólisis separadas. Opcionalmente, el método comprende además la etapa de los separadores para prevenir que alguno de los gases separados generados en una primera cámara de electrólisis fluya dentro de una segunda cámara de electrólisis.

[0011] Un objetivo de la presente invención es controlar el flujo del líquido y la distribución de las burbujas de gas, preferentemente, mediante la localización estratégica de las tiras de control de flujo, entre los electrodos del ánodo y del cátodo en una celda electrolítica.

[0012] Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un esquema de control del flujo para separar el gas de la solución líquida a granel.

[0013] Las ventajas de la presente invención incluyen la mejora de la conductividad de la solución electrolítica, el incremento de la producción y la concentración de oxidantes en la celda electrolítica, la mejora de la eficacia operativa, y la reducción del coste operativo del sistema. La mayor concentración de los oxidantes en la solución líquida a granel significa que, preferentemente, los tanques de almacenamiento de oxidante se pueden fabricar más pequeños para la energía de oxidación equivalente, y el tamaño de las bombas requeridas para la inyección o para la transferencia de los oxidantes al líquido para que se traten también pueden, preferentemente, ser más pequeñas, reduciendo de esta manera el coste de capital global de la instalación.

[0014] Otros objetivos, ventajas y características novedosas, y el alcance adicional de aplicabilidad de la presente invención se expondrán en parte en la descripción detallada que sigue, tomada junto con los dibujos adjuntos, y en parte serán evidentes para los expertos en la materia después del examen del texto siguiente, o puede aprenderse mediante la práctica de la invención. Los objetivos y las ventajas de la invención pueden realizarse y alcanzarse por medio de los instrumentos y las combinaciones señalados, particularmente, en las reivindicaciones adjuntas.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

[0015] Los dibujos adjuntos, que se incorporan y forman una parte de la especificación, ilustran varias realizaciones de la presente invención y, junto con la descripción, sirven para explicar los principios de la invención. Los dibujos son sólo para el propósito de ilustrar una forma de realización preferida de la invención y no deben interpretarse como una limitación de la invención. En los dibujos: la figura 1 es una vista de un conjunto de electrodos en una celda electrolítica.

La figura 2 es una vista en alzado de un electrodo en un celda electrolítica como se ve entre las placas de electrodo en la solución electrolítica que comprende dos flujos de fase con el líquido y el gas.

La figura 3 es una vista del espacio entre los electrodos en una celda electrolítica con un separador de flujo horizontal.

La figura 4 es una vista del espacio entre los electrodos en una celda electrolítica con múltiples separadores de flujo horizontales.

La figura 5 es una vista del espacio entre los electrodos en una celda electrolítica con un separador de flujo horizontal espaciados de manera uniforme en el compartimiento del electrodo.

La figura 6 es una vista del espacio entre los electrodos en una celda electrolítica con múltiples separadores de flujo horizontales en el compartimiento del electrodo.

La figura 7 es una sección transversal de una tira de separación del flujo dentro de una celda electrolítica.

La figura 8 es una vista del espacio entre los electrodos en una celda electrolítica con múltiples separadores de flujo horizontales en el compartimiento del electrodo.

DESCRIPCIÓN DE LAS REALIZACIONES PREFERIDAS

(MEJORES MODOS PARA REALIZAR LA INVENCIÓN)

[0016] La presente invención comprende una celda electrolítica con dispositivos de separación de líquido y gas para mejorar la eficacia operativa de las celdas electrolíticas, incluye pero no se limita a las celdas horizontales o de flujo ascendente. El método y el aparato se aplican a las celdas que comprenden o configuraciones de electrodos bipolares (electrodos intermedios) o mono polares.

[0017] Ciertas celdas electrolíticas aplican la energía eléctrica a una solución salina de haluro acuosa entre una placa de ánodo y una placa de cátodo para convertir la solución salina de haluro acuosa en los oxidantes que pueden usarse para la desinfección. Un producto natural de la electrólisis en un medio acuoso es el hidrógeno que se produce en la superficie del cátodo. La solución electrolítica puede fluir en una celda electrolítica ya sea horizontal, vertical o diagonalmente. En una configuración de flujo ascendente, el burbujas de hidrógeno, típicamente, fluyen hacia arriba en el misma dirección que el flujo del líquido, formando un flujo de dos fases. Cuando la solución de dos fases de flujo se mueve desde la parte inferior del espacio de la celda electrolítica hacia la parte superior del espacio de la celda electrolítica, la concentración de las burbujas de gas se incrementa, de esta manera la electrólisis afecta de forma diferente en la parte inferior de la celda que en la parte superior de la celda. Otros factores que afectan a la electrólisis en las celdas de flujo ascendente que dependen de la posición vertical en la celda, incluyen un incremento del perfil de temperatura del líquido a medida que el líquido se mueve desde la parte inferior hasta la parte superior y una concentración variable de la conductividad de la sal de haluro a medida que los iones de haluro se convierten electrolíticamente a oxidantes. En una celda electrolítica que utiliza un esquema de control para mantener una corriente constante, la densidad de corriente en diversos puntos en las superficies de los electrodos varía para mantener el flujo de corriente global dentro de la celda electrolítica. Todos estos efectos proporcionan un sistema complejo que impacta además en la densidad de corriente en cualquier punto de la superficie del electrodo, de esta manera influye en la eficacia operativa general del sistema.

[0018] La densidad de las burbujas del gas entre los electrodos del ánodo y del cátodo tiene un impacto importante en la conductividad de la solución de dos fases. Mediante el aislamiento, la separación o el control del gas en la solución de dos fases, puede mejorarse, preferentemente, la eficacia de la conversión electrolítica global. La evidencia de esta mejora de la eficacia operativa incluye, típicamente, un aumento en la concentración de oxidantes en la corriente del líquido que sale de la celda electrolítica. Ya que la producción global de oxidantes de una celda electrolítica se determina por la concentración de oxidante y la tasa de flujo de la solución líquida a granel, se puede determinar fácilmente la eficacia operativa del sistema. Los resultados experimentales en las celdas de flujo ascendente han demostrado un incremento en la concentración de oxidante, preferentemente, mayor que el 20%, más preferentemente, mayor que el 30%, incluso más preferentemente, más que el 40%, y lo más preferentemente, mayor que 50% en la misma tasa de flujo del líquido cuando las celdas electrolíticas de flujo ascendente se configuran con dispositivos de separación de flujo de la presente invención entre los electrodos del ánodo y del cátodo dentro de la celda.

[0019] La figura 1 es una vista básica de una celda electrolítica con electrodos orientados verticalmente y el flujo del líquido hacia arriba entre los electrodos. En funcionamiento normal, el ánodo 20 se opone directamente al cátodo 22. En una realización de la presente invención, la solución 24 salada de cloruro sódico entra en la celda electrolítica por la parte inferior, y los oxidantes 26 salen por la parte superior de la celda. La energía eléctrica se aplica al ánodo 20 y al cátodo 22 para electrolizar la solución 24 salada de cloruro sódico, produciendo de este modo los oxidantes 26. Preferentemente, el separador 28 de flujo se dispone entre el ánodo 20 y el cátodo 22 y hace que el gas y el líquido se desvíen al extremo derecho del espacio del electrodo entre el ánodo 20 y el cátodo 22. En la figura 1, no se muestra la carcasa de la celda electrolítica que limita la solución líquida y aloja al ánodo 20 y al cátodo 22. Será fácilmente evidente para los expertos en la materia que la solución salina puede consistir en cualquier sal de haluro, tal como el cloruro de sodio o el cloruro de potasio, y además, que estos beneficios pueden acumularse a otros procesos electrolíticos, tales como los usados para producir dióxido de cloro u otros oxidantes tales como los oxidantes mixtos. La figura 2 es una vista de la solución líquida entre el ánodo y el cátodo en la celda electrolítica tal como se define por los límites 30 del electrodo del cátodo. El líquido 36, que fluye hacia arriba en la celda, comprende unas pocas burbujas de gas como se demuestra mediante la región 32 oscura del electrolito. Cuando el líquido 36 fluye hacia arriba, la densidad de las burbujas de gas se incrementa y se produce el oxidante 34. La región que comprende el oxidante 34 está definida por la región clara en la parte superior de la celda. La región en la parte superior de la celda tiene una mucha mayor concentración de gas en la solución líquida que la región en la parte inferior de la celda.

[0020] En la realización de la presente invención mostrada en la figura 3, preferentemente, la celda 40 electrolítica comprende el puerto 42 de entrada y el puerto 44 de salida. Preferentemente, el espacio de canal del líquido entre los electrodos del ánodo y del cátodo dentro la celda 40 electrolítica incorpora el separador 46 líquido. Preferentemente, el electrolito 48 entra en la celda a través del puerto 42 de entrada y fluye, de manera aproximada, horizontalmente hacia la derecha a través del espacio entre el ánodo y el cátodo, durante el tiempo en que la electrólisis está ocurriendo, convirtiendo el electrolito 48 en la solución 50 oxidante. Sin embargo, preferentemente el electrolito 48 y las burbujas 58 de gas están bloqueados del flujo vertical por el separador 46 de líquido. Cuando las burbujas 58 de gas aumentan en el electrolito 48 dentro de la celda, las burbujas 58 de gas se acumulan bajo el separador 46 de líquido. Se producen dos fases del flujo de electrolito 48 y del gas 62 hacia arriba en el extremo derecho del separador 46 de líquido a través del canal 52 abierto. Debido a la flotabilidad del gas, preferentemente, las burbujas 60 de gas se separan de la solución líquida a granel y se acumulan en la parte superior de la celda 40 electrolítica. Preferentemente, el electrolito 48, durante la conversión a la solución 50 oxidante, fluye hacia la izquierda a través de la parte superior del separador 46 de líquido. Cuando el electrolito 48 continúa fluyendo entre el ánodo y el cátodo, las burbujas 60 de gas continúan produciéndose en el proceso y continúan acumulándose en la parte superior de la celda 40 electrolítica. Las regiones líquidas en la celda están definidas por las zonas 54 oscuras, y las regiones ricas en gas están definidas por las zonas 56 claras. Las dos fases de la solución 50 oxidante abandonan finalmente la celda 40 electrolítica a través del puerto 44 de descarga. Como las burbujas 62 de gas están separadas del electrolito 48 dentro de la celda 40 electrolítica, la conductividad eléctrica del electrolito 48, aumenta, preferentemente, en virtud de las regiones de líquidos más grandes y más densas definidas por las zonas 54 oscuras.

[0021] En la realización de la presente invención mostrada en la figura 4, preferentemente, la celda 41 electrolítica comprende el puerto 43 de entrada y el puerto 45 de salida. El espacio de canal del líquido entre los electrodos del ánodo y del cátodo dentro de la celda 41 electrolítica incorpora, preferentemente, los separadores de líquido. Preferentemente el electrolito 49 entra por el puerto 43 de entrada y fluye horizontalmente hacia la derecha a través del espacio entre el ánodo y el cátodo, durante el tiempo en que la electrólisis está ocurriendo, convirtiendo el electrolito 49 a la solución 51 oxidante. Preferentemente, el electrolito 49 y las burbujas 59 de gas se bloquean del flujo vertical mediante los separadores 47 de líquido. Cuando las burbujas 59 de gas se elevan en el electrolito 49 dentro de la celda, las burbujas 59 de gas se acumulan debajo del separador 47 de líquido. Las dos fases del flujo del electrolito 49 y del gas 63 fluyen hacia arriba en el extremo derecho del separador 47 de líquido inferior a través de canal 53 abierto. Debido a la flotabilidad de gas, preferentemente, las burbujas 63 de gas se separan de la solución líquida a granel y se acumulan en la parte superior de la celda 41 electrolítica. Preferentemente, el separador de líquido superior comprende la pared 65 vertical para facilitar la separación del gas 63 del electrolito 49 en la cámara superior.

[0022] Preferentemente, el electrolito 49 continúa fluyendo hacia la izquierda a través de la parte superior del separador 47 de líquido inferior en el compartimiento del medio de la celda 41 electrolítica. Cuando el electrolito 49 continúa fluyendo hacia la izquierda entre el ánodo y el cátodo, las burbujas 59 de gas que se continúan produciendo en el proceso y se acumulan en la parte inferior del separador 47 de líquido superior. El electrolito 49 continúa fluyendo hacia la izquierda y arriba alrededor del extremo izquierdo del separador 47 de líquido superior y en la cámara superior de la celda 41 electrolítica. Las regiones de líquido en la celda están definidas por las zonas 55 oscuras, y las regiones ricas en gas están definidas por las zonas 57 claras. Las dos fases de la solución 51 oxidante abandonan finalmente la celda 41 electrolítica a través del puerto 45 de descarga. Como las burbujas 63 de gas se separan del electrolito 49 dentro de la celda 41 electrolítica, la conductividad eléctrica del electrolito 49 se incrementa en virtud de las regiones de líquidos más grandes y más densas definidas por las zonas 55 oscuras.

[0023] En las celdas electrolíticas que tienen una configuración bipolar, hay múltiples electrodos dentro de la celda electrolítica. Con las celdas bipolares, las cámaras 61 de recogida del gas pueden acumular el gas de varios pares de electrodos y, preferentemente, los electrodos no se extienden dentro de las cámaras 61 de recogida del gas. Al evitar la presencia de electrodos en las cámaras 61 de recogida del gas, no ocurrirán cortocircuitos eléctricos entre los diferentes pares de electrodos o entre el ánodo primario y el cátodo en la celda bipolar.

[0024] En la realización de la presente invención mostrada en una vista en alzado en la figura 5, preferentemente, el separador 76 de líquido está centrado por igual de izquierda a derecha dentro de la celda 70 electrolítica. Preferentemente, la celda 70 electrolítica comprende el colector 72 de entrada y el colector 74 de salida. Preferentemente, el colector 72 de entrada comprende además los puertos 78, 80 de entrada. Preferentemente, el colector 74 de salida comprende además los puertos 82, 84 de salida. Preferentemente, el colector 72 de entrada comprende uno o más pasajes 94 de entrada que proporcionan una distribución uniforme y el flujo de electrolito 100 líquido a través de, aproximadamente, todo el ancho de la celda 70 electrolítica. En funcionamiento, los electrolitos 86, 88 entran, preferentemente, en la celda 70 electrolítica a través de los puertos 78, 80 de entrada en el colector 72 de entrada y a través de los pasajes 94 de entrada antes de entrar en el espacio entre el ánodo y el cátodo de la celda 70 electrolítica. Cuando el electrolito 100 líquido se electroliza entre los electrodos del ánodo y del cátodo de la celda 70 electrolítica, se genera gas en el cátodo. Con el gas mezclado con el electrolito 100 líquido, existen dos condiciones de flujo de fase. Cuando el electrolito 100 líquido continúa fluyendo hacia arriba en la celda, la concentración de gas en el electrolito 100 líquido se incrementa cuando el electrolito 100 líquido se convierte en oxidante. El electrolito 100 líquido con una concentración de gas baja se caracteriza por las regiones 96 de gas bajas. Cuando el electrolito 100 líquido se convierte en oxidante, la concentración de gas alta se caracteriza por las regiones 98 de gas altas. Cuando el electrolito 100 líquido fluye hacia arriba dentro de la celda 70 electrolítica, las dos fases de la solución líquida y del gas inciden en la parte inferior del separador 76 de líquido. El gas se dirige a ambos extremos del separador 76 de líquido, y el gas fluye hacia arriba en los pasajes 104 y 106 laterales. Preferentemente, las condiciones hidráulicas y de flotabilidad del gas dentro de la celda 70 electrolítica hacen que el oxidante 102 se acumule en el lado superior del separador 76 de líquido. El oxidante 102 continúa electrolizándose y las burbujas de gas continúan formándose cuando el oxidante 102 fluye hacia arriba en la celda 70 electrolítica, y finalmente en el colector 74 de salida. Preferentemente, los oxidantes 90, 92 se descargan del colector 74 de salida a través de los puertos 82, 84 del colector de salida.

[0025] En otra realización de la presente invención, mostrada en una vista en alzado en la figura 6, múltiples separadores 126 de líquido están dispuestos de izquierda a derecha dentro de la celda 120 electrolítica. Preferentemente, la celda 120 electrolítica comprende el colector 122 de entrada y el colector 124 de salida. Preferentemente, el colector 122 de entrada comprende los puertos 128, 130 de entrada. Preferentemente, el colector 124 de salida comprende los puertos 132, 134 de salida. Preferentemente, el colector 122 de entrada comprende uno o más pasajes 140 de entrada que proporcionan una distribución uniforme y el flujo del electrolito 142 líquido a través de, aproximadamente, toda la anchura de la celda 120 electrolítica. En funcionamiento, los electrolitos 136, 138 entran en la celda 120 electrolítica a través de los puertos 128, 130 de entrada en el colector 122 de entrada y a través de la pasajes 140 de entrada antes de entrar en el espacio entre el ánodo y el cátodo de la celda 120 electrolítica. Cuando el electrolito 142 líquido se electroliza entre los electrodos del ánodo y del cátodo de la celda 120 electrolítica, se genera el gas en el electrodo del cátodo. Con el gas mezclado con el electrolito 142 líquido, existen dos condiciones de flujo de fase. Cuando el electrolito 142 líquido continúa fluyendo hacia arriba en la celda, la concentración de gas en el electrolito 142 líquido se incrementa cuando el electrolito 142 líquido se convierte en oxidante. El electrolito 142 líquido con la concentración de gas baja se caracteriza por regiones 150 de gas bajas.

[0026] Cuando el electrolito 142 líquido se convierte en oxidante, la alta concentración de gas se caracteriza por las regiones 152 de gas altas. Cuando el electrolito 142 líquido fluye hacia arriba dentro la celda 120 electrolítica, las dos fases de la solución líquida y de gas inciden en la parte inferior de los separadores 126 de líquido. El gas se dirige a los extremos de los separadores 126 de líquido, y preferentemente, el gas 146 fluye hacia arriba a través múltiples pasajes 148. Preferentemente, las condiciones hidráulicas y de flotabilidad del gas dentro de la celda 120 electrolítica hacen que el oxidante 144 se acumule en el lado superior de los separadores 126 de líquido. El oxidante 144 continúa electrolizándose y las burbujas de gas continúan formándose cuando el oxidante 144 fluye hacia arriba en la celda 120 electrolítica, y finalmente en el colector 124 de salida. Preferentemente, los oxidantes 154, 156 se descargan del colector 124 de salida a través de los puertos 132, 134 del colector de salida.

[0027] La figura 7 muestra una sección transversal de una realización del separador 162 de líquido. Preferentemente, el separador 162 de líquido se une a ambos lados del electrodo 160 y preferentemente, se mantiene en su lugar con el botón 164 de conexión, preferentemente, a través de agujeros perforados a través del electrodo 160. Preferentemente, el separador 162 de líquido comprende un material no corrosivo, tal como el teflón®

o el vitón®. Preferentemente, el separador 162 de líquido comprende secciones 161 flexibles, que preferentemente se doblan y/o se comprimen para proporcionar una junta de líquido cuando se comprime entre los electrodos. Preferentemente también, el separador 162 de líquido comprende la sección 163 rígida para asegurar que los electrodos están espaciados de forma correcta. Una realización diferente de un separador de líquido comprende un material no corrosivo compresible tal como el neopreno® o el caucho que se mantiene en su lugar ya sea con un adhesivo resistente a la corrosión y/o botones 164 de conexión como se describió anteriormente.

[0028] La figura 8 muestra una sección transversal de otra realización de la presente invención. Preferentemente, el electrolito, indicado por la dirección 170 del flujo, entra en la celda 179 electrolítica a través del puerto 166 de entrada. A continuación, pasa a través de la primera cámara 178 de electrólisis que están separadas por los separadores 172 de líquido. Preferentemente, el separador de líquido obliga tanto al electrolito como al gas de manera aproximadamente horizontal y a través del primer puerto 173 de salida de la cámara de electrólisis. Debido a la flotabilidad, el gas se eleva como se indica mediante las flechas 177. A continuación, tanto el gas como el electrolito entran en la cámara 181 de separación del gas, preferentemente en la que no está ocurriendo la electrólisis, y el gas, debido a su flotabilidad inherente en el líquido, se separa del electrolito antes de que el electrolito entre en la segunda cámara 178' de electrólisis, preferentemente, a través del puerto 175 de entrada de la cámara de electrólisis. Preferentemente, esta separación se ayuda del bloque 176 de separación del gas, que trabaja para maximizar la distancia desde donde, finalmente, el gas puede moverse verticalmente en la cámara 181 de separación del gas y el puerto 175 de entrada de la cámara de electrólisis. Esto evita, preferentemente, que el gas se desplace en retroceso dentro de la cámara 178 de electrólisis, minimizando de esta manera la interferencia del gas con el resto del proceso de electrólisis. El electrolito se desplaza en retroceso a través de la segunda cámara 178' de electrólisis, que está limitada, preferentemente, en la parte superior e inferior por los separadores 172 de líquido. Se genera más gas dentro de la cámara 178' cuando el proceso de electrólisis continúa, pero este gas se separa como se ha descrito antes en la cámara 181' de separación del gas, ayudado por el puerto 173' de salida de la cámara de electrólisis, el puerto 175' de entrada de la cámara de electrólisis y el bloque 176' de separación del gas.

[0029] El nivel 168 de electrolito en la celda 179 electrolítica se determina, preferentemente, por la altura del puerto 167 de salida de la combinación de gas-electrolito en la cámara 183 de salida. El aumento de esta altura aumenta el nivel 168 de electrolito en la celda, y es preferible que el nivel 168 de electrolito sea suficientemente alto para proporcionar una buena cobertura de electrolito de los electrodos en la cámara 178" de electrólisis final, pero no tan alta que el electrolito esté por encima de los electrodos y de este modo, no sujeto a la electrólisis. Por encima del nivel 168 de electrolito, el gas de ambas cámaras 181, 181' de separación del gas se combina, preferentemente, con el gas de la tercera cámara 178'' de electrólisis y sale de la celda por el primer paso sobre los bloques 169 de prevención de cortocircuitos y a través del puerto 167 de salida de la combinación de gas-electrolito. El electrolito 170 se ve obligado a correr por todas las tres cámaras 178 de electrólisis para mantener el nivel 168 de líquido por debajo de la parte superior de los bloques 169 de prevención de cortocircuitos. Este largo camino, junto con la acción de separación del gas a lo largo de la celda electrolítica, mejora la eficacia y el rendimiento de la concentración de la celda electrolítica.

[0030] El electrolito puede cortocircuitarse desde la primera o segunda cámaras de separación del gas al combinarse el puerto 167 de salida de la combinación de gas-electrolito sobre la parte superior de los bloques 169 de prevención de cortocircuitos en el caso de que una o más de las siguientes condiciones sea verdad: a) la tasa de flujo de electrolito es demasiado alta, b) la combinación del puerto de salida gas-electrolito es demasiado alta, lo que permite al nivel 168 de electrolito ser demasiado alto, c) las cámaras 181, 181' de separación del gas son demasiado pequeñas, haciendo que la velocidad del líquido en ellas sea demasiado alta para permitir la adecuada separación del gas. Así, el nivel 168 de electrolito se optimiza, preferentemente, para proporcionar una cobertura de electrodo adecuada con el electrolito mientras que al mismo tiempo se mantiene el nivel 168 de electrolito por debajo de la parte superior del bloque 169 de prevención de cortocircuitos. La optimización de la altura del puerto 167 de salida de la combinación de gas-electrolito permite que el gas salga de las cámaras 181, 181' de separación del gas y fluya sobre la parte superior de los bloques 176, 176' de separación del gas y entre en el puerto 167 de salida de la combinación de gas-electrolito, mientras que el electrolito 170 fluye a través de todas las cámaras de electrólisis. Preferentemente, los separadores 172 de líquido y los bloques 176, 176' de separación del gas se mantienen en su lugar mediante un intercalado mecánico en línea recta a los soportes 171 de la placa del electrodo. También, los soportes 171 de la placa del electrodo pueden usarse para el espacio exacto y/o proporcionar el aislamiento eléctrico entre el primer y/o los electrodos intermedios. Además los separadores 172 de líquido comprenden, preferentemente, una forma que requiere que el gas desprendido en una cámara de electrólisis al elevarse por encima del puerto de entrada de la siguiente cámara de electrólisis, incremente de esta manera la eficacia de la separación de gases.

[0031] Aunque la realización mostrada en la figura 8 comprende tres cámaras de electrolisis (es decir, el electrolito pasa a través de los electrodos tres veces), se puede emplear cualquier número de cámaras de electrólisis desde 1 a 20, o incluso más. Sin embargo, los resultados más rentables se han obtenido con menos de 4 pasadas o cámaras.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una celda electrolítica bipolar de flujo ascendente que comprende:

-

una pluralidad de electrodos;

-

una entrada y una salida que define una dirección del flujo general de la solución en dicha celda electrolítica;

-

un primer separador dispuesto entre cada electrodo adyacente, estando orientado dicho primer separador sustancialmente de forma transversal a dicha dirección del flujo general,

-

dicho primer separador que mejora la separación de la solución líquida y el gas producido por la electrólisis de la solución, y

-

una cámara de recogida del gas orientada verticalmente que se extiende aproximadamente desde dicho primer separador hasta la parte superior de dicha celda electrolítica fuera de una extensión lateral de los electrodos intermedios;

-

opcionalmente, en la que dicho primer separador comprende un bloque de separación del gas que se extiende parcialmente dentro de dicha cámara de recogida del gas;

-

opcionalmente, que comprende además un segundo separador localizado corriente abajo de y paralelo a dicho primer separador, comprendiendo dicho segundo separador una pared vertical adyacente a dicha cámara de recogida del gas;

-

opcionalmente, que comprende además una segunda cámara de recogida del gas que se extiende desde dicho segundo separador hasta dicha parte superior de dicha celda electrolítica.
2.

La celda electrolítica de la reivindicación 1 que comprende además una cámara de salida; -opcionalmente que comprende además uno o más bloques de prevención de cortocircuitos que se extienden, parcialmente, dentro de dicha cámara de salida;

- opcionalmente, en la que un nivel de solución en dicha cámara de salida es menor que una altura de dichos uno o más bloques de prevención de cortocircuitos.
3.

La celda electrolítica de la reivindicación 1 que comprende además un colector de entrada para proporcionar un flujo uniforme de la solución dentro de dicha celda electrolítica a través de aproximadamente toda una anchura de dicha celda electrolítica.
4.

La celda electrolítica de la reivindicación 1 en la que dicho primer separador comprende uno o más materiales seleccionados del grupo que consiste en un material no corrosivo, teflón®, vitón®, neopreno® y caucho.
5.

La celda electrolítica de la reivindicación 1 en la que dicho primer separador comprende tanto un material flexible como un material rígido.
6.

La celda electrolítica de la reivindicación 1 en la que dicho primer separador define parcialmente las cámaras de electrólisis separadas dentro de dicha celda electrolítica, comprendiendo cada cámara un puerto de entrada y un puerto de salida que definen una dirección del flujo dentro de dicha cámara que está en un ángulo o transversal a dicha dirección del flujo general.
7.

Un método para mejorar la eficacia de la electrólisis, comprendiendo el método las etapas de:

-

hacer fluir la solución en una celda electrolítica bipolar de flujo ascendente en una dirección del flujo general; -interrumpir un flujo de la solución con un separador dispuesto entre cada electrodo adyacente y orientado

sustancialmente de forma perpendicular a la dirección del flujo general;

-

hacer que la solución fluya en un ángulo o transversal a la dirección del flujo general;

-

electrolizar la solución, formando de este modo uno o más oxidantes y un gas;

-

separar el gas de la solución, disminuyendo de este modo la concentración de gas en la solución;

-

recoger el gas en una cámara de recogida del gas orientada verticalmente que se extiende

aproximadamente desde el separador hasta una parte superior de la celda electrolítica fuera de una extensión lateral de los electrodos intermedios; y

-

recoger el gas cerca de un puerto de salida de la celda electrolítica mientras que la solución continúa fluyendo en la celda electrolítica.
8.

El método de la reivindicación 7 que comprende además la etapa de proporcionar cámaras de electrólisis separadas; opcionalmente en el que uno o más separadores previenen que algunos de los gases separados generados en una primera cámara de electrólisis fluyan en una segunda cámara de electrólisis.
9.

El método de la reivindicación 7 que comprende además incrementar una concentración de los oxidantes en la solución.
10.

El método de la reivindicación 7 que comprende además limitar un zona en la que el gas y el flujo de la solución en la dirección del flujo general a sólo una parte de la anchura de la celda electrolítica.
11. El método de la reivindicación 7 en el que la etapa de separación comprende acumular gas debajo del 5 separador.
12. El método de la reivindicación 7 en el que la etapa de separación comprende incrementar la conductividad eléctrica de la solución.

10 13. El método de la reivindicación 7 que comprende además la etapa de proporcionar un flujo uniforme de solución que entra en la celda electrolítica a través de, aproximadamente, toda la anchura de la celda electrolítica.
14. El método de la reivindicación 7 que comprende además la etapa de proporcionar uno o más bloques que se extienden por encima de los electrodos en la celda electrolítica para prevenir el retroceso de la solución electrolizada

15 entre los electrodos; opcionalmente comprende además la etapa de ajustar la altura del puerto de salida por encima de un nivel de solución de manera que el nivel de la solución es menor que la altura de los bloques; opcionalmente en el que la etapa de recogida comprende que el gas separado fluya sobre los bloques al puerto de salida.