FI56705C - Kvicksilverelektrolyscell foer kloralkalielektrolys - Google Patents

Description

fTS=7] rBl KUULUTUSJULKAISU .....

jjSTji l J (11) UTLÄGGNINCSSKRIFT bo705 ^45) Patentti sySr'rtty 10 05 1930 Patent aeddelat T ^ (51) Kv.ik.'/Int-Ci.* C 25 B 11/02 C 25 B 1/40 SUOMI — FINLAND (21) Pltenttlh,lk»mu* — P«t«rt»n*eknlnf kjl/jh (22) HakamlipUvl — Ameknlngfdtg 19.02-7^

(23) Alkuptlvi—Glltifhacadag 19.02.7U

(41) Tullut JulktMlul — Bllvlt offwitllg 3O.ll.7U

Patentti· ja rekisterihallitus (44) NihavUdpanoo ). kuuL|u.k*un pvm.-

Patant- och registerstyrelaen Aniskin utl»|d och utl.ikrtftin publkand 30.II.79 (32)(33)(31) Pyydetty atuoikaua—Bajlrd prlorltet 29.05.73

Saksan Liittotasavalta-Förbundsrepubliken Tyskiand(DE) P 2327303.2 (71) Metallgesellschaft Aktiengesellschaft, Reuterweg lU, 6 Frankfurt am Main, Saksan Liittotasavalta-Förbundsrepubliken Tyskland(DE) (72) Karl Lohrberg, Heusenstamm, Gunther Haas, Weisskirchen, Jurgen Muller, Frankfurt am Main, Saksan Liittotasavalta-Förbundsrepubliken Tyskland(DE) (7U) Oy Kolster Ab (5U) Elohopea-elektrolyysikenno kloorialkaalielektrolyysiä varten - Kvicksilver-elektrolyscell för kloralkalielektrolys

Keksinnön kohteena on kaltevapohjainen elohopea-elektrolyysikenno kloorialkaalielektrolyysiä varten varustettuna kennon pohjan suuntaisilla erillisillä anodeilla, joiden alapinnalle on tehty elohopean virtauksen suuntaiset kanava- tai uramaiset syvennykset, joissa sooli virtaa kunkin anodin alitse.

On tunnettua, että kloorialkaalielektrolyysissä elektrodijännite kaasua-muodostavalla anodilla on korkeampi kuin mitä termodynaamiset tasapainoehdot edellyttäisivät. Tämä osan ylijännitteestä muodostava ilmiö selittyy siten, että elektrolyysissä muodostuvat kaasukuplat peittävät osan anodin pinnasta ja estävät virran kulun. Samalla virtaa virran suuruuden ollessa etukäteen annetun suuruinen viereisten anodin kohtien lävitse vastaavasti suurempi virta. Tämä osittainen virtatiheyden kasvu johtaa pakosta jännitteen kasvuun tällä alueella, ja käytännöllisesti katsoen muuttuu kvantitatiivisesti lämmöksi ja aiheuttaa anodipinnan lämpenemisen. Koska anodin pinnalla oleva kaasutyyny estää nopean lämmönvaihdon elektrolyytin kanssa, johtuu tämä lämpö pois verraten huonosti. Viime kädessä muodostuu elektrodin pinnalle erittäin pienille alueille lämpötiloja, jotka teknisessä elektrolyysissä voivat nousta huomattavasti yli 100°C ja saattavat aiheuttaa 2 S6705 korrosioilmiöitä anodilla.

On tehty useita esityksiä, joiden tarkoituksena on ollut poistaa tämä taloudellisesti epäedullinen ylijännite ja vähentää elektrodin pinnan vaurioitumista. Tällöin varustetaan anodi lukuisilla sylinterimäisillä aukoilla tai myös raoilla, joiden tarkoituksena on johtaa muodostunut kloorikaasu mahdollisimman nopeasti pois (DT-OS 1 66? 812, 1 792 183, GB-PS 1 229 U02). Tällöin on kaasun läpäisemä poikkipinta-ala tavallisesti suuruusluokaltaan 15-35 %· Suurempia kaasunläpäisypoikkipinta-aloja pyritään välttämään, koska tällöin tehollinen virta-tiheys kasvaisi liian suureksi ja sen seurauksena läpäisy-ylijännite kasvaisi. Sama tarkoitus on lukuisilla esitetyillä metallianodirakenteilla, esimerkiksi metalli-verkoiksi, rakolevyiksi tai kangasmaisesti kudotuiksi tehdyillä rakenteilla.

Mainituissa esityksissä nousee kaasu lyhyintä mahdollista tietä elektrolyytin pinnalle. Tällöin kaasun elektrolyytin hydrostaattisesta paineesta saama potentiaalinen energia häviää epäsäännöllisellä tavalla, tai paremminkin elektrolyytti joutuu kaikkiin suuntiin pyörremäiseen liikkeeseen. Ei myöskään voida välttää sitä,' että elektroditila sisältää sooliksi dispergoituneita kaasukuplia.

DT-GM 7 207 89I* esittää parannuksen läpikulkukanavien muotoiluun elektrolyysissä muodostunutta kaasua varten. Tällöin laajennetaan läpikulkukanavia ainakin elektrodin yhden pinnan läheisyydessä. Erikoisesti käytetään venturimaisia kanavia. Vaiklokin tämä ehdotus tuo mukanaan jo huomattavia edistysaskeleita, ei senkään avulla voida välttyä siltä, että läpikulkukanavasta poistuva kaasu joutuu elektrodi-tilaan virtaavan nesteen imualueelle ja siirtyy siihen.

Toisessa menetelmässä käytettäessä virtaavia elohopeakatodeja alkaalisuo-lojen elektrolyysiin ovat kennon kansi ja pohja yhdensuuntaiset ja samalla kohtaa kallistetut 2-85° suuruiseen kulmaan vaakatason suhteen ja kenno on täytetty käytännöllisesti katsoen korkeimpaan kulmaansa elektrolyytillä (DT-AS 1 U67 237)· Tämän järjestelyn tarkoituksena on siirtää kaasukupliin sisältyvä liikevoima elektrolyyttiin ja muodostaa elektrolyysikennoon kiertoliike, joka huuhtelee kaasu-kuplat nopeasti anodilta. Tässä yhteydessä on mainittu tarkoituksenmukaisten per-foroitujen anodien käytön lisäksi uurrettujen tai raoilla varustettujen anodien käyttömahdollisuus kaasukuplien poistamiseksi anodilta. Tässä menetelmässä on kuitenkin se epäkohta, että se edellyttää suurta rakennuskorkeutta ja että kennon täyttämisen vuoksi korkeimpaan kulmaansa, esiintyy tiivistysvaikeuksia kennon kannen kohdalla, jotka suurenevat kennon kallistamisen kasvaessa hydrostaattisen paineen vaikutuksesta. Myöskään tässä ei voida välttää sitä, että elektrolyytin imuvaikutuk-sen vuoksi nousevat kaasukuplat joutuvat takaisin elektroditilaan. Lisäksi estää anodien yläpuolella olevassa kennon osassa pakosta muodostunut elektrolyytin kierto 56705 anodien alapuolella muodostuneen kaasun vapaan poisvirtauksen.

SE-patenttijulkaisussa 1UU 290 on esitetty menetelmä ja laite vesipitoisten alkaalisulfaattiliuosten elektrolyyttiseksi dispergoimiseksi. Tässä laitteessa virtaa tuore elektrolyytti anodilaatikoiden ulkopuolelta, dispergoituu ja kohoaa siinä ja poistuu anodilaatikosta erillisen ylijuoksukohdan kautta. Liuosten syöttö ja poisto yksittäisistä kennoista on siten järjestetty lisälaitteiden avulla.

Keksinnön tehtävänä on välttää tunnetut epäkohdat ja aikaansaada kenno, jossa voidaan välttyä lisälaitteiden käytöltä ja joka erikoisesti tekee mahdolliseksi häiriöttömän soolin liikkeen yhdessä muodostuneen kloorikaasun suuren poisto-tehon kanssa ja jolloin vältytään tähän mennessä esiintyneistä korroosiovaikeuksista anodeilla tai ainakin niitä voidaan vähentää erittäin paljon.

Tehtävä ratkaistaan siten, että anodien urien pohjien kulma anodien ja vaakatason suhteen sekä mahdolliset erotusseinämät on järjestetty siten, että anodien väliin muodostuu erilliset tilat soolin tulovirtausta varten elektrodi-tilaan ja kloorin ja soolin dispersion poistoa varten, millä estetään haitallinen sekoittuminen.

Keksintö voidaan toteuttaa eri tavoin. Esimerkiksi voidaan käyttää anodeja, joiden kanava- tai uramaiset syvennykset pysyvät samoina, s.o. käytetään esimerkiksi grafiittianodeja, jotka on uurrettu samaan syvyyteen, jolloin elektrolyytti virtaa eri suuntaan kuin elohopea, jos kulloinkin likimain kahden vierekkäisen anodin keskiväliin on asennettu erotusseinämä. Tämä erotusseinämä estää silloin anodin syvennyksistä tulevan kaasu-sooli-dispersion sekoittumisen soolin kanssa, joka on tulossa viereisen anodin ja elohopean muodostamaan elektroditilaan.

Toisessa, myös erotusseinämin toimivassa toteutuksessa suurenevat kanavien korkeudet elohopean virtaus s uumassa siten, että kaasu-sooli-dispersio virtaa elohopean suuntaan. Tässä tapauksessa vahvistuu kaasu-sooli-virtaus samansuuntaisen elohopeavirtauksen ansiosta.

Erikoisen edullinen toteutusmuoto saadaan silloin, kun kanava- tai uramaisten syvennysten pohjat vierekkäisissä anodeissa on·kallistettu vaakatasoon nähden vastakkaisiin suuntiin. Tällöin vuorottelevat anodiketjussa kloorin poisto ja soolin tulo joka toisessa anodin välissä. Tällöin estetään poistuvan kaasu-sooli-dispersion ja elektroditilaan saapuvan soolin sekoittuminen myös ilman erotus-seinämää erikoisen yksinkertaisella tavalla yksinomaan anodin pituuden määräämän syöttö- ja poistokohtien välimatkan avulla.

Kanava- tai uramaisten syvennysten tulisi tarkoituksenmukaisesti käsittää 20-80 %t edullisesti U0-60 % anodien alapuolisesta kokonaispinta-alasta. Valmistusteknillisistä syistä tehdään syvennykset säännöllisesti yhtä leveiksi.

li 56705

Keksintöä voidaan käyttää kaikkiin tavanomaisiin anodien rakennemateri-aaleihin. Edullisesti käytettäviin, hiileen perustuviin anodeihin, kuten grafiittiin, tehdään syvennykset yksinkertaisimmin jyrsimällä. Metallianodeihin, esimerkiksi pinnaltaan aktivoituun titaaniin, valmistetaan syvennykset tarkoituksenmukaisesti vastaavan muotoilun, kuten valssauksen tai puristuksen avulla ennen aktivointia.

Syvennyksiä tehtäessä on kuitenkin otettava huomioon, että vältetään koko anodin paksuuden lävitse ulottuvat murtumat ja reiät. Ne vaikuttavat haitallisesti suunnattuun ja siten nopeaan kaasu/sooli- tai soolivirtaukseen muodostamalla pyörrevirtauksia.

Keksintö sallii matalien elohopea-elektrolyysikennojen käytön. Niiden asennus on riippumaton kennon kallistuksesta. Kennotilan yläosa (kansitila) on kokonaan kloorikaasun täyttämä niin, että ei esiinny tiivistysvaikeuksia. Alipainetta käyttämällä voidaan kloorin vuoto estää varmuudella.

Anodien alapuolella ylläpidetään suuruusluokkaa noin 1 m/sek. olevaa kaasu/sooli-virtausnopeutta niin, että kaasukuplien kiinnittyminen estyy ja taataan yhtenäinen lämpötila koko anodin pinnalla. Suuri virtausnopeus huolehtii lisäksi anodien optimaalisesta jäähdytyksestä.

Keksintöä esitellään esimerkin vuoksi ja lähemmin mukaanliitettyjen piirrosten avulla. Kaaviollisesti havainnollistaa kuva 1 elohopea-elektrolyysikennoa varustettuna anodeilla, joiden kanava-tai uramaiset syvennykset ovat vakiosyvyisiä ja joiden käyttö vaatii erotusseinämät, kuva 3 elohopea-elektrolyysikennoa varustettuna anodeilla, joiden kanava-tai uramaiset syvennykset syvenevät elohopean virtaussuunnassa ja kuva 5 elohopea-elektrolyysikennoa varustettuna anodeilla, joiden kanava-tai uramaisten syvennysten pohjat vaakatasoon nähden muodostavat vastakkaissuuntaisen kallistuman.

Kuvat 2, 1+ ja 6 esittävät kanava- tai uramaisten poikkileikkaukseltaan suorakulmaisten syvennysten kulun kuvien 1, 3 ja 5 mukaisissa kahden vierekkäisen anodin yhdistelmässä yksinkertaistettuina, suurennettuina poikkileikkauksina.

Kuvien 1, 3 ja 5 elektrolyysikennojen kennopohjat 1 ovat yhtenäiset ja aikaansaavat elohopean virtauksen vasemmalta oikealle. Anodit 2 on johdettu tavallisella tavalla varsien 3 välityksellä kennokannen U lävitse. Sooli rajoittuu suunnilleen katkoviivalla 5 merkitylle tasolle.

Kuvassa 1 on anodien 2 työpinnalle tehty tasasyvyiset urat 6, joiden poikkileikkaus on suorakulmainen. Anodien 2 kaltevuuden ollessa sama kuin kennonpohjan, virtaa elektrolyysissä muodostunut kloorikaasu dispersion muodossa vasemmalle, siirtyy anodin reunalle ja joutuu lopuksi kaasutilaan J. Tuoretta, kloorikaasusta 5 56705 vapautunutta soolia johdetaan jatkuvan kiertoliikkeen avulla elektrodillaan 8. Erotusseinämän 9 avulla muodostetaan erillisiä alueita kloorin poistoa ja soolin syöttöä varten. Tällöin estetään tehokkaasti, ettei kaasu-sooli-dispersio elektrodi-tilasta 8 joudu viereiselle anodille 2 viilaavaan sooliin ja seuraa sitä.

Kuvan 3 (kuvan U) mukaisten anodien 2 syvennykset 6 tulevat syvemmiksi elohopean virtaussuunnassa. Tässä tapauksessa suuntautuu kaasu-sooli-dispersion virtaus oikealle. Tässä toteutusmuodossa kasvaa dispersion virtausnopeus elohopea-virtauksesta aiheutuvan liikekomponentin vuoksi. Muuten huolehtii myös tässä erotus seinämä. 9 siitä, että kaasu-sooli-dispersiota elektroditilasta 8 ei pääse viereiseen anodiin 2 virtaavaan sooliin ja joudu sen mukana liikkeeseen.

Kuvan (kuva 6) mukaisessa keksinnön toteutusmuodossa ei käytetä erotus-seinämää 9· Syvennykset 6 jokaisessa vierekkäisessä anodissa on tehty siten, että niiden pohjat vaakatasoon nähden muodostavat vastakkaissuuntaisen kallistuman.

Tämä järjestely aikaansaa sen, että kaasu-sooli-dispersio ensimmäisen anodin 2 kohdalla virtaa oikealle ja sen viereisten anodien 2 kohdalla vasemmalle. Dispersio poistuu yhteisiin kaasuntuloalueisiin 10. Soolin tulovirtaus tapahtuu anodipituuden erottamien soolin tulovirtaustilojen 11 kautta, s.o. kuvassa toiselle anodille 2 oikealta, kolmannelle anodille 2 vasemmalta. Anodipituuden toisistaan erottamien kaasu-sooli-dispersion poistovirtausten ja soolin tulovirtausten vuoksi pois-suljetaan varmuudella kaasun joutuminen elektroditilaan 8 virtaavaan sooliin.

Claims (3)

56705 6

1. Kaltevapohjainen elohopea-elektrolyysikenno kloorialkaalielektrolyysiä varten varustettuna kennon pohjan suuntaisilla erillisillä anodeilla (2), joiden alapinnalle on tehty elohopean virtauksen suuntaiset kanava- tai uramaiset syvennykset (6), joissa sooli virtaa kunkin anodin alitse, tunnettu siitä, että anodien urien pohjien kulma anodien ja vaakatason suhteen sekä mahdolliset erotusseinämät (9) on järjestetty siten, että anodien (2) väliin muodostuu erilliset tilat soolin tulovirtausta varten elektroditilaan (8) ja kloorin ja soolin dispersion poistoa varten, millä estetään haitallinen sekoittuminen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen elektrolyysikenno, tunnettu siitä, että käytettäessä anodeita (2), joiden kanava- tai uramaiset syvennykset (6) pysyvät samanlaisina, vierekkäisten anodien (2) väliin on asennettu erotusseinämät (9)·

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen elektrolyysikenno, tunnettu siitä, että anodeihin (2) on tehty elohopean virtauksen suunnassa syvenevät kanava- tai uramaiset syvennykset (6) ja että anodien (2) väliin on asennettu erotusseinämät (9). 1*. Patenttivaatimuksen 1 mukainen elektrolyysikenno, tunnettu siitä, että kulloinkin vierekkäisten anodien (2) kanava- tai uramaisten syvennysten (6) pohjat vaakatasoon nähden omaavat vastakkaissuuntaisen kaltevuuden. 5« Yhden tai useamman patenttivaatimuksen 1-U mukainen elektrolyysikenno, tunnettu siitä, että kanava- tai uramaiset syvennykset (6) käsittävät 20-80 %t edullisesti i*0-60 %t anodien alapinnasta.