FI60724B - Elektrolysapparat foer framstaellning av klor - Google Patents

Description

GjS^n ΓβΊ (111KUULUTUSJULKA,SU snrjrs* ΉΒΓφ IBJ (11) utläggningsskrift 60724 • C (45) Patentti mycnnetty 10 03 1932 . j Patent aeddelat V y ' (51) Kv.lk.3/lnt.CI.3 C 25 B 1/46 SUOMI-FINLAND (21) P»Unttlh«k»nwj* — P*t*nUrt*ekn»ng 762¾56 (22) Hak«mlsptlvi — Anaekntngtdtg 26.08.76 (23) Alkuptlvi—Glttl|h«ta4*| 26.08.76 (41) Tullut lulklttkil — Bllvlt offtntllf 01.03.77

Patentteja rekisterihallitus ..... .......... , .

_ ' (44) Nihttvitolpanon |· kuuLlulkalaun pvm. —

Patent- oeh rejisterstyrelsen Antdktn utltjd och utl.skrift«n publkund 30.11.8l (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus —Begird priorltet 2 9.0 8.7 5 ll.03.76 Saksan Liittotasavalta-Förbunds-republiken Tyskland(DE) P 2538U1U.9, P 261011¾.¾ (71) Hoechst Aktiengesellschaft, 6230 Frankfurt/Main 80, Saksan Liittotasavalta- Förbundsrepubliken iyskland(DE) (72) Werner Bender, Hofheim/Taunus, Dieter Bergner, Kelkheim/Taunus,

Kurt Hannesen, Kelkheim/Taunus, Helmut Hund, Königstein/Taunus,

Wilfried Schulte, Hofheim/Taunus, Saksan Liittotasavalta-Förbunds- republiken Tyskland(DE) (7¾) Oy Kolster Ab (5¾) Elektrolyysilaite kloorin valmistamiseksi - Elektrolysapparat för framställning av klor

Keksinnön kohteena on elektrolyysilaite kloorin valmistamiseksi alkalikloridivesiliuoksesta, jossa laitteessa anodi- ja katoditilat on erotettu toisistaan erotusseinällä, esim. välikalvolla tai ionien vaih-tokalvolla.

Saksalaisesta kuulutusjulkaisusta 1 421 051 tunnetaan monin-kertaiselektrolyysikenno, jossa grafiitti- tai platinametallianodien ja metallikatodien väliin on sovitettu asbestivälikalvo. Välikalvo, metallikatodit ja anodit muodostavat ns. asennusyksikön, joka pidetään kehyksen avulla välin päässä lähinnä seuraavasta yksiköstä. Välttämättömän tilan luomiseksi katolyyttejä varten on katodin anodia vasten oleva osa varustettu ulokkeella, joihin metallikudosverkolle vedetty välikalvo tukeutuu.

Saksalaisen hakemusjulkaisun 21 00 214 mukaan tunnetaan vastaavanlainen moninkertaiselektrolyysikenno, jossa ulokkeilla varustetut metallielektrodit on hitsattu parittain ja vierekkäiset elektro-diparit on erotettu toisistaan kalvon avulla. Kalvo tukeutuu tällöin 60724 vastakkaisten elektrodien ulokkeisiin. Näin syntyvissä kanavissa sijaitsee anolyytti tai katolyytti.

Tunnetuissa moninkertaiselektrolyysikennoissa on haitallista se, että poistettaessa käyttöhäiriöitä, kuten yksittäisten elementtien välisiä vuotoja, elektrodeissa tai erotusseinässä esiintyviä vaurioita, elektrolyysilaite täytyy aina tyhjentää ja täyttää uudelleen, mikä on sangen aikaa viepää ja kallista. Myöskään ei ole ilman muuta mahdollista ilman laitteen täydellistä purkamista paikallistaa käyttöhäiriön kohtaa ja ilman elementtien yksityisten tiivisteiden täydellistä purkamista ja täydellistä uudistamista saattaa elektrolyysilaitettä uudelleen käyttövalmiiseen tilaan.

Lisähaitta on nähtävissä siinä, ettei ole mitään mahdollisuutta johtaa syntyvää kaasua nopeasti pois toimivalta elektrodien yläpinnalta. Mitkään erilliset kaasunpoistokanavat eivät ole mahdollisia, niin että anolyyttistä ja katolyyttistä täytyy poistaa kaasu, sen jälkeen kun ne ovat poistuneet elektrolyysilaitteesta. Räjähdyksissä, jotka tällaisissa elektrolyyseissä eivät ole poissuljettavissa, tuhoutuu yleensä koko elektrolyysilaite.

Sen vuoksi on tehtävänä aikaansaada elektrolyysilaite, jolla ei ole yllä esitettyjä epäkohtia. Sen lisäksi on tehtävänä rakentaa elektrolyysilaite yksittäiskennoista siten, että yksittäisten kennojen tiheyttä, sähkökosketusten tilaa ja virranjakelua voidaan ilman muuta tarkkailla. Edelleen on toivottavaa, että yksittäisten kennojen tulisi olla sinänsä yksinään toimintakykyisiä, jotta ne voidaan korjattaessa helposti poistaa tai vaihtaa ilman koko elektrolyysilait-teen purkamista, niin että laitteen käyttö täytyy keskeyttää ainoastaan lyhytaikaisesti.

Edelleen on tehtävänä toisaalta parantaa kloorin ja anolyytin ja toisaalta alkalilipeän ja vedyn poistamista ja muotoilla yksittäisten elektrolyysikennojen kotelot sitä vastaavasti.

Tehtävät ratkaistaan keksinnön mukaisesti elektrolyysilait-teella kloorin valmistamiseksi alkalikloridivesiliuoksesta, jossa laitteessa on ainakin yksi elektrolyysikenno, joka muodostuu kotelosta, jossa on laitteet elektrolyysivirran ja elektrolyysin alkutuot-teiden sisäänjohtamiseksi ja elektrolyysituotteiden poisjohtamiseksi, ja johon laitteeseen anodi ja katodi on sovitettu toisistaan erilleen erotusseinän avulla, joka laite on tunnettu siitä, että 3 60724 a) kotelo muodostuu kahdesta kuorenpuoliskosta, b) elektrodit on yhdistetty sähköä johtavien pulttien avulla kuorenpuoliskoihin, jolloin pultit työntyvät kuorenpuoliskojen seinämän läpi ja niiden läpityöntyväliä päätypinnalla ovat virransyöttö-johdot ja laitteet virransyöttöjohtojen, kuorenpuoliskojen, elektrodien ja erotusseinien yhteenpuristamiseksi ja c) sähköä eristävien välikappaleiden välinen erotusseinä, jotka välikappaleet on sovitettu elektrodien elektrolyyttisesti aktiivisella sivulla olevien pulttien pidennykseen, on tiivlstyselement-tien avulla puristettu kuorenpuoliskojen reunojen väliin.

Katodit voivat olla rautaa, kobolttia, nikkeliä tai kromia tai jotakin niiden seosta ja anodit titaania, niobia tai tantaalia tai näiden metallien seosta tai metalli- tai oksidikeraamista ainetta. Sitä paitsi on anodit varustettu sähköä johtavalla, katalyyttisesti toimivalla päällysteellä, joka sisältää platinametallien ryhmän yhdisteiden metalleja. Elektrodien muodon ansiosta, jotka elektrodit muodostuvat lävistetystä materiaalista, kuten reikäpellistä, verkko-metallista, punoksesta tai ohuista pyörösauvarakenteista, ja niiden elektrolyysikennoon sovittamisen ansiosta voivat elektrolyysissä muodostuvat kaasut helposti päästä elektrodien takana olevaan tilaan. Tällä kaasunpoistolla elektrodiraosta aikaansaadaan kaasukuplavastuk-sen väheneminen elektrodien välillä ja siten kennojännitteen pieneneminen .

Kuorenpuoliskot voivat olla rautaa, rautaseoksia, valurautaa tai lasikuituvahvisteisia muoveja, kuten lasikuituvahvisteisia kyl-lästämättömiä polyesterihartseja, lasikuituvahvisteisia kloorattuja polyesterihartseja ja lasikuituvahvisteisia vinyyliesterihartseja, jolloin on otettava huomioon, että anodipuolen kuorenpuolisko valmistetaan klooria kestävästä aineesta.

Erotusseinänä tulevat kysymykseen kloorialkalielektrolyysissä tavanomaiset asbestivälikalvot tai ioninvaihtokalvot. Ionin-vaihtomateriaaliksi soveltuu esim. tetrafluorietyleenien ja perfluo-rivinyylieetterisulfonihappojen kopolymeraatti: -(cf2cf2)-(cf2cf)-(cf2cf2)-

R

R = -0-CF2-CF(CF3)-0-CF2-CF2S03H

, 60724

Sellaisten ioninvaihtokalvojen ekvivalenttipainot ovat välillä 900 ja 1600, edullisesti välillä 1100 ja 1500.

Nämä ioninvaihtokalvot estävät samoin kuin asbestivälikaivot vedyn ja kloorin sekoittumisen, mutta sallivat valikoivan läpäisevyytensä vuoksi ainoastaan alkalimetalli-ionien läpikulun katodi-tilaan, ts. ne estävät halogenidien siirtymisen katoditilaan ja hydroksyyli-ionien läpipääsyn anoditilaan. Näin saadaan käytännöllisesti ottaen suolaton lipeä, jota vastoin välikalvokennojen katolyytistä suola täytyy ensin poistaa monimutkaisella menetelmällä. Tämän lisäksi tulee se seikka, että vastakohtana asbest ivälilevy i lie i oni rivaihtokalvoil-la on mitoitukseltaan vakiot erotusseinät, jotka ovat myös kestävämpiä alkalihalogenidi-elektrolyysien agressiivisia väliaineita vastaan ja siten niillä on pitempi elinikä kuin asbestivälikalvoilla.

Elektrolyysilaite voi muodostua yhdestä elektrolyysikennosta, mutta myös useista peräkkäin kytketyistä kennoista, jolloin vierekkäisten kennojen sähkökosketus tapahtuu sähköä johtavien pulttien välityksellä.

Keksinnön eräässä toisessa suoritusmuodossa on jokaisessa kuorenpuoliskossa sylinterimäinen osa, johon kulloisenkin kuoren-puoliskon ja erotusseinän muodostamasta elektrolyysit!las ta aukeaa poistoaukko.

Keksinnön mukaista elektrolyysilaitetta selitetään kuvioiden yhteydessä suoritusesimerkin avulla.

Kuvio 1 esittää kaksi elektrolyysikennoa käsittävän elektro-iyysilaitteen poikkileikkausta.

Kuvio 2 esittää kuvion 1 yksityiskohtaa A.

Kuvio 3 esittää kuviossa 2 esitetyn yksityiskohdan A muunnelmaa .

Kuvio 4 esittää kuoren puoliskon perspektiivistä osakuvantoa osittain leikkauksena.

Kuvio 5 esittää elektrolyysitilan liitäntää kokoomajohtoon klooria ja anolyyttia tai vetyä ja natronlipeää varten.

Elektrolyysikennon kotelo muodostuu kuorenpuoliskoista 1 ja 10. Kuorenpuoliskot on varustettu laippamaisilla reunoilla 30, joiden väliin puristetaan tiivistyselementtien 14 avulla erotussei-nä 6. Luonnollisesti ovat myös muut menetelmät erotusseinän sovittu- 6 60724 miseksi mahdollisia. Elektrodit 3 ja 7 on yhdistetty sähköä johtavien pulttien 2 kautta kuorenpuoliskoihin 1 ja 10, jolloin pultit 2 kohoavat kuorenpuoliskojen seinämän läpi. Kuoren seinämän läpi työntyvässä pulttien päätysivussa 22 ovat virransyöttöjohdot 23 ja kiris-tyslaite 12. Kiristyslaite 12 muodostuu esim. U-muotoisesta kehyksestä, jonka toinen laippa on varustettu kiristysruuveilla 2'+, kun taas toisessa laipassa on tukipultit 25. Pulttien 2 pidennykseen on elektrodien 3 ja 7 elektrolyyttisesti aktiiviselle sivulle sovitettu sähköä eristävät välikappaleet 5. Pultit 2 voivat joko olla sovitetut kuo-renpuolikkaisiin (kuvio 3) tai ne on yhdistetty elektrodeihin (kuvio 2) Siinä tapauksessa, että kuorenpuoliskot ovat metallia, ne voidaan sovittaa suoraan niihin.

Kennon asentaminen, jolla on kuvioita 1 ja 2 vastaavat rakenne-elementit, tapahtuu siten, että pultit 2, jotka on yhdistetty kiinteästi elektrodeihin 3 ja 7 (hitsattu, ruuvattu tai niitattu), pistetään kuorenpuoliskoissa olevien vastaavien aukkojen 26 läpi ja kuorenpuoliskot kiinnitetään pulttien 2 päälle ruuvatuilla muttereilla 27. Viitemerkinnät 28 ja 29 tarkoittavat tiivisteitä pulttien 2 tiivistämiseksi. Kuvion 3 mukaisen muunnelman mukaisesti on pultit upotettu kuorenpuolikkaaseen 1 tai sovitettu kuorenpuolikkaalle 10. Välikappaleet 5 ja elektrodit 3 ja 7 yhdistetään ruuveilla 8 tai pistoliitoksilla 9 kuorenpuolikkaisiin. Viitenumero 4 tarkoittaa tässä kohdassa olevaa elektrodien 3 ja 7 tukea. Näin asennetut kennon-puoliskot varustetaan mahdollisesti välikappaleilla 5, tiivisteillä 14 ja erostus seinällä 6 ja ne ruuvataan reunoista yhteen ruuveilla 13. Asennettu elektrolyysikenno voidaan, mikäli halutaan, nyt täyttää elektrolyysin alkutuotteella, ennen kuin se asetetaan kiristyslait-teeseen 12, jossa on jousilla 11 kuormitettuja kiristysruuveja 24. Viitenumeroilla 15 ja 16 on ilmaistu syöttöjohtoja elektrolyysin alkutuotetta varten. Käytettäessä alussa selitetynlaisia ionin-vaihtokalvoja johdetaan anoditilaan elektrolyysin alkutuotteena alkalikloridiliuosta ja katoditilaan vettä tai laimennettua alkali lipeää. Jos käytetään mikrohuokoisia läpivirtausvälikalvoja, kuten esim. asbestivälikalvoja tai muovisia välikalvoja, tuiojohto katoditilaan jää pois ja muiden tulojohtojen kautta syötetään alkalihalogeeni-liuosta anoditilaan. Putkijohdot 17 ja 18 toimivat kloorin ja vedyn poistamiseksi ja putkijohdot 19 ja 20 anolyyttia ja katolyyttia varten. Viitenumero 21 merkitsee eristimiä.

6 60724

Ammemaiset kuorenpuoliskot 1, 10 ruuvataan kiinni laippamai-sista reunoistaan 30, jotka on vahvistettu kehyksillä 31. Reunojen väliin on tiivistyselementeillä puristettu erotusseinä (ei-esitetty). Viitenumero 32 tarkoittaa porausreikiä kuorenpuoliskojen kiinniruu-vaamiseksi. Erotusseinä ja kukin kuorenpuolisko 1, 10 ympäröivät elektrolyysitilaa, jossa elektrodi sijaitsee. Tähän tilaan johdetaan alhaaltapäin elektrolyysin alkutuotetta, siis anoditilaan alkaliklo-ridiliuosta ja katoditilaan vettä tai laimennettua alkalilipeää. Ano-lyytit ja halogeenit ja vastaavasti alkalilipeä ja vety johdetaan kunkin tilan päässä poistoaukon 33 läpi sylinterimäiseen osaan 34-. Osa 3H on liitetty kokoomajohtoon 35 (kompensaattoriin tai sentapaiseen). Liitos voidaan aikaansaada irrallisilla laipparenkailla 36, 36a ja ruuveilla 37. Tällaisella liitännällä kulloiseenkin kokooma-johtoon on yksinkertaista poistaa yksittäiset elektrolyysikennot elektrolyysilaitteesta, tarvitsematta tähän laajoja asennustöitä. Tällaisella kytkennällä on ainoastaan etuja kuviossa 1 esitettyyn putkitukseen nähden.

Useita elektrolyysikennoja käsittävissä elektrolyysilaitteis-sa on vierekkäisten kennojen anodit ja katodit yhdistetty sähköisesti pulttien 2 avulla, niin että laite on aito kaksinapainen elektro-lyysilaite.

Claims (4)

60724

1. Elektrolyysi-laite kloorin valmistamiseksi alkalikloridi-vesiliuoksesta, jossa laitteessa on ainakin yksi elektrolyysikenno, joka muodostuu kotelosta (1, 10), jossa on laitteet elektrolyysi-virran ja elektrolyysin alkutuotteiden sisäänjohtamiseksi. ja elektrolyys.ituotteiden pois johtamiseksi, ja johon laitteeseen anodi, ja katodi (3 ja 7) on sovitettu erotusseinän (6) avulla erilleen toisistaan, tunnettu siitä, että a) kotelo muodostuu kahdesta kuorenpuol.iskosta (1, 10), b) elektrodit (3, 7) on yhdistetty sähköä johtavien pulttien (2) avulla kuorenpuol.iskoihin (1, 10), jolloin pultit (2) työntyvät kuorenpuoliskojen (1, 10) seinämän läpi ja niiden läpityönty-vällä päätypinnalla (22) ovat virransyöttöjohdot (23) ja laitteet (12) virransyöttöjohtojen (23), kuorenpuoliskojen (1, 10), elektrodien (3, 7) ja erotusseinän (6) yhteenpuristamiseksi ja c) sähköä eristävien välikappaleiden (5) välinen erotus-seinä (6), jotka välikappaleet on sovitettu elektrodien elektrolyyttisesti. aktiivisella sivulla olevien pulttien (2) pidennykseen, on tiiv.istyselementtien (14) avulla puristettu kuorenpuoliskojen (1, 10) reunojen väliin,

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen elektrolyysilaite, tunnettu siitä, että kummassakin kuorenpuoliskossa (1, 10) on sylinterimäinen osa (34), johon aukeaa poistoaukko (33) kulloisenkin kuorenpuoliskon (1, 10) ja erotusseinän (6) muodostamasta elektrolyysitilasta.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen elektrolyysilaite, tunnettu siitä, että erotusseininä (6) käytetään ionien vaihto-kalvoja,

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen elektrolyysilaite, tunnettu siitä, että erotusseininä (6) käytetään mikrohuokoisia läpivirtausvälikalvoja,