FI65282B - Elektrokemisk anordning och foerfarande foer tillverkning av halater - Google Patents

Description

RSSF^l M <11)KUU.LUTUSJULKA,SU

ΑΙΑ l J 1 ' UTLAGGNINGSSKIMPT OOZO^ •*Aħ Patent aeddelat ^ ’ ^ (51) KMt/incci.3 C 25 B 9/00, 1/26 SUOMI—FINLAND (21) -ρκμκμμΜι**! 800232 (22) HakwihpIMI—Aw5fc»>lm^n 28.01.80 ' ' (23) AlkupUvi—GHtl|M«ada( 28.01.80 (41) Tuttut luUdMlcal — Mvk offwKNf 03.08 80

Patentti· ja rekisterihallitut ___________

Patent, och ragisterstyralsMt (44) !£££% 30.12.83 (32)(33)(31) *n***r «a*"»-* t«t«N ***** 02.02.79 USA(US) ΟΟ8725 (71) Occidental Chemical Corporation, P.0. Box 139» Niagara Falls, New York 11*302, USA(US) (72) Chester R. Navrot, Depew, New York, USA(US) (7*0 Berggren Qy Ab (5*0 Sähkökemiallinen laitteisto ja menetelmä halaattien valmistamiseksi -Elektrokemisk anordning och förfarande för tillverkning av halater Tämä patenttihakemus koskee laitteistoa halaatin, erityisesti natriumkloraatin valmistamiseksi. Tarkemmin sanoen se koskee sellaista laitteistoa, joka kykenee toimimaan tehokkaasti pienillä virrantiheyksillä, joka käsittää suuremman lukumäärän elektrodipareja kuin aikaisemmisn on käytetty saman kapasiteetin omaavissa kennoissa ja joka toimii pienemmällä virrantiheydellä. Tällainen laitteisto voidaan valmistaa modifioimalla korkeanman virrantiheyden omaavaa sähkökemiallista halaat-tikennoa. Keksintö koskee menetelmää tällaisen muutoksen suorittamiseksi ja kloraatin tuottamiseksi tehokkaammin pienemmillä virrantiheyksillä.

Sähkökemialliset laitteet ja menetelmät kloraattien ja erityisesti natriumkloraatin valmistamiseksi ovat hyvin tunnettuja ja kaupallisesti laajasti käytettyjä tällaisten yhdisteiden valmistukseen. On tunnettua valmistaa klooria ja natriumhyd-roksidia suolaliuoksen elektrolyysillä ja valmistaa natriumhypokloriittia näiden tuotteiden reaktiolla kun mitään diafragmoja tai rtiembraaneja ei käytetä elektrolyysikennossa ja on tunnettua, että hypokloriitti on muutettavissa natrium- 2 65282 kloraatiksi ja natriumkloridiksi, joista jälkimmäinen voidaan palauttaa elektrolyysiprosessiin.

US-patentissa 3732153 paljastetaan kloraattikenno, jossa yksinapaiset dimensiostabiilit anodit on sijoitettu katodien ympärille yksiköiksi, tällaisen anodien ja katodien välissä kehittynyt, kaasua ja neste-elektrolyyttiä sisältävä reaktio-tuote kerätään tällaisten yksikköjen yläosassa olevaan kammioon ja johdetaan ylöspäin kanavan läpi, kaasu poistetaan kennon yläosasta ja elektrolyytti kierrätetään alaspäin välilevyillä varustettujen kanavien läpi elektrodiyksikköjen yläosien lähelle ja sitten välilevyttömien kanavien läpi yksiköiden välistä kennon pohjalle, josta se kulkee ylöspäin elektrodien välissä. 7US-patehtiss1a 37323Jj3 . on alan aikaisemmin tunnetuista lähinnä tätä keksintöä, vaikka patentin käsittelyn aikana mainittuja kirjallisuusviitteitä (US-patentit 3291714; 3475313; 3553088; 3574095 ja 3657102 ja ranskalainen patentti 1284779) voidaan myös pitää rajoitetussa määrin asiaan kuuluvina.

Tämä keksintö on tärkeä parannus amerikkalaisen patentin 3732153 laitteisiin ja menetelmiin nähden, kun kuten nykyään sähköenergian säästö on elintärkeää. Se tarjoaa käytettäväksi keinon valmistaa helposti pienemmän virrantiheyden omaava kloraattikenno, jolla on suurempi käyttöhyötysuhde samalla virta-arvolla kuin US-patentin 3732153 kennolla,. jolla voi olla oleellisesti sama kennorakenne lukuunottamatta muutoksia elektrodien tai elektrodiyksikköjen lukumäärissä ja kammioiden ja eräiden elektrolyytin kierrätykseen kennon läpi tarkoitettujen kanavien rakenteissa. Tämän keksinnön avulla paljon samoja rakenteita ja materiaaleja, joita käytetään US-patentin 3732153 kennon valmistuksessa, voidaan käyttää kyseessä olevien kennojen valmistuksessa ja OS—patentin 3732153 tyyppisiä, kennoja voidaan modifioida ja muuttaa tämän keksinnön piiriin kuuluviksi kennoiksi, jos niin halutaan.

Tämän keksinnön mukaisesti laitteisto halaatin valmistamiseksi käsittää elektrolyysikennon, joka sisältää useita yksinapaisia dimensiostabiileja anodeja ja katodeja toisistaan erillään ja pareittain toistensa kanssa, sanottujen anodien ollessa 3 65282 kiinnitettävissä kennoon sen sivulta ja ollessa poistettavia kennosta sen sivun kautta, laitteen positiivisen ja negatiivisen sähköpotentiaalin syöttämiseksi anodeihin ja katodeihin tässä järjestyksessä ja laitteen elektrolyytin liikuttamiseksi kennossa niin, että se johtaa virtaa anodi-katodiparien anodien ja katodien välillä, kulkee parien anodien ja katodien välillä ja elektrolysoituu ainakin osittain tällöin hypohaliitiksi ja kaasumaiseksi elektro-lyysituotteeksi, joka laite elektrolyytin liikuttamiseksi käsittää välikanavat parien anodien ja katodien välillä tällaisen hypohaliitin, elektrolyytin ja kaasumaisen elektrolyysituotteen johtamiseksi ylöspäin, kammion, joka peittää vähintään neljän tällaisen anodi- ja katodiparin välisen kanavan yläosat ja kapenee kanavaksi, joka on alle 1/10 tämän kammion vaakasuorasta poikkipinta-alasta ja työntyy siitä ylöspäin kennon yläosaan, joka kammio ja ylöspäin työntyvä kanava ohjaa välikanavista ylöspäin liikkuvaa kaasua ja nestettä, ja kanavan hypohaliitin johtamiseksi alaspäin välilevyjen ohi kennon alaosaan, sanotun kanavan sisältäessä sanottua hypohaliittia riittävän pitkän ajan kennon toiminnan aikana muuttamaan oleellisen osan siitä halaatiksi, laitteen halaatia sisältävän nesteen poistamiseksi kennosta sen jälkeen, kun se on laskeutunut välilevyillä varustetun kanavan läpi kennon alaosaan, laitteen halidin syöttämiseksi kennoon poistetun halaatin valmistuksessa kuluneen tilalle, ja laitteen kaasumaisen elektrolyysituotteen poistamiseksi kennon yläosasta. Keksinnön piiriin kuuluu myös käyttää kloraattikennoissa kiertolai-tetta, joka johtaa kaasu-tuote-elektrolyyttiseokset vähintään neljän anodi-katodiparin tai vähintään kahden yksikön välistä, jotka kumpikin sisältävät kaksi anodi-katodiparia, ylöspäin kennossa yhden ainoan läpikulkureitin läpi. Lisäksi tämä keksintö koskee; menetelmiä US-patentin, tyyppiä 3732153 . olevien korkeampien virrantiheyden omaavien kloraattikennojen muuttamiseksi alemman virrantiheyden kennoiksi; alemman virrantiheyden sähkökemiallisia prosesseja kloraatin valmistamiseksi; parannettuja välikkeitä, joita käytetään halutun erotuksen tai raon ylläpitämiseksi anodien ja katodien välillä tällaisissa kennoissa; ja anodituki-kappaleita.

4 65282

Keksintö on helppo ymmärtää viitaten liitteenä olevaan piirrokseen ja tähän selostukseen, mukaanluettuna käyttöesimerkit ja seuraava piirroksen selitys, jossa Kuva 1 on osittain lohkaistu ja leikattu sivukuvanto tämän keksinnön sähkökemiallisesta kennosta;

Kuva 2 on osittain lohkaistu ja leikattu päätykuvanto kuvan 1 kennosta, jossa sähköliittimet on esitetty;

Kuva 3 on suurennettu kuvanto kuvan 1 anodi-katodikokoonpa-nojen osista, joka esittää peittävää kammiota ja ylöspäin johtavaa kanavaa, jotka yhdessä toimivat siirtäen elektrolyyttiä ja kaasua ylöspäin sen useiden elektrodi -yksikköjen anodien ja katodien välisistä tiloista; ja Kuva 4 on modifioitu perspektiivikuvanto osista useita anodi- ja katodikokoonpanoja ja kiertolaitteiden pareja, joka esittää kanavia kaasuja sisältävien reaktiotuotteiden ylösvirtausta ja elektrolyytin alasvirtausta varten.

Seuraavassa keksintöä kuvaavan laitteiston esityksessä, jossa viitataan natriumkloraatin valmistukseen natrium-kloridin vesiliuoksesta, on ilmeistä, että tämä tehdään kuvauksen yksinkertaistamisen vuoksi, sillä on mahdollista valmistaa muita halaatteja, kuten kaliumkloraattia ja natrlumbromaattia samanlaisilla menetelmillä samoilla tai samantapaisilla laitteilla ja tämän vuoksi on katsottava, että kuvaus soveltuu myös halaattien valmistukseen tarkoitetuille laitteille ja prosesseille.

Sähkökemiallisen kennon 11, jollainen esitetään kuvassa 1, voidaan katsoa koostuvan yläkappaleesta 13 ja alakappa-leesta 15. Yläkappale on pääasiassa hypokloriitin ja elektrolyytin pidättämistä varten ja hypokloriitin muuttamiseksi kloraatiksi aikaneaktiolla. Pohjakappale, jonka voidaan katsoa olevan elektrolyysiosa, on suolaliuoksen (natriumkloridin vesiliuos) elektrolyysiä varten vedyksi, klooriksi ja natriumhydroksidiksi, joista kaksi jälkimmäistä reagoivat muodostaen hypokloriittia. Myös suuremmissa raoissa 16 ja 18, jotka ovat tässä järjestyksessä inaktiivisten elektrodipintojen välissä ja elektrodien alapuolella, voi myös tapahtua hypokloriitin muuttumista 5 65282 kloraatiksi. Molemmat elektrolyysiyksiköt 17 ja 19 sisältävät anodit 21 ja 23 yhtä yksikköä varten ja 25 ja 27 toista varten, jotka anodit voivat olla levy- tai laattamuodossa. Näitä anodeja on vahvistettu vaakasuorilla palkeilla 26 ja niiden inaktiivisille puolille on hitsattu anodijohtimet 29, jotka myös auttavat jäykistämään anodia.

Anodit on taivutettu pitkin pystysuoria kulmia, jotka muodostavat päädyt 28, jotka edelleen jäykistävät niitä.

Ne on myös tuettu esitetyllä tavalla listoihin 100, jotka ovat teräskulmarautaa ja jotka on päällystetty yläpinnaltaan eristysmateriaalilla, joka on mieluummin synteettistä orgaanista polymeeriä, kaikkein mieluimmin polytetrafluori-etyleeniä (Teflon®). Anodit ja niihin kiinnitetyt palkit ja johdintangot ovat poistettavissa kennosta sen sivuilta irrottamalla levyt 30 ja poistamalla paikallaan pidetyt anodikokoonpanot. Vaikka umpinaisia levyanodeja voidaan käyttää ja ne on normaalisti tehty pääasiassa venttiili-metallista, joka on päällystetty jalometallilla niiden aktiiviselta puolelta, revitettyjä metalleja, venytettyjä metalleja ja verkkoja voidaan myös käyttää ja tässä kuvauksessa niiden katsotaan olevan vaihtokelpoisia tasapintaisten anodien ja levyjen kanssa, kun sellaisia kuvataan. Myös anodien rakennemateriaaleja voidaan vaihtaa sopiviin korvaaviin materiaaleihin. Anodijohdintangot 29 kulkevat normaalisti vaakasuoraan ja ovat mieluummin titaanilla päällystettyä kuparitankoa.

Kunkin "yksikön" anodit sijaitsevat katodialakokoonpanojen 31 ja 33 ympärillä, jossa katodit 35 ja 37 alakokoonpanoa 31 varten ja 39 ja 41 alakokoonpanoa 33 varten tässä järjestyksessä on liitetty yhteen sisäisten seinämävälikkeiden 43 ja 45 avulla tässä järjestyksessä. Katodialakokoonpanossa 31 avoimet välitilat 47 ovat haluttaessa jäähdytysveden kiertoa varten ja on suositeltavaa, että tämä vesi liikkuu tämän alakokoonpanon läpi pohjalta huipulle yleensä vaakasuorissa käytävissä, jotka siirtyvät toisesta välitilasta toiseen pystysuorien aukkojen tai kanavien läpi, jotka kulkevat vä-likkeiden 43 läpi tai ovat niiden päässä. Lisäksi lämmönvaihdin (ei esitetty) voi olla läsnä kennon yläkappaleessa, jos sellainen on taattu. Titaaniputkivaihdin on suositeltava ja jäähdytysaine, 6 ! 65282 !· tavallisesti vesi, voi kiertää myös katodien läpi (ja anodijohtimien jne läpi, kun niitä käytetään).

Vierekkäisten elektrodiyksikköjen parin päälle, joista yksiköistä jokainen sisältää kaksi anodia ja kaksi katodia i ja joissa jokainen anodi-katodipari rajoittaa välikanavan, ; joissa elektrolyytti elektrolysoidaan, on sijoitettu kammio 49, joka käsittää pystysuoran seinämän 51, jossa on ulospäin leviävä pohjaosa 53, vaakasuoran "katon" 55 ja ylöspäin työntyvän kanavan 57, jota rajoittavat pysty-seinämät 59. Kammio 49 sulkee sisäänsä tai peittää parin yksikköjä 17 ja 19 ja kerää kaasun ja ylöspäin kiertävän elektrolyytin ja reaktiotuotteen sanotuista yksiköistä ja läpikulkukanavista niiden reaktiokykyisten elektrodien välistä ja suuntaa nämä materiaalit ylöspäin kanavan 57 läpi.

Kuten kuvaan 4 viitaten nähdään, kanava 57 ja seinämät 59 ovat osia sähkökemiallisen kennon yläkappaleesta ja ovat sen väliseinillä varustetun kanavan 61 välissä , jota rajoittavat seinämät 59 ja väliseinät 63, yhdessä pystysuorien palkkiosien 65 kanssa, jotka antavat kokoonpanolle lujuutta.

Kuvassa 3 tukiosa 67, joka on kiinnitetty kammioon 49 sen sisäpuolelle, esitetään lepäämässä katodin väliketukien 43 ja 45 päällä liitettynä kammion seinämään 51 ja kosketuksessa kammion peitelevyyn tai kattoon 55. Tällaisten kammion osien avulla katodit, jotka on kiinnitetty kennon seinämiin, tukevat kammion ja väliseinän rakennetta. Osa 67 on eristin, joka estää elektrodien lyhytsulun ja toimii myös ylläpitäen haluttua etäisyyttä katodien, alakokoonpanon yläosan ja nousu-linjakanavan rakenteen välillä reaktiotuotteiden ja elektrolyytin johtamiseksi ylöspäin. Se on mieluummin synteettistä polymeeriä, esim. Trovidur HT-tuotetta (PVDC).

Halutun välimatkan ylläpitämiseksi anodi- ja katodiplntojen välillä ja jotta näin autettaisiin paremmin säätelemään jännitehäviötä anodien ja katodien välillä, tässä keksinnössä on suositeltavaa käyttää synteettisiä orgaanisia polymeeri-nuppeja 69, jotka on mieluummin asennettu anodeille työntämällä sisään olevien reikien 71 kautta. Tällaiset'nupit" ovat 7 65282 mieluummin inerttiä polymeeriä, jolla on hyvät fysikaaliset ominaisuudet tähän sovellutukseen, kuten polytetra-fluorietyleeniä, jota myydään kauppanimellä Teflon, ja niissä on säädetyn paksuiset "päät" elektrodiraon säätelemiseksi painamalla ne sekä anodia että katodia vasten. Mieluummin tämä rako säädetään tällä ja muulla tavoin niin, että se on 0,05-0,4 cm, mieluummin 0,08-0,32 cm ja kaikkein mieluimmin n. 0,15-0,25 cm.

Sähköä johdetaan puheena olevan kanavan johtimen 73, liittimien 75 ja anodijohtimien 29 kautta ja siirretään kennosta sen johtavan seinämän 77, joka on tavallisesti terästä, ja liittimien 77 ja 81 kautta edelleen. Kenno on tuettu betonipilareille 83 ja sen yläosa 85 on titaania kuten US-patentissa 4039420 kuvatussa kennossa. Kennon yläkap-paleen seinämät, erityisesti jos ne ovat synteettistä muovimateriaalia, jota toisinaan käytetään, voi olla vahviste-tu vaakasuorilla palkeilla tai ulokkeilla 87. Kennon yläkap-pale 13 on kiinnitetty kennon pohjakappaleeseen 15 laip-paliitoksilla 89.

Käytössä kennoon panostetaan natriumkloridiliuosta, jolla on haluttu väkevyys, tavallisetsi kyllästettyä ja hapanta, jäähdytysvettä kierrätetään katodien ja/tai haluttaessa kennon yläosassa olevan titaaniputkityyppisen lämpövaih-timen läpi ja virta kytketään päälle. Reaktio- tai välitiloissa anodien ja katodien välissä kehitetään natriumhyd-roksidia, klooria ja vetyä ja natriumhydroksidi ja kloori reagoivat tuottaen natriumhypokloriittia. Vety ja natriumhypokloriitin vesiliuos kohoavat elektrodien ohi toinen toi-seensa sulkeutuneina, suunnataan reaktiovälikanavien yläosia peittävän kammion avulla nousukanavaan (yksi nousu-kanava jokaista neljää tai useampaa reaktiokanavaa kohti kuvatulla tavalla) kennon huipulle, jossa kaasu täyttää kaasutilan 91 elektrolyyttinesteen 92 yläpuolella ja neste jatkaa kulkuaan alaspäin väliseinillä varustettujen kanavien läpi. Jonkin verran kaasua poistetaan poistoputken 95 kautta, joka toimii myös typpihuuhtelua varten. Täydennys-syöttö syötetään sisääntuloputken 93 kautta. Natriumhypo-kloriittiliuos, joka on aluksi laimeaa, palautetaan 8 65282 alaspäin kennon pohjalle väliseinien ohi ja aukon 16 läpi elektrodiyksiköiden inaktiivisten elektrodipintojen välistä ja muita kennon sivuilla ja päissä olevia teitä. Toivottavasti vähintään 20% ja mieluummin 30-90% välilevyillä varustetun kanavan läpi alaspäin kulkevasta hypokloriitista muutetaan kloraatiksi yhdellä läpivirtauksella. Kun elektrlyyttiä on kierrätetty riittävästi elektrodien ohi, hypokloriittivälituotteesta tuotetun natriumkloraa-tin väkevyys on riittävän suuri tekemään mahdolliseksi poistaa osan tästä liuoksesta tuotteena. Tämä poisto voidaan suorittaa laskuputken 97 kautta. Osa poistetusta määrästä voidaan sekoittaa kyllästetyn natriumkloridi-liuoksen kanssa, kyllästää uudelleen lisäämällä natriumklo-ridikiteitä, hapottaa kloorivetyhapolla, kloorilla tai niiden seoksella, lämmittää tai jäähdyttää haluttaessa (jäähdytyksen ollessa tavallisin) ja palauttaa kennoon lähelle yläosaa esimerkiksi putken 95 kautta tai haluttaessa sen pohjalle. Prosessia ajetaan jatkuvana tällä tavoin, mutta sitä voidaan käyttää myös panoksittain. Keksinnön muissa toteutusmuodoissa natriumkloridia ja happoa lisätään elektrolyyttisyöttöön, joka menee takaisin kennoon, eikä mitään kennosta poistettua kloraattiliuosta palauteta siihen (paitsi kloraatin poiston jälkeen).

Suositeltavissa käyttöolosuhteissa virrantiheys pidetään arvossa 0,28-0,40 A/cm2, esim. 0,35 A/cm2, potentiaali on 2,8-3,1 volttia, esim. 3,0 V,natriumkloridin väkevyys elektrolyyttivesiliuoksessa pidetään välillä n. 100-150 g/1, esim. 130 g/1 ja lämpötila on välillä 50-85°C, mieluummin 60-85°C ja kaikkein mieluimmin n. 80°C niin, että siinä tapahtuvien pienehköjen muutosten tapauksessa lämpötila ei ylitä 85°C. Elektrolyytin pH pidetään arvossa n. 6- 6,5 lisäämällä kloorivetyhappoa tai klooria palautettavaan elektrolyyttiin niin, että tämän palautettavan elektrolyytin pH on n. 4-5. Saadut virtahyötysuhteet ovat n. 93-97% jatkuvassa prosessissa ja ovat usein parempia kuin virtahyötysuhteet, joita saadaan jatkuvassa kaupallisessa käytännössä suuremmilla virrantiheyksillä, esim. 0,6-1 A/cm2. Tämän keksinnön todellinen paremmuus on kuitenkin sen l· 9 65282 pienemmässä jännitteessä, joka johtaa sähköenergian merkittäviin säästöihin.

On havaittu, että hyödyllisen kierron aikaansaamiseksi puheena olevissa kennoissa, joissa rakoetäisyyden aktiivisten elektrodien välillä ovat leveysalueella 0,05-0,4 cm, nesteen (poisluettuna kaasu, paitsi liuennut kaasu) lineaarinen nopeus elektrodien ohi (välikanavassa) on mieluummin välillä 0,5-7 m/s ja vielä mieluummin 4-6 m/s ja suositeltava lineaarinen nopeus alaspäin kulkevien, väliseinillä varustettujen kanavien läpi on 1-20 % ja mieluummin 3-10 % siitä. Nopeus kanavien läpi väliseinillä varustetun kanavan alapuolella ja inaktiivisten elektrodien välissä väliseinillä varustettujen kanavien pohjalta kennon pohjalle on normaalisti ja mieluummin 10-100 % ja vielä mieluummin 20-60 % sen elektrolysoidun nesteen lineaarisesta nopeudesta, joka liikkuu ylöspäin aktiivisten elektrodien välissä. Näiden lineaaristen nopeuksien säätämiseksi inaktiivisten kanavien kokonaispoikkipinta-ala elektrodien välillä on tavallisesti 10-100 %, esim. 40 % aktiivisten välikanavien kokonaispoikkipinta-aloista. Niinpä näiden alueiden leveydet, kun 20-200 aktiivista kanavaa on läsnä ja kun 2-15 suurempaa alaspäin johtavaa kanavaa on läsnä, ovat tavallisesti 50-100 kertaa aktiivisen välikanavan leveys. Normaalisti läsnä on 5-50 kammiota, jokainen 2-4 elektrodiyksikön päällä, jotka sisältävät 4-8 välikanavaa anodi-katodiparien välissä. On suositeltavaa käyttää 10-20 kammiota ja 2-5 suurempaa kanavaa. Suurempien kanavien suhde elektrodiyksiköihin (jokaisen yksikön sisältäessä kaksi anodi-katodiparia) on normaalisti välillä 1:4-1:10. Samoin halutun virtauksen ylläpitämisen auttamiseksi kammiosta ylöspäin suunnattujen kanavien poikkipinta-ala on 2-10 %, mieluummin 4-8 % ja kaikkein mieluimmin n. 6 % kammioiden poikkipinta-aloista, jotka poikkipinta-alat on mitattu vaakatasossa (kuten aikaisemmin mainitussa tapauksessa, jossa mitattiin tällaisia rakojen ja kanavien pinta-aloja).

Tämä keksintö johtaa huomattaviin etuihin alan aikaisempaan käytäntöön nähden, kun sähköenergian säästöllä on ensisijainen merkitys. On haväittu, että kun toimitaan pienemmillä virrantiehyksillä, kuten tässä kuvatuilla, että matalampia 65282 10 jännitteitä voidaan käyttää ja suurentamalla aktiivisten elektrolyysipintojen pinta-alaa voidaan saavuttaa sama klo-raatin tuotanto. Sähkönkulutuksen säästöt, jotka ovat usein määrältään pieniä ja joskus vain muutamia tai hiukan useampia prosentteja, ovat huomattavat pitkillä aikaväleillä ollen useita satojatuhansia dollareita vuodessa suhteellisen pienissä elektrolyysilaitoksissa. Toiminnan hyötysuhdetta voidaan nostaa toimimalla annetulla lämpötila-alueella ja erityisesti tämän alueen yläosassa, mutta on tarkoin vältettävä pitämästä 85°C:n jatkuvia käyttölämpötiloja, sillä näissä lämpötiloissa hapen tuotanto voi joskus ylittää toivotun 3 til.-%:n rajan valmistetusta vedystä. Samoin jos kierrätysnopeuksia nostetaan kohtuuttomasti, klooriprosentti nousee myös epämieluisasta yli 2 tai 3 prosentin rajan (kaa-suprosentit mitataan tilavuudesta).

Vaikka puheena olevat kennot on tarkoitettu pienen virrantiheyden käyttöön, tarvittaessa niitä voidaan käyttää suuremmilla virrantiheyksillä, mikä nostaa kloraatin tuotantoa ja antaa kloraattilaitokselle suuremman joustoasteen reagoida tarpeen mukaan. Kun rakennetaan kyseessä olevan tyyppisiä kennoja, ne voidaan verrattain helposti modifioida poistamalla vuorottaiset elektrodiyksiköt ja lyhentämällä kammioita niin, että ne peittävät vain jäljellä olevia yksikköjä. Mikäli sähköenergia ei olisi enää vakavasti rajoittava tekijä, tällaisia kennoja voidaan käyttää suuremmilla virrantiheyksillä ja poistettuja elektrodeja voidaan haluttaessa käyttää muissa kennoissa. Samoin, ja kuten useammin on asianlaita, US-patentin 3732153 tyyppiä olevat kennot voidaan helposti muuttaa pienen virrantiheyden kennoiksi lisäämällä elektrodiyksikköjä läsnä olevien kennojen väliin yhdessä kammioiden laajennuksen kanssa. Kun tällaisia muutoksia tehdään, huomataan että asennettavien vuorottaisten tai toisten elektrodiyksikköjen leveydet voivat olla sellaiset, ettei ole tarvetta lisävälikkeille yksikköjen välissä, koska anodijohtimet toimivat tällaisina välikkeinä. Tällaiset muutokset suuren ja pienen virrantiheyden tyyppien kennojen välillä voidaan tehdä oleellisesti ilman mitään muutoksia kennon yläkappaleissa, mukaanluettuna huiput, välilevyt ja 11 65282 nousukanavat ja pienin muutoksin tai ilman niitä pohjakappa-leen säiliössä sen tukiosissa ja sen alkuperäisissä elektro-diyksiköissä. Asennettavissa "uusissa" elektrodiyksiköissä voi olla tavallista leveämmät katodialakokoonpanot ja raskaammat seinämät johtuen sisätukien puuttumisesta, mutta ne tehdään tavallisesti kevyemmiksi kuin "alkuperäiset" elektrodiyksiköt kennon painon pienentämiseksi kennolaati-kon ja elektroditukien muutostarpeen minimoimiseksi ja myös koska jäähdytys, joka aikaansaadaan johtamalla jäähdytys-ainetta alkuperäisissä katodialakokoonpan.oissa, saattaa usein olla riittävä johtuen pienemmistä EI-häviöistä niin, että lisäjäähdytystä ei vaadita. Jos jäähdytystä halutaan lisää, se voidaan suorittaa muualla kennossa, esim. kennon yläosassa lisälämmönvaihtimella tai toisia katodialakokoon-panoja voidaan muuttaa aikaansaamaan sisäinen jäähdytys.

Modifioitu kammio useiden elektrodiyksikköjen päällä ei johda elektrolyysituotteiden pienentyneeseen virtaukseen nousukanavan läpi, sillä pienentämällä virrantiheys suunnilleen puoleen aikaisemmin käytetystä samalla, kun lisätään suhteellisesti aktiivista elektrodipintaa, saadaan oleellisesti sama määrä elektrolyysituotetta kuin käytettäessä "modifioima tonta" US-paten-tin 3732153 kennoa. Nousukanava, joka on suoraan yhden elektrodiyksikön päällä, huolimatta siitä, että se on asymmetrisesti asennettu yhden tai toisen parin suhteen useista tällaisista yksiköistä, siirrättää tuotteet rivissä olevasta elektrodiyksiköstä suoraan ylöspäin nousuputken läpi auttaen vetämään mukaan tuotteita toisesta tällaisesta yksiköstä. Asymmetrinen sijoitus kammion päälle tekee mahdolliseksi sen koko toisen sivun jatkuvan käytön niin, että vain toinen sivu on uusittava ja jopa että uusiminen voidaan suorittaa korvaamalla uudet helma- ja levitysosat ja jo rolemassa olevan(US-pntentin 3732153 ^rakenteessa) nousuputken toisen sivun katto-osan laajennus. Joissakin tapauksissa voidaan haluttaessa elektrodin tai nousuputken ja kammion sijaintia säätää niin, että nousuputki sijaitsee symmetrisesti elektrodien suhteen, mutta tämä ei ole välttämätöntä ja saattaa usein olla ei-toivottavaa, koska siihen liittyy muita kennorakenteiden muutoksia. Samoin suurempien alempien 12 65282 pystykanavien sijainteja voidaan muuttaa, mutta on suositeltavaa sijoittaa ne symmetrisesti pois kennon päistä ja erilleen toisistaan, esim. välimatkan päähän, joka on 20-50 % läsnäolevista elektrodiyksiköistä.

Perusparannusten lisäksi, jotka lueteltiin alan aikaisempiin samantyyppisiin kloraattikennoihin nähden, on myös huomattavaa, että mainittujen polymeeristen muovivälikenuppien käyttö aikaansaa erinomaisen menetelmän säätää elektrodien välisiä rakoetäisyyksiä ja edistää täten elektrolyysin ja sähkökemiallisen reaktion yhtenäisyyttä. Nupit on helppo asentaa, ne on kiinnitetty lujasti paikalleen ja ne aikaansaavat varman keinon elektrodien toimintapintojen välisten etäisyyksien tarkaksi asettamiseksi. On suositeltavaa, että ne asennetaan anodiseinämissä olevien reikien läpi työntämällä näiden seinämien läpi ja laajentamalla ei- kriittistä puolta nuppien pitämiseksi paikallaan. Tällainen laajentaminen voidaan suorittaa: puristussulattamalla näitä ei-kriittisiä puolia; kiristämällä kierteillä "mutteri" välikkeen kierteitettyyn akseliin, joka kulkee anodiseinä-mässä olevan aukon läpi; sulattamalla kupu nupin akselin päälle, joka kulkee aukon läpi; tai muulla sopivalla keinolla. Tärkeä näkökohta on tehdä "nuppien" puoli elektrodien välissä halutun tasaisen paksuiseksi ja pitää ne lujasti paikallaan aktiivista anodiseinämää vasten puristuskoske-tuksessa katodiin.

Vaikka tämän keksinnön elektrolyysikennon eri näkökohtia on kuvattu, muita rakenneyksityiskohtia on löydettävissä US-patentista 3732153, joka liitetään viitteenä tähän esitykseen, jotta vältettäisiin näiden yksityiskohtien tarpeetonta luettelemista. Mainittu aihemateriaali käsittää erilaisia kuvauksia rakennemateriaaleista, liittimistä, kokoonpanoista ja toiminnoista, jotka alaan perehtynyt voi selvästi yhdistää tähän keksintöön.

Seuraava esimerkki kuvaa puheena olevan laitteen toimintaa natriumkloraatin valmistuksessa. Kuvattu menetelmä on kuitenkin vain valaiseva ja keksintöä voidaan käyttää muiden 13 65282 halaattien valmistukseen ja esitettyjä prosesseja voidaan muutella. Esimerkissä ja patenttimäärityksessä ja -vaatimuksissa kaikki osat on laskettu painon mukaan ja kaikki lämpötilat ovat Celsius-asteita ellei toisin mainita.

Esimerkki

Kuvissa 1-4 kuvattua tyyppiä oleva elektrolyysikenno (tai sähkökemiallinen laite) valmistetaan vastaavan kennon kuvatulla modifioinnilla, kuten US-patentissa 3732153 esitetyllä. Elektrolyysikenno on mitoiltaan noin 1,2 x 2,4 m ja sen korkeus on n. 2,4 m. Se on varustettu platina-iridiumgalva-noiduilla titaanianodeilla ja hiiliteräskatodeilla ja anodi-johtimet ovet titaanilla verhottua kuparia. Suositeltava päällyste titaanianodilla on platina-iridiumseos suhteessa 70:30. Kennolaatikko on hiiliterästä ja kennon yläosa on titaania. Kammio, nousukanava, välilevyt ja välilevyillä varustetut kanavat ovat titaania.

Suolaliuosta, joka sisältää 140 g/1 NaCl (välillä 130-160 g/1) kierrätetään kennon läpi ja se täyttää kennon n. 15 cm:n etäisyydelle sen huipusta. Tätä suolaliuosta käytetään tämän jälkeen myös täydennyssyöttönä. Syöttönopeus on n. 21 1/min, kloraattia sisältävän nesteen poistonopeus on sama ja n. 70% (60-80%) syötöstä on uudelleen kierrätettyä materiaalia. Suolaliuoksen tulolämpötila on n. 55°C (välillä 40-60°C) mutta se lämpenee nopeasti kennon syöttölämpötilaan, joka on sellainen, että kennosta poistettu neste on n. 80°C:ssa (välillä 50-85°C). Kloorikaasua syötetään sisään täydennys-suolaliuoksen kanssa ja toisinaan uudelleen kierrätetyn elektrolyytin mukana elektrolyysivyöhykkeeseen menevän nesteen hapottamiseksi. Syötön hapottaminen tapahtuu pH-arvoon n. 5,2 (välillä 4,8-5,7) niin, että poistetun nesteen pH on n. 6,5 (välillä 6,1-6,8).

Sen jälkeen kun elektrolyytin kierrätys on aloitettu, kennon toiminta käynnistetään. Kennojännitteen havaitaan olevan n. 3 volttia (välillä 2,9-3,2 V) virrantiheyden ollessa 2 7 0,35 A/cm (välillä 0,28-0,4 A/cm ). Kun kiertävän elektro- 14 65282 lyytin natriumkloraattipitoisuus on kohonnut 450 g/l:an (välillä 350-500 g/1), nestettä poistetaan kennon pohjalta kiertävästä nesteestä ja täydennetään syöttösuolaliuoksella. Poisto- ja täydennystoimenpiteitä suoritetaan jatkuvasti. Poistettu neste sisältää analyysin mukaan 130 g/1 NaCl (välillä 120-150 g/1), 450 g/1 NaCl03 ja 2,5 g/1 NaOCl (välillä 2-4 g/1). Kaasu, joka poistetaan laitteen kennon huippuosasta, joka sisältää noin kaksi kertaa aktiivisen pohjaosan tilavuuden, sisältää analyysin mukaan alle 1% klooria ja alle 3% (2,3%) happea loppuosan ollessa vetyä.

Kennon toimintoja jatketaan ja syötöt ja poistovirrat säädetään ylläpitämään elektrolyyttinen ja sähkökemiallinen tasapaino ja tekemään mahdolliseksi kennonesteen poistaminen ilmoitetun analyysin mukaisena. Tällaisissa käyttöolosuhteissa havaitaan, että kennon hyötysuhde on n. 93% tai parempi. Kennon eri komponenttiosat kestävät hyvin käyttö-olosuhteita ja kemikaaleja, joiden kanssa ne joutuvat kosketukseen ja korjauksia ja uusimisia ei tarvita yli vuoden ajanjaksoina.

Samoin laitteen toiminnat muissa aikaisemmin kuvatuissa olosuhteissa ja tämän esimerkin kaltaisissa olosuhteissa, joita on modifioitu edellä mainitulla tavalla, johtavat natrium-kloraatin ja muiden metallikloraattien tehokkaaseen tuotantoon.

Muovinuppivälikkeiden on havaittu kestävän hyvin kennon käytössä ja ylläpitävät tarkasti rakoja elektrodien välillä ja helpottavan ylöspäin suuntautuvaa virtausta (ne eivät kanavoi elektrolyyttiä, kuten pystysuorat rivivälikkeet tekevät) . Käytännössä nupit ovat tavallisesti pyöreitä, halkaisijaltaan 0,8-1,5 cm ja sijoitettu säännölliseen porrastettuun (tai timantin) muotoon n. 8-20 cm:n, esim. 13 cm:n päähän toisistaan. Noin 30-100 nuppia käytetään anodi-katodiparia kohti, esim. 55 tässä esimerkissä.

Keksintöä on kuvattu sen erilaisten esitysten ja esimerkkien suhteen, mutta sitä ei ole katsottava rajoitukseksi niihin, sillä alaan perehtyneelle on selvää, että vastaavia ja korvaa

Claims (7)

15 65282 via osia voidaan käyttää poikkeamatta keksinnön hengestä tai menemättä sen suojapiirin ulkopuolelle.

1. Laite alkalimetallihalogenaattien elektrolyyttiseksi valmistamiseksi, käsittäen alemman kuristamattoman elektro-lyysiosaston (15) , jossa on samansuuntaisesti järjestettyjä, dimensiostabiileja anodeja (21, 23) asetettuina katodien (35, 37) ympärille ja muodostaen niiden kanssa elektrodiyksikön (17), jolloin anodit ja katodit ovat jokaisessa elektrodiyk-sikössä keskenään samansuuntaisesti järjestettyjä ja niiden välissä on välitila ylöspäinnousevien elektrolyytin, kaasumaisten elektrolyysituotteiden ja hypohalogeniitin kulkemista varten, jotka johdetaan edelleen ylöspäin ylempään, kuristimella varustettuun osastoon (13), joka on tarkoitettu pääasiassa huolehtimaan hypohalogeniitista ja elektrolyytistä ja muuttamaan hypohalogeniitin halogenaatiksi, tunnettu ainakin yhdestä kuvusta (49), joka käsittää pystysuorat seinät (51) ja vaakasuoran katon (55) , jossa on aukko ylöspäin-suunnattua kanavaa (57) varten, jota kanavaa rajoittavat pystysuorat seinät (59), jolloin jokainen kupu peittää ainakin kahden elektrodiyksikön (17) yläosat tai neljä anodi-katodi-parin välistä kanavaa, minkä takia laitteeseen sijoitettavien elektrodiyksiköiden kokonaislukumäärää voidaan nostaa ja samalla koko laitteen virtatiheyttä laskea.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että se käsittää kanavia (16), jotka sijaitsevat samanmerkkisten elektrodien välissä, jotka kanavat ovat suurempia kuin anodi-katodiparin väliset kanavat.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että kanavat (16) ovat 5-100 kertaa suurempia kuin anodi-katodiparien väliset kanavat.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että kanava (57) on järjestetty asymmetrisesti anodi-katodiparien välissä olevien ainakin neljän kanavan suhteen.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu 16 65282 siitä, että kanava (57) on pienempi kuin 1/10 kuvun (49) vaakasuorasta poikkileikkauspinta-alasta.

6. Patenttivaatimuksen 3 mukainen laite, tunnettu siitä, että laitteessa on 5-50 kupua (49) , joista kukin peittää ainakin neljä anodi-katodiparin välissä olevaa kanavaa, ja 2-15 suurempaa kanavaa (16).

7. Patenttivaatimuksen 1 mukaisen laitteen käyttäminen natriumkloraatin valmistamiseksi.