FI65820C - Foerfarande foer avklorning och kylning av anolyten vid alkalihalogenidelektrolys - Google Patents

Description

ESSr^l rBl -^.KUULUTUSJULKAISU r r Q Ο f)

JBfl) IBJ (11) UTLÄGGNINGSSKRI FT

C (45) Pa tontti nyc-inc liy 10 C7 1901 Patent ueddelat / (S1) **\k. ftoLO? C 25 B 15/08 SUOMI—FINLAND (21) Patanttlhakamu· — Pttancaraeknlng 8011*1*1 . . (22) HakemltpUvI — Amekningadag 10.0*1.80 * (23) AlkupUvt — Glltlghatadag 1 0.0*4.80 (41) Tullut JulklMksI — Wlvlt offamHg 13.10.80 Γυ tTUt*** (44) N14*tivik*) panon |a kuukjulkalMft p»m. — ratani- ocn rcgittentyralaan AmuMm utiagd odi utLtkriftan pubUcurad 30.03.8*1 (32)(33)(31) Pyr1·»/utuoUtuu·—togirdpnortt* 12.0*4.79

Saksan Li ittotasavaIta-Forbundsrepubliken Tyskland(DE) P 291^870.7 (71) Hoechst Aktiengesellschaft, D-6230 Frankfurt/Main 80, Saksan Li ittotasavalta-Förbundsrepubliken Tyskland(DE) (72) Dieter Bergner, Kelkheim (Taunus), Kurt Hannesen, Kelkheim (Taunus),

Wolfgang Möller, Bad Soden am Taunus, Wilfried Schulte, Hofheim am Taunus, Saksan Liittotasavalta-Förbundsrepubliken Tyskland(DE) (7*0 Oy Kolster Ab (5*0 Menetelmä kloorin poistamiseksi ai kaiihalogenidielektrolyysin anolyytistä ja anolyytin jäähdyttämiseksi - Förfarande för avklorning och kylning av anolyten vid aikaiihalogenidelektrolys Tämä keksintö koskee menetelmää kloorin poistamiseksi alkali-kloridi-elektrolyysin anolyytistä, joka kuumana ja kloorilla kyllästettynä poistuu yli 7 baarin paineessa toteutetusta paine-elektrolyysistä, sekä tämän anolyytin jäähdyttämiseksi paineenalennuksella.

Teollisesta käytetyissä menetelmissä kloorin poistamiseksi sellaisten elektrolyysikennojen anolyytistä, jotka toimivat normaalipaineessa, kloori poistetaan anolyytistä siten, että anolyytin annetaan paisua tyhjössä pidetyssä säiliössä. Tässä spontaanissa paisun-nassa tapahtuu liuenneen kloorin höyrystyminen, niin että tyhjö-säiliöön jää anolyytti, josta kloori on poistettu. Höyrystymisessä syntyvä klooripitoinen haihdutushöyry jäähdytetään, tällöin saatava klooripitoinen kondensaatti pumpataan takaisin anolyyttiin ja jäähdytyksessä kondensoitumaton osa, joka olennaisesti koostuu kloorista ja vesihöyrystä, saatetaan jälleen normaalipaineeseen ja sitten 65820 kuivataan. Täydellinen kloorin poistaminen anolyytistä saavutetaan kuitenkin vain silloin, kun anolyytti saatetaan annetussa lämpötilassa niin suureen tyhjöön, että anolyytti rupeaa kiehumaan paisunnassa. Käytännössä paisuttaminen tapahtuu kuitenkin usein yksinkertaisessa säiliössä, niin että sekoittumisefektin johdosta ei tapahdu täydellistä kloorin poistoa. Lopun kloorin poistaminen suoritetaan sitten puhaltamalla anolyyttia jäänyt kloori pois ilman avulla ja jäähdyttämällä klooria ja vesihöyryä sisältävä ilma, joka sitten puhalluksen avulla johdetaan kloorinhävityslaitokseen.

Tämän monin eri tavoin normaalipaineessa toteutetun elektro-lyysimenetelmän epäkohdat ovat ilmeiset: koska lämpötilan kohotessa tulee suhteettomasti kasvavia määriä vesihöyryä vedetyksi kennoista yhdessä kloorin kanssa, jotka vesihöyrymäärät sen jälkeen täytyy poistaa kloorivirtauksesta jäähdyttämällä ja kuivattamalla, on ano-lyytin lämpötila rajoitettu korkeintaan noin 85°C:een. Kun lämpötila on alhaisempi, on anolyyttiä paisutettava vastaavasti suuremmassa tyhjössä, jotta anolyytti rupeaisi kiehumaan. Tällöin kuitenkin haihdutushöyryn tilavuus kasvaa, jolloin taan suurempia laite- ja johtopoikkipintoja. Erityisesti kloorikompressori on mitoitettava suurelle imutilavuudelle ja suuremmalle teholle. Tällöin on otettava huomioon, että laitteiston osat, jotka tulevat kosketukseen kostean kloorin kanssa, täytyy korroosiovaaran vuoksi valmistaa kalliista erikoisaineista. Lisäksi elektrolyysikennon energiankulutus kasvaa laskevan anolyyttilämpötilan mukana.

Edellä mainitussa jäännöskloorin poistamisessa anolyytistä ilmaa puhaltamalla on epäkohtana se, että kloori täytyy poistaa klooria sisältävästä ilmasta kloorinhävityslaitoksessa, mikä johtaa suureen hypokloriittisaantoon.

Kloorittoman ja suolattoman kondensaatin saaminen on normaalipaineessa suoritetuissa elektrolyyseissä vain rajoitetusti mahdollista, koska tavallisissa käytettävissä olevissa tyhjölaitoksis-sa paisutettaessa anolyytin lämpötila laskee vain vähän. Suurempi osa anolyytin lämpösisällöstä voidaan käyttää veden höyrystämiseen vain silloin, kun käytettyä tyhjöä parannetaan huomattavasti.

Tämä merkitsee kuitenkin korkeampia teknisiä vaatimuksia tyhjön muodostamisessa ja se johtaa lisäksi haihdutushöyrytilavuuden 3 65820 suurenemiseen. Haihdutushöyryn kondensaatti on lisäksi klooripi-toista ja jotta sitä voitaisiin edelleen käyttää, kloori täytyy poistaa siitä toisen, lämmittämisen jälkeen suoritetun paisutuksen avulla taikka poistotislauksella (Strippung). Tähän liittyy kuitenkin suhteettoman suuria kustannuksia.

Joitakin näistä epäkohdista voidaan poistaa siten, että elektrolyysi toteutetaan paineen alaisena, koska täten voidaan saavuttaa korkeampia anolyyttilämpötiloja. Niinpä on esimerkiksi julkaisusta DE-OS 27 29 589 tunnettua toteuttaa elektrolyysi käyttäen kationinvaihtokalvoa ja paineessa 1-5 ata. Tämän menetelmän etuina mainitaan, että kennojännitettä voidaan laskea ja että kennolämpötilaa voidaan nostaa kennojännitettä nostamatta. Edelleen voidaan - kationinvaihtokalvoa käytettäessä - elektrolyysi toteuttaa suurella virrantiheydellä ilman että kalvo vahingoittuu. Edelleen voidaan kloorin nesteyttämiseksi vähentää puristukseen tarpeellista käyttöenergiaa tai säästää tämä energia kokonaan. Elektro-lyysikennossa synnytetty anolyytin Joulen lämpö voidaan käyttää hyväksi lämpölähteenä alkalihydroksidin konsentrointiin.

Julkaisussa DE-OS 27 29 589 varoitetaan kuitenkin käyttämästä paineita 7 baaria ja tämän ylitse, koska muutoin muodostuu vaara, että kationinvaihtokalvo ei enää kestä korkeata käyttöpainetta. Mainitussa patenttihakemuksessa annettujen tietojen mukaan tapahtuu tuotetun kuuman kloorin jäähdytys suoralla lämmönvaihdolla kylmään alkalikloridiliuokseen ja kylmään veteen. Liuennut kloori täytyy lopuksi erottaa vedestä tyhjökäsittelyllä. Koska elektrolyysin työpaine on alle kloorin nesteyttämispaineen huoneenlämpötilassa, on nesteyttäminen mahdollista vain kompressorin avulla taikka käyttämällä jäähdytyslaitteita.

Tämän johdosta on olemassa tarve saada aikaan taloudellinen menetelmä niiden tuotteiden käsittelemiseksi, joita syntyy alkali-kloridi-elektrolyysikennon anoditilassa. Tällöin on sähköinen hukka-lämpö mahdollisimman laajalti käytettävä hyödyksi ja kloorin nes-teyttämisen tulee olla mahdollista erityisen helposti.

keksitty menetelmä kloorin poistamiseksi alkaliklori-di-elektrolyysikennon anolyytistä ja tämän anolyytin jäähdyttämiseksi paineenalennuksella, jolle menetelmälle on tunnusomaista, että elektrolyysi toteutetaan vähintään 8 baarin paineessa anoditilassa, mekaanisesti erotetaan erottimessa anoditilasta ulosvir- 65820 taavat tuotteet (anolyytti ja muodostuvat kaasut). erotettu ano-lyytti lämpötilassa, joka normaali-ilmanpaineessa on kiehumispisteen yläpuolella, paisutetaan erottamiskolonnissa (Stripkolonne) paineeseen, joka on normaali-ilmanpaineen ja 2 baarin välillä, sillä seurauksella, että näissä olosuhteissa anolyytti kiehuu ja tämän jälkeen paisutuksella kloorista vapautettu anolyytti erotetaan ero-tuskolonnissa syntyneestä kaasufaasista.

Paineet anoditilassa ovat edullisesti 8-20 baaria, erityisesti 8-12 baaria. Paineilla yli noin 50 baaria nousevat investointi-ja käyttökustannukset voimakkaasti.

Anolyytin kiehumislämpötila paisutuksessa riippuu luonnollisesti jonkin verran barometrilukemasta ("ilmanpaineesta"). Alkali-kloridielektrolyysissä tavallisesti käytetyillä käytetyn anolyytin suolavesikonsentraatioilla riittää kuitenkin yleensä sisäänsyöttä-mislämpötila erotuskolonniin vähintään 103°C, edullisesti vähintään 105°C, erityisesti vähintään 110°C saattamaan käytetyn anolyytin kiehumaan paisutuksessa. Edullisesti sisäänsyöttölämpötila on korkeintaan 140°C, erityisesti korkeintaan 130°C.

Paisutuksessa sekä liuennut kloori että vesi höyrystyy ja samalla anolyytti jäähtyy.

Sikäli kun alkalikloridielektrolyysissä käytetän kalvokenno-ja, voidaan julkaisussa DE-OS 27 29 589 mainittu kationinvaihto-kalvon mekaaniseen kestävyyteen liittyvä pulma ratkaista myös työpaineilla yli 8 baaria. Kalvo voidaan esimerkiksi painaa suoraan elektrodille, edullisesti kuitenkin anodille. Elektrodi muodostetaan tällöin edullisesti reiälliseksi ja se valmistetaan esimerkiksi verkkometallista. Tällä tavoin saavutetaan se, että elektrodin ulkopinta tukee kalvoa, mutta elektrolyytin kierto on vielä riittävä.

Sinänsä tunnetun automaattisen paineensäädön avulla voidaan myös saavuttaa se, että paine-ero katoditilan ja anoditilan välillä ei ylitä määrättyä suuruutta ja mahdollisesti avataan lisä-venttiilejä kloorin tai anolyytin, vast, vesihöyryn tai katolyytin poistamiseksi.

Tämän paine-eron tulee olla korkeintaan 5 baaria, edullisesti korkeintaan 3 baaria, edullisemmin korkeintaan 1 baari, vielä edullisemmin korkeintaan 0,5 baaria, edullisemmin koreintaan 0,1 baaria. Jotta kalvo tulisi puristetuksi elektrodia vastaan tulee paine-eron kuitenkin olla vähintään 5 mbaaria, edullisesti vähintään 10 mbaaria.

5 65820

Sellaisen elektrolyysikennon valmistuksessa, joka toimii paineella yli 8 baaria, voidaan käyttää samoja aineita kuin normaalipainoisen elektrolyysikennon valmistukseenkin, esimerkiksi titaania anoditilan sisäpuolelle ja terästä katoditilan sisäpuolelle.

Paine-elektrolyysikenno, joka erityisen hyvin soveltuu työpaineille vähintään 8 baaria, on kohteena rinnakkaisessa FI-patent-tihakemuksessamme 801145. Se on lyhyesti kuvattu esimerkissä 2 (tähän liittyvine kuvioineen 1 ja 2a, 2b). Ei ole ehdottoman välttämätöntä syöttää erotuskolonniin koko sitä anolyytin määrää, joka erottimessa vapautettiin kloorista. Voidaan myös, esimerkiksi sisäisen suolavesikierron nostamiseksi ja kennojen hukkalämmön poisjohta-misen parantamiseksi, osa erottimessa kloorista vapautetusta suolavedestä pumpata takaisin anoditilaan suoraan tai jäähdyttimen kautta .

Erotuskolonni (Stripkolonne) tehdään yleensä seisovaksi sy-linterimäiseksi säiliöksi, joka voi sisältää erilaisia sisärakenteita (esim. pohjia tai täytekappalekerroksia). Yhtä hyvin erotuskolonni voidaan myös tehdä makaavaksi säiliöksi. Olennaista on vain, että tulevan ja lähtevän suolaveden välillä ei voi tapahtua takaisin-sekoittumista ja että suolavedellä on käytettävään riittävästi höyrystymispintaa. Suolaveden höyrystyrnispinta ja viipymisaika ero-tuskolonnissa on mitoitettava siten, että kloorin pääosa tulee poistetuksi kolonnissa. On edullista, mutta ei välttämätöntä sijoittaa kolonnin päähän pisaranerotin tarkoituksella pidättää mukaan-temmatut jouksevat (nestemäiset) ainekset.

Jos lämpötila, jossa anolyytti poistuu anoditilasta, on kiehumispisteen alapuolella normaali-ilmanpaineessa, niin täytyy anolyyttiä kuumentaa ennenkuin se syötetään erotuskolonniin.

Kloorin poistamisen parantamiseksi voidaan erotuskolonniin lisäksi puhaltaa höyryä altaaltapäin. Tällöin ovat sisärakenteet (esim. pohjat ja täytekappaleet)edullisia kaasunvaihdon parantamiseksi kiehuvan anolyytin ja höyryn välillä.

Periaatteessa on myös mahdollista käyttää erotuskolonnia 65820 alipaineessa, esimerkiksi silloin, kun sen anolyytin lämpötila, josta kloori on poistettava, on vielä kiehumispisteen alapuolella normaalipaineessa. Teknillinen laitteisto tyhjön synnyttämiseksi ja olevien suurien kaasutilavuuksien käsittelemiseksi on kuitenkin huomattava.

Sen vuoksi on parempi toteuttaa elektrolyysi siten, että jo anoditilasta poistuvassa anolyytissä on lämpötila, joka on kiehumispisteen yläpuolella normaali-ilmanpaineessa. Edullisesti on anolyytin lämpötila kennossa vähintään 90°C, edullisesti 105-140°C ja erityisesti 110-130°C.

Erotuskolonnissa ovat edullisia työpaineet maksimaalisesti 1,5 baaria, erityisesti maksimaalisesti 1,1 baaria.

Anolyytin kiehuessa erotuskolonnissa syntyy kaasua, joka koostuu pääasiallisesti kloorista ja vesihöyrystä. Tämän kaasuvir-tauksen jatkokäsittelyn yksinkertaistamiseksi on edullista jäähdyttämällä kondensoida pääosa vedestä. Tällöin syntyy klooripitoinen kondensaatti, joka esimerkiksi sekoittamalla syöttösuolaveteen jälleen voidaan pumpata takaisin elektrolyysikennon anoditilaan. Vesihöyryn kondensaatio tapahtuu edullisesti kylmällä yläpinnalla, so. epäsuoralla jäähdytyksellä.

Jatkokäsittely perustuu edullisesti siihen, että erotuskolon-nin yläpäähän annetaan kylmää (so. kylmenpää kuin kaasufaasin lämpötila) juoksevaa vesipitoista faasia ja siten poistetaan pääosa jäävästä vesihöyrystä pois kaasufaasista.

Jäähdytysaineena voidaan käyttää esimerkiksi kylmää, alennetussa paineessa olevaa katolyyttiä, jota on saatavissa kuumasta katolyytistä paisutuksella ja sen jälkeen seuraavalla tyhjökäsitte-lyllä. Samalla kun siten vesihöyry tulee osittain kondensoiduksi ja kloori tulee jäähdytetyksi, rupeaa katolyytti kiehumaan. Tällä tavoin voidaan käyttää hyväksi vesihöyryn kondensaatiolämpö kato-lyytin höyrystämiseksi.

Saatua klooripitoista kondensaattia voidaan käyttää mm. ero-tuskolonnin sisärakenteiden (täytekappaleiden, pohjien) ylhäältä-käsin huuhtelemiseen ja siten pitämään niitä kosteina. Tällä tavoin saadaan paremmin pidätetyiksi ne suolasumut, joita esiintyy kuumia anolyyttejä paisutettaessa.

* 7 65820

Kondensaatista voidaan kuitenkin myös inerttiä kaausa, esim. ilmaa puhaltamalla poistaa pääosa kloorista. Vähäisten kondensaat-timäärien ja laitteiston lisäkustannusten vuoksi tämä ei kuitenkaan ole edullista pienissä laitoksissa.

Kondensaatiossa ei-nestemäiset osat (kloori, vesihöyry) voidaan puristaa ja esimerkiksi uudelleen johtaa erottimeen.

Erotuskolonnissa syntyvää kaasufaasia ei tarvitse erottaa kondensoima11a veden pääosasta. Se voidaan myös välittömästi johtaa neutralointikolonniin, jossa tuotetaan hypokloriittia taikka - pienemmissä laitoksissa - johtaa kloorin hävityslaitteeseen.

Erotuskolonnissa melkein klooriton anolyytti voidaan johtaa tyhjösäiliöön ja siellä edelleen paisuttaa. Tällöin syntyvät haihdu-tushöyryt voidaan lisäjäähdytyksellä kondensoida. Jo anolyytin paisumisessa tyhjösäiliössä tapahtuu jäähtymistä. Jäähtymisen määrä riippuu tyhjön suuruudesta.

Tyhjösäiliö voidaan rakentaa makaavaksi tai seisovaksi. Olennaista on, että käytettävissä on riittävän suuri höyrystymis-pinta ja että vältetään tuoreena tulevan, lämpimämmän suolaveden ja jäähdytetyn suolaveden uudelleensekoittuminen.

Haihdutushöyryjen kondensoituessa tyhjösäiliössä syntyvää klooritonta ja suolatonta kondensaattia voidaan käyttää moniin tarkoituksiin. Sikäli kun alkalikloridi-elektrolyysi toteutetaan kalvokennomenetelmällä, on edullista johtaa klooriton ja suolaton kondensaatti takaisin kalvokennon katolyyttiin, esimerkiksi suoraan katoditilaan. Kondensaatti voidaan myös johtaa suolaliuos-laitokseen. Molemmissa tapauksissa vähenee muutoin tarvittavan liuotusveden määrä.

Kun ei tarvitse ottaa huomioon kloorittoman ja suolattoman kondensaatin saantia, so. kun käytettävissä on riittävästi suolatonta vettä, on toinen paisuttaminen tyhjösäiliössä tarpeeton.

Haihdutushöyryjen kondensaatiossa, joita paisutuksessa syntyy tyhjösäiliössä, vapautuvaa höyrystyslämpöä voidaan samoin käyttää katolyytin höyrystämiseen.

On todettu, että keksinnön mukaisilla toimenpiteillä, erityisesti korottamalla anolyytin lämpötilaa kennossa, hyvin taloudellisella tavalla, so. vähäisellä sähköisellä ja termisellä energiankulutuksella, saadaan kloorivirtaus, joka on helposti nesteytettä-vissä. Tämä nesteyttäminen onnistuu ilman puristustyötä, pelkästään 8 65820 vesijäähdytyksellä, ilman lisäjäähdytystä. Koska nestemäinen kloori huoneenlämpötilassa sisältää vain hyvin vähän vettä liuenneena, on myös kloorin kuivatuskustannus vähäinen. Keksinnön mukainen menetelmä osoittautuu erityisen edullisesti kalvokenno-elektrolyysin yhteydessä.

Kennoja käyttöönotettaessa ei anolyytti, joka poistuu kennosta paineessa vähintään 8 baaria, yleensä vielä ole saavuttanut kiehumislämpötilaa normaali-ilmanpaineessa. Tässä tapauksessa anolyyt-tiä voidaan kuumentaa esimerkiksi lämmönvaihtimessa tai sen paisumista voidaan edistää erotuskolonnissa vesihöyryä lisäämällä. Tällä menetelmälle kloorin poistamiseksi alkalikloridi-elektrolyysin anolyytistä on tunnusomaista siis se, että elektrolyysi toteutetaan vähintään 8 baarin paineessa anoditilassa, mekaanisesti erotetaan erottimessa elektrolyysikennon anoditilasta virtaavat tuotteet (anolyytti ja syntyneet kaasut), erotettu anolyytti lämpötilassa, joka on anolyytin kiehumislämpötilan alapuolella normaali-ilmanpaineessa, viedään erotuskolonniin paineessa, joka on normaali-ilmanpaineen ja 2 baarin välillä, erotuskolonnissa anolyyttiä käsitellään vastavirtaan vesihöyryllä kunnes se kiehuu ja paisutuksella ja vesihöyrykäsittelyllä kloorista vapautettu anolyytti erotetaan syntyneestä kaasufaasista. Höyryn johtaminen erotuskolonniin aiheuttaa tietyn anolyytin laimenemisen. Tämä voi kuitenkin olla toivottavaa, koska anolyytistä kalvo-elektrolyysikennossa poistetaan vettä.

Keksinnön mukaisen menetelmän erityinen suoritusmuoto on esitetty kuvion 3 virtauskaaviossa. Tässä kuviossa esitetyllä laitteiston yhdistelmällä on merkitystä vain esimerkkinä, niin että yksittäistapauksissa on täysin mahdollista toisenlainen kytkentä ja toisenlainen laitteisto kulloistenkin olosuhteiden mukaisesti.

Paine-elektrolyysikenno 4 on kalvolla 14 jaettu anodilla 12 varustettuun anoditilaan 79 ja katodilla 16 varustettuun katodi-tilaan 89. Johdolla 21A johdetaan väkevöity suolavesi anoditilaan 79. Johdolla 21C poistetaan H2 ja katolyytin seos katoditilasta 89.

Anoditilasta 79 tuleva seos laimentuneesta suolavedestä, kloorista ja vesihöyrystä, jonka seoksen lämpötila on esimerkiksi 110°C, johdetaan johdon 21D kautta erottimeen 50, jossa on pisaroita 10 65820 kondensaatin määrästä, joka on saatava suolaveden tiivistyksellä. Säiliössä 75 jäähdytetty suolavesi poistuu siitä johdon 77 kautta.

Se pumpataan pumpun 78 avulla suolanliuotuslaitokseen ja suolan-puhdistukseen (ei esitetty) ja pumpataan lopuksi takaisin anodi-tilaan 79. Säiliössä 75 kehitetty vesihöyry vapautetaan pisaroita sitovassa kerroksessa 00 mukaan tempautuneista suolavesipisarois-ta ja johdetaan johdon 81 kautta laiiiduttimeen 82, missä vesihöyry tiivistyy. Lauhdutinta 82 voidaan johdon 83 kautta syöttää jäähdytysvedellä, joka lämmenneenä johdon 84 kautta poistuu lauh-duttimesta; on kuitenkin myös mahdollista käyttää ainakin osa tulevasta suuresta lämpömäärästä katolyytin höyrystämiseen, so. käyttää jäähdytykseen lauhduttimessa 82 lipeää jäähdytysaineena. Lauhduttimessa 82 tuotettu kondensaatti johdetaan johdon 85 kautta kondensaattisäiliöön 86 ja otetaan täällä vastaan. Johdon 92 kautta, johon on liitetty pumppu 88, voidaan kondensaatti 87 syöttää johtoon 21B, jonka kautta kiertävä katolyytti viedään takaisin katoditilaan 89. Tällä tavoin voidaan katolyytin konsentraatio pitää vakiona. Samoin voidaan kondensaatti 87 viedä suolanliuotus-laitokseen (ei esitetty). Tyhjöpumpulla 90, joka johdon 91 kautta on yhdistetty kondensaattisäiliöön 86, synnytetään tyhjö konden-saattisäiliössä 86 ja säiliössä 75.

Esimerkki 1

Valitulla kennopaineella 10 baaria, kennolämpötilalla 115°C, suunnitellulla kloorintuotannolla 170 000 vuositonnia, oletetulla suolaveden laimentumisella 250 kg:sta 220 kgraan NaCl/t suolavettä lasketaan suolavesikierto 825 t/h, kloorintuotanto 20 t/h ja suolankäyttö 33 t NaCl tunnissa. Anolyyttiin, joka poistuu erottimesta vielä kennolämpötilassa, on liuenneena 1,2-1,6 t/h klooria; tämä vastaa noin 6-8 % tuotetusta kloorimäärästä. Haihdutushöyryjen kondensaation jälkeen erotuskolonnista jää kaasufaasiin mainittu 1,2 - 1,6 t/h klooria yhdessä noin 0,035 t/h vesihöyryn kanssa. Erotuskolonnin haihdutushöyryjen kondensaatti sisältää vain vähän klooria liuenneena ja se voidaan pumpata suolanliuotusasemaan.

Itse suolavesi poistuu erotuskolonnista kiehumislämpötilassa, so. lämpötilassa noin 107°C. Jos erotuskolonnissa paisutuksen aikana tyhjösäi1iössä pidetään paine 400 mbar, niin kloorista va- 11 658 2 0 pautettu suolavesi jäähtyy höyrystyksessä lämpötilaan noin 83°C. Tällöin vapautuu höyryä 29 t/h; jos paine tyhjösäiliössä on vain 520 mbar, suolavesi jäähtyy vain lämpötilaan 90°C ja vesihöyryä höyrystyy 20 t/h. Haihudutushöyryjen kondensaatiossa vapautuva lämpömäärä riittää höyrystämään kennolipeän esimerkiksi 25 pai-no-%:tista 50 paino-%:iin. Samassa määrin tulee tarpeettomaksi käyttää vierasta höyryä konsentraatioon.

Esimerkki 2

Painetta yli 10 baaria kestävässä elektrolyysilaitteessa kloorin valmistamiseksi alkalikloridivesiliuoksesta on ainakin yksi elektrolyysikenno, jonka väliseinämän erottamat anodi ja katodi on sijoitettu kahden puolikuoren muodostamaan koteloon, joka on varustettu välineillä elektrolyysin lähtöaineen sisäänvie-miseksi ja välineillä elektrolyysin tuotteiden poisjohtamiseksi ja väliseinä on tiivistyselementtien avulla puristettu puolikuorten reunojen väliin ja sitä pidetään elektrodeihin saakka ulottuvien, sähköä johtamatonta ainetta olevien voimansiirtoelementtien välissä. Tälle elektrolyysilaitteelle on tunnusomaista, että elektrodit välikappaleiden kautta, jotka on kiinnitetty puolikuoriin olennaisesti ympyränmuotoisella poikkileikkauksella ja reunoillaan on mekaanisesti ja sähköä johtavasti yhdistetty puolikuoriin, tukevat viereisten kennojen puolikuoria laakeasti toisiaan vastaan ja elektrolyysilaitteen päissä olevat puolikuoret on tuettu paineen vastaanottavilla elimillä.

Kuvio 1 esittää sivusta katsottuna ja osittain leikattuna elektrolyysilaitetta.

Kuvio 2a esittää päältä katsottuna elektrolyysilaitteen paineenvastaanottavia elimiä.

Kuvio 2b esittää näkymää Ilb - Xlb kuviossa 2a.

Elektrolyysilaitteessa on vähintään yksi elektrolyysikenno 4. Jokainen yksityinen elektrolyysikenno 4 koostuu olennaisesti kahdesta laippaosasta 1 ja 2, joiden väliin on tiivistetty kalvo 14 ja joita pidetään yhdessä ruuveilla 6. Laippaosat 1 ja 2 on toisiinsa nähden sähköisesti eristetty esimerkiksi eristysholkeilla 3. Laippojen 1 ja 2 sisään on suljettu puolikuoret 9 ja 11, jotka peittävät laippoja 1 ja 2 sisäpuolelta ja reunoillaan ulottuvat 12 65820 laippojen 1 ja 2 tiivistyspintojen päälle. Tiivistysrenkaiden 13 ja 15 tehtävänä on tiivistys kalvoa 14 vastaan. Puolikuoriin 9 ja 11 on kiinnitetty anodi 12 ja katodi 16. Viereisen kennojen puolikuorien 9 ja 11 pohjat puristuvat kennojen sisäpuolisen paineen vaikutuksesta toisiaan vastaan; ne voivat olla kalvolla 10 (tekoainetta tai metallia) erotetut toisistaan. Ympärikulkevat vaotukset puolikuorissa 9 ja 11 aikaansaavat kalvomaisen käyttäytymisen (ei esitetty). Välikappaleissa 17 ja 18 (sähköä johtavat pultit), joiden tehtävänä on virranjohtaminen ja voimansiirto, on niiden otsasivuilla kennon sisällä voimansiirtoelementit 19 ja 20, esimerkiksi kiekot eristävät aineesta, joiden väliin kalvo 14 on puristettu. Välikappaleisiin 17 vast. 18 on kiinnitetty anodi 12 vast, katodi 16. Anolyytin ja katolyytin sisäänvieminen ja ulos-johtaminen tapahtuu johtojen 21 kautta, jotka on säteettäisesti viety laippojen 1 ja 2 lävitse.

Elektrolyysiisitteen päissä olevat puolikuoret on tuettu paineenvastaanottavilla elimillä. Nämä elimet koostuvat kahdesta levystä 7 ja vetoankkureista 8. Vetoankkureiden sijasta voivat levyt 7 olla yhdistetyt hydrauliikkalaitteilla (ei esitetty). Kulloisenkin viimeisen kennon 4 ulospäin olevat puolikuoret 9 vast.

11 tulevat kennon sisäpuolista painetta vastaan tuetuiksi levyllä 7, joka mahdollisesti jousella 22 lepää laipassa 2 tai 1. Molemmat päätylevyt 7 vedetään vetoankkureilla 8 yhteen, niin että puoli-kuoriin vaikuttava nestepaine tulee vetoankkureilla kompensoiduksi. Ne nojaavat jalkaelementteihin 5. Levyihin 7 on sijoitettu kierre-pultit 23, jotka kiinnikierrettäessä aiheuttavat puristuksen välikappaleisiin 17 ja 18. Kierrepultit 23 on vastaavilla laitteilla 25 liitetty virranjohteisiin 24. Näihin virranjohteisiin 24 liitetään syöttökaapeli (ei esitetty). Ennen elektrolyysilaitteen käyttöönottoa puristetaan yksittäiset elektrolyysikennot 4 paineen vastaanottavilla elimillä yhteen ja sitten kiristetään kierrepultit 23, niin että sähköiset kosketukset muodostetaan välikappaleiden 17 ja 18 kautta läpi kaikkien kennojen. Yksittäisillä elektrolyysi-kennoilla on olennaisesti ympyränmuotoinen poikkileikkaus, so. poikkileikkaus elektroditasossa on ympyränmuotoinen, ellipsinmuo-toinen, soikea tai senkaltainen.

Claims (18)

1. Menetelmä kloorin poistamiseksi alkalikloridielektro-lyysin anolyytistä ja tämän anolyytin jäähdyttämiseksi paineen-alennuksella, tunnettu siitä/ että elektrolyysi toteutetaan paineessa vähintään 8 bar, mekaanisesti, erottimella erotetaan elektrolyysikennon anoditilasta virtaavat tuotteet (anolyytti, ja syntyvät kaasut), erotettu anolyytti lämpötilassa, joka on anolyytin kiehumislämpötilan yläpuolella normaali-ilmanpaineessa, paisutetaan erotuskolonnissa paineeseen, joka on normaali-ilmanpaineen ja 2 bar välillä, siten, että näissä olosuhteissa anolyytti kiehuu ja että tämän jälkeen paisutuksella kloorista vapautettu anolyytti erotetaan erotuskolonnissa syntyneestä kaasufaasista.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että erotuskolonni sisältää runsaspintaisia sisärakenteita.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että suolavesi sen jätettyä erotuskolonnin edelleen paisutetaan tyhjösäiliössä ja siten syntyneet haihdutushöyryt konden-soidaan jäähdyttämällä.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että elektrolyysi toteutetaan paineessa 8-20 bar.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että erotuskolonnissa paine lasketaan korkeintaan 1,5 baariin, edullisesti 1,1 baariin.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kloorin poistamisen helpottamiseksi anolyytistä ero-tuskolonniin puhalletaan höyryä alhaalta päin.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että elektrolyysi toteutetaan siten, että anolyytti saavuttaa lämpötilan vähintään 90°C.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että anolyytin lämpötila on 105-140°C, edullisesti 110-130°C.

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kaasufaasista, joka on syntynyt erotuskolonnissa, jäähdyttämällä kondensoidaan pääosa vedestä. 14 65820

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että vedellä jäähdytyksessä kondensoitumaton, olennaisesti kloorista ja vesihöyrystä koostuva kaasufaasi puristetaan ja johdetaan takaisin erottimeen.

11. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että erotuskolonnia kastellaan osalla klooripitoista kondensaattia.

12. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että alkalikloridi-elektrolyysi toteutetaan kalvo-kennomenetelmällä.

13. Patenttivaatimusten 3 ja 12 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tyhjösäiliön haihdutushöyryjen kondensaa-tiossa tuleva klooriton ja suolaton kondensaatti viedään kalvo-kennon katolyyttiin.

13 65820

14. Patenttivaatimuksen 12 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että elektrolyysikennon anoditilan ja katoditilan paine mitoitetaan siten, että paine-ero on enintään 5 baaria.

15. Patenttivaatimuksen 12 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että katoditilassa pidetään suurempi paine kuin anodi-tilassa ja kalvo tulee painetuksi anodille.

16. Patenttivaatimuksen 15 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että käytetään verkkometallianodia.

17. Patenttivaatimuksen 3 tai 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vesihöyryn tai haihdutushöyryjen konden-saatiossa vapautuvaa lämpöä käytetään katolyytin höyrystymiseen.

18. Menetelmä kloorin poistamiseksi alkalikloridi-elektro-lyysin anolyytistä paineenalennuksella, tunnettu siitä, että elektrolyysi toteutetaan paineessa vähintään 8 bar anoditilas-sa, mekaanisesti, erottimessa erotetaan elektrolyysikennon anodi-tilasta virtaavat tuotteet (anolyytti ja syntyneet kaasut), erotettu anolyytti lämpötilassa, joka on anolyytin kiehumislämpötilan alapuolella normaali-ilmanpaineessa, paisutetaan erotuskolonnissa paineeseen, joka on normaali-ilmanpaineen ja 2 baarin välillä, erotuskolonnissa anolyyttiä käsitellään vesihöyryllä vastavirtaan kunnes se kiehuu ja paisutuksella ja vesihöyrykäsittelyllä kloorista vapautettu anolyytti erotetaan syntyneestä kaasufaasista. 15 65820