FI68089B - Elektrolysapparat foer framstaellning av klor ur vattenhaltigaalkalikloridloesningar - Google Patents

Description

ΓΒ1 KUULUTUSJULKAISU ί Q Γ) Q Q

B 11 UTLÄGGNINGSSKRIFT O O U O ? C <45> PcL i .2\izt (51) Kv.lkd/Int.CI.* c 25 5 9/00, 1 /46 (21) Patenttihakemus — Patentansökning 80 1 1 45 (22) Hakemispäivä — Ansökningsdag 1 0.04.80 (H) (23) Alkupäivä — Giltighetsdag 1 0.04.80 (41) Tullut julkiseksi — Blivit offentlig 13-10,80

Patentti- ja rekisterihallitus Nähtäväksipanon ja kuul.jalkal.un pvm. - 29.03.85

Patent- och registerstyrelsen ' ' Ansökan utlagd och utl.skriften publicerad (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus — Begärd prioritet 1 2.04.79

Saksan Li ittotasavalta-Förbundsrepubliken Tysk1 and(DE) P 2914869.4 (71) Hoechst Aktiengesel1schaft, Postfach 80 03 20, 6230 Frankfurt/Main 80, Saksan Liittotasavalta-Förbundsrepubliken Tyskland(DE) (72) Werner Bender, Hofheim am Taunus, Dieter Bergner, Kelkheim (Taunus),

Kurt Hannesen, Kelkheim (Taunus), Wolfgang Muller, Bad Soden am Taunus, Wilfried Schulte, Hofheim am Taunus, Saksan Liittotasavalta-Förbundsrepubl iken Tyskland(DE) (74) Oy Koister Ab (54) Elektrolyysilaite kloorin valmistamiseksi ai kaiikloridivesi1iuoksista -Elektrolysapparat för framstä11 ning av klor ur vattenhaltiga aikaii- klor i d1ösn i ngar Tämän keksinnön kohteena on elektrolyysilaite kloorin valmistamiseksi aikaiikloridivesiliuoksista paineisena, jossa laitteessa anoditila ja katoditila on erotettu toisistaan väliseinällä, esimerkiksi diafragmalla tai ioninvaihtokalvolla.

DE-hakemusjulkaisusta 25 38 414 tunnetaan yksittäisistä elektrolyysikennoista koostuva elektrolyysilaite, jonka kennoja voidaan käyttää myös erillisinä elementteinä. Tämän elektrolyysi-laitteen yksittäisille elektrolyysikennoille on tunnusomaista, että kotelo koostuu kahdesta puolikuoresta, elektrodit on yhdistetty sähköä johtavilla pulteilla puolikuoriin, jolloin pultit ulottuvat puolikuorien seinämien läpi ja ovat läpiulottuvilta osiltaan varustetut virranjohteilla ja laitteilla virranjohteiden, puolikuorien, elektrodien ja väliseinän yhteenpuristamiseksi ja väliseinä on sijoitettu sähköä eristävien välikappaleiden väliin, jotka on sijoitettu pulttien jatkeelle elektrodien sähköi- 2 68089 sesti aktiiviselle puolelle ja väliseinät on tiivistyselement-tien avulla puristettu puolikuorien reunojen väliin.

Näissä elektrolyysikennoissa on kotelossa aukot, joiden lävitse virtajohteet viedään elektrodeihin, mikä on haitallista, koska näissä aukoissa voi esiintyä vuotoja, jotka ovat poistettavissa vain ottamalla koko elektrolyysilaite pois käytöstä ja vaihtamalla vuotava elementti. Zlektrolyysiprcsesseja ei voida toteuttaa paineen alaisina.

Tehtävänä on sen vuoksi saada aikaan elektrolyysilaite, jossa ei ole edellä esitettyjä epäkohtia. Tämän lisäksi elektro-lyysilaitteen tulee rakentua yksittäisistä kennoista, jotka yksinään ovat toimintakykyisiä. Korjauksen yhteydessä vialliset kennot on voitava helposti poistaa tai vaihtaa täytettyinäkin tarvitsematta hajoittaa osiin koko elektrolyysilaitetta ja samalla keskeyttää laitteen toimintaa pitkäksi ajaksi. Lisäksi elek-trolyysilaitteen tulee kestää paineita, jotka ovat yli 10 baaria.

Tehtävät ratkaistaan keksinnön mukaisesti elektrolyysilait-teella, jolla valmistetaan klooria alkalikloridivesiliuoksista ja jossa laitteessa on ainakin yksi elektrolyysikenno, jonka anodi ja katodi on väliseinällä toisistaan erotetusti sijoitettu kahdesta puolikuoresta muodostuvaan koteloon, jolloin kotelo on varustettu laitteilla elektrolyysilähtöaineiden syöttämiseksi ja elektrolyy-situotteiden poisjohtamiseksi ja väliseinä on tiivistyselementtien avulla puristettu puolikuorten reunojen väliin ja sitä pidetään elektrodeihin saakka ulottuvien, sähköä johtamatonta ainetta olevien voimansiirtolaitteiden välissä ja elektrodit on puolikuonin kiinnitettyjen välikappaleiden ja reunojensa kautta kiinnitetty mekaanisesti ja sähköä johtavasti puolikuoriin.

Tälle keksinnön mukaiselle elektrolyysilaitteelle on tunnusomaista, että viereisten kennojen puolikuoret nojaavat toisiinsa laakeasti ja elektrolyysilaitteen päissä olevat puolikuoret on tuettu painetta vastaanottavilla elimillä.

Painetta vastaanottavina eliminä voidaan käyttää vetoankku-reilla sidottuja ja päissä olevia puolikuoria peittäviä levyjä. Ankkurin sijasta levyt voivat olla varustetut myös hydrauliikka-laitteilla. Katodit voivat olla rautaa, kobolttia, nikkeliä tai kromia tai näiden seoksia ja anodit titaania, niobia tai tantaa- J 68089 lia tai näiden metallien seoksia tai metallikeraamista taikka ok-sidikeraamista ainetta. Tämän lisäksi anodit on varustettu sähkön-johtokykyisellä, katalyyttisesti vaikuttavalla päällysteellä, joka sisältää platinametalliryhrnän metalleja tai yhdisteitä. Elektrodien muodolla (elektrodit voivat olla esim. lävistettyä ainetta kuten reikälevyä, verkkometallia, metallipalmikointia tai ohuiden pyörösauvojen muodostamia konstruktioita) ja niiden sijoituksella elektrolyysikennoon voidaan elektrolyysissä muodostuneet kaasut helposti ohjata elektrodien takana olevaan tilaan. Tällä kaasun poistolla elektrodivälistä saavutetaan kaasukuplavastuksen väheneminen elektrodien välissä ja siten kennojännitteen aleneminen.

Katodinpuoleiset puolikuoret voivat olla rautaa tai rauta-seosta. Siinä tapauksessa että katodit ja katodinpuoleiset puoli-kuoret on hitsattava toisiinsa, ne ovat mahdollisuuden mukaan samaa ainetta, edullisesti terästä. Anodinpuolisten puolikuorten tulee olla klooria kestävää ainetta kuten titaania, niobia tai tantaalia, näiden metallien seosta, Hastelloyta tai metallikeraamista tai oksidikeraamista ainetta. Siinä tapauksessa että puolikuoret ja anodit on hitsattava kiinni toisiinsa, näille osille valitaan sama raaka-aine, edullisesti titaani. Puolikuoret ja elektrodit voidaan kiinnittää toisiinsa myös ruuvaamalla. Tässä tapauksessa elektrodit ja puolikuoret voivat olla eri ainetta.

Väliseinänä tulevat kysymykseen alkalikloridielektrolyy-sissä tavalliset diafragmat tai ioninvaihtokalvot. Ioninvaihto-kalvot koostuvat olennaisesti tetrafluorieteenin ja perfluori-vinyyliyhdisteiden kopolymeraateista kuten CF2=CF2-0-CF2-CF(CF^)-0-CF2-CF2-S03H:sta tai CF2=CF2-0-CF2-CF(CF3)-0-CF2-CF2-C00H:sta. Samoin käytetään kalvoja, joissa ketjun päässä on sulfoniamidiryh-miä (-SO^NHR) ioninvaihtoryhminä. Tällaisen ioninvaihtajän ekvi-valenttipaino on 800...1600, edullisesti 1100...1500. Mekaanisen lujuuden lisäämiseksi ioninvaihtokalvo on useimmiten vahvistettu polytetrafluorieteeniä olevalla tukikudoksella.

Nämä ioninvaihtokalvot kuten asbestidiafragmatkin estävät vedyn ja kloorin sekoittumisen, mutta selektiivisen läpäisevyytensä vuoksi sallivat alkalimetalli-ionien läpikulun katoditilaan.

Ne estävät myös pitkälti halogenidien siirtymisen katoditilaan ja hydroksyyli-ionien läpikulun anoditilaan. Täten saadaan käy- 4 6 ε O 8 9 tännöllisesti katsoen suolaten emäsliuos, kun taas diafragma-kennojen katolyyteistä suola täytyy poistaa kalliilla menetelmällä. Tämän lisäksi on huomattava, että toisin kuin asbestidiaf-ragmat, ioninvaihtokalvot ovat mittastabiileja väliseiniä, jotka myös kestävät paremmin alkalikloridielektrolyysm aggressiivisia aineita kuin asbestidiafragmat ja joilla sen vuoksi on pitempi elinikä kuin asbestidiafragmoilla.

Elektrolyysilaite koostuu joko yhdestä elektrolyysikennosta tai joukosta peräkkäin kytkettyjä kennoja, jolloin viereisten kennojen välinen sähköinen kosketus tapahtuu joko suoraan viereisten elektrolyysikennojen toisiaan koskettavien puolikuorten välityksellä tai sähköä johtavien voimansiirtoelementtien välityksellä.

Korkeampien kennopaineiden vallitessa voidaan käyttää korkeampaa kennolämpötilaa, mikä on edullista, koska korkeammassa lämpötilassa elektrolyytin sähköinen vastus pienenee anodipuolel-la kuten myös katodipuolella. Lisäksi korkeammassa paineessa kaa-sutilavuudet ovat vastaavasti pienemmät, joten käytettävissä on suhteellisesti suurempi virranjohtamispoikkipinta. Tämän seurauksena on tuotettua klooritonnia kohden laskettu energiankulutus on pienempi kuin normaalioloissa. Lisäksi korotetussa paineessa huolimatta samanaikaisesti korotetusta lämpötilasta, kennosta poistuu tuotettujen kaasujen mukana vähemmin vettä kun normaalipaineessa, mikä vähentää kaasujen kuivatuskustannuksia. Kun paine valitaan riittävän suureksi, vähintään noin 8 baariksi, voidaan tuotettu kloori nesteyttää jäähdyttämällä ja/tai puristamalla. Lisäksi on mahdollista poistaa kaasut anolyytistä normaali-ilmanpaineessa, kun lämpötilaa voidaan alentaa riittävästi. Lisäksi käytettäessä korkeampia paineita voidaan kennotuotteiden jälkikäsittely suorittaa pienemmissä laitteissa ja kennoja voidaan käyttää suhteellisesti suuremmalla kuormituksella.

Seuraavassa kuvataan erästä keksinnön mukaisen elektrolyy-silaitteen suoritusmuotoa oheisiin piirustuksiin liittyen.

Kuvion 1 esittää elektrolyysilaittetta sivusta katsottuna ja osittain leikattuna.

Kuvio 2a esittää elektrolyysilaitteen painetta vastaanottavaa elintä.

Il 5 68089

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

Elektrolyysilaitteessa on vähintään yksi elektrolyysikenno 4. Jokainen yksittäinen 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 eristysholkeil-la 3. Laippoihin 1 ja 2 on työnnetty puolikuoret 9 ja 11, jotka sisältäpäin peittävät laipat 1 ja 2 ja joiden reunat on vedetty laippojen tiivistyspintojen ylitse. Tiivistysrenkaiden 13 ja 15 tehtävänä on tiivistys kalvoa 14 vastaan. Puolikuoriin 9 ja 11 on kiinnitetty anodit 12 ja katodit 16. Vierekkäisten kennojen puolikuorten 9 ja 11 pohjat puristuvat kennon sisäpuolisen paineen vaikutuksesta toisiaan vastaan; ne voivat kalvolla 10 (tekoainetta tai metallia) olla erotetut toisistaan. Puolikuorissa 9 ja 11 olevat ympärikulkevat vaot aikaansaavat kalvomaisen käyttäytymisen (ei-esitetty). Välikappaleissa 17 ja 18 (sähköä johtavat pultit) , joiden tehtävänä on virran johtaminen ja voimansiirto, on niiden otsasivulla kennon sisällä voimansiirtoelementit 19 ja 20, esimerkiksi eristävää ainetta olevat kiekot, joiden väliin kalvo 14 on puristettu. Välikappaleisiin 17 ja vastaavasti 18 on kiinnitetty anodi 12 ja vastaavasti katodi 16. Anolyytin ja katolyytin syöttäminen ja poisjohtaminen tapahtuu johtojen 21 kautta, jotka säteettäisesti on johdettu laippojen 1 ja 2 lävitse.

Elektrolyysilaitteen päässä olevat puolikuoret tuetaan paineen vastaanottavilla elimillä. Nämä elimet muodostuvat kahdesta levystä 7 ja vetoankkureista 8. Vetoankkureiden sijasta voivat levyt 7 olla sidotut hydrauliikkalaitteilla (ei-esitetty). Kulloisenkin viimeisen kennon 4 ulospäin suunnattu puolikuori 9 vastaavasti 11 tuetaan kennon sisäpuolista painetta vastaan levyllä 7, joka mahdollisesti jousella 22 lepää laipassa 2 ja 1. Molempia päätylevyjä 7 vedetään vetoankkureilla 8 yhteen, niin että nesteen paine puolikuoriin tulee kompensoiduksi vetoankkureilla. Ne lepäävät jalkaelementeillä 5. Levyihin 7 on sijoitettu kierrepultit 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 elektrolyysi- Ιι 68089 laitteen käyttöönottoa puristetaan yksittäiset elektrolyysikennot 4 toisiinsa paineen vastaanottavilla elimillä ja sitten vedetään kiinni kierrepultit 23, niin että saadaan aikaan sähköinen kosketus kaikkien kennojen välille välikappaleiden 17 ja 18 avulla. Yksittäisillä elektrolyysikennoilla on olennaisesti ympyränmuotoinen poikkileikkaus, so. poikkileikkaus elektroditasossa on ympyränmuotoinen, eliipsinmuotoinen, soxkea tai sen kaltainen.

Claims (8)

1. Elektrolyysilaite kloorin valmistamiseksi alkalikloridi-vesiliuoksista, jossa laitteessa on ainakin yksi elektrolyysikenno (4), jonka anodi (12) ja katodi (16) on väliseinällä erotettu toisistaan ja sijoitettu kahdesta puolikuoresta (9,11) muodostuvaan koteloon, jolloin kotelo on varustettu laitteilla elektrolyysi-lähtöaineiden syöttämiseksi ja elektrolyysituotteiden poisjohta-miseksi ja väliseinä on tiivistyselementtien avulla puristettu puolikuorten reunojen väliin ja sitä pidetään elektrodeinin saakka ulottuvien, sähköä johtamatonta ainetta olevien voimaansiirtolait-teiden välissä ja elektrodit on puolikuoriin kiinnitettyjen välikappaleiden (17,18) ja reunojensa kautta kiinnitetty mekaanisesti ja sähköä johtavasta, puolikuoriin, tunnettu siitä, että viereisten kennojen puolikuoret (9,11) nojaavat toisiinsa laake-asti ja elektrolyysilaitteen päissä olevat puolikuoret on tuettu painetta vastaanottavilla elimillä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen elektrolyysilaite, tunnettu siitä, että paineen vastaanottava elin on järjestetty vetoankkureilla (8) yhdistetyistä ja päissä olevat puolikuoret (9,11) peittävistä levyistä (7).

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen elektrolyysilaite, tunnettu siitä, että paineen vastaanottavana elimenä levyt (7), joille on järjestetty hydrauliikkalaitteet, tukevat päissä olevia puolikuoria.

4. Patenttivaatimusten 1-3 mukainen elektrolyysilaite, tunnettu siitä, että anodipuolen puolikuoret ovat klooria kestävää ainetta, kuten titaania, niobia, tantaalia tai näiden metallien seosta taikka Hastelloy'ta.

5. Patenttivaatimusten 1-3 mukainen elektrolyysilaite, tunnettu siitä, että katodipuolen puolikuoret ovat rautaa, kobolttia, nikkeliä, kromia tai näiden seosta.

6. Patenttivaatimusten 1-5 mukainen elektrolyysilaite, tunnettu siitä, että väliseininä käytetään ioninvaihto-kalvoja. 8 68089

7. Patenttivaatimusten 1-3 mukainen elektrolyysilaite, tunnettu siitä, että katodit ovat rautaa, kobolttia, nikkeliä tai kromia taikka näiden seosta.

7 68089

8. Patenttivaatimusten 1-3 mukainen elektrolyysilaite, tunnettu siitä, että anodit ovat titaania, niobia, tantaalia tai näiden metallien seosta taikka metallikeraamista tai oksidikeraamista ainetta ja ovat varustetut sähkönjohtokyky isellä, sähkökatalyyttisesti vaikuttavalla päällysteellä, joka sisältää platinaryhmän metallia tai metalliyhdisteitä. Il 68089