IT9022510A1

IT9022510A1 - SHORT CIRCUITOR FOR ELECTROLIZERS AND RELATED USE MEDOTO

Info

Publication number: IT9022510A1
Application number: IT022510A
Authority: IT
Inventors: Pierluigi Attilio Vittorio Borrione; Maurizio Marzupio; Gregory Jean Eldon Morris
Original assignee: Nora Permelec S P A Ora De Nora S P A De
Priority date: 1990-12-21
Filing date: 1990-12-21
Publication date: 1992-06-21
Also published as: CA2058008A1; AU8825191A; JPH04301090A; IT1246987B; ZA919566B; IT9022510A0; IL100265A0; PT99890A; HUT59967A; CS398791A3; BR9105476A; RU2076908C1; IL100265A; HU209837B; MX9102715A; PL292897A1; ATE145255T1; FI915926A; FI915926A0; PL167716B1

Description

DESCRIZIONE DELL’INVENZIONE DESCRIPTION OF THE INVENTION

Gli elettrolizzatori , per esempio a membrana del tipo a filtro pressa per l'elettrolisi cloro-soda, sono suscettibili di danni se un elettrolizzatore viene escluso, mediante cortocircuitatori reperibili sul mercato, da una serie di elettrolizzatori collegati ad un generatore elettrico. Un tipo di danno è quello causato al rivestimento attivo elettrocatalitico dei catodi contenuti nello elettrolizzatore cortocircuitato dal flusso di corrente inversa che fluisce nell'elettrolizzatore stesso al momento della sua cortocircuitazione. Si possono anche produrre danni agli elettrodi ed alle membrane in conseguenza dell'aumento del flusso di corrente che si verifica nelle celle elementari più vicine ai contatti del cortocircuitatore negli elettrolizzatori immediatamente precedente e seguente quello cortocircuitato. Electrolysers, for example membrane type filter presses for chlor-alkali electrolysis, are susceptible to damage if an electrolyser is excluded, by means of short-circuiters available on the market, from a series of electrolysers connected to an electric generator. One type of damage is that caused to the electrocatalytic active coating of the cathodes contained in the electrolyser short-circuited by the flow of reverse current flowing in the electrolyser itself at the moment of its short-circuiting. Damage to the electrodes and membranes can also be produced as a consequence of the increase in current flow which occurs in the elementary cells closest to the contacts of the short-circuiter in the electrolyzers immediately preceding and following the short-circuited one.

Soluzioni a questo problema sono state proposte ad esempio nei brevetti americani n. 4,561,949 e n. Solutions to this problem have been proposed for example in American patents n. 4,561,949 and n.

4,589,844, i quali descrivono dispositivi cortocircuitatori che permettono di intercettare parzialmente o totalmente la corrente elettrica di un elettrolizzatore. Entrambi i brevetti descrivono un metodo per intercettare la corrente dell’ elettrolizzatore da scollegare, senza che si crei un flusso di corrente inverso nell’elettrolizzatore stesso. Comunque, nessuno dei due brevetti prende in considerazione il modo di conservare uniforme il flusso di corrente attraverso le celle elementari degli elettrolizzatori immediatamente precedente e seguente quello cortocircuitato. 4,589,844, which describe short-circuiting devices which allow the electric current of an electrolyser to be partially or totally intercepted. Both patents describe a method to intercept the current of the electrolyser to be disconnected, without creating a reverse current flow in the electrolyser itself. However, neither of the two patents takes into consideration the way to keep uniform the current flow through the elementary cells of the electrolyzers immediately preceding and following the short-circuited one.

E' oggetto dell'invenzione fornire un metodo migliorato per mettere fuori esercizio un elettrolizzatore, in particolar modo un elettrolizzatore monopolare di una serie di elettrolizzatori diretti all'elettrolisi di soluzioni acquose. The object of the invention is to provide an improved method for putting an electrolyser out of operation, in particular a monopolar electrolyser of a series of electrolysers intended for the electrolysis of aqueous solutions.

E' un altro oggetto dell'invenzione descrivere un cortocircuitatore per prevenire il danneggiamento degli elettrolizzatori da mettere fuori esercizio, prevenendo il flusso di corrente inversa. It is another object of the invention to describe a short-circuiter to prevent damage to the electrolysers to be taken out of service, by preventing reverse current flow.

E' un ulteriore oggetto dell'invenzione descrivere un apparecchio in grado di prevenire lo sbilanciamento di corrente nelle celle elementari degli elettrolizzatori adiacenti all'elettrolizzatore che deve essere intercettato. It is a further object of the invention to describe an apparatus capable of preventing the current imbalance in the elementary cells of the electrolysers adjacent to the electrolyser which must be intercepted.

Questi ed altri obiettivi e vantaggi dell'invenzione vengono chiariti dalla descrizione che segue. These and other objects and advantages of the invention are clarified by the following description.

Il cortocircuitatore dell'invenzione è diretto ad intercettare la corrente elettrica di almeno uno di più elettrolizzatori monopolari collegati in serie ad una sorgente di energia ed è caratterizzato dal fatto di comprendere una molteplicità di moduli cortocircuitatori collegati tramite una molteplicità di bracci estensibili ai punti di contatto anodici di ciascuna cella elementare dell'elettrolizzatore che precede l’elettrolizzatore che deve essere intercettato e ai punti di contatto catodici di ciascuna cella elementare dell'elettrolizzatore immediatamente seguente l’elettrolizzatore che deve essere intercettato dove ciascun modulo cortocircuitatore comprende un resistore in grado di garantire una riduzione del flusso di corrente nelle celle elementari dell'elettrolizzatore da intercettare senza che si produca uno sbilanciamento della corrente elettrica nelle celle elementari degli elettrolizzatori immediatamente precedente e seguente l'elettrolizzatore da intercettare. The short-circuiter of the invention is aimed at intercepting the electric current of at least one of several monopolar electrolysers connected in series to an energy source and is characterized by the fact that it comprises a multiplicity of short-circuiting modules connected by means of a multiplicity of arms which can be extended to the contact points of each unit cell of the electrolyser that precedes the electrolyser which must be intercepted and at the cathode contact points of each unit cell of the electrolyser immediately following the electrolyser which must be intercepted where each short-circuiting module includes a resistor capable of guaranteeing a reduction of the current flow in the elementary cells of the electrolyser to be intercepted without producing an unbalance of the electric current in the elementary cells of the electrolysers immediately preceding and following the electrolyser to be intercepted.

La figura 1 illustra una serie di elettrolizzatori monopolari ad uno dei quali è stato collegato un cortocircuitatore convenzionale dell'arte nota e la figura 2 l'andamento del flusso di corrente che si realizza negli elettrolizzatori adiacenti a quello cortocircuitato. Figure 1 illustrates a series of monopolar electrolysers to one of which a conventional short-circuiter of the prior art has been connected and Figure 2 shows the trend of the current flow that occurs in the electrolyzers adjacent to the short-circuited one.

La figura 3 rappresenta una configurazione del circuitatore secondo l'invenzione, del tipo installabile sopra gli elettrolizzatori. Figure 3 represents a configuration of the circuitator according to the invention, of the type that can be installed above the electrolyzers.

La Fig. 4 rappresenta un'ulteriore configurazione del cortocircuitatore dell'invenzione, sempre del tipo installabile sopra gli elettrolizzatori. Fig. 4 represents a further configuration of the short-circuiter of the invention, again of the type that can be installed above the electrolyzers.

Nelle figure 1 e 2, il cortocircuitatore, collegato con le barre portacorrente 6 e 7, intercetta l'elettrolizzatore 2. Con ì cortocìrcuitatori noti si può prevenire il flusso inverso di corrente attraverso l’elettrolizzatore 2, tuttavia essi non prevengono in alcun modo lo sbilanciamento del flusso della corrente verso i punti di collegamento del dispositivo alle barre portacorrente 6 e 7. La figura 2 illustra questo sbilanciamento del flusso di corrente negli elettrolizzatori 1 e 3 situati subito prima e dopo l'elettrolizzatore 2. Le linee tratteggiate indicano lo sbilanciamento del flusso di corrente e più in particolare il suo aumento nelle celle elementari degli elettrolizzatori 1 e 3 più vicine ai punti di collegamento 6 e 7. In Figures 1 and 2, the short-circuiter, connected to the current-carrying bars 6 and 7, intercepts the electrolyser 2. With the known short-circuiters it is possible to prevent the reverse flow of current through the electrolyser 2, however they do not in any way prevent the current flow imbalance to the device connection points to busbars 6 and 7. Figure 2 illustrates this current flow imbalance in electrolysers 1 and 3 located just before and after electrolyser 2. The dotted lines indicate the imbalance of the current flow and more particularly its increase in the elementary cells of the electrolysers 1 and 3 closest to the connection points 6 and 7.

La figura 3 è una vista frontale di una porzione di una serie di elettrolizzatori monopolari 1, 2 e 3, ciascuno dei quali contiene più celle elementari 4 e 5 con un cortocircuitatore 8 che deve intercettare l'elettrolizzatore 2. Il cortocircuitatore 8 è sostenuto dai supporti 9 e 10 fissati agli elettrolizzatori 1 e 3 immediatamente precedente e seguente l'elettrolizzatore 2 da cortocircuitare ed è collegato tramite una molteplicità di bracci estensibili 12 ai punti di contatto anodici 11 di ciascuna cella elementare 4 dell'elettrolizzatore 1 immediatamente precedente. Il cortocircuitatore 8 è inoltre collegato tramite più bracci estensibili 13 ai punti di contatto catodici 14 di ciascuna cella elementare 5 dell'elettrolizzatore 3 immediatamente seguente. Figure 3 is a front view of a portion of a series of monopolar electrolysers 1, 2 and 3, each of which contains several elementary cells 4 and 5 with a short-circuiter 8 which must intercept the electrolyser 2. The short-circuiter 8 is supported by supports 9 and 10 fixed to the electrolysers 1 and 3 immediately preceding and following the electrolyser 2 to be short-circuited and is connected by means of a multiplicity of extensible arms 12 to the anode contact points 11 of each elementary cell 4 of the immediately preceding electrolyser 1. The short-circuiter 8 is also connected by means of several extensible arms 13 to the cathode contact points 14 of each elementary cell 5 of the immediately following electrolyser 3.

La corrente elettrica è diretta, tramite i punti di contatto anodici 11, dalle celle elementari 4 dell'elettrolizzatore 4 immediatamente precedente l 'elettrolizzatore cortocircuitato 2. attraverso bracci estensibili 12 al cortoeircuitatore 8. La corrente elettrica attraversa un banco di resistori del cortocircuitatore 8 che permette di controllare il flusso della corrente elettrica attraverso i bracci estensibili 13 è convogliata fino ai punti di contatto catodici 14 delle celle elementari 5 dell’elettrolizzatore 3 immediatamente seguente. The electric current is directed, through the anode contact points 11, from the elementary cells 4 of the electrolyser 4 immediately preceding the short-circuited electrolyser 2. through extensible arms 12 to the short-circuiter 8. The electric current passes through a bank of resistors of the short-circuiter 8 which it allows to control the flow of the electric current through the extendable arms 13 and is conveyed to the cathode contact points 14 of the elementary cells 5 of the immediately following electrolyser 3.

Pertanto, la corrente è equamente distribuita alle barre porta corrente 6 e 7. (Nota: numeri di riferimento sono gli stessi usati in fig. 1 e 2.) Therefore, the current is equally distributed to the current carrying bars 6 and 7. (Note: reference numbers are the same as used in fig. 1 and 2.)

La figura 4 illustra schematicamente un tipo di cortocircuitatore 8 adatto ad essere localizzato sotto gli elettrolizzatori 1,2 e 3 e montato su un carrello 15 per facilitare la movimentazione. Il modo di funzionamento è uguale a quello illustrato a proposito della figura 3. Figure 4 schematically illustrates a type of short-circuiter 8 suitable for being located under the electrolysers 1,2 and 3 and mounted on a trolley 15 to facilitate handling. The operating mode is the same as that illustrated in figure 3.

Per comprendere esattamente l'invenzione, é anzitutto necessario ricordare che la resistività è la resistenza al passaggio di corrente continua esistente tra facce parallele opposte di una porzione di materiale conduttore avente una lunghezza e sezioni unitarie. La resistività (p) determina la resistenza elettrica (R) offerta dal materiale stesso dove la resistenza è calcolata secondo la formula seguente: To understand the invention exactly, it is first of all necessary to remember that resistivity is the resistance to the passage of direct current existing between opposite parallel faces of a portion of conductive material having a unitary length and sections. The resistivity (p) determines the electrical resistance (R) offered by the material itself where the resistance is calculated according to the following formula:

dove where is it

R = resistenza in micro-ohm R = resistance in micro-ohms

p = resistività in microohm.centimetro p = resistivity in microohm. centimeter

L = lunghezza in cm L = length in cm

A = area della sezione di passaggio in cm2 A = area of the passage section in cm2

Valori della resistività di alcuni metalli sono riportati di seguito: Resistivity values of some metals are shown below:

La caduta di tensione in una barra portacorrente, indicata dai riferimenti 6 e 7 nelle figure 1,2 e 3 può essere calcolata per la disposizione illustrata in figura 1, nella quale un cortocircuitatore convenzionale è usato per intercettare l’elettrolizzatore 2, e risulta pari a: The voltage drop in a busbar, indicated by references 6 and 7 in Figures 1,2 and 3, can be calculated for the arrangement illustrated in Figure 1, in which a conventional short-circuiter is used to intercept the electrolyser 2, and is equal to:

dove where is it

R è definita come nell’equazione (1) di cui sopra R is defined as in equation (1) above

I è la corrente totale che passa attraverso gli elettrolizzatori . I is the total current that passes through the electrolysers.

Assumendo che la. corrente totale sia 60.000 Amps, la lunghezza L 200 cm e l'area della sezione A a 100 cm2, la caduta di tensione lungo la barra portacorrente risulta essere pari a 0,1 Volt. Assuming that the. total current is 60,000 Amps, the length L 200 cm and the area of section A to 100 cm2, the voltage drop along the busbar is equal to 0.1 Volt.

E’ per questo motivo che collegando un cortocircuitatore dell’arte nota ad un'estremità delle barre portacorrente 6 e 7, si causerebbe uno sbilanciamento di corrente in quelle celle elementari che si trovano più vicine ai punti di contatto del cortocircuitatore come illustrato nella figura 2. Nei casi in cui l'arte nota insegna l’uso di un cortocircuitatore collegato alle barre portacorrente 6 e 7 come nei brevetti americani n. 4.561.949 e n. 4.589.944, gli elettrolizzatori sono necessariamente limitati a poche celle elementari per evitare appunto uno sbilanciamento eccessivo del flusso di corrente. It is for this reason that by connecting a short-circuiter of the known art to one end of the current-carrying bars 6 and 7, a current imbalance would be caused in those elementary cells which are closest to the contact points of the short-circuiter as illustrated in figure 2. In the cases in which the known art teaches the use of a short-circuiter connected to the current carrying bars 6 and 7 as in the American patents n. 4,561,949 and n. 4,589,944, the electrolysers are necessarily limited to a few elementary cells to avoid an excessive imbalance of the current flow.

Come si può notare dall’equazione (1) precedente, la resistenza elettrica può essere minimizzata diminuendo la lunghezza del percorso della corrente oppure aumentando lo spessore delle barre portacorrente stesse. In entrambi i casi, esistono tuttavia limitazioni di ordine pratico (costi, pesi) ed in ogni caso i dispositivi noti conducono sempre a sbilanciamenti di corrente, più o meno pesanti. As can be seen from the previous equation (1), the electrical resistance can be minimized by decreasing the length of the current path or by increasing the thickness of the current carrying bars themselves. In both cases, however, there are practical limitations (costs, weights) and in any case the known devices always lead to more or less heavy current imbalances.

Con il cortocircuitatore di corrente 8 della presente invenzione, la corrente può essere trasferita uniformemente da elettrolizzatori comprendenti qualsiasi numero di celle elementari senza causare alcuno spostamento nella corrente elettrica. With the current shorting device 8 of the present invention, current can be uniformly transferred from electrolyzers comprising any number of elementary cells without causing any shift in the electric current.

Nel cortocircuitatore dell'invenzione ciascun braccio estensibile 12 e 13 in fig. 3 e 4 può essere collegato ad un suo proprio banco indipendente di resistori per meglio controllare il flusso di corrente. L’uso di banchi individuali di resistori permette inoltre che il calore generato dalla corrente elettrica sia ridotto al minimo e in tal modo si può evitare l'uso di acqua di raffreddamento, come invece necessariamente avviene con i cortocircuitatori dell'arte nota. In the short-circuiter of the invention each extensible arm 12 and 13 in FIG. 3 and 4 can be connected to its own independent bank of resistors to better control the current flow. The use of individual banks of resistors also allows the heat generated by the electric current to be reduced to a minimum and thus the use of cooling water can be avoided, as is necessarily the case with the short-circuiters of the prior art.

Con i cortocircuitatori convenzionali inoltre l’elettrolizzatore intercettato deve essere rimosso sollevandolo sopra il cortocircuitatore e spostandolo quindi lateralmente con il risultato di produrre condizioni non sicure di lavoro : l'elettrolizzatore è pesante e si viene a trovare al di sopra degli operatori con la possibilità che l'elettrolita, soda-caustica al 32% e salamoia clorata nell’elettrolisi di cloro soda, goccioli sugli operatori stessi. L'elettrolizzatore blocca inoltre l’accesso verso l'elettrolizzatore intercettato. Ponendo il cortocircuitatore dell'invenzione sotto o sopra l'elettrolizzatore intercettato, questi problemi sono evitati e l’elettrolizzatore può essere tenuto al livello del suolo e rimosso, per esempio, tramite mezzi di movimentazione convenzionali. Non c’è rischio che l’elettrolizzatore cada sui lavoratori e non si blocca l'accesso all'elettrolizzatore stesso. Furthermore, with conventional short-circuiters, the intercepted electrolyser must be removed by lifting it above the short-circuiter and then moving it laterally with the result of producing unsafe working conditions: the electrolyser is heavy and is found above the operators with the possibility that the electrolyte, 32% caustic soda and chlorinated brine in the electrolysis of chlorine soda, drips onto the operators themselves. The electrolyser also blocks access to the intercepted electrolyser. By placing the short-circuiter of the invention under or above the intercepted electrolyser, these problems are avoided and the electrolyser can be kept at ground level and removed, for example, by conventional handling means. There is no risk that the electrolyser falls on the workers and access to the electrolyser itself is not blocked.

Con il cortocircuitatore dell'invenzione, si realizza infine un risparmio nell’impiego di rame fino a 40% di rame dato che le barre portacorrente 6 e 7 possono essere progettate unicamente per trasferire corrente tra gli elettrolizzatori senza il sovradimensionamento richiesto per trasferire corrente anche ai cortocircuitatori dell'arte nota. Inoltre, i punti di contatto 11 e 14 possono essere del tipo a frizione piuttosto che del tipo imbullonato richiesto dai mezzi dell’arte nota caratterizzati da singoli contatti attraversati perciò da alte densità di corrente. Finally, with the short-circuiter of the invention, a saving in the use of copper of up to 40% of copper is achieved since the current carrying bars 6 and 7 can be designed only to transfer current between the electrolysers without the oversizing required to transfer current also to the short-circuiters of the known art. Furthermore, the contact points 11 and 14 may be of the friction type rather than the bolted type required by the means of the known art characterized by individual contacts therefore crossed by high current densities.

L'imbullonatura richiede tempo e costringe gli operatori a lavorare in posizione critica fra gli elettrolizzatori per un periodo di tempo prolungato. Bolting takes time and forces operators to work in a critical position between the electrolysers for an extended period of time.

Inoltre il cortocircuitatore è adatto ad essere impiegato con elettrolizzatori ad elevato numero di celle elementari. Furthermore, the short-circuiter is suitable for use with electrolysers with a high number of elementary cells.

E' chiaro che varie modifiche dell’apparato e del metodo dell’invenzione possono essere apportate senza allontanarsi dallo spirito o scopo della stessa. It is clear that various modifications of the apparatus and method of the invention can be made without departing from the spirit or purpose of the same.

Claims

CLAIMS 1. Short-circuiting device for intercepting the electric current of at least one of more monopolar electrolysers connected in series to a direct electric current source comprising a plurality of short-circuiting modules, said modules being connected by a plurality of extensible arms to each elementary cell of the electrolyzer which immediately precedes the electrolyser to be intercepted through the anodic contact points, and to each elementary cell of the electrolyser immediately following the electrolyser to be intercepted through the cathode contact points, each of said modules comprising a resistor for a uniform reduction of the current flow in the elementary cells of the electrolyser to be intercepted without unbalancing the electric current in the elementary cells of the two electrolysers, respectively immediately preceding and following the electrolyser to be intercepted.

2. In a method of interception of an electrolyser belonging to a series of several monopolar electrolysers connected to a source of continuous electric current, the improvement consists in using a short-circuiter comprising a plurality of short-circuiting modules, each of said modules being connected from a multiplicity of arms that can be extended to each of the elementary cells of the previous electrolyser 1 * electrolyser to be intercepted through anode contact points and connected to each of the elementary cells of the electrolyser immediately following the electrolyser to be intercepted through the cathode contact points, each of said modules comprising a resistor for a uniform reduction of the current flow in the elementary cells of the electrolyser to be intercepted without unbalancing the electric current in the elementary cells of the electrolyser immediately preceding and following the electrolyser to be intercepted.