NL7807970A

NL7807970A - Elektrolytische cel.

Info

Publication number: NL7807970A
Application number: NL7807970A
Authority: NL
Original assignee: Chlorine Eng Corp Ltd
Priority date: 1978-07-18
Filing date: 1978-07-27
Publication date: 1980-01-29
Also published as: NL170648C; SE7807936L; US4173525A; DE2832664A1; FR2432057A1; CA1101367A; DE2832664C2; BE869313A; FR2432057B1; GB2026541B; SE429449B; GB2026541A

Description

Η . ft CHLORINE ENGINEERS CORP.,LTD., Tokio. Japan Elektrolytische cel.

De uitvinding heeft betrekking op een elektrolytische cel voor de elektrolyse van zeewater.

De elektrolyse van zeewater met behulp van conventionele elektrolytische cellen heeft het nadeel, dat neerslagen zoals 5 magnesiumhydroxyde of calciumcarbonaat, zich afzetten op de kathode- plaat van de elektrolysecel, die verstoppingen tussen de elektroden vormen. Dit voert tot een daling van de elektrolyt stroomsnelheid, een stijging van de elektrolytische celspanning en een daling van het stroomrendement. Voor verwijderen van deze neerslagen moet het 10 proces voortdurend worden gestopt en moet de elektrolytische cel worden behandeld door terugrassen, zuurwassen enz.

Pogingen voor verhinderen van het afzetten van neerslagen, die de oorzaak zijn van dit probleem, omvatten bijvoorbeeld een methode, welke omvat handhaven van de doorvoersnelheid van zeewater 15 door de elektrolytische cel op een waarde, die voldoende is voor suspenderen van daarin aanwezige deeltjesvormige materialen en terugwassen van de cel, waarbij de elektrolyse is gestopt (bijvoorbeeld als beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 3.893.902) en een methode, die omvat de toepassing van een elektrolytische 20 cel, welke een zodanige structuur heeft, dat bij invoeren van een elektrolytische oplossing in de cel, de oplossing eerst in contact komt met de anode en voordat de oplossing de cel verlaat, de oplossing tenslotte in contact komt met de anode (bijvoorbeeld beschreven in de Amerikaanse octrooischriften 3.819*50^ en 3.915.817). Deze 25 bekende methoden verhinderen echter nog niet volledig het afzetten van neerslagen. Het afzetten van neerslagen is vooral sterk op de zijrand van de kathodeplaat en het benedeneinde van de kathode tegenover de zeewaterinlaat, en het afzetten kan door de bekende 7807970 2

A

- 4' #'· methoden niet effectief worden verhinderd.

Een doelstelling van de uitvinding is een elektrolytische cel te verschaffen voor de elektrolyse van zeewater, welke een structuur heeft, waardoor afzetten van neerslagen op de gehele 5 kathodeplaat, vooral "bij de zijrand en het benedengedeelte van de kathode, wordt verhinderd.

Als gevolg van onderzoekingen werd gevonden, dat het afzetten van neerslagen op de kathode vooral sterk is bij een deel, waar de zeewaterstroom stagneert of bij een gedeelte van het 10 kathode-oppervlak, waar de stroomdichtheid laag en de ontwikkeling is ...

van waterstofgas gering en dat de neerslagen geleidelijk op het oppervlak groeien loodrecht op de richting van de zeewaterstroom.

Om dit nadeel op te heffen verschaft de uitvinding een elektrolytische cel, waarin vlakke plaatachtige anoden en vlakke plaatachtige kathoden 15 evenwijdig aan elkaar in verticale richting zijn geplaatst, zodat de stroom zeewater niet stagneert over het gehele oppervlak van de kathode. Verder hebben volgens de uitvinding delen van de elektrolytische cel, waar afzetten van neerslagen kan-optreden, zoals de zijrand van de kathodeplaaterket benedenoppervlak van de kathode 20 tegenover de zeewaterinlaat, een zodanige structuur, dat de stroming van zeewater daar niet stagneert en een roereffect te wijten aan vloeistof en gas wordt versterkt. Ook wordt een zeer geschikt orgaan verschaft voor doorvoeren van een elektrische stroom.

De uitvinding verschaft derhalve een elektrolytische 25 cel voor elektrolyse van zeewater, welke omvat een huis met een opening bij de bodem en de top van het huis voor instromen van zeewater en uitstromen van^llektrolyseerd zeewater, een aantal vlakke plaatachtige anoden, die verticaal in 30 het huis zijn aangebracht met het hoofdoppervlak van de anoden evenwijdig aan de zeewaterstroom door de cel, een aantal vlakke plaatachtige kathoden, die verticaal in het huis zijn aangebracht met het hoofdoppervlak van de kathoden evenwijdig aan de zeewaterstroom door de cel, 35 een naar buiten stekend gedeelte voor doorvoeren van 7807970 3 " fc.

een elektrische stroom, dat is aangebracht bij de benedenzijrand van elk van de anoden; een naar buiten stekend gedeelte voor doorvoeren van een elektrische stroom, dat is aangebracht bij de bovenzijrand van 5 elk van de kathoden; een elektrische stroom voerende plaat, die bevestigd is aan het benedengedeelte van het huis en verbonden is met de gedeelten voor voeren van een elektrische stroom naar elk van de anoden; en een elektrische stroom voerende plaat, die bevestigd 10 aan het bovengedeelte van het huie en verbonden is met de gedeelten . - voor voeren van een elektrische stroom naar elk van de kathoden; en vaarin de anoden en de kathoden afwisselend zijn aangebracht, de zijranden van elk van de anoden en de zijranden van 1 5 elk van de kathoden, met uitzondering van de gedeelten voor voeren van een elektrische stroom naar elk van de anoden en naar elk van de kathoden, op een afstand zijn aangebracht van de binnenwand van het huis; en elk van de vlakke plaatachtige kathoden en elk van de 20 vlakke plaatachtige anoden een zodanig uitwendige omtrek hebben, dat de uitwendige ontrek van elk van de vlakke plaatachtige kathoden, met uitzondering van de gedeelten voor voeren van een elektrische stroom naar elk van de kathoden, geplaatst is binnen de uitwendige omtrek van elk van de vlakke plaatachtige anoden.

25 De uitvinding zal nu worden toegelicht aan de hand van de tekening, waarin fig. 1 een verticaal doorsnede-aanzicht is van een uitvoeringsvorm van de elektrolytische cel voor elektrolyse/" $5n zeewater volgens de uitvinding;

30 fig. 2 een doorsnede-aanzicht is volgens de lijn I-I

van fig. 1; fig, 3 een doorsnede-aanzic^it is volgens de lijn II-II van fig. 1; fig. H een verticaal doorsnede-aanzicht is, die een 35 andere uitvoeringsvorm van de uitvinding toont; en 7807970 é k

Fig, 5 een verticaal doorsnede-aanzicht is, die nog een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding toont.

In de figuren 1-3 is 1 een huis van een elektrolytische cel met een inlaat 2 voor zeewater "bij het benedendeel van het 5 huis en een uitlaat 3 voor elektrolytoplossing bij het bovendeel van het huis. Binnen het huis van de elektrolytische cel zijn vlakke plaatachtige anoden k en vlakke plaatachtige kathoden 5 evenwijdig aan elkaar in verticale richting aangebracht. EUe vlakke plaatachtige anode kan vervaardigd zijn van een maasachtige plaat, een geperforeerde 10 plaat, een niet geperforeerde plaat enz. De vlakke plaatachtige kathode is echter een niet geperforeerde plaat met een gelijkmatig oppervlak, omdat op een kathode met eerjongelijkmatig oppervlak, bijvoorbeeld een plaat met mazen of een geperforeerde plaat, neerslagen kunnen worden afgezet.

1 5 Geschikte materialen voor de anode zijn bijvoorbeeld ventielmetaal (een filmvormend metaal bijvoorbeeld titaan, tantaal, niobium, hafnium en zirkoon) bekleed met een metaal uit de platina-groep of met een laag, die een metaaloxyde uit de platinagroep bevat naast, indien nodig, Ti02,Sn02 en verschillende andere typen 20 oxyden, en materialen voor de kathode zijn bijvoorbeeld titaan, roestvrijstaal, Hastelloy, nikkel of een met chroom beklede stalen plaat.

Teneinde de elektrolytoplossing te verhinderen te stagneren bij de zijrand van de vlakke plaatachtige kathoden 5 en 25 daardoor afzetten van neerslagen op de zijrand van de kathoden te voorkomen, zijn de zijranden van de vlakke plaatachtige anoden k en kathoden 5 op een afstand van de binnenwand van het huis van de elektrolytische cel. aangebracht. Hoewel de zijranden van de anoden en de kathoden zijn aangebracht op een afstand van de bi-nnenwand 30 van het huis, is geen bepaalde afstand vereist en deze afstand kan naar wens worden gevarieerd. Verder is, om een daling van de stroomdichtheid bij de zijrand van de vlakke plaatachtige kathoden te voorkomen, de uitwendige contour (d.w.z. de omtrek van de randen) van de kathoden 5 binnen de uitwendige contour van de anoden U 35 aangebracht, zodat de elektrolyt, die van de zijrand van de anoden ^ 7807970 t 5 v* stroomt, loodrecht naar de zijrand van de kathoden 5 stroomt.

In een conventionele verticale elektrolytische cel is de vlakke plaatachtige anode of kathode elektrisch verbonden door een elektrode dragerplaat, die is aangebracht in de elektrolytische 5 cel. Het aanbrengen van de elektrode dragerplaat in een elektrische cel is niet gewenst, omdat de elektrode-dragerplaat een gebied zal vormen, waar de elektrolytoplossing de neiging heeft tot stagneren .

Volgens de uitvinding zijn een naar buiten stekend 10 elektrische stroom voerend gedeelte U' en een naar buiten stekend elektrische stroom voerend gedeelte 5' aangebracht bij de bodem-zijrand van elk van de anoden k en de topzijrand van elk van de kathoden 5« Deze naar buiten stekende elektrische stroom voerende gedeelten kunnen vervaardigd zijn van hetzelfde materiaal als de 1 5 anode en de kathode of ze kunnen een integraal deel daarvan zijn.

Een groef 13 voor het dragen van de kathoden door inbrengen van het elektrische stroom voerende gedeelte 5' in de groef is aangebracht in het bovendeel van de zijwand van het huis en een groef 1U voor het dragen van de anoden door inbrengen van het elektrische stroom-20 voerende gedeelte in de groef Is aangebracht in het benedendeel van de zijwand van het huis. Het elektrische stroom voerende gedeelte V voor elke anode is verbonden met een elektrische stroom-voerende plaat 7, die is ingebracht tussen de kragen 6,6' en buiten de groef 1k steekt bij het benedendeel van de zijwand van het 25 huis, voor voeren van een elektrische stroom naar elke anode. Het elektrisch strpomvoerend gedeelte 5' van elke kathode is verbonden met een elektrische stroamvoerende plaat 9» die is ingebracht tussen * de kragen 8,8’ en buiten de groef 13 uitsteekt bij het benedengedeelte van de zijwand van het huis, voor voeren van een elektrische 30 stroom naar elke kathode. De elektrische stroomvoerende platen 7 en 9 kunnen vervaardigd zijn van elektrisch geleidende materialen, bijvoorbeeld metalen, en kunnen aan de>elektroden gelast zijn.

Het aanbrengen van het elektrisch stroomvoerend gedeelte 5* van elke kathode bij het bovendeel van de elektrolyt!schels noodzakelijk 35 om de frequentie van direct contact van zeewater· uit de 7807970 6 * zeewaterinlaat met de kathode te verminderen en om het stagneren . van zeewater op het kathode-oppervlak tot een minimum terug te brengen.

Een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding is weer-5 gegeven in fig. U. In fig. U kan een structuur worden toegepast, waarin de gehele lengte van het benedenoppervlak 10 van elk van de vlakke plaatachtige kathoden 5 tegenover de zeewaterinlaat 2 een scherphoekige wigvorm heeft, gericht naar de zeewaterinlaat 2.

De hoek bij de top van de wigvorm is kleiner dan 90°, bij voorkeur *10 kleiner dan 30°. Wanneer het benedengedeelte van elk van de kathoden een dergelijke wigvorm heeft, wordt het stagneren van zeewater verhinderd. Daar er verder een gelocaliseerde toename van de stroomdichtheid is bij het einde van elk van de kathoden, stijgt de hoeveelheid per oppervlakte-eenheid ontwikkelde waterstof en •fj het afzetten van neer-slagen bij het benedengedeelte van elk van de kathoden kan verder worden verhinderd als gevolg van een roer-effect, veroorzaakt door het vloeistof en het gas.

Nog een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding is weergegeven in fig, 5· In fig· 5 zijn beide hoeken 11,11 in de 20 lengterichting van het benedenoppervlak 10 van elk van de vlakke plaatachtige kathoden 5 geroerd. Naarmate de mate van ronding van de hoeken 11,11 van het benedenoppervlak 10 van elk van de kathoden stijgt, daalt het oppervlak waartegen het zeewater vloeit en wordt een groter effect verkregen in verhinderen van de vorming van 25 neerslagen. Derhalve heeft het benedendeel 10 van de kathoden liefst een boogvorm.

Om de onderlinge afstand van de elektroden constant te houden, wordt bij voorkeur een geschikte afstandhouder tussen de anoden en de kathoden aangebracht, 30 In de in de fig. 1-5 weergegeven elektrolytische cellen is een gat aangebracht in de vlakke plaatachtige anode en-een staafachtige afstandhouder 12, die bestaat uit een elektrisch' .isolerend materiaal bijvoorbeeld polyvinylchloride of polytetrafluor-ethyleen, is in het gat in de anode aangebracht. Beide einden van 35 de afstandhouders worden samengeperst en zo gevormd, dat het 7807970 * τ contactoppervlak van de afstandhouder met de kathode minimaal is.

De afstandhouder kan ook aan de kathode worden bevestigd, maar daar de kathode liefst vlak is, wordt de afstandhouder bij voorkeur aan de anode bevestigd.

5 Volgens de uitvinding zijn de kathoden plaatachtig en parallel de stroming van het zeewater en de zijranden van elk van de anoden en van elk van de kathoden zijn aangebracht op een afstand van de binnenwand van het huis van de elektrolytische cel. Daardoor is er op het kathode-oppervlak geen gebied, waar zeewater 10 stagneert. Daar bovendien de uitwendige omtrek van de kathoden binnen de uitwendige omtrek van de anoden is aangebracht, kan een daling van de stroomdichtheid bij de zijrandgedeelten van elk van de kathoden worden verhinderd en kan afzetten van neerslagen bij de zijrandgedeelten van elk van de kathoden effectief worden on-15 derdrukt. Wanneer de uitvoeringsvorm wordt toegepast, waarin de gehele lengte van het benedenoppervlak van de kathoden tegenover de zeewaterinlaat een scherphoekige wigvorm heeft, die is gericht naar de zeewaterinlaat, treedt een gelocaliseerde elektrische stroomdicht heidstoename op bij het voorwaarts einde van het benedengedeelte 20 van elk van de kathoden en stijgt de hoeveelheid per oppervlakte- eenheid ontwikkelde waterstof. Bijgevolg kan het afzetten van neerslagen bij het voorwaartse einde van het benedengedeelte van elk van de kathoden worden verhinderd als gevolg van een roereffect van vloeistof en gas. Het effect van verhinderen van afzetten van neer-25 slagen kan verder worden versterkt door toepassen van de uitvoerings vorm, waarin beide hoeken van het benedenoppervlak van elk van de kathoden gerond is.

Ook wanneer de elektrolytische cel continu gedurende lange tijd werkt, heeft geen accumuleren van neerslagen op de 30 kathoden plaats en kan de werking op een stabiele wijze worden voortgezet.

Bij toepassen van de elektrolytische cel volgens de uitvinding wordt zeewater (d.w.z. een waterrijke oplossing die ongeveer 3% NaCl bevat) geëlektrolyseerd voor bereiden van een.

35 waterrijke natriumhy-pochlorietoplossing. In de elektrolyse reageert 7807970 t 8 bij de anode uit chloride gevormd Clg met bdj de kathode gevormd NaOH onder vorming van NaClO. Geschikte elektrolyse omstandigheden, die bij toepassen van de elektrolytische cel volgens de uitvinding kunnen worden toegepast, zijn hierna vermeld. Deze omstandigheden 5 dienen uitsluitend ter toelichting en mogen niet als beperkend worden opgevat.

Elektrolyse-omstandigfaeden

Stroomsnelheid oplossing: ongeveer 6-2k cm/sec (lineaire snelheid) 10 Stroomdichthei d: p

Anode: ongeveer 5-20 A/dm 2

Kathode: ongeveer 5-30 A/dm

Voltage: ongeveer 3.5-5.5 V

Interelektrode afstand: ongeveer 2-5 mm 15 De uitvinding wordt toegelicht in het volgende voorbeeld.

Voorbeeld

Zeewater werd direct onder de volgende omstandigheden geëlektrolyseerd in een elektrolytische cel met de structuur weergegeven in de fig. 1-3, met dien verstande, dat de elektrolytische 20 cel 11 vlakke plaatachtige kathoden van titaan en 12 vlakke plaat achtige anoden van titaan bevatte, bekleed met een laag die ruthenium-oxyde en titaanoxyde bevatte.

Stroomsnelheid elektrolyt: 2 m /uur

Stroomsnelheid elektrolyt: 6 cm/sec. (lineaire snelheid) 25 Interelektrode afstand: 2.5 mm 2

Stroomsnelheid bij anode: 10 A/dm

Stroomdichtheid bij kathode: 12 A/dm^

Stroom: 700 A (gelijkstroom)

De elektrolytische celspanning werd op een waarde 30 tussen U,1 en h,2 V gehouden en ongeveer UOO dpm beschikbaar chloor kon op stabiele wijze worden verkregen bij een stróomefficiency van 8Ο-85#. Twee maanden later werd de elektrolytische cel uit elkaar genomen en het inwendige van de elektrolytische cel werd onderzocht.

Er werd geen afgezet neerslag gevonden. De elektrolytische cel 35 werd opnieuw in elkaar gezet en de werking werd voortgezet. Vier 7807970

Claims

5 Onder toepassing van èen elektrolytische cel met de structuur, weergegeven in de fig. b of 5, werd zeewater direct ge-elektrolyseerd onder de zelfde hiervoor vermelde condities. Na verloop van 6 maanden vanaf het begin van werking werd de elektrolytische cel uit elkaar genomen en werd het inwendige van de elektroly-10 tische cel onderzocht. Er werd geen afzetting van neerslag gevonden. T. Elektrolytische cel voor de elektrolyse van zeewater, met het kenmerk, dat deze bevat een huis met een opening bij de bodem en de top van het 1 5 huis voor het instromen van zeewater en het uitstromen van ge- elektrolyseerd zeewater, een aantal vlakke plaatachtige anoden, die verticaal in het huis zijn aangebracht met het hoofdvlak van de anoden evenwijdig aan de stroom zeewater door de cel, 20 een aantal vlakke plaatachtige kathoden, die verticaal in het huis zijn aangebracht met het hoofdvlak van de kathoden evenwijdig aan de stroom zeewater door de cel, . een naar buiten stekend gedeelte voor voeren van een elektrische stroom bij de benedenzijrand van elk van de anoden, 25 een naar buiten stekend gedeelte voor voeren van een elektrische stroom bij de bovenzijrand van elk van de kathoden, een elektrische stroom voerende plaat, die bevestigd is aan het benedengedeelte van het huis en verbonden is met de gedeelten voor voeren van een elektrische stroom naar elk van de anoden, en 30 een elektrische stroomvoerende plaat, die bevestigd is aan het bovengedeelte van het huis en verbonden is met de gedeelten voor voeren van een elektrische stroom naar elk van de kathoden, en waarin de anoden en de kathoden afwisselend zijn aangebracht, 35 de zijranden van elk van de anoden en de zijranden van 7807970 4 elk van de kathoden, met uitzondering van de gedeelten voor voeren van een elektrische stroom naar elk van de anoden en naar elk van de kathoden, op een afstand van de binnenwand van het huis zijn aangebracht, en 5 elk van de vlakke plaatachtige kathoden enëLk van de vlakke plaatachtige anoden een zodanige uitwendige omtrek heeft, dat de uitwendige omtrek van elk van de vlakke plaatachtige kathoden, met uitzondering van de gedeelten voor voeren van een elektrische stroom naar elk van de kathoden, binnen de uitwendige omtrek van 10 elk van de vlakke plaatachtige anoden is aangebracht.
2. Elektrolytische cel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de gehele lengte van het benedenoppervlak van elk van de vlakke plaatachtige kathoden tegenover de opening voor instromen van zeewater een scherphoekige wigvorm heeft, die gericht is naar de 15 opening voor instromen van zeewater.
3. Elektrolytische cel volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat beide hoeken in de lengterichting van het benedenoppervlak van elk van de vlakke plaatachtige kathoden tegenover de opening voor instromen van zeewater afgerond zijn. 20 h. Elektrolytische cel volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat deze een afstandhouder bevat die is aangebracht tussen elke vlakke plaatachtige anode en elke vlakke plaat achtige kathode om de interelektrode-afstand constant te houden.
5. Elektrolytische oei volgens conclusie U, 25 met het kenmerk, dat de afstandhouder is aangebracht in een gat in elke vlakke plaatachtige anode en de einden van de afstandhouder zo gevormd zijn, dat het contactoppervlak van de afstandhouder met de kathode minimaal is.
6. Elektrolytische cel voor elektrolyseren van zeewater, 30 in hoofdzaak als beschreven in de beschrijving en/of toegelicht op de tekening en in het voorbeeld. 7807970 ^