NO120834B

NO120834B -

Info

Publication number: NO120834B
Application number: NO255368A
Authority: NO
Inventors: H Schaffrath; K Schmitt; R Schaefer; W Reerink; A Terlinden
Original assignee: Bayer Ag
Priority date: 1967-07-04
Filing date: 1968-06-27
Publication date: 1970-12-14
Also published as: DE1567955A1; FI48174B; NL6809020A; SE349552B; FI48174C; BE717621A; DE1567955B2

Description

Fremgangsmåte til spenningsregulering og kortslutningsunngåelse Procedure for voltage regulation and short circuit avoidance

ved kloralkalielektrolyseceller. by chloralkali electrolysis cells.

Cellespenningen av en elektrolysecelle til kloralkali-elektrolyse avhenger i det vesentlige av to faktorer: den spesifikke belastning og elektrodeavstanden. Alle andre parametere som likeledes influerer på cellespenningen, som temperatur, saltinnhold og solens utarmning, holdes meget konstant. Av økonomiske grunner skal cellespenningen være lavest mulig. Imidlertid jo mindre anodeavstanden og dermed cellespenningen holdes ved bestemt belastning, desto oftere kommer det til opptreden av kortslutninger, idet cellespenningen bryter sammen mer eller mindre sterkt. Kortslutningene må unngås hurtigst mulig for å hindre større skader på cellene. En fremgangsmåte til automatisk spenningsregulering må derfor også omfatte melding og unngåelse av kortslutninger. Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er dette tilfelle. Forutsetningen er selvsagt at en celles mange anoder kan beveges opp og ned samtidig ved hjelp av et innstillingsledd. The cell voltage of an electrolytic cell for chloralkali electrolysis depends essentially on two factors: the specific load and the electrode spacing. All other parameters that also influence the cell voltage, such as temperature, salinity and the depletion of the sun, are kept very constant. For economic reasons, the cell voltage must be as low as possible. However, the smaller the anode distance and thus the cell voltage is maintained at a certain load, the more often short circuits occur, as the cell voltage breaks down more or less strongly. The short circuits must be avoided as soon as possible to prevent major damage to the cells. A method for automatic voltage regulation must therefore also include notification and avoidance of short circuits. With the method according to the invention, this is the case. The prerequisite is, of course, that a cell's many anodes can be moved up and down simultaneously by means of a setting link.

Fremgangsmåter for melding av kortslutninger er allerede kjent. En fremgangsmåte som også tar hensyn til cellenes belastnings-forandringer er omtalt i det østerrikske patent nr. 243.826. Paral-lelt med de etterhverandre koplede elektrolyseceller legges en mot-standskjede av like så mange motstander, hvorpå elektrolysespenningen faller. Hver enkelt cellespenning sammenlignes med den til tilhørende motstand fallende spenning over et krysspolevoltmeter, som påviser spenningsdifferansen. Har det samlede anlegg en kortslutning, så står alle instrumenters visere i nullstilling. Opptrer en kortslutning så foregår et utslag av det angjeldende voltmeter, som over en meldekontakt utløser alarm. Denne fremgangsmåte er imidlertid ikke egnet til automatisk regulering av cellespenning. Da det på celle-kretsene og på motstandskjeden kommer samme sperining, må i kort-slutningstilfelle de celleinstrumenter som ikke har kortslutning slå ut til den andre siden, da jo summen av viseravvikelsene addert for-tegnsriktig alltid må gi null. Alle andre celler gir altså inntrykk Procedures for reporting short circuits are already known. A method which also takes into account the cells' load changes is described in the Austrian patent no. 243,826. A resistance chain of the same number of resistors is placed in parallel with the successively connected electrolysis cells, after which the electrolysis voltage drops. Each individual cell voltage is compared with the corresponding resistor's voltage drop across a cross-pole voltmeter, which detects the voltage difference. If the overall system has a short circuit, then all instrument pointers are in the zero position. If a short circuit occurs, the relevant voltmeter is tripped, which triggers an alarm via a signaling contact. However, this method is not suitable for automatic regulation of cell voltage. Since the cell circuits and the resistance chain have the same sparing, in the event of a short circuit the cell instruments that do not have a short circuit must trip to the other side, since the sum of the pointer deviations added correctly must always give zero. All other cells therefore give an impression

av en for høy spenning og deres anoder vil automatisk stilles dypere, dvs. imidlertid ville det oppstå ennå flere kortslutninger. of too high a voltage and their anodes will automatically set deeper, i.e. however, even more short circuits would occur.

Ifølge US-patent nr. 2.545.413 omtales en fremgangsmåte til overvåkning av aluminiumelektrolyeceller. En unngåelse av kortslutninger medfører ikke denne fremgangsmåte. Når nemlig en anode kortslutter, så fører alle andre anoder av denne celle mindre strøm og ville ved Hjelp av den her omtalte kopling beveges så lenge mot katoden inntil den begynnende kortslutning er unngått. Derved kan det oppstå ytterligere kortslutninger. According to US patent no. 2,545,413, a method for monitoring aluminum electrolytic cells is described. An avoidance of short circuits does not entail this procedure. Namely, when an anode short-circuits, all other anodes of this cell carry less current and would, with the help of the connection mentioned here, move towards the cathode until the incipient short-circuit is avoided. This can cause further short circuits.

Nøyaktigheten a<y> anordningens arbeidsmåte er ikke for stor, da den tilstrebede sammenligning av spenningene foregår over deres strømmers magnetiske felt. De ikke lineære ferromagnetiske bygningsdeler av "balanced relay håving two inductance members" nedsetter nøyaktigheten over det samlede belastningsområde. The accuracy of the device's operation is not too great, as the intended comparison of the voltages takes place across the magnetic field of their currents. The non-linear ferromagnetic components of the "balanced relay having two inductance members" reduce the accuracy over the overall load range.

Ved den i US-pateht nr. 2.918.421 omtalte fremgangsmåte anstilles en spenningssammenligning mellom differansen av celle-og polarisasjonsspenning på den ene siden. De andre komponenter er imidlertid ikke proporsjonale til elektrolysestrømmen, fordi i en meget omstendelig ..kopl ing bare anvendes en vekslende mengde av de forsterkede strømproporsjonale størrelser til sammenligning. Derfor kan det ifølge denne fremgangsmåte bare fastslås en avvikelse fra den nominelle verdi av anodeavstanden resp. av cellespenningen. In the method described in US patent no. 2,918,421, a voltage comparison is employed between the difference of cell and polarization voltage on one side. However, the other components are not proportional to the electrolysis current, because in a very cumbersome connection only an alternating quantity of the amplified current proportional quantities is used for comparison. Therefore, according to this method, only a deviation from the nominal value of the anode distance or of the cell voltage.

Det er imidlertid med den omtalte kopling ikke mulig å danne et styringsbefal til anodeforstillingen. However, with the mentioned coupling it is not possible to create a control command for the anode arrangement.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er fri for disse ulemper. Den baserer seg på sammenligning av cellespenningen med en referansespenning over en trestillingsvender, eksempelvis et galvano-metrisk relé, en elektronisk sammenligningskopling eller en magnet-kippeforsterker. The method according to the invention is free from these disadvantages. It is based on a comparison of the cell voltage with a reference voltage across a three-position inverter, for example a galvanometric relay, an electronic comparison circuit or a magnetic flip-flop amplifier.

Prinsipielt kan referansespenningen dannes over en spenningskilde og et potensiometer og samtidig med en lastendring innstilles for hånden på den eventuelt riktige verdi, da den gjennom-snittlige cellespenning er kjent for hver belastning. En slik anord-ning har imidlertid tungtveiende ulemper. Glemmes den samtidige betjening av potensiometeret ved en lastøkning' eller foretas feil-aktig en for dyp innstilling av nominell verdi, så begynner alle celler med senkning av elektrodene og det er tenkbart at alle cellene går til kortslutning. En mekanisk kopling av referanse-spenningspotensiometeret med en styreenhet for elektrolysestrømmen ville utelukke de ovennevnte ulemper, det avhenger imidlertid av spesielle konstruksjonstrekk av et likeretteranlegg om denne fremgangsmåten overhodet er gjennomførbar. In principle, the reference voltage can be formed via a voltage source and a potentiometer and simultaneously with a load change set by hand to the possibly correct value, as the average cell voltage is known for each load. However, such a device has significant disadvantages. If the simultaneous operation of the potentiometer is forgotten in the event of a load increase, or if the nominal value is set too deep by mistake, all cells begin by lowering the electrodes and it is conceivable that all cells short-circuit. A mechanical coupling of the reference voltage potentiometer with a control unit for the electrolysis current would exclude the above-mentioned disadvantages, however, it depends on special design features of a rectifier system whether this method is feasible at all.

Ifølge oppfinnelsen unngås ulempene- ved de tidligere kjente fremgangsmåter og innretninger, idet referansespenningen frembringes av en belastningsuavhengig spenning og en til elektro-lysestrømmen proporsjonal spenning ved elektrisk addisjon. According to the invention, the disadvantages of the previously known methods and devices are avoided, as the reference voltage is produced by a load-independent voltage and a voltage proportional to the electrolysis current by electrical addition.

Derved oppnås at en tilstrekkelig nøyaktig referansespenning kan fåes, som innstiller seg automatisk for hele belast-ningsområdet av enhver størrelse som er proporsjonal med elektro-lysestrømmen. Denne fremgangsmåte er brukbar til generell anvendelse uavhengig av de spesielle konstruksjonstrekk ved et elektrolyseanlegg. Det er et vesentlig trekk ved oppfinnelsen at referansespenningen dannes ved elektrisk addisjon av en konstantdel og en belastnings-proporsjonal del. Thereby it is achieved that a sufficiently accurate reference voltage can be obtained, which sets itself automatically for the entire load range of any size that is proportional to the electrolysis current. This method is suitable for general use regardless of the special design features of an electrolysis plant. It is an essential feature of the invention that the reference voltage is formed by electrical addition of a constant part and a load-proportional part.

Spenningsfallet av et vilkårlig, stykke av den skinnen som fører elektrolysestrømmen f.eks. er bare avhengig av belastningen og vokser proporsjonalt med belastningen. Den er altså fremfor alt uavhengig av om enkelte celler har kortslutninger eller er utkoplet for vedlikeholdsarbeider. Forsterker man den angrepne del av spenningsfallet til den riktige størrelse og adderer dertil polarisasjons-spenningen av en elektrolysecelle, så viser cellespenning og referansespenning samme størrelse, nemlig over det samlede laste-område. Det er vesentlig at en høy nøyaktighet oppnås over hele lasteområdet. Når det ikke er tilfelle så kan innstillingsimpulser utløses, for hvilke det ikke foreligger noen grunn. Dermed er det gitt faren for utløsning av kortslutninger ved styrekoplingen og som må unngås ubetinget. Den nøyaktighet hvormed koplingen ifølge oppfinnelsen arbeider er tilstrekkelig. The voltage drop of an arbitrary piece of the rail that carries the electrolytic current, e.g. is only dependent on the load and grows proportionally with the load. It is thus above all independent of whether individual cells have short circuits or are disconnected for maintenance work. If you amplify the affected part of the voltage drop to the correct size and add to it the polarization voltage of an electrolysis cell, then the cell voltage and reference voltage show the same size, namely over the total loading area. It is essential that a high degree of accuracy is achieved over the entire loading area. When this is not the case, setting impulses can be triggered, for which there is no reason. This creates the risk of triggering short circuits at the control connection, which must be avoided unconditionally. The accuracy with which the coupling according to the invention works is sufficient.

Det er mulig med forskjellige koplinger, hvorav to skal forklares nærmere i de følgende prinsippkoplingsbilder. Koplingsbilde 1. Different connections are possible, two of which will be explained in more detail in the following principle connection diagrams. Connection diagram 1.

Det i koplingsb.ildet 1 på strømskinnen 1 uttatte spennings-fall U-j.1 forsterkes i forsterker 2 til verdien og adskilles galvanisk fra strømskinnepotensialet. Ved hjelp av konstantspennings-kilden 3 adderes hertil konstantspenningen U . Summen UQ + U» danner ved egnet valg av U O og UT _L den ønskede referansespenning U S. Spenningen U S legges på samleskinner 4 og 5. Cellespenning U Z1. for cellen 6 tilføres over en skilleforsterker 7 til en spenningsleder 8, som tjener til cellens individuelle tilpasning. Trestillingsvendere 9 sammenligner den ved 8 uttatte spenning med referansespenningen Us og styrer med koplestilling "heving, hvile, senkning" drevet 10 av elektrodestillingen. En komponent av referansespenningen U ser fritt valgbar, fortrinnsvis anvendes for konstantspenningen U kloralkali-cellens polarisasjonsspenning. The voltage drop U-j.1 taken in connection diagram 1 on busbar 1 is amplified in amplifier 2 to the value and galvanically separated from the busbar potential. Using the constant voltage source 3, the constant voltage U is added to this. The sum UQ + U» forms the desired reference voltage U S by suitable selection of U O and UT _L. The voltage U S is applied to busbars 4 and 5. Cell voltage U Z1. for the cell 6 is fed via a separation amplifier 7 to a voltage conductor 8, which serves for the individual adaptation of the cell. Three-position inverter 9 compares the extracted voltage at 8 with the reference voltage Us and controls with switching position "raising, rest, lowering" driven 10 by the electrode position. A component of the reference voltage U is freely selectable, the chloralkali cell's polarization voltage is preferably used for the constant voltage U.

Koplingsbilde 2., Connection diagram 2.,

Den i koplingsbilde 2 på strømskinnen 11 uttatte spennings-fall U-j-' sammenlignes over en servoforsterker 12 med spenning Uj på spenningsdeleren 13. Spenningsdeleren 13 mates fra stilletransforma-tor 14 over likeretter 15. Servoforsterker 12 forstiller uttaket av transformator 14 så lenge til U-j. er like U^'. Den på transformator 14 innstilte vekselspenning adderes faseriktig til en konstant vekselspenning fra transformator 16 og legges på samleskinner 17 og 18. Transformatorene 14 og 16 kan også være sammenfattet i en enhet. Cellespenning U . for cellen 19 tilføres en spenningsdeler 20. Trestillingsvenderen 21 sammenligner den ved 20 uttatte spenning med spenningen fra likeretter 22. Likeretteren 22 mates over skille-transformator eller kondensatoren 23 fra samleskinnene 17 og 18 og adskilles galvanisk. Trestillingsvenderen 21 gir igjen styresignal for drevet 24 av elektrodestillingen. Por valg av komponentene av vekselspenning fra transformator 14 og 16, som gir referansespenning The voltage drop U-j-' obtained in connection diagram 2 on the power rail 11 is compared via a servo amplifier 12 with voltage Uj on the voltage divider 13. The voltage divider 13 is fed from step-down transformer 14 via rectifier 15. Servo amplifier 12 sets the output of transformer 14 as long as U-j. is equal to U^'. The alternating voltage set on transformer 14 is added phase-correctly to a constant alternating voltage from transformer 16 and applied to busbars 17 and 18. The transformers 14 and 16 can also be combined in one unit. Cell voltage U . for the cell 19, a voltage divider 20 is supplied. The three-position inverter 21 compares the voltage taken at 20 with the voltage from the rectifier 22. The rectifier 22 is fed via an isolating transformer or the capacitor 23 from the busbars 17 and 18 and is galvanically separated. The three-position inverter 21 again provides a control signal for the drive 24 of the electrode position. Por selection of the components of alternating voltage from transformers 14 and 16, which provide reference voltage

U j gjelder tilsvarende overveielser som i eksempel 1. U j applies to similar considerations as in example 1.

Claims

Method for voltage regulation and for short-circuit avoidance in chloralkali electrolysis cells by means of anode presetting effected by comparing cell voltage with a reference voltage, characterized in that the reference voltage is produced by a load-independent voltage and a voltage proportional to the electrolysis current by electrical addition.