NO138665B - Fremgangsmaate for behandling og montering av en skillevegg i en elektrolysecelle - Google Patents

Abstract

Fremgangsmåte for behandling og montering av en skillevegg i en elektrolysecelle.

Description

Foreliggende oppfinnelse angår behandling og montering av en skillevegg som hovedsakelig består av en membran, i en elektrolysecelle.

Det er nylig påvist at produkter med høy renhet kan oppnås med

høyt utbytte og uten for stort strømtap og produkttap ved ione- og/eller molekylvandring i elektrolyseceller som omfatter en skillevegg eller barriere dannet av en permsellektiv membran hovedsakelig, bestående av en hydrolysert kopolymer av tetrafluoretylen og en sulfonert perfluorvinyleter. Dette barriere-material ble funnet å ha ønskelige fordeler ved at det bibeholdt sin effektivitet, dvs. kjemiske inerthet, over lange anvendelses-perioder i elektrolyseceller. Barrierematerialet ble imidlertid funnet å ekspandere under drift av cellen. Dette fører til dannelse av folder og/eller rynker på anodesiden av barrieren og innsperring av klorgass (når saltlake ble anvendt som anolytt)

i foldene og/eller rynkene. Ved slik innesperring av gass-

formede produkter er det både i anode- og katode-avdelingen påvist halvcellespenninger som var 0.4 til 0.6 volt høyere enn det som normalt kunne forventes.

Det er derfor et formål for foreliggende oppfinnelse å komme frem

til en sådan behandling og montering av barrieren eller skille-

veggen at de ovenfor angitte ulemper unngås.

Oppfinnelsen gjelder således en fremgangsmåte for behandling og montering av en skillevegg som hovedsakelig består av en membran fremstilt av kopolymer av tetrafluoretylen og sulfonert perfluorvinyleter med formel:

i en elektrolysecelle.

På denne bakgrunn av kjent teknikk har oppfinnelsens fremgangsmåte som særtrekk at: a) membranen neddykkes i et varmt vandig medium i minst en time inntil den er myk og "bøyelig,

b) den myknede membran strekkes på en ramme,

c) den strukkede membran tørkes på rammen,

d) den tørkede membran festes til en membranholder mellom anode og katode i elektrolysecellen, og

e) rammen fjernes fra membranen.

En membran som er behandlet og montert på denne måte vil ikke

utvide seg, forandre form eller løsne under bruk i celler. Membranen kan på enkel måte limes på plass ved hjelp av et egnet klebemiddel eller ved liknende metoder som vil bli ytterligere beskrevet i det følgende.

Som membranholder kan i henhold til oppfinnelsen med fordel anvendes den side av cellens anode som vender mot katoden.

På denne måte unngås gassutvikling på denne anodeside.

For at oppfinnelsens fremgangsmåte bedre skal kunne forstås, skal den nå beskrives med spesiell henvisning til forskjellig apparatur egnet for elektrolyse av en vandig løsning av natriumklorid hvorved klor, natriumhydroksyd og hydrogen fremstilles effektivt og økonomisk. I den følgende beskrivelse av fore-trukne utførelsesformer for oppfinnelsen vises det til de ved-føyde tegninger, hvorpå: Fig. 1 er et skjematisk riss av en konvensjonell elektrolysecelle^med to avdelinger, hvori en membran er montert ;i henhold til oppfinnelsens'fremgarigsmåte.; 1 Fig. 2 er et skjematisk riss av tre rammer som utgjør en bufferseksjon i samsvar med en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen, og Fig. 3 er et"snitt gjennom en .elektrolysecelle med tre avdelinger og utstyrt med en bufferseksjon sammensatt av rammer som angitt i fig. 2. Fig. 1 viser i forbindelse med foreliggende oppfinnelse, en elektrolysecelle for spalting av vandige natriumkloridløsninger. Elektrolysecellen 1 omfatter en porøs anode 2 og en katode 3, som er innbyrdes adskilt ved hjelp av en kationaktiv permsellektiv membran M anbragt på den ene side av anoden og holdt på plass på denne ved hjelp av passende festemidler, f,eks, klemmer (ikke vist) eller limt på plass ved hjelp av passende klebemidler. Det dannes således en anolytt-avdeling 13 og en katolyttavdeling 14. Cellen 1 har innløp 5 til anolyttavdelingen for tilførsel

av elektrolytt, dvs. saltløsning, et utløp 10 for brukt elektrolytt og et utløp 6 for klorgass som dannes på baksiden av den porøse anode.

Det er også anordnet et innløp 7 for tilførsel^av-væsker, f.eks. vandig fortynnet natriumhydroksyd til katolyttavdelingen 14, et utløp 8 for å tømme ut NaOH-væsken fra katolyttavdelingen og et utløp 9 for å slippe ut gass, f.eks. hydrogengass, som dannes ved overflaten av katoden.

Under drift av denne elektrolysecelle 1 sirkuleres mettet saltlake, fortrinnsvis saltlake som er syret ved tilsetning av en syre, f.eks. saltsyre, til en pH på omtrent 3 til 5, kontinuerlig i anolyttavdelingen 13 ved innføring av saltlaken gjennom inn-løpet 5 og uttrekking gjennom overløpsutløpet 10 til opp-friskingssonen 11, hvor den brukte saltlake mettes på nytt med natriumklorid og syres med syre, f.eks. HCL, om så ønskes.

Den oppfriskede saltlake strømmer gjennom ledningen 12 for på nytt å komme inn i cellen 1 gjennom innløpet 5.

Samtidig tilf ør-es>f ortynnet vandig væske, f .eks. fortynnet vandig natriumhydroksyd til katolyttavdelingen 14 gjennom væske - innløpet 7 og tømmes ut fra avdelingen 14 gjennom overløps-utløpet 8. Derved konsentreres den vandigevæske i forhold til det produkt som dannes ved katoden, f.eks. natriumhydroksyd,

og den uttømte væske, som inneholder lite eller omtrent ikke noe natriumklorid, føres til passende gjenvinningsinnretninger for konsentrering og separering av det ønskede produkt. Ytterligere fortynnet vandig væske føres til katolyttavdelingen som sammen med det vann som passerer gjennom det permsellektive diafragma ved osmose tjener for oppfrisking av katélytten. Gassformede produkter, f.eks. hydrogen som dannes ved katoden, slippes ut fra cellen gjennom gassutløpet 9.

Ved å anbringe og feste den kationaktive permselektive membran

M på forsiden av den porøse anode, dvs. den side av anoden

som ligger i avstand fra, men vender mot katodedelen, forblir membranen i fast anlegg mot anoden uten siging eller udekkede åpninger, og utviklingen av gass begrenses til baksiden av anoden. Derved unngås vanskelighetene ved spenningstap som leilighetsvis opptrer ved ansamlinger av gass mellom anoden og membranen, og mer konstante cellespenninger kan oppnås.

Som angitt ovenfor er anodedelen en porøs anode, fortrinnsvis

en netting- eller gitter-anode. En slik porøs anode er nødvendig for å tillate gjennomgang av ioner, f.eks. natrium-ioner gjennom den kationaktive permsellektive membran fra anolyttaydelingen til katolyttavdelingen.

For hensiktsmessig behandling av en skillevegg-membran før montering i en elektrolysecelle neddykkes i henhold til oppfinnelsen et membranflak med forut bestemte dimensjoner, til-strekkelig til fullstendig å dekke den anodedel hvorpå membranen skal anbringes i barriereforhold, i kokende vann i vanligvis

1 til 4 timer, for å gjøre membranen myk og bøyelig. Deretter

anbringes den myknede membran på en passende ramme med dimensjoner som tilnærmet tilsvarer dimenjonene av anodedelen. Membranen

strekkes diagonalt og fastklemmest.ved hjørnene av rammen. Sidene av membranen strekkes, deretter og 1 klemmes til -sidene

av rammen. Hjørneklemmene fjernes så og etterlater en plan glatt flate. Membranen får etter strekkingen tørke på rammen Etter påføring av et klebemiddel, f.eks. et epoksyklebemiddel, på anodedelens flens anbringes rammen i stilling på anodedelen slik at membranoverflaten bringes til kontakt med den side av anode^,^v delen som er påført klebemiddel. Rammen-pressest mot og klemmés-fast på den klebemiddelbelagte flens. Etter herding av klebemidlet i f.eks. 1 til 3 timer fjernes klemmene og rammen løftes bort fra membranen, som nå er fast forbundet med flensen på anodedelen. Fortrinnsvis avskjæres overflødige deler av membranen som henger ut over anodedelen og kantene klebes til flensen med et passende klebemiddel.

Oppfinnelsens fremgangsmåte kan også anvendes ved tilvirkning av en bufferseksjon i en elektrolysecelle med tre avdelinger. Membranens montering i denne sammenhang skal beskrives under henvisning til fig. 2, som skjematisk viser tre rammer som utgjør en bufferseksjon, nemlig en første ramme 71 med tapper 74 langs sidene på rammen, en annen ramme 72 med huller tilsvarende tappene 74 på den første ramme 71, langs rammens sidekanter, samt et væskeutløp 76 og et væskeinnløp 77, og en tredje ramme 73 som også er utstyrt med huller 78 langs sine sider for å oppta tappene 74 på den første ramme. To membraner av størrelse til å passe over endeflatene av den annen ramme neddykkes i kokende vann inntil membranene er blitt myke og bøyelige. Deretter anbringes de myknede membraner på hver sin strekkramme / strekkes diagonalt og klemmes til hjørnene av rammen. Membran-overhenget trekkes over sidekantene på rammen og klemmes mot sidene. Hjørneklemmene fjernes og de strukkede membraner anbringes etter tørking.på hver sin side av den ovenfor beskrevne annen ramme 72, som er påført et lag med klebemiddel. Deretter klemmes membranene til fast anlegg mot sideflensene av rammen 72 og klebemidlet får herde eller "tørke". Etter at klemmene og strekkrammene er fjernet etter-lates så membranene fast forbundet med hver sin side av rammen 72. Det slås videre huller i membranene tilsvarende hullene 75 i den ytterligere ramme 72. Bufferseksjonens sammen-stilling fullføres deretter ved å anbringe den første ramme 71 på den ene side av rammen 72 med tappene 74 ført gjennom hullene 7.5 og den -tredj.e ..ramme 73 på den..motsatte side av rammen 72 med hullene 78 tredd over tappene 74.

Det oppnås på denne måte en bufferseksjon hvorigjennom en fortynnet bufferløsning kan sirkulere og som er skilt fra anode-avdelingen ved hjelp av en kationaktiv permsellektiv barriere samt fra katodeavdelingen ved hjelp av en ytterligere kationaktiv permsellektiv barriere, slik som vist i fig. 3, Når en passende spenning påtrykkes mellom anoden og katoden i denne celle med 3 avdelinger, opprettes en ione-strøm fra anode-avdelingen gjennom den første kationaktive permsellektive barriere inn i og gjennom bufferavdelingen, samt gjennom den annen kationaktive permsellektive barriere inn i katodeavdelingen. Lekkasje av anolytt og anodiske produkter inn i katodeavdelingen forhindres i vesentlig grad, og likeledes hindres tilbake-vandring av katolytt og katodiske produkter av de kationaktive permsellektive barrierer og bufferavdelingen.

Den foreliggende fremgangsmåte i henhold til oppfinnelsen har ønskelige fordeler fremfor de tidligere kjente metoder for å sette inn barrierer i elektrolyttiske celler, idet behandlingen og montering av membraner i henhold til oppfinnelsen ikke medfører vesentlig økning av halvcelle-spenningene over cellens anode- og katode-avdeling. Membranene forblir fastgjort i stilling og danner ikke folder og/eller rynker slik som det er vanlig ved tidligere kjente membranmonteringer.

Claims (2)

1. Fremgangsmåte for behandling og montering av en skillevegg som hovedsakelig består av en membran fremstilt av kopolymer av tetrafluoretylen og sulfonert perfluorovinyleter med formel: i en elektrolysecelle, karakterisert ved at: a) membranen neddykkes *i et varmt vandig medium i minst en time inntil det er mykt og bøyelig, b) den myknede membran strekkes på en ramme, c) den strukkede membran tørkes på rammen, d) den tørkede membran festes til en membranholder mellom anode og katode i elektrolysecellen, og e) rammen fjernes fra membranen.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at den side av cellens anode som vender mot katoden anvendes som membranholder.