NO139180B - Kvikksoelv-elektrolysecelle for kloralkali-elektrolyse - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en kvikksølv-elektrolysecelle for kloralkalielektrolyse med praktisk talt horisontale på undersiden med kanal- eller rille-lignende fordypninger utstyrte anoder, fortrinnsvis på basis, av karbon, f.eks. grafitt.

Det er kjent at ved kloralkali-elektrolysen er elek-trodespenningen på den gassfrembringende anode høyere enn det som tilsvarer de termodynamiske likevektsbetingelser. Denne fore-teelse som utgjør en del av overspenningen, forklares ved at de gassbobler som danner seg ved elektrolysen dekker en del av anodeoverflaten og sperrer for strømgjennomgangen. Derved strømmer ved på forhånd gitt strøm gjennom naboplasserte anodeavsnitt en tilsvarende høyere strøm. Denne partielle strømtetthetsøkning fører tvangsmessig til en spenningsøkning i dette område som praktisk talt kvantitativt omsettes i varme og bevirker en opp-varming av anodeoverflaten. Da gasspolsteret på anodeoverflaten står imot en hurtig varmeutveksling med elektrolytten, bortføres denne varme igjen relativt dårlig. Det danner seg endelig på elektrodeoverflaten i det infinitesimale område temperaturer som ved den tekniske elektrolyse kan gå langt over 100°C og blant annet er ansvarlig for korrosjonsforeteelser på anoden.

Dét er fremkommet tallrike forslag med det formål å nedbryte den økonomisk uønskede overspenning og å begrense an-grepet på elektrodeoverflaten. Hertil utstyres anoden med et flertall sylindriske hull eller også slisser som tjener til mest mulig hurtig å bortføre den utviklede klorgass (BRD Offenlegungs-schrift 1.667.812, 1:792.183 og britisk patent nr. 1.229.402). Derved er det vanlig med gassgjennomtredelsestverrsnitt i størrel-sesorden på mellom 15 og 35%. Større gassgjennomtrengningstverr-snitt unngår man, da derved den effektive strømtetthet blir for stor og som følge herav ville gjennomsnittsoverspenningen øke. Samme hensikt har flertallet av foreslåtte metallanodekonstruk-sjoner, f.eks. av strekkmetall, slisseblikk og vevnadslignende anordnede konstruksjoner.

Ved de nevnte forslag stiger gassen langs den kortest mulige vei til elektrolyttoverflaten. Herved blir den potensi-elle energi som inneholdes i gassen som et resultat av det hydrostatiske trykk av elektrolytten forbrukt på vilkårlig måte, eller riktigere, en uorientert turbulens oppstår i elektrolytten. Endelig lar det seg ikke unngå at elektroderommet inneholder i laken dispergerte gassblærer.

En videreutvikling med hensyn til utformning av gjennomgangskanaler for ved elektrolysen utviklet gass omtales i BRD Gebrauchsmuster 7.207.894. Her skal gjennomgangskanalen i det minste nær ved og henimot en overflate av elektroden være utvidet. Spesielt er det foreskrevet kanaler med venturilignende form. Enskjønt disse "forslag allerede medfører betraktelige fremskritt, kan det heller ikke med disse helt hindres at gass som trer ut.fra en gjennomgangskanal i trekkområdet medrives den i elektroderommet innstrømmende væske.

Ved en ytterligere fremgangsmåte til drift av celler med flytende kvikksølvkatode til elektrolyse av alkalisalter er deksel og bunn av cellen parallelle og i samme avstand med en helningsvinkel på 2 til 85° mot horisontalen, og cellen er praktisk talt til det høyestliggende hjørne fylt med elektrolytt (DAS 1.467.237). Formålet med denne anordning er å overføre den i gassboblene iboende oppdrift til elektrolytten og å tilveie-bringe en sirkulasjonsbevegelse i elektrolysecellen som bortspyler gassboblene hurtig fra anoden. I denne forbindelse er det ved siden av den som hensiktsmessig betegnede innsetning av perforerte anoder også nevnt at det kan innsettes snittede eller slissede anoder for å bortføre gassboblene til anodens kant. Denne fremgangsmåte har imidlertid den ulempe at den krever en forholdsvis stor bygningshøyde og på grunn av cellens fylling til høyest-liggende hjørne, opptrer tetningsproblemef i området for cellelokket som med økende cellehelning forsterker seg på grunn av det hydrostatiske trykk. Det lar seg heller ikke her hindre at det på grunn av sugevirkningen av elektrolytten rives oppadstigende gassbobler inn i.elektroderommet. Endelig hindrer den i celle-rommet over anoden fremtvungne elektrolyttsirkulasjon den frie bortstrømning av den under anodene dannede gass.

Oppfinnelsen vedrører en kvikksølv-elektrolysecelle for kloralkalielektrolyse med praktisk talt horisontale anoder, fortrinnsvis på basis av karbon, f.eks. grafitt, som på undersiden er utstyrt med kanal- eller rille-formede fordypninger, idet cellen er karakterisert ved at det i cellen er anordnet enten

a) anoder (2) méd jevne kanal- eller rille-formede fordypninger (6) og skillevegger (9) mellom naboplasserte anoder (2)

eller

b) anoder (2) med kanal- eller rilleformede fordypninger (6) som fordyper seg i retning av kvikksølvstrømmen og skillevegger (9) mellom naboplasserte anoder (2) eller c) anoder (2) i hvilke bunnen av de kanal- eller rille-formede fordypninger (6) av naboplasserte anoder (2) i forhold

til horisontalen har motgående stigning,

hvorved det mellom anodene oppstår romlig adskilte områder for klorbortstrømning fra elektroderommet og for lake-tilstrømning fra elektroderommet.

Oppfinnelsen kan realiseres på forskjellig måte.

Eksempelvis kan det anvendes anoder, hvis kanal-eller rilleformedé fordypninger er jevne, dvs. eksempelvis refe-rert til grafittanoder som er utfrest i jevn dybde når det hver gang omtrent i midten mellom to naboplasserte anoder er inn-plassert en skillevegg. Denne skillevegg hindrer da en sammen-blanding av den fra fordypningene i den ene anode uttredende gass-lake-dispersjon med laken som trer inn i elektroderommet dannet av den naboplasserte anode og kvikksølvet.

En ytterligere utførelsesform som likeledes arbeider med skillevegger, foreskriver å forsterke kanal- eller rilleformedé fordypninger i retning av kvikksølvstrømmen, således at gass-lake-dispersjonen likeledes strømmer i retning av kvikksølvet. I dette tilfelle understøtter kvikksølvstrømmen gass-lake-strømmen på grunn av strømning i samme retning.

En spesielt fordelaktig utførelsesform fremkommer når bunnene av de kanal- eller rillelignende fordypninger av naboplasserte anoder får en i forhold til horisontalen motsatt stigning. Det alternerer da ved en anode-kjede kloruttreden og lake-tilgang mellom to anoder. På denne måte hindres en sammenblan-ding mellom uttredende gass-lake-dispersjon og i elektroderommet inntredende lake også uten anvendelse av en skillevegg på

spesielt enkel måte - bare ved avstand av tilførsel- og bort-føringsstedene som utgjør en anodelengde.

De kanal- eller rillelignende fordypninger bør hensiktsmessig innta 20 til 80%, fortrinnsvis 40 til 60% av den samlede undre anodeflate. Av fremstillingstekniske grunner gir man vanligvis alle fordypninger samme bredde.

Oppfinnelsen er anvendbar for samtlige vanlige anode-materialer. I de foretrukket anvendte anoder på basis av karbon, som grafitt, anbringes fordypningene på enklest måte ved fresing. Ved metallanoder, eksempelvis av overflateaktivert titan, inn-bringer man fordypningene hensiktsmessig ved^tilsvarende form-givning, som falsing eller pressing før aktivering.

Ved anbringelse av fordypningene må det imidlertid påsees at det unngåå-gjennombrudd eller perforeringer som strek-ker seg gjennom den samlede anodetykkelse. De ville påvirke den rettede .og dermed hurtige gass/lake- eller lakestrømning ved dannelse av hvirvelstrømninger.

Oppfinnelsen muliggjør å anvende kvikksølv-elektrolyse-celler som er flate. Dens anordning er uavhengig av cellehel-ningen. Det øvre cellerom (lokkområdet) er utelukkende fylt med klorgass, således at det ikke opptrer tetningsproblemer. Ved anlegg av et undertrykk lar det seg sikkert hindre kloruttreden.

Det fåes under anodene en strømningshastighet av gass/ lake av størrelsesorden ca. 1 m/sek., således at vedhengning av gassblærer hindres, og det er sikret en enhetlig temperatur over den samlede anodeflate. Endelig sørges på grunn av den høye strøm-ningshastighet for optimal avkjøling av anodene. Oppfinnelsen skal forklares nærmere under henvisning til tegningene. Fig. 1 viser en kvikksølv-elektrolysecelle med anoder, hvis kanal- eller rillelignende fordypninger er jevne med inn-trukket skillevegg. Fig. 3 viser en kvikksølv-elektrolysecelle med anoder, hvis kanal- eller rillelignende fordypninger tiltar i dybde i retning av kvikksølvstrømmen og

fig. 5 viser en kvikksølv-elektrolysecelle med anoder,

hvor bunnene av de kanal- eller rillelignende fordypninger i naboanoder i forhold til horisontalen har en gjensidig motgående stigning.

Fig. 2, 4 og 6 viser forløpet av de kanal- eller rille-lignende fordypninger ved eksempel på firkantet tverrsnitt ved to naboplasserte anoder i forenklede, utsnittsmessige forstør-relser som hører til fig. 1, 3 og 5.

Elektrolysecellene på fig. 1, 3 og 5 har overensstemmende cellebunner 1, som bevirker en kvikksølvstrøm fra ventre mot høyre. Anodene 2 er over skaft 3 på vanlig måte ført gjennom cellelokket 4. Laken står omtrent til den stiplede markerte linje 5.

På fig. 1 er det på arbeidssiden av anoden 2 anbragt jevne fordypninger 6 med firkantet tverrsnitt. På grunn av med cellebunnene overensstemmende helning av anodene 2 strømmer den ved elektrolysen dannede klorgass i form av en dispersjon mot venstre,trer ut ved kanten av anoden og kommer endelig inn i gassrommet 7., Frisk for klorgass befridd lake transporteres på grunn av den stadige sirkulasjonsbevegelse inn i elektroderommet 8. Ved skilleveggen 9 er det sørget for romlig adskilte områder for klorbortstrømning og laketilstrømning. Det er derved med sikkerhet hindret at gass-lake-dispersjon gripes av den i elektroderommet 8 av naboplasserte anoder 2 innstrømmende lake og befordres inn i denne.

Fordypningene 6 av anoden 2 ifølge fig. '3 (fig. 4) tiltar i retning av kvikksølvstrømmen. I dette tilfelle er strømmen av gass-lake-dispersjon rettet mot høyre. Ved denne ut-førelsesform er strømningshastigheten av dispersjonen øket med en fra kvikksølvstrømmen stammende bevegelseskomponent. For øvrig sørger også her skilleveggen 9 for at ingen gass-lake-dispersjon gripes av i elektroderommet 8 for naboplasserte anoder 2 innløpende lake og medføres.

Ved utførelsesformen av oppfinnelsen ifølge fig. 5 (fig. 6) kan det sees bort fra en skillevegg 9. Fordypningene 6 av gjensidig naboplasserte anoder er anbraft således at deres bunner har i forhold til horisontalen en motløpende stigning. Denne utformning bevirker at gass-lake-dispersjonen ved den første anode 2 strømmer til høyre og med den naboplasserte anode 2 mot venstre. Dispersjonen trer ut i et felles gassuttredelses-område 10. Lake-tilstrømningen foregår forskjøvet med en anodelengde gjennom lake-tilstrømningsrommet 11, dvs. for annen anode 2 fra høyre, fra tredje anode 2 fra venstre. På grunn av den med en a" ovelengde adskilt bortstrømnlng av gass-lake-dispersjonen og tilstrømning av laken er en innføring av gass i den i elektroderommet 8 strømmende lake utelukket.

Claims (2)

1. Kvikksølv-elektrolysecelle for kloralkali-elektrolyse med praktisk talt horisontale anoder, fortrinnsvis på basis av karbon, f.eks. grafitt, som på undersiden er utstyrt med kanal-eller rilleformede fordypninger, karakterisert ved at det i cellen er anordnet enten

a) anoder (2) med jevne kanal- eller rilleformede fordypninger (6) og skillevegger (9) mellom naboplasserte anoder (2) eller b) anoder (2) med kanal- eller rilleformede fordypninger (6) som fordyper seg i retning av kvikksølvstrømmen og skillevegger (9) mellom naboplasserte anoder (2), eller c) anoder (2) i hvilke bunnen av de kanal- eller rille-formede fordypninger (6) av naboplasserte anoder (2) i forhold til horisontalen har motgående stigning, hvorved det mellom anodene oppstår ron.l i c adskilte områder for klorbortstrømning fra elektroderommet og for lake-tilstrømning til elektroderommet.

2. Elektrolysecelle ifølge krav 1,karakterisert ved at de kanal-.eller rilleformede fordypninger (6) inntar 20 til 80%, fortrinnsvis 40 til 60% av den undre anodeflate.