NO165249B - Elektrolyseanordning med horisontalt anordnede elektroder. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en elektrolyseanordning til fremstilling av klor fra vandige alkalihalogenidoppløsninger, som oppviser minst én elektrolysecelle, hvis anode og gass-diffusjonskatode er anordnet horisontalt og adskilt fra hverandre ved en skillevegg i et kammer bestående av to halvskall, og som langs kantene er forbundet mekanisk og elektrisk ledende med halvskallene, hvorved kammeret er utstyrt med innretninger for tilførsel av elektrolyseutgangsstoffer og for borttransport av elektrolyseprodukter.

Ved drift av elektrolyseceller med vertikalt anbrakte gass-diffusjonskatoder består den faren at de oksygen-forbrukende katodene på grunn av det hydrostatiske trykket av luten blir elektrolytt-gjennomtrengelig ved den nedre enden og gass-gjennomtrengelig ved den øvre enden. Denne effekten blir dersto tydeligere Jo større høyde cellen har. En annen vanskelighet ved drift av elektrolyseceller med gass-diffuisjonskatoder ligger i strømtilføreslen til den oksygenforbrukende katoden. Siden elektrodene, for å unngå "drukning" må være gjort hydrofobe med et kunststoff, f.eks. polytetrafluoretylen, er det ikke mulig å sveise slike katoder inn i katoderommet. Hydrofoberingsmiddelet vil under disse betingelsene renne av. Derved ville det oppstå lekkasjesteder i katoden, slik at disse ville bli elektrolytt- og gass-gjennomtrengelige. Nettopp tettheten av gass-diffusjonskatoden er en avgjørende forutsetning for driften av elektrolyseceller med slike elektroder. I praksis betyr dette at kontakteringen til gass-diffusjonskatoden må foregå ved påpressing av en strømtilførsel. Herved opptrer spesielt ved flateformig strømtilførsel høye overgangsmotstander. Følgen av dette er at det i praksis er umulig å drive store elektrolyseceller med en aktiv flate på 1 m^ og mer med gass-diffusjonskatoder.

Følgelig besto den oppgaven å utvikle en elektrolysecelle som muliggjør en bipolarkoblingsmåte for elektrolyseanordningen ved store elektrodeoverflater med flateformig strømtilførsel, hvorved de enkelte elektrolysecellene skal bestå av færrest mulig, enkle Og billige komponenter, og gass-diffusjonene optimalt skal kunne tilføres elektrolytt og oksygen, slik at hverken elektrolytt eller gass kan trenge gjennom katoden.

Foreliggende oppfinnelse løser denne oppgaven ved at gass-diffusjonskatoden er forbundet væsketett med sitt halvskall og er understøttet ved en strømtilførsels- og fordelingsinnretning, skilleveggen er inneklemt i en mellom kantene av halvskallene omløpende tetning og, en dertil parallelt anordnet ramme, og er på katodesiden avstøttet av en avstandsholder som ligger an mot katoden og holdes ved hjelp av rammen og rammen oppviser en tilførsel og et avløp for katolytten.

Som anodemateriale egner seg titan som er aktivert med et oksyd eller blandoksyd av metaller fra 8. sidegruppe i det periodiske systemet. Diffusjonskatoden kan bestå av en strømkollektor av nikkelnett, som er besjiktet med en porøs, kolloidal sølvkatalysator som er utskilt på polytetrafluoretylen, og har på lutsiden et hydrofilt sjikt.

Fordelen med anordningen ifølge oppfinnelsen ligger i at en ekstremt tynn lutfilm er tilstrekkelig i katoderommet. Derav følger et lavt hydrostatisk luttrykk, hvorved en bare meget liten, for det meste neglisjerbar mengde lut trenger gjennom katoden. Siden altså ingen lut må drives ut av gass-rommet kan cellen drives med støkiometriske oksygenmengder. Videre er, på grunn av det lave luttrykket, også et lavt gasstrykk tilstrekkelig for å innstille trefasegrenseflaten gass-elektrolytt- og katalysator innenfor katoden. På anodesiden reduseres klorboble-effekten meget sterkt på grunn av den raske avblandingen av klor og anolytt. Ved horisontal anordning unngås ved hjelp av avstandsholderen (spacer) også i motsetning til vertikal anordning av elektrodene at de relativt bøyelige gass-diffusjonskatodene bøyes og på forskjellige posisjoner innstilles på forskjellige elektrode-avstander (eksempelvis ved utbuling av katoden på grunn av luttrykket), hvilket ville føre til uregelmessig strømfordel-ing.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere med referanse til figuren. Denne viser en elektrolyseanordning bestående av tre elektrolyseceller med gass-diffusjonskatoder 11, som er fullstendig uavhengig av hverandre og som er elektrisk ledende forbundet med hverandre via kontaktpunkter eller kontaktstriper 20. Fordelen med denne utførelses-formen ligger i at konstruksjonen er lett å betjene ved skader på én celle. Ved å løsne tilpressingstrykket kan den skadede cellen tas ut av cellesammensetningen og deretter kan etter gjeninnstilling av tilpressingstrykket elektrolysen igjen opptas med de gjenværende cellene.

Halvskallene 1 og 8, hvis kanter er utformet som flenser 2 og 9, bærer anoden 3 og gass-diffusjonskatoden 11. Anodeskallet 1 kan bestå av titanmetall eller titanlegering. Anoden 3, som også kan bestå av titan som er aktivert med et edel-metalloksyd, er elektrisk ledende forbundet over en anode-strømleder 4, som eksempelvis kan være utformet som et titanbølgebånd, med anodeskallet 1. Via en tilførselsledning 5 fylles anoderommet 6 med en elektrolytt, f.eks. mettet natriumkloridoppløsning. Borttransporten av det dannede kloret og den anrikede saltvannsoppløsningen foregår ved hjelp av røret 7. Katodehalvskallet 8 kan være dannet av normalstål, edelstål eller nikkel, men også titanmetall; sistnevnte spesielt fordi det ikke dannes hydrogen i elektrolysecellen og dermed vil det ikke inntre Hg-sprøhet i titanen. I katodehalvskallet 8 finnes katodestrømlederen 10 som strømtilførsels- og fordelingsinnretning, som kan være utformet som et bølgebånd og bestå av det samme materialet som katodehalvskallet. Katodestrømlederen 10 bærer gass-dif fusjonskatoden 11 og forbinder denne elektrisk ledende med katodehalvskallet 8. Gass-diffusjonskatoden 11 består fortrinnsvis av en elektrokatalysator på metall-basis, f.eks. som beskrevet i tysk patentsøknad!nr. p 33 32 566.9, siden en slik elektrode på enkel måte kan; sveises sammen med eller loddes til katodestrømlederen. Gass-diffusjonskatoden forbindes langs den ytre kanten med katodehalvskallet 8 også ved lodding, sveising eller kleblng med elektrisk ledende klebestoff og avtettes samtidig, slik at gassrommet 12 dannes under katoden. I dette innføres-via et tilførselsrør 13 en oksygenholdig gass, eksempelvis elementært oksygen, luft eller oksygenanriket luft. Fjernelsen av overskytende oksygen eller luft med redusert oksygeninnhold foregår ved hjelp av røret 14. I røret 14 kane. også eventuelt oppstående kondensat føres bort.

På flensen 9 i katodehalvskallet 8 ligger en omløpende ramme 17 av et lutbestandig materiale, som er utstyrt med tilfør-selsledning 18 for tynnlut og en ledning for borttransport av sterkluten. Foretrukket materiale er polytetrafluoretylen idet man derved også oppnår avtetning mot katodehalvskallet. Lutrommet defineres av rammen 17, skilleveggen 15 og katoden 11. I dette befinner det seg hensiktsmessig en avstandsholder 21 av et lutbestandig kunststoff, som innstiller en konstant avstand mellom gass-diffusjonskatoden 11 og skilleveggen 15, eksempelvis en kationvekslermembran. Mot anodeskallet 11 er skilleveggen 15 avtettet ved hjelp av en pakning 16. Halvskallene kan være forbundet med hverandre ved hjelp av skruer ført gjennom bokser av elektrisk ledende materiale i flensene (ikke vist). Dette gjør cellen spesielt vedlikeholds- og servicevennlig. Det er imidlertid også mulig å stable enkeltdelene av cellen over hverandre og trykke disse sammen som ved en filterpresse. For å oppnå en bedre strømovergang fra celle til celle kan yttersiden av begge halvskall-veggene eller også bare én halvskall-vegg være utstyrt med kontaktpunkter eller kontaktstriper 20 av et elektrisk ledende materiale. Ved hjelp av trekkanker eller andre presseanordninger presses til slutt de sammenstilte cellene til én elektrolyseanordning (ikke vist). Strømtil-førslene er merket med pluss og minus. Anoden 3 kan ligge an mot skilleveggen 15.

En elektrolysecelle ifølge beskrivelsen ovenfor ble tatt i bruk med en gass-diffusjonskatode på basis av kolloidalt sølv og en titananode på en slik måte at titananoden kom til å ligge over gass-diffusjonskatoden. Den aktive, med elementært oksygenbespylte katodeoverflaten utgjorde 0,2 m<2>. Cellen var utrustet med en kationvekslermembran av typen "Nafion 90209". Ved en strømtetthet på 3 kA/m<2> arbeider elektrolysecellen med en cellespenning på 2,17 V, hvorved en elektrisk energi på 115 kwt/t NaOH forbrukes. Cellen drives ved 90°C med støkiometrisk mengde oksygen; det produseres 33 vekt-Sé natronlut.

Claims (3)

1. Elektrolyseanordning til fremstilling av klor fra vandig alkalihalogenidoppløsninger, som oppviser minst én elektrolysecelle, hvis anode (3) og gass-diffusjonskatode (11) er anordnet horisontalt og adskilt fra hverandre ved en skillevegg i et kammer bestående av to halvskall (18) og som via kantene er forbundet mekanisk og elektrisk ledende med halvskallene, hvorved kammeret er utstyrt med innretninger for tilførsel av elektrolyseutgangsstoffer og for borttransport av elektrolyseprodukter, karakterisert ved at katoden (11) er forbundet væsketett med sitt halvskall (8) og understøttes ved hjelp av en strømtil-førsel— og fordelingsinnretning (10), skilleveggen (15) er klemt inne mellom en mellom kantene av halvskallene (1, 8) omløpende pakning (16) og en dertil parallelt anordnet ramme (17) og er på katodesiden avstøttet mot en avstandsholder (21) som ligger an mot katoden (11) og holdes av rammen (17) og rammen (17) oppviser en tilførsel og et avløp (18, 19) for katolytten.

2. Elektrolyseanordning ifølge krav 1, karakterisert ved at det som anode (3) anvendes en titananode som er aktivert med et oksyd eller blandoksyd av metaller fra 8. sidegruppe i det periodiske system.

3. Elektrolyseanordning ifølge krav 1, karakterisert ved at gass-diffusjonskatoden (11) består av en strømkollektor av nikkelnett som er besjiktet med en porøs, kolloidal sølvkatalysator som er utskilt på polytetrafluoretylen og som på lutsiden har et hydrofilt dekksjikt.