NO319088B1 - Fremgangsmate og anordning ved elektrolyse - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og en anordning for tetting av en dekkplate for en elektrolytisk celle.

I en moderne elektrokjemisk celle ifølge membranprosessen, tilføres strøm til anoder gjennom stigerør som anodene er forbundet med i cellen (jfr. Fig. 1). Stigerørene er forankret i cellebunnen, som vanligvis er fremstilt av en tykk kobberplate. Elektrodestrømmen fordeles ved hjelp av den tykke kobberplate som utgjør bunnen av cellen. Anodestige-røret skrus på bunnen ved hjelp av muttere til et visst mo-ment, som kan være i størrelsesorden 60-70 Nm, og justeres slik at berøringstrykket mellom et utstikkende feste på stigerøret og bunnen skal gi en varig og god kontakt. Kobberbunnen beskyttes vanligvis mot korrosjon på innsiden av cellen ved hjelp av en fleksibel gummimatte. Denne konstruksjon er sikker og billig, og er i flere år blitt an-sett å være verdensstandard. Antallet celler som drives med denne type konstruksjon er over 10.000, og det tilsvarende antall anoder i disse celler er over én million.

Fordi gummimatter har en begrenset brukstid som i gjennom-snitt er ca. ett år, er de i senere år i stadig flere til-feller, blitt erstattet med en dekkplate fremstilt av titan (jfr. Fig. 2). Tettingen mellom titanplaten og stigerøret oppnås i dette tilfellet ved hjelp av en spesialpakning. Man har også gjort forsøk på å feste dekkplaten direkte på stigerøret ved sveising.

Den ovenfor beskrevne elektrokjemiske celle brukes generelt for klorfremstilling. I denne elektrokjemiske produksjons-prosess brukes med fordel en membran som er anordnet mellom anoden og katoden, for å atskille anodekammeret fra katodekammeret. Denne atskillelse kan også utføres ved bruk av semipermeable og/eller ion-selektive membraner i elektrolytten. Asbestmembraner er blitt brukt, men disse skiftes nå ut mot asbestfrie membraner. Disse asbestfrie membraner er betydelig dyrere enn forløperne, men har en brukstid på over 5 år, det vil si 4-5 ganger lengre enn de konvensjo-nelle, asbestholdige membraner. Membrancelleoperatørenes forventninger til bruken av asbestfrie membraner stiger over hele verden. De fremgangsrike forsøk som er blitt ut-ført med denne type membraner, gjør at de i dag omtales som den beste tilgjengelige teknologi. En viktig hindring som er igjen mot denne nye teknologi, er brukstiden for tetningen mellom anodestigerøret og cellebunnen.

En kontaktutførelse i en konstruksjon hvor cellebunnen beskyttes med en gummimatte (Fig. 1), medfører at cellen må åpnes 1-1,5 ganger pr. år for å skifte ut tetningen, hvilket har et godt samsvar med brukstiden av asbestmembraner, men ikke ved bruk av asbestfrie membraner som har en brukstid på ca. 5 år. Åpning av cellen uten å skade membranen, er en vanskelig prosess. Derfor må brukstiden av membranen synkroniseres med brukstiden av tetningen. Selv om denne er blitt forbedret i noen grad, f.eks. ved at gum-mimatten ble erstattet med en dekkplate (Fig. 2) og en pak-ning (som kan fremstilles av f.eks. en polymer), er det fortsatt et problem at pakningen begrenser brukstiden av de nye og dyre asbestfrie membraner fordi kun én lekkende pak-ning (av normalt 80-100 pakninger) er tilstrekkelig for å stenge cellen og sette den ut av drift. En annen faktor som kompliserer problemet er at anodene på grunn av de elektrokjemiske cellers størrelse, må monteres i cellene på driftstedet.

EP-Al-0 014 595 vedrører en elektrokjemisk celle for fremstilling av kloralkali. Denne celle omfatter et stigerør som er festet til cellebunnen, og en dekkplate som er direkte sveiset på en flens av stigerøret. Bortsett fra en tendens til sprekkdannelse grunnet ekspansjonskraften (ca.

2 mm differanse mellom lengdeutvidelsen av titanet og kob-beret i cellebunnen), har oppfinnelsen ifølge EP-Al-0 014 595 også den ulempe at det har vært både vanskelig og dyrt å utføre sveisingen in situ, dvs. på montasjestedet. Den kommersielle fremgang av EP-Al-0 014 595 har vært meget begrenset .

Med fremgangsmåten og anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse, har man løst de ovennevnte problemer ved å tette en dekkplate for en elektrolytisk celle. Ifølge oppfinnelsen frembringes en fremgangsmåte for tetting av en dekkplate for en elektrolytisk celle, hvor cellen har en bunn hvor det er festet stigerør for anodene av cellen, hvor bunnen omfatter minst ett bunnmateriale med høy elektrisk ledeevne, fortrinnsvis kobber, og minst én dekkplate som er anordnet på bunnmaterialet mot innsiden av cellen, hvor stigerøret har en tetningsflens som dekkplaten er forbundet med, særpreget ved at en ytterligere plate er festet mellom stigerøret og dekkplaten for å tjene som belg, hvor belgen er festet ved sveising på tetningsflensen av stigerøret, henholdsvis på dekkplaten.

Oppfinnelsen vedrører også en anordning for tetting av en dekkplate for en elektrolytisk celle, hvor cellen har en bunn, stigerør for anodene av cellen som er forankret i cellebunnen, en dekkplate som er anordnet på bunnen mot innsiden av cellen, hvor stigerøret har en tetningsflens, særpreget ved at dekkplaten er forbundet med tetningsflensen ved hjelp av en belg som er forankret i tetningsflensen, henholdsvis dekkplaten.

Foreliggende oppfinnelse løser problemene forbundet med sprekkdannelse i konstruksjonen og har den fordel at den virker som en fleksibel og elastisk overgang mellom anode-stigerøret og cellebunnen/dekkplaten. Oppfinnelsen tilveie-bringer en pålitelig tetning med en brukstid som er lengre enn selve cellens brukstid. Ytterligere fordeler er at cellen relativt lett, men fremfor alt sikkert, kan sveises sammen under betingelsene for den aktive drift på driftstedet. Med konstruksjonen ifølge oppfinnelsen, kan de enkelte anoder nå lett skiftes ut.

Foreliggende oppfinnelse kan anvendes både på nye og eksis-terende konstruksjoner med dekkplater. Dekkplaten fremstilles med fordel av titan, og kan legeres med f.eks. rutenium og/eller palladium, og har fortrinnsvis en tykkelse fra 0,7 mm til 1,5 mm, eller kan belegges med et egnet beskyttende sjikt, fortrinnsvis på basis av platinametall eller dets oksider. En viktig fordel med foreliggende oppfinnelse er at dekkplaten kan utstyres med hull på alle steder hvor anoder skal anordnes. I denne utførelse har man fortrinnsvis også festet en belg, eller en del av en belg, på dekkplaten ved sveising. På denne måte er monteringsprosessen meget forenklet og kan utføres direkte på monteringsstedet.

I fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, presses en ytterligere plate fortrinnsvis av et tynt elastisk materiale for å virke som belg. Tykkelsen av metallplaten av belgen er med fordel i området fra 0,2 mm til 1,0 mm, fortrinnsvis fra 0,4 til 0,7 mm. Belgen fremstilles fortrinnsvis av titan, fortrinnsvis legert med ett eller flere stoffer utvalgt fra palladium, rutenium og/eller molybden, hvorved man unngår korrosjon i sveisefugene. Ved å fortrinnsvis bruke en belg av et tynt materiale og med fordel en bestemt form, kan laterale krefter fra varmeutvidelse osv. absorberes uten at belastningen på sveisefugen når ikke tillatte verdier.

Belgen kan utformes på forskjellige måter. Belgen omfatter minst én utstikkende del som med fordel kan fremstilles ved å f.eks. presse en flat metallplate som utgangsstoff. For-mingen eller pregingen kan utføres ved dyptrekking, varmforming, vakuumforming osv. Belgen omfatter fortrinnsvis flere brettede partier som danner et antall utstikkende deler som dannes av flere presskanter i en metallplate. Den brettede belg kan dermed ha formen av bokstaven S eller Z, eller kan ved hjelp av flere brettinger danne flere sukses-sive S'er eller Z'er. I det minste en del av de foretrukne, utstikkende deler av belgen bør være relativt høye for å absorbere varmeutvidelse. Høyden av belgen kan med fordel være fra 10 mm og mer. Den øvre grense er ikke vesentlig, men settes av praktiske grunner til maksimalt 50 mm. Høyden av belgen er fortrinnsvis i området fra 15 mm til 25 mm. Bredden av belgen står fortrinnsvis i et bestemt forhold til høyden og kan med fordel være fra 10 mm til 30 mm. Avstanden justeres med fordel for å sikre en god og pålitelig sveising. Fortrinnsvis har dekkplaten en større materialtykkelse enn metallplatetykkelsen av belgen.

Ifølge en utførelse kan belgen også formes med et mindre konsentrisk brettet parti, også benevnt folder, på en valg-fri side av belgen. Disse folder er tilpasset for å absorbere belastninger, såkalte retningsbelastninger, som kan opptre under festing/retting av elektroden. Foldene kan dannes av et antall brettinger av belgen.

Ifølge en foretrukken utførelse er belgen fortrinnsvis oppdelt. Dette kan utføres slik at belgen fra starten av med fordel fremstilles i to deler, eller at en ferdig hel belg deles opp i to eller flere deler. Belgen deles fortrinnsvis i partiet hvor dens høyeste eller dypeste brettinger fore-ligger, fortrinnsvis i området av belgens høyeste punkt. Ved bruk av en oppdelt belg kan den del av belgen som skal plasseres nærmest dekkplaten først sveises på dekkplaten. Den del av belgen som skal forbindes med anodestigerøret kan med fordel sveises på anodestigerøret før den sveises sammen med den tilsvarende, andre del av belgen som er festet på dekkplaten. De tilsvarende deler av belgen som er forbundet med anodestigerøret, henholdsvis dekkplaten, kan med fordel sveises på et verksted. Den endelige montering og sammensveising av belgen og de forskjellige deler utfø-res fortrinnsvis på stedet for anlegget. Imidlertid er det ikke vesentlig i hvilken rekkefølge sveisingen utføres eller hvor den utføres, så lenge én av sveiseprosessene av belgen utføres på driftstedet. Ved bruk av denne fremgangsmåte unngås at anodene for en hel celle må sveises fast på dekkplaten når de leveres, hvilket er meget ubekvemt for en industriell drift.

Under sveiseprosessen brukes med fordel en pålitelig svei-semetode, slik som TIG-sveising, plasmasveising, lasersvei-sing eller motstandssveising.

Den elektrokjemiske celle som ble beskrevet ovenfor, kan med fordel brukes for fremstilling av kloralkali. I denne elektrokjemiske prosess benyttes fortrinnsvis en membran som er plassert mellom anode og katode, for å atskille anodekammeret og katodekammeret. Denne atskillelse kan også oppnås ved bruk av semipermeable og/eller ion-selektive membraner i elektrolytten.

Med utformingen som har en belg ifølge foreliggende oppfinnelse, kan anoder meget lett tas av ved bruk av laser eller skjæring ved bruk av en vannskjærer, eller ved å innføre et kappeverktøy, en nøkkelsag, en mikroplasmaskjærer eller lignende i flaten av belgen. Belgen skjæres opp på egnet måte og anoden kan fjernes. Den faktiske sveiseflate av stigerøret forberedes igjen fortrinnsvis for sveising ved avskjegging i et skum, og resten av den gamle belg erstat-tes med en ny en som sveises på anoden før anoden igjen sveises fast på dekkplaten. Sveiseflaten av dekkplaten hvor belgen var festet, kan forberedes for ny sveising ved bruk av et hulstempel.

Oppfinnelsen skal nå beskrives ved hjelp av de vedlagte tegninger som kun anses å illustrere utførelser og ikke på noen måte skal begrense rammen for patentbeskyttelsen.

Fig. 1 og 2 vedrører konstruksjoner ifølge teknikkens stand. Fig. 3 viser oppfinnelsen og en utførelse av oppfinnelsen. Fig. 4 vedrører forskjellige utførelser av belgen ifølge oppfinnelsen. Fig. 5 og 6 illustrerer ytterligere utførelser ifølge oppfinnelsen.

Fig. 1 viser en elektrokjemisk celle med et anodestigerør (1) som er festet i cellebunnen (2) ved hjelp av en mutter

(4), en flens (6) og et feste (3) på stigerøret, og en fleksibel gummimatte (5) anordnet på cellebunnen. Fig. 2 viser en elektrokjemisk celle med et anodestigerør (1) som er festet i cellebunnen (2) ved hjelp av en mutter (4), en flens (6) og et feste (3) på stigerøret, og en dekkplate (8) anordnet på cellebunnen. Tettingen mellom titanplaten og stigerøret oppnås i dette tilfellet ved hjelp av en spesialpakning (7). Fig. 3 vedrører en konstruksjon av en elektrokjemisk celle ifølge foreliggende oppfinnelse. Den elektrokjemiske celle omfatter et anodestigerør (1) som er festet i cellebunnen (2) ved hjelp av en mutter (4), en flens (6) og et feste (3) på stigerøret og en dekkplate (8), og et isolasjonslag (16) anordnet i cellebunnen (2). Ifølge oppfinnelsen sveises (10; 11) en belg (9) i form av en mellomliggende, brettet metallplate på dekkplaten (8) og på flensen (6) av stigerøret (1). Ifølge en foretrukken utførelse kan belgen (9), som vist på figuren, være delt opp i to eller flere partier (14; 15). Sveisefugen (12) mellom de frie ender (14; 15) av belgen utføres da med fordel kun under den endelige montering in situ. Ifølge en utførelse (ikke vist) kan isolasjonen (16) være relativt høy og isolasjonen med en dekkplate (8) på toppen av isolasjonen, kan strekke seg opp til det høyeste punkt av belgen ved sveisefugen (12). Belgen sveises i denne utførelse fast på dekkplaten på sitt høyeste punkt (12). Tykkelsen av isolasjonen kan dermed ligge i området 10-30 mm. Belgen kan også utformes med folder (17) . Fig. 4 viser et antall utførelser av belger (9) som er til-tenkt forskjellige typer belastning, nemlig S-form (a), Z-form (b) eller flere innbyrdes forbundne S-former (c) eller Z-former (d) eller en annen variert bretting (e). Fig. 5 viser en sveisefikstur for en elektrokjemisk celle i en utførelse ifølge foreliggende oppfinnelse. Anodene bør anordnes slik at de er planparallelle med kortsiden av cellebunnen og står vinkelrett på cellebunnen. Dette oppnås med fordel ved å feste tuppen av anodene og flensen (6) i en fikstur hvor anodene kan anordnes opp-ned. Over de såle-des anordnede anoder plasseres alle belgene, alternativt en dekkplate med belger, og festingen utføres ved hjelp av sveisefiksturen (18) som låser belgen mot flensen (6) ved hjelp av en gjenge, og deretter kan sveising utføres (10). Sveising kan også utføres ved hjelp av en halvautomatisk fikstur som festes på fiksturen (18). Ifølge det samme prinsipp kan belgen nå låses (13), idet fiksturen (18) ers-tattes med en større fikstur ifølge samme prinsipp som låser (13) belgen. Dermed fungerer sveisefiksturen slik at den bruker gjengen i kobbertråden av anoden, dvs. stigerøret (1), som festepunkt og gjør det mulig å presse den tynne belg mot flensen (6) og danne en sveisefuge (10). Sveisefiksturen kan også inneholde gasskanaler for å til-føre beskyttende gass til området for sveisefugen (10) mens den samtidig utgjør et festepunkt for en rotasjonsfikstur som brukes for å oppnå en rotasjonssymmetrisk sveisefuge (10) ved å la fiksturen rotere rundt anodens lengdeakse. Fig. 6 viser i en annen utførelse en todelt belg (20), hvorav en indre belghalvdel (21) er sveiset (23) fast på flensen (24), og en ytre belghalvdel (22) er sveiset (25) fast på dekkplaten (26) og en sammensveising (27) av de frie ender av belghalvdelene.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for tetting av en dekkplate for en elektrolytisk celle, hvor cellen har en bunn (2) hvor det er festet stigerør (1) for anodene av cellen, hvor bunnen omfatter minst ett bunnmateriale med høy elektrisk ledeevne, fortrinnsvis kobber, og minst én dekkplate (8) som er anordnet på bunnmaterialet mot innsiden av cellen, hvor stigerøret har en tetningsflens (6) som dekkplaten er forbundet med, karakterisert ved at en ytterligere plate er festet mellom stigerøret og dekkplaten for å tjene som belg (9; 20), hvor belgen er festet ved sveising (10; 11) på tetningsflensen (6) av stigerøret, henholdsvis på dekkplaten (8) .

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at cellen brukes ved fremstilling av kloralkali.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at cellen inneholder minst én anode og én katode, og at det mellom anoden og katoden er anordnet en membran for å atskille et anodekam-mer og et katodekammer.

4. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at belgen (9) er delt opp og festes ved sveising (10) når dekkplaten (8) for ano-destigerøret (1) monteres.

5. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at belgen (9; 20) omfatter en indre (15; 21) og en ytre belghalvdel (14; 22), hvor den indre belghalvdel (21) sveises fast (23) på flensen (24), og den ytre belghalvdel (14; 22) sveises fast (25) på dekkplaten (26), hvoretter belghalvdelene sveises sammen (27) .

6. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at belgen (9) preges ved dyptrekking, varmforming eller vakuumforming.

7. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at dekkplaten har større materialtykkelse enn tykkelsen av belgens metallplate.

8. Anordning for tetting av en dekkplate for en elektrolytisk celle, hvor cellen har en bunn (2), stigerør (1) for anodene av cellen som er forankret i cellebunnen, en dekkplate (8) som er anordnet på bunnen mot innsiden av cellen, hvor stigerøret har en tetningsflens (6), karakterisert ved at dekkplaten er forbundet med tetningsflensen ved hjelp av en belg (9) som er forankret i tetningsflensen, henholdsvis dekkplaten.

9. Anordning ifølge krav 8, karakterisert ved at belgen (9; 20) er delt opp.

10. Anordning ifølge krav 8 eller 9, karakterisert ved at belgen (9; 20) omfatter en indre belghalvdel (15; 21) og en ytre belghalvdel (14; 22) .