NO752750L - - Google Patents

Description

Por fremstilling av klor og alkalilut ved elektrolyse av vandige alkalikloridoppløsninger er det i bruk såvel amalgamceller L.med flytende kvikksølvkatode som også diafragma-eller membranceller. Fordelen av amalgamcellene ligger i at de gir en omtrent kloridfri lut av meget høy konsentrasjon.

Ved diafragmaceller ble kvaliteten av den frem-stilte alkalilut i lang tid påvirket av den var forholdsvis sterkt forurenset med klorid og derfor ikke egnet seg for mange anvendelsesformål, hvis det ikke ble tilsluttet en omstendelig renseprosess.

I den nyere tid er det imidlertid utviklet ione-utveksler-membranmaterialer som sterkt hindrer vandringen av kloridioner inn i katolyten og muliggjør fremstilling av klorid-fattig lut. Med økende konsentrasjon av luten i katolyten øker riktignok ved ioneutvekslermembranene vandringen av hydroksyl-ionene inn i anoderommet, hvorved strømutbyttet sterkt avtar med økende lutkonsentrasjon. Under ellers like betingelser opp-når man eksempelvis ved en lutkonsentrasjon på 130 g NaOH pr. liter, tilsvarende ca. 11, 5% NaOH, et strømutbytte på ca. 83%, ved en økonomisk interessent lutkonsentrasjon på 250 g NaOH pr. liter tilsvarende ca. 20% NaOH, men bare dessuten et strømut-bytte på ca. 68%. Lut av mindre konsentrasjon er ikke brukbar for de fleste formål og må inndampes med høyt energiforbruk.

Det besto derfor et behov i elektrolyseceller med ioneutvekslermembraner å fremstille lut med en utnyttbar konsentrasjon med økonomisk representerbare strømutbytter.

Dette lykkes ifølge oppfinnelsen ved at man gjennom-fører elektrolysen i flere celler, idet det til anoderommet av hver enkelt celle tilføres frisk alkalikloridoppløsning, mens det som katalyt av første celle tilføres vann og hver av de følgende celler katalyten fra foregående celler, således at elek trolysen foregår med fra celle til celle økende konsentrasjon av alkalilut i katolyten.

Celleanordningen til gjennomføring av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen består av en gruppe av ioneutveksler-membranceller, hvis katoderom er forbundet med ledninger, således at hver gang er katolytavløpet fra foregående celle forbundet med katolyttilløpet i den følgende celle.

Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen fåes altså den ønskede sluttkonsentrasjon i luten, først i katoderomavløpet fra siste av et større antall celler. Hensiktsmessig driver man elektrolysen således at lutkonsentrasjonen drives over 4 til 6 celler økende til ca. 20%. Derved avtar riktignok strømutbyttet fra celle til celle. Gjennomsnittlig ligger det imidlertid betraktelig høyere enn ved fremstilling av lut av samme konsentrasjon i enkeltceller. Ved siden av økningen av strømutbyttet fremkommer derved dessuten den fordel at anolyten inneholder mindre klorat og at det frembragte klor i mindre grad er forurenset med oksygen, nitrogen og hydrogen enn ved entrinnselek-trolyse.

Eksempel.

Det ble anvendt en laboratoriecelle med dimensjoner 52 x 37 x 9 mm. Anoden besto av aktivert titanstrekkmetall, 2 mm tykt, med en maskevidde på 4 x 6 mm. Som katode tjente en edel-stålvevnad av tilsvarende dimensjon. Katode- og anodeflatene var hver ca. 0,1 m<2>, elektrodeavstanden 9 mm. Som membran tjente en ioneutvekslermembran med en ekvivalentvekt på 1200 (Du Pont "Nafion XR 475"). Analyten besto av en NaCl-oppløsning med en konsentrasjon på 300 g NaCl pr. liter. Denne flaske ble ført til anoderommet ved alle forsøk i en mengde på 10 liter pr. time. Lakens pH-verdi var 9.

Pors ø_k _1 _i f ^lge_ teknikkens _s tandj_

Som katolyt ble det anvendt 4,17 liter vann og pumpet rundt. Det ble elektrolysert i 75time. Cellespenningen sank ved en temperatur på 8l - 82°C fra 3,34 volt ved begynnelsen av forsøket til 3,14 volt ved slutten. Strømtettheten var ca.

2 KA/m p. Etter denne tid ble det som katolyt anvendt 5,52 liter NaOH med en konsentrasjon på 240,59 g""pr. liter og 1386 g klor. Strømutbyttet utgjorde 70,8$ referert til klor og 62,5$ referert til NaOH. Dette forsøk ble gjentatt fem ganger. Gjennomsnittlig utgjorde strømutbyttet 71, 1% referert til klor og 63,5$ referert til NaOH. Energiforbruket utgjorde 3340 KWh/t NaOH og 3364 KWh/t ci2.

Pors^k_ 2_ ifø_lge _op_p_f inne Isen \_

Den kontinuerlige meretrinns drift ble simulert

på en celle ved at ved begynnelsen av forsøket ble det som katolyt anvendt den til 7 ganger timeproduksjonen tilsvarende vannmengde, som var tilsatt 1 g pr. liter NaOH. Etter hver gang 7 timer ble lutkonsentrasjonen og den oppnådde klormengde. Den samlede forsøkstid utgjorde 35 timer, strømtettheten igjen ca.

2 KA/m 2. Resultatet fremgår av følgende tabell:

Det midlere strømutbyttet referert til klor utgjør 82,6$, den midlere strømutbyttet referert til NaOH utgjør 79$. Det midlere energiforbruk utgjør 2998 KWh/t Cl2og 2784 KWh/t NaOH. I forhold til entrinnsfremgangsmåten fremkommer en be-sparelse på 11$ resp. 17$.

Ved første forsøk ifølge teknikkens stand inneholdt analyten etter avslutning av elektrolysen 4,2 g pr. liter natriumklorat. I den frembragte klorgass befant det seg 5,7

volum$ oksygen og 0,45 volum$ hydrogen og nitrogen. Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen inneholdt anolyten gjennomsnittlig

3,0 g natriumklorat pr. liter. Den dannede klorgass inneholdt gjennomsnittlig 2 1 volum$ oksygen og 0,27 volum$ hydrogen og nitrogen.

Selvsagt er fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen ikke begrenset til fremstilling av ca. 20$-ig lut. Med forbed-rede ioneutvekslermembraner med høyere ekvivalentvekt er frem-stillingen av høyere lutkonsentrasjoner mulig, f.eks. 30 - 40$ NaOH, ved sammenlignbare strømutbyttegevinster, fordi det midlere strømutbyttet ved fleretrinns fremgangsmåter alltid er høyere enn ved entrinns-fremgangsmåten.

En vesentlig fordel ved fremgangsmåten ifølge opp.-finnelsen består også deri at ved produksjonskapasiteten bestående anlegg kan økes med små ombygninger tilsvarende det for-bedrede strømutbyttet.

Et skjema for selvanordningen ifølge oppfinnelsen er vist på tegningen. I anoderommet av hver av de 3 viste trinn pumpes frisk kake, som etter å ha passert elektrolysen tilbake-føres som anolyt til oppkonsentrering. I første trinns katoderom innmates vann. Den i de enkelte katoderom dannede lut be-fordres fra avløpet fra trinn 1 til tilløpet fra trinn 2 og fra avløpet av trinn 2 til tilløpet av trinn 3 osv. Dens konsentrasjon øker derved fra trinn til trinn. Gassformet klor og gassformet hydrogen fjernes fra cellene på vanlig måte.

Claims (2)

1. Fremgangsmåte til fremstilling av klor og alkalilut ved elektrolyse av vandige alkalikloridoppløsninger i elektrolyseceller med ioneutvekslermembran, karakterisert ved at elektrolysen gjennomføres i flere celler, idet det til hver enkeltcelles anoderom tilføres friskt alkali-kloridoppløsning, mens det som katolyt til første celle tilføres vann og som katolyt i hver av de følgende celler katolyten fra den foregående celle, således at elektrolysen foregår med fra celle til celle økende konsentrasjon av alkalilut i katolyten.

2. Celleanordning til gjennomføring av fremgangsmåten ifølge krav 1 bestående av en gruppe av ioneutvekslermembran-celler, hvis katoderom forbundet med ledninger således at hver gang katolytavløpet fra den foregående celle er forbundet med katoiyttilløpet i den følgende celle.