NO802805L - Elektrolysecelle og fremgangsmaate for fremstilling av halater - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrorer en elektrolysecelle

for fremstilling av halater, spesielt natriumklorat,

idet elektrolysecellen er i stand til å arbeide effektivt ved lave stromtettheter. Elektrolysecellen omfatter et storre antall elektrodepar enn tidligere anvendt i celler med lignende kapasitet og arbeider ved en lavere stromtetthet. Elektrolysecellen kan fremstilles ved ombygging av en tidligere kjent elektrokjemisk halatcelle som arbeider med en hoyere stromtetthet. Oppfinnelsen vedrorer også en fremgangsmåte for å gjennomfore en slik ombygging og en fremgangsmåte for fremstilling av klorat med hoy virkningsgrad ved lavere stromtettheter.

Elektrokjemiske celler og fremgangsmåter for fremstilling av klorater og spesielt for fremstilling av natriumklorat er vel kjent og anvendes kommersielt i stor utstrekning for fremstilling av slike forbindelser. Det er kjent å fremstille klor og natriumhydroksyd ved elektrolyse av saltlake og å fremstille natriumhypokloritt ved reaksjon av disse produkter når det ikke anvendes noen diafragmaer eller membraner i elektrolysecellen og det er kjent at hypokloritt kan omdannes til natriumklorat og natriumklorid hvorav det sistnevnte kan resirkuleres i den elektrolytiske prosess.

I US patentskrift nr. 3.732.153 omhandles en kloratcelle hvor monopolare dimensjonsstabile anoder er anbragt omkring katoder i enheter, gassformet og væskeformet elektrolyttholdig reaksjonsprodukt utviklet mellom anodene og katodene i en slik enhet samles i en innkapsling ved toppen av disse enheter og fores oppover gjennom en kanal, en gass fjernes fra toppen av cellen og elektrolytt sirkuleres nedover gjennom kanaler forsynt med ledeplater til nær toppene av elektrodeenhetene og deretter gjennom kanaler som ikke er forsynt med ledeplater mellom enhetene til bunnen av cellen, hvorfra elektrolytten beveger seg oppover mellom elektrodene.

Det ovennevnte US patentskrift kan således ansees som et utgangspunkt for den foreliggende oppfinnelse, sammen med f.eks. US patentskrifter nr. 3.2 91.714, 3.475.313, 3.553.088, 3.574.095 og 3.657.102 samt fransk patentskrift nr. 1.284.779.

Den foreliggende oppfinnelse utgjor en viktig forbedring

i forhold til det som er kjent fra det ovennevnte US patentskrift nr. 3.732.153 ut fra betraktninger om

den vitale betydning av å spare elektrisk energi. Den foreliggende oppfinnelse muliggjor en lett tilveie-bringelse av en kloratcelle med lavere stromtetthet og med hoyere drifts-virkningsgrad ved samme stromtilforsel som cellen i henhold til det nevnte US patentskrift. Cellen i henhold til den foreliggende oppfinnelse kan være av lignende konstruksjon som den tidligere kjente celle med unntagelse av modifikasjoner i antallet av elektroder eller elektrodeenheter og konstruksjonen av innkapslinger og enkelte kanaler for sirkulering av elektrolytt gjennom cellen. Ved hjelp av den foreliggende oppfinnelse kan mye av den samme konstruksjon og materialer som anvendes for den tidligere kjente celle anvendes ved konstruksjon av celler i henhold til oppfinnelsen og den tidligere kjente celletype kan modifiseres og omdannes til celler i henhold til oppfinnelsen etter behov og onske.

Oppfinnelsen vedrorer således en elektrolyse for fremstilling av et halat, omfattende et flertall av monopolare dimensjonsstabile anoder og katoder i adskilt og parforhold til hverandre, idet anaodene kan fores til en side av cellen og fjernes fra denne gjennom en av

v

sidene, innretninger for å påfore positive og negative elektriske potensialer til henhv. anodene og katodene, og innretninger for å bevege elektrolytten i cellen slik at den forer strom mellom anodene og katodene i anode-katodeparene, passerer mellom anodene og katodene i parene og blir i det minste delvis elektrolyséEt derved til

hypohalitt og gassformet elektrolyseprodukt,, idet innretningene for å bevege elektrolytten inkluderer åpne kanaler mellom anodene og katodene i pasene for å fore hypohalitt, elektrolytt og gassformede elektrolyseprodukter oppover, en innkapsling som dekker toppen av i det minste fire slike kanaler mellom anaode og katode-par og som smalner av til en kanal mindre enn 1/10 av det vannrette tverrsnittsareal av den nevnte innkapsling og som strekker seg oppover fra denne til en ovre del av cellen, idet innkapslingen og den oppover forlopende kanal styrer gass og væske oppover fra de åpne kanaler, og en kanal for å.fore hypohalitt nedover forbi ledeplater til en nedre del av cellen, idet passasjen inneholder det nevnte hypohalitt i en tilstrekkelig lang tidsperiode under driften av cellen til å omdanne en vesentlig del av elektrolytten til halat, innretninger for å trekke ut halatholdig væske fra cellen etter at væsken har sunket ned gjennom kanalen forsynt med ledeplater til den nedre del av cellen, innretninger for å tilfore halid til cellen for å erstatte det halid som forbrukes ved fremstillingen av det halat som trekkes ut og innretninger for å trekke ut et gassformet produkt fra elektrolysen fra den ovre del av cellen.

I kloratceller anvendes fordelaktig sirkulasjonsinnretninger som forer blandingen av gass, produkt og elektrolytt fra mellom i det minste fire anode-kaotde-par eller i det minste to enheter, hver inneholdende to anode-katodepar, oppover i cellen gjennom en enkelt kanal. Oppfinnelsen vedrorer også en fremgangsmåte for å omdanne klortatceller med hoy stromtetthet av den tidligere kjente type til celler med lavere stromtetthet, samt elektrokjemiske prosesser for fremstilling av klorat med lav stromtetthet. Ved oppfinnelsen anvendes fordelaktig aystandsholdere av forbedret type for å opprettholde den onskede separering eller klaring mellom anoden og katoden i cellene, samt anodeunderstottelser. Oppfinnelsen vil letter forstås ved henvisning til den etterfolgende beskrivelse og de vedfoyde tegninger, hvori: Fig. 1 er et delvis gjennomskåret sideriss av en elektrokjemisk celle i henhold til oppfinnelsen. Fig. 2 er et delvis gjennomskåret riss av cellen i fig. 1, med elektriske tilknytninger vist. Fig. 3 er et forstorret riss av deler av anode-katode-sammenstillingene i fig. 1, og viser en dekkende innkapsling og en oppover forende kanal som i kombinasjon tjener til å fore elektrolytt og gass oppover fra områdene mellom anodene og katodene i et flertall av elektrodeenheter, og Fig. 4 er et modifisert perspektivriss av deler av flere par av anode-katode-sammenstillinger og sirkulasjonsinnretninger, og viser kanaler for oppover-stromning av gassholdige reaksjonsprodukter og for nedoverstromning av elektrolytt.

I den folgende beskrivelse refereres det til fremstilling av natriumklorat fra en vandig losning av natriumklorid, men det vil være klart at det er mulig å fremstille andre halater, som f.eks. kaliumklorat eller natriumbromat, med lignende metoder med samme eller lignende apparatur.

Elektrolysecellen 11, som vist i fig. 1, kan betraktes som sammensatt av en ovre del 13 og en lavere del 15. Den ovre del er primært for tilbakeholdelse av hypokloritt og elektrolytt og for omdannelse av hypokloritt til klorat ved hjelp av en mer tidkrevende reaksjon. Den nedre del, som kan betraktes som elektrolysedelen, er for elektrolyse av saltlake (en vandig losning av natriumklorid) til hydrogen, klor og natriumhydroksyd idet de sistnevnte reagerer til å danne hypokloritt. Også i de storre rom 16 henhv. 18,

mellom inaktive elektrodeflater og under elektrodene, kan omdannelse av hypokloritt til florat finne sted. Elektrolyseenhetene 17 og 19 omfatter hver anoder 21 og 23 for den ene enhet og 25 og 2 7 for den annen enhet, idet disse anoder kan foreligge i ark- eller plate-form. Anodene er forsterket med vannrette kanalprofiler 26 og har anodeledere 2 9 sveiset til deres inaktive sider, som også hjelper til å gjore anoden stivere. Anodene er boyet langs loddrette hjorner til å danne ender 28 som ytterligere gjor dem stivere. De er også understottet på avsatser 100 av vinkeljern, som på toppen er dekket med et isolasjonsmaterial, foretrukket en syntetisk organisk polymer, mest foretrukket polytetrafluoretylen. Anodene og de tilknyttede kanalprofiler og lederstaver kan fjernes fra sidene av cellen ved å losne platene 30 og trekke ut anodesammenstillingene. Selv om faste ark-anoder kan anvendes, vanligvis fremstilt av et ventil-metall belagt med edelmetall på den aktive siden, kan også perforerte metaller, strekkmetaller og netting anvendes og er i den foreliggende beskrivelse ansett å være likeverdige med anoder med glatte overflater av platetypen hvor disse er beskrevet. Også konstruksjons-materialene for anodene kan endres til passende erstatninger. Anodelederstaver 29 strekker seg vanligvis vannrett og vil foretrukket bestå av et titanbelegg over en kobberkjerne.

Anodene i hver "enhet" er anbragt omkring katode-delsammenstillinger 31 og 33, hvori katodene 35 og 37 for delsammenstillingen 31 henhv. 39 og 41 for delsammenstillingen 33 er forenet med hverandre ved hjelp av innvendige vegg-avstandsholdere 43 henhv. 45. I katodedel-sammenstillingen 31 er de åpne rom 47 for sirkulering av kjolevann, når dette onskes, og det foretrekkes at dette vann beveger seg gjennom denne del-sammenstilling fra bunn til topp i generelt vannrette baner, med bevegelse fra det ene rom til det annet gjennom loddrette åpninger eller kanaler gjennom eller ved endene av avstandsholderne 43. I tillegg kan en varmeveksler (ikke vist) være tilstede i cellens toppdel om dette er påkrevet. Det foretrekkes en titantor-varmeveksler og kjolemidlet, vanligvis vann, kan også sirkulere gjennom katodene (og anode-ledere, etc. når slike anvendes).

På toppen av et par av nabo-elektrodeenheter, hver omfattende to anoder og to katoder og hvori hver av anode-katodeparene avgrenser en åpen kanal hvori elektrolytt elektrolyseres, er det anbragt en innkapsling 49 omfattende en loddrett vegg 51 med en utoverragende bunndel 53, et vannrett "tak" 55 og en oppoverforlopende kanal 57 avgrenset av loddrette vegger 59. Innkapslingen 49 inneslutter eller dekker et par enheter 17 og 19 og samler gass og oppoversirkulerende elektrolytt og reaksjonsprodukter fra de nevnte enheter og fra kanalene mellom de reaktive elektroder deri og retter disse materialer oppover gjennom kanalen 57. Som det sees ved henvisning til fig. 4 er kanalen 57 og veggene 59 deler av den ovre del av elektrolysecellen og befinner seg mellom kanalen 61 forsynt med ledeplater i denne, avgrenset av veggene 59 og ledeplatene 63, sammen med loddrette kanalprofilelementer 65, som gir sammenstillingen styrke.

I fig. 3 er den understøttende del 67, inntil innkapslingen 49 i det indre av denne, vist hvilende på katodeavstandsholder-understbttelser 43 og 45, forenet med innkapslingsveggen 51 og i kontakt med innkapslingens deksel eller tak 55. Ved disse innkapslingsdeler bærer katodene, som ligger inntil celleveggene, innkapslingen og ledeplatestrukturen. Delen 67 er en isolator som forhindrer kortslutning av elektroder og tjener også til å opprettholde en Snsket avstand mellom katodene, del-sammensti11ingstoppen og stigerorkanalstrukturen for oppoverfbring av reaksjonsprodukter og elektrolytt. Denne del 67 er foretrukket en syntetisk polymer som f.eks. polyvinylidenklorid (PVDC).

For å opprettholde den onskede avstand mellom anode- og katode-overflater og derved hjelpe til med bedre å regulere spenningsfallet mellom anoder og katoder anvendes ved den foreliggende oppfinnelse foretrukket syntetiske organiske polymerknapper 69, foretrukket montert på anodene ved innstikning gjennom åpninger 71 deri. Slike "knapper" er foretrukket av en inert polymer med gode mekaniske egenskaper for denne anvendelse, som f.eks. polytetrafluoretylen og de har "hoder" med kontrollert tykkelse slik at elektrodegapet reguleres ved at de ligger an mot både anode og katode. Foretrukket vil dette gap derved eller på annen måte reguleres slik at det er fra 0,05 til 0,4 cm, foretrukket 0,08 til 0,32 cm og best omtrent 0,15 til 0,25 cm.

Elektrisitet fores til cellen via lederen 73, koblingene 75 og anodeledere 2 9 og fores fra cellen via dennes ledende vegg 77, vanligvis av stål, og koblinger 79 og 81. Cellen bæres på betongfotter 83 og har en topp 85 av titan tilsvarende den som er beskrevet i US patentskrift nr. 4.039.420. Veggene i toppdelen av cellen, spesielt hvis denne er av syntetisk plastmaterial som enkelte ganger anvendes, kan være forsterket med vannrette kanalprofiler eller ribber 87. Den ovre celledel 13 fastholdes til cellens bunndel 15 ved hjelp av flens-forbindelser 89.

Under drift tilfores cellen natriumkloridlosning med onsket konsentrasjon, vanligvis mettet og sur, kjolevann sirkuleres gjennom katodene og/eller gjennom en titan-ror-varmeveksler i celletoppen om så onsket, og strommen slås på. I reaksjonsrommene eller de åpne rom mellom anodene og katodene utvikles natriumhydroksyd, klor og hydrogen og natriumhydroksyd og klor reagerer til å danne natriumhypokloritt. Hydrogenet og det vandige natriumhypokloritt stiger opp forbi elektrodene, blandet med hverandre, og dirigeres^ved hjelp av innkapslingen som dekker toppene av de reaktive åpne kanaler til stigerbrkanalen (en stigerorkanal for hver fire eller flere reaksjonskanaler, som illustrert) til toppen av cellen hvor gassen fyller gassrommet 91 over elektrolytt-væsken 92 og væsken fortsetter bevegelsen nedover gjennom kanalene forsynt med ledeplater. Noe gass fjernes gjennom utlopet 95 som også tjener til nitrogen-spyling. Frisk tilforsel innfores gjennom innlopet 93. Natriumhypoklorittlosningen, som til å begynne med er fortynnet, returneres nedover til cellebunnen forbi ledeplatene og gjennom åpningen 16 mellom inaktive elektrodeflater i elektrodeenhetene og i andre baner ved sidene og endene av cellen. Onskelig omdannes i det minste 20% og foretrukket 30 til 90% av det hypokloritt som passerer nedover gjennom kanalen forsynt med ledeplater til klorat i lopet av en passering. Etter tilstrekkelig sirkulering av elektrolytt forbi elektrodene er konsentrasjonen av natriumklorat fremstilt fra hypokloritt-mellomproduktet hoy nok til å trekke ut noe av denne opplosning som produkt. Slik uttrekning kan gjennomfares gjennom tappeledningen 97. En del av den mengde som trekkes ut kan blandes med mettet natriumkloridlosning, mettet på nytt ved tilsetning av natriumkloridkrystaller, surgjort med saltsyre, klor eller en blanding derav, oppvarmet eller avkjolt etter onske (idet avkjoling vanligvis gjennomfores) og returneres til cellen nær toppen, gjennom roret 95, eller ved bunnen om så onskes. Prosessen gjennomfores kontinuerlig på denne måte, men den kan også drives porsjonsvis. Ved andre utforelsesformer av oppfinnelsen tilsettes natriumklorid og syre til den elektrolytt som fores tilbake til cellen og ikke noe kloratlosning som fjernes fra cellen returneres til denne (unntatt etter at kloratet er fjernet).

Under foretrukne arbeidsbetingelser opprettholdes strømtettheten på 0,28 til 0,48 amp pr. cm 2, f.eks. 0,35 amp/cm 2, spenningen er 2,8 til 3,1 volt, f.eks. 3,0 volt, konsentrasjonen av natriumklorid i den vandige elektrolytt holdes på fra omtrent 100 til 150 g pr. lites f.eks. 130 g/l, og temperaturen er i området 50 til 85°C, foretrukket 60 til 85°C og helst omtrent 80°C, slik at i tilfellet av mindre endringer vil ikke temperaturen overstige 85°C. pH i elektrolytten holdes ved omtrent 6 til omtrent 6,5 ved tilsetning av saltsyre eller klor til returelektrolytten slik at denne får en pH på omtrent 4 til 5. De stromutbytter som oppnås er omtrent 93 til 97% på kontinuerlig driftsbasis og er ofte hoyere enn de stromutbytter som oppnås ved kontinuerlig kommersiell praksis med hoyere stromtettheter, f.eks. 0,6 til 1 amp. pr. cm 2. Det vesentlige fremskritt ved den foreliggende oppfinnelse er imidlertid den lavere spenning som forer til vesentlige besparelser i strømforbruket.

Det er funnet at for å oppnå brukbar sirkulasjon i cellen, med klaringsavstander mellom aktive elektroder i området 0,05 til 0,4 cm, er den lineære hastighet av væsken (uten gass med unntagelse av opplost gass) forbi elektrodene (i klaringskanalen) onskelig i området 0,5 til 7 m pr. sek., foretrukket fra 4 til 6 m pr. sek., og den foretrukne lineære hastighet gjennom de nedoverrettede kanaler forsynt med ledeplater er 1 til 20%, foretrukket 3 til 10% derav. Hastigheten gjennom kanalene under kanalen forsynt med ledeplater og mellom inaktive elektroder fra bunnen av kanalene forsynt med ledeplater til bunnen av cellen er vanligvis og foretrukket fra 10 til 100%, helst 20 til 60% av den lineære hastighet av den elektrolyserte væske som beveger seg oppover mellom de aktive elektroder. For å regulere disse lineære hastigheter vil det totale tverrsnittsareal av de inaktive kanaler mellom elektrodene vanligvis være fra 10 til 100%, f.eks. 40% av de totale tverrsnittsarealer av de aktive klaringskanaler. Bredden av disse arealer, når det er fra 20 til 200 aktive kanaler tilstede og fra 2 til 15 storre nedoverrettede kanaler er tilstede, vil således vanligvis være i området fra 5 til 100 ganger den aktive klaringskanalbredde. Vanligvis vil det være tilstede fra 5 til 50 innkapslinger, hver over fra 2 til 4 elektrodeenheter inneholdende fra 4 til 8 klaringskanaler mellom anode og katodepar. Det anvendes foretrukket fra 10 til 10 innkapslinger og fra 2 til 5 storre kanaler. Forholdet mellom storre kanaler og elektrodeenheter (hver enhet inneholdende 2 anode-katodepar) vil vanligvis være i området 1:4 til 1:10. For å hjelpe til med å opprettholde onskelig stromning vil også tverrsnittsarealet av de oppoverrettede kanaler fra innkapslingene være fra 2 til 10%, foretrukket fra 4 til 8% og helst omtrent 6% av tverrsnittsarealene av innkapslingene, idet tverrsnittsarealene måles vannrett (som dette vanlig gjores for å måle disse arealer for klaringer og kanaler som nevnt ovenfor).

Den foreliggende oppfinnelse resulterer i vesentlige fordeler i forhold til den kjente teknikk når besparelse av elektrisk energi er av vesentlig betydning. Det er funnet at når man arbeider med lave stromtettheter, som dem beskrevet heri, kan lavere spenninger anvendes og ved å oke arealet av aktive elektrolytiske overflater kan den samme kloratproduksjon oppnås. Besparelsene i

stromforbruk, ofte bare en liten andel og enkelte ganger bare et fåtall eller noen %, er vesentlige over lange tidsrom og kan utgjore millioner av kroner pr. år for en enkelt fabrikk. Driftseffektiviteten kan heves ved å arbeide ved temperaturer i det angitte område og spesielt i den ovre del av dette, men man må være omhyggelig med å unngå slike kontinuerlige drifts-temperaturer som overstiger 85°C da ved slike temperaturer kan oksygenfremstillingen enkelte ganger overstige den onskede grense på 3 volum% av det fremstilte hydrogen. Tilsvarende, hvis sirkulasjons-hastighetene okes for sterkt vil også prosentandelen av klor okes i skadelig grad utover grensen på 2 eller 3 volum%.

Selv om de foreliggende celler er innrettet for drift

med lav stromtetthet kan de om nodvendig drives med hoyere stromtettheter og derved okes kloratproduksjonen og kloratfabrikken får derved en hoyere grad av fleksibilitet for å tilpasse seg etterspørselen. Når celler av den foreliggende type bygges kan de forholdsvis lett modifiseres ved fjernelse av vekselvise elektrodeenheter og avkortning av innkapslingene slik at bare de resterende enheter dekkes. Hvis elektrisk energi ikke lenger blir en alvorlig begrensende faktor kan disse celler drives med hoyere stromtettheter og de fjernede elektroder kan om ønskelig anvendes i andre celler. Tilsvarende, og dette er oftere tilfelle, kan celler av den nevnte tidligere type lett omdannes til celler med lav stromtetthet ved tilføyelse av elektrodeenheter mellom dem som er tilstede, forbundet med forlengelse av innkapslingen. Når slike modifikasjoner gjores bemerkes det at breddene av vekselvise eller ytterligere elektrodeenheter som skal installeres kan være slik at det ikke blir behov for ytterligere avstandsholdere mellom enhetene på grunn av«at anodelederne virker som slike avstandsholdere. Slike modifikasjoner mellom celler av typene med hoy og lav stromtetthet kan gjores uten noen vesentlige endringer i de ovre celledeler, inklusive toppene, ledeplatene og stigerorkanalene, og liten eller ingen endring i tanken i bunndelen, under-støttelsen derfor og de opprinnelige elektrodeenheter.

De "nye" elektrodeenheter som bygges inn kan ha katodedel-sammenstillinger bredere enn vanlig og ha tykkere vegger på grunn av fraværet av innvendige understøttelser, men de vil vanligvis fremstilles lettere enn de "opprinnelige" elektrodeenheter slik at cellevekten nedsettest og for å nedsette behovet for modifisering av cellebeholder-en og elektrodeunderstottelsene og også på grunn av at den kjoling som bevirkes ved passering av kjolemiddel inne i de opprinnelige katode-delsammenstillinger ofte kan være tilstrekkelig, på grunn ,av lavere stromtap, slik at ytterligere avkjoling ikke vil kreves. Hvis mer kjoling er onekelig kan denne gjennomfores andre steder i cellen, f.eks. i celletoppen, med en ytterligere varmeveksler eller de andre katode-delsammenstillinger kan modifiseres til å besorge indre kjoling.

Den modifiserte innkapsling over et flertall av elektrodeenheter resulterer ikke i nedsatt stromning av produkter fra elektrolysen gjennom stigerorkanalen på grunn av at ved nedsettelse av strømtettheten til omtrent det halve av den som tidligere ble anvendt, mens den aktive elektrodeoverflate okes proporsjonalt, oppnås hovedsakelig den samme mengde av elektrolyseprodukter som når man anvender den tidligere kjente "umodifiserte" celle. Stigerorskanalen, ved at den er direkte over en elektrodeenhet, bringer til tross for det forhold at den er asymmetrisk montert i forhold til et par eller flertallet av slike enheter, produkter fra den lineære elektrodeenhet til å bevege seg direkte oppover gjennom stigeroret, og dette hjelper til med å trekke produkter ut fra den annen elektrodeenhet. Den asymmetriske montering på innkapslingen tillater langvarig bruk av bare en komplett side, slik at bare en side må erstattes og selv denne erstatning kan gjennomføres ved innsetting av ny vegg og flensdeler og forlengelse av takdelen av den allerede eksisterende annen side av stigeroret. I enkelte tilfeller kan om onsket posisjonene for elektrode eller stigeror og innkapsling reguleres slik at stigeroret befinner seg symmetrisk i forhold til elektrodene, men dette er ikke nødvendig og kan ofte være uonsket og medforer ytterligere endringer i celle-konstruksjonen. Tilsvarende kan posisjonene for de storre nedre loddrette kanaler endres, men det er foretrukket å ha disse symmetrisk anordnet i avstand fra celleendene og adskilt fra hverandre, f.eks. separert av 20 til 50% av de tilstedeværende elektrodeenheter.

I tillegg til de elementære forbedringer oppnådd i forhold til tidligere kjente kloratceller av lignende typer skal det også bemerkes at anvendelsen av de tidligere nevnte polymere avstandsknapper frembyr utmerkede muligheter for å regulere klaringsavstandene mellom.elektrodene og derved å fremme ensartet elektrolyse og jevn elektrokjemisk reaksjon. Knappene innsettes lett, holdes fast på plass og tilveiebringer effektive innretninger for noyaktig opprettholdelse av avstander mellom elektrodenes arbeidsflater. Det foretrekkes at de installeres gjennom huller i anode-veggen ved innstikking gjennom disse vegger og ved ekspandering av en ikke-kritisk side slik at knappene holdes på plass. Denne ekspansjon kan gjennomfores ved smeltepressing av disse ikke-kritiske sider, ved å

feste en "mutter" på en gjenget spiss av avstandsholderen som passerer gjennom anodeveggåpningen, smelting av en kapsel på knappeskaftet som passerer gjennom åpningen, eller på annen passende måte. Det vesentlige trekk er at "knappene" bringes til å skille mellom elektrodene med onsket ensartet tykkelse og at de holdes fast på plass mot den aktive anodevegg i presskontakt med katoden.

Forskjellige detaljer ved elektrolysecellen i henhold til oppfinnelsen ansees tilstrekkelig beskrevet i US patentskrift nr. 3.732.153 som det vises til her for

å unngå unodvendig gjentagelse av disse mer uvesentlige detaljer. Det dreier seg her om detaljer vedrorende konstruksjonsmaterialer, rorkoblinger, sammenstillinger og operasjonsdetaljer som vil være innlysende for den fagkynndige.

Det folgende eksempel illustrerer driften av elektrolysecellen i henhold til oppfinnelsen for fremstilling av natriumklorat, men som nevnt kan oppfinnelsen anvendes for fremstilling av andre halater og fremgangsmåtene som beskrevet kan varieres. I den foreliggende fremstilling er mengdeangivelser på vekt-basis og alle temperaturer angitt i °C med mindre annet er angitt.

EKSEMPEL

En elektrolysecelle (eller elektrokjemisk apparat) av

den type som er beskrevet i fig. 1-4 fremstilles ved den beskrevede modifisering av en tilsvarende celle som omhandlet i det nevnte US.patentskrift nr. 3.732.153. Elektrolysecellen måler omtrent 1,2 x 2,4 m og er

omtrent 2,4 m hoy. Den er utstyrt med platina-iridium-belagte titananoder og karbonstålkatoder og anodelederne er titanbelagt kobber. Det foretrukne belegg på titan-anoden er en blanding 70:30 av platina:iridium. Celle-kassen er av karbonstål og celletoppen er av titan. Innkapslingen, stigerorskanalen, ledeplatene og kanalene utstyrt med ledeplater er av titan.

En saltlake inneholdende 140 g/l NaCl (i området

130-160 g/l) sirkuleres gjennom cellen og fyller cellen opp til en hoyde av omtrent 15 cm fra celletoppen. Saltlaken anvendes også deretter som frisk tilforsel. Tilforselstakten er omtrent 21 1 pr. min., uttagningen

av kloratholdig væske er den samme og omtrent 70%

(60-80%) av tilforselen er resirkulert material. Innlopstemperaturen av saltlaken er omtrent 55°C ( i området 40-60°) men oppvarmes hurtig opp til cellens driftstemperatur, som er slik at den væske som trekkes ut fra cellen er omtrent 80°C, (i området 50-85°C). Klorgass innfores sammen med oppfriskningssaltlaken og enkelte ganger med den resirkulerte elektrolytt for å surgjore væsken som går inn i elektrolysesonen. Sur-gjoringen av tilforselen foregår til en pH på omtrent 5,2 (i området 4,8-5,7) slik at den væske som trekkes ut har en pH på omtrent 6,5 (i området 6,1-6,8).

Etter at sirkuleringen av elektrolytten er igangsatt startes cellen opp. Cellespenningen finnes å være omtrent 3 volt (i området 2,9-3,2 volt) med en stromtetthet på 0,35 amp./cm 2 (i området 0,28-0,4 amp./cm 2). Når innholdet av natriumklorat i den sirkulerende elektrolytt er oket til 450 g/l (området 350-500 g/l) fjernes væske fra bunnen av cellen fra den væske som sirkuleres og erstattes med tilforselssaltlake. Uttagning og tilforsel av frisk saltlake gjennomfores kontinuerlig. Innholdet i den væske som fjernes er 130 g/l NaCl (området 120-150 g/l), 450 g/l NaC103og 2,5 g/l NaOCl (området 2-4 g/l). Gass som fjernes fra cellens toppdel, som har omtrent det dobbelte volum av den aktive bunndel, har et innhold på mindre enn 1% klor og mindre enn 3%

(2,3%) oksygen idet resten er hydrogen.

Driften av cellen fortsettes og tilforsel og uttagning reguleres slik at det opprettholdes elektrolytisk og elektrokjemisk likevekt og at det tillates uttagning av cellevæske med den angitte analyse. Under slike drifts-betingelser finnes det at celle-virkningsgraden er omtrent 93% eller mer. De forskjellige komponentdeler av cellen motstår godt arbeidsbetingelsene og de kjemikalier som de kommer i kontakt med, og reparasjoner og erstatninger trenges ikke i tidsrom på over 1 år.

Tilsvarende resulterer tilsvarende endringer i driften

i effektiv fremstilling av natriumklorat og andre metallkOior ater.

Plastknapp-avstandsholderne finnes å være bestandige under driftsforholdene i cellen og opprettholder noyaktig avstand mellom elektrodene og letter oppover-strommen (de kanaliserer ikke elektrolytten på samme måte som loddrette avstandsholdere). I praksis er knappene vanligvis runde, med diameter 0,8 til 1,5 cm, og anordnet i et regelmessig forskjovet (eller rombe-formet) monster med avstand omtrent 8 til 20 cm, f.eks. avstand 13 cm. Det anvendes omtrent 30 til 100 stykker pr. anode-katodepar, f.eks. 55 i det foreliggende eksempel.

Claims (23)

1. Elektrolysecelle for fremstilling av et halat, omfattende et flertall monopolare dimensjonsstabile anoder og katoder i adskilt og parvis forhold til hverandre, idet anodene kan fores til en side av cellen og kan tas ut av cellen gjennom en side av denne, innretninger for å påfore positive og negative elektriske potensialer til anodene henhv. katodene, og innretninger for å bevege elektrolytten i cellen slik at den forer strom mellom anodene og katodene i anode-katodeparene, passerer mellom anodene og katodene i parene og blir i det minste delvis elektrolysert derved til hypohalitt og gassformede elektrolyseprodukter, karakterisert ved at innretningene for å bevege elektrolytten inkluderer åpne kanaler mellom anodene og katodene i de nevnte par for å fore det nevnte hypohalitt, den nevnte elektrolytt og de gassformede elektrolyseprodukter oppover, en innkapsling som dekker toppene av i det minste fire slike kanaler mellom anode og katode-par og som smalner av til en kanal med tverrsnittsareal mindre enn 1/10 av det vannrette tverrsnittsareal av innkapslingen og som strekker seg oppover fra denne til en ovre del av cellen, idet innkapslingen og den oppover forlopende kanal forer gass og væske som beveger seg oppover fra de åpne kanaler, og en kanal for å fore hypohalitt nedover forbi ledeplater til en nedre del av cellen, idet kanalen inneholdende hypohalittet for en tilstrekkelig lang tidsperiode under drift av cellen omdanner en vesentlig del av hypohalittet til halat, innretninger for å trekke ut halatholdig væske fra cellen etter at væsken har sunket ned gjennom kanalen forsynt med ledeplater til den nedre del av cellen, innretninger for å tilfore halid til cellen for å erstatte det som forbrukes ved fremstillingen av det halat som trekkes ut og innretninger for å trekke ut et gassformet elektrolyseprodukt fra den ovre del av cellen.

2. Elektrolysecelle som angitt i krav 1, for fremstilling av et klorat, karakterisert ved at kanalen for å fore hypohalitt nedover forbi ledeplater til en nedre del av cellen og for å holde det deri for en lang nok tidsperiode til å omdanne en vesentlig del derav til klorat under drift holder hypoklorittet lenge nok deri til å omdanne i det minste 20% derav til klorat i en passering gjennom kanalen og omfatter i det minste en kanal for nedoverbevegelse av elektrolytten som er under ledeplatene og er vesentlig storre enn de åpne kanaler mellom anodene og katodene i anode-katodeparene.

3. Elektrolysecelle som angitt i krav 2, for fremstilling av natriumklorat, karakterisert ved at det er tilstede et flertall av kanaler vesentlig storre enn de åpne kanaler mellom anodene og katodene i anode-katodeparene, idet disse storre kanaler er skilt fra hverandre og befinner seg mellom elektroder med det samme elektriske fortegn, og de nevnte storre kanaler forer elektrolytten inneholdende natriumklorat nedover til cellebunnen fra et storre antall kanaler forsynt med ledeplater.

4. Elektrolysecelle som angitt i krav 3, karakterisert ved at tverrsnittsarealene i disse storre kanaler for nedoverbevegelse av elektrolytten fra den del av apparatet som er forsynt med ledeplater til cellebunnen er fra 5 til 100 ganger så store som hver av klaringene mellom anodene og katodene og det totale tverrsnittsareal av de storre kanaler er tilstrekkelig og disse kanaler er anbragt slik at under driften av apparatet foregår den elektrolkjemiske fremstilling av natriumklorat med tilstrekkelig naturlig sirkulasjon av elektrolytten på grunn av at denne loftes opp gjennom de åpne kanaler mellom elektrodeparene ved hjelp av gass frembragt ved katodene og nedoverbevegelse av elektrolytten inneholdende natriumhypokloritt og natriumklorat forbi ledeplatene og til cellebunnen gjennom de storre kanaler.

5. Elektrolysecelle som angitt i krav 4, karakterisert ved at i det minste fire katoder er dekket av den nevnte innkapsling som dekker toppene av i det minste fire åpne kanaler mellom anode og katodeparene idet de nevnte katoder er anordnet asymmetrisk i forhold til kanalen over innkapslingen.

6. Elektrolysecelle som angitt i krav 1, karakterisert ved at i det minste fire katoder er dekket av den nevnte innkapsling som dekker toppene av i det minste fire åpne kanaler mellom anode og katodeparene idet innkapslingen bæres av katodene asymmetrisk i forhold til kanalen over innkapslingen.

7. Elektrolysecelle som angitt i krav 6, karakterisert ved at katodene asymmetrisk bærer en understøttende innretning inne i innkapslingen, som fastholdes til innkapslingens vegger og bærer den og den trange kanal hvorigjennom gassformet elektrolyseprodukt, som inkluderer hydrogen, passerer oppover med elektrolytten.

8. Elektrolysecelle som angitt i krav 2, karakterisert ved at den inneholder fra 5 til 50 innkapslinger som hver dekker toppene av i det minste fire åpne kanaler mellom anode og katodeparene, og fra 2 til 15 storre kanaler under ledeplatene og vesentlig storre enn de åpne kanaler mellom anodene og katodene i anodekatodeparene, og tverrsnittsarealene av de trange kanaler som kommuniserer med innkapslingene og hvorigjennom de gassformede elektrolyseprodukter, inklusive hydrogen, passerer oppover sammen med elektrolytten, er fra 2 til 8% av tverrsnittsarealene av innkapslingene.

9. Elektrolysecelle som angitt i krav 8, karakterisert ved at anaoder og katoder holdes adskilt fra hverandre ved hjelp av et flertall av isolerende syntetiske organiske polymere plastknapper gjennom en av elektrodene og i kontakt med den annen.

10. Elektrolysecelle som angitt i krav 1, karakterisert ved at anodene og katodene holdes i avstand fra hverandre ved hjelp av et flertall isolerende syntetiske organiske polymere plastknapper gjennom en av elektrodene og i kontakt med den annen.

11. Anoder for en kloratcelle, karakterisert ved at de har et flertall av polytetrafluoretylenknapper som trenger gjennom overflatene med hodene av knappene vendt utover slik at de kommer i kontakt med en tilsvarende katode til å opprettholde en åpen kanal mellom anoden og katoden og forhindre kortslutning derav.

12. Elektrolysecelle for fremstilling av et halat, omfattende innretninger for å anbringe et flertall anoder og katoder i adskilt parvis forhold til hverandre, innretninger for å tilføre positive og negative elektriske <p> otensialer til henhv. anodene og katodene, og innretninge] for å sirkulere elektrolytt gjennom cellen, karakterisert ved at cellen omfatter en innkapsling som dekker toppene av i det minste fire anode—katodepar og de åpne kanaler mellom dem og i kommunikasjon med en kanal som er trangere enn innkapslingen og strekker seg oppover fra denne, hvorigjennom elektrolytt og gassformede elektrolyseprodukter fra i det minste fire elektrodepar kan sirkulere oppover på grunn av den løftende virkning av det gassformede elektrolyseprodukt .„

13. Elektrolysecelle som angitt i krav 12, karakterisert ved at det er to anode-katodepar tilstede pr. enhet, idet enheten omfatter to katodiske overflater på en basisstruktur og to anodeark som vender hvert mot de katodiske overflater, idet enhetene er hovedsakelig separate fra hverandre, men er i gjensidig kontakt med anodeledere og har deres toppdeler inne i innkapslingen.

14. Elektrolysecelle som angitt i krav 13, karakterisert ved at anodene og katodene holdes i avstand fra hverandre ved hjelp av polytetrafluoretylenknapper som passerer gjennom anodene på et flertall steder på disse og kontakter katodene.

15. Elektrolysecelle, omfattende et flertall anoder og katoder, innretninger for å bringe dem i adskilt og parvist forhold til hverandre, innretninger for å utove positive og negative elektriske potensialer på henhv. anodene og katodene, og innretninger for å sirkulere elektrolytt gjennom cellen, karakterisert ved at anodene og katodene befinner seg i enheter inneholdende to anode-katodepar, idet enheten omfatter to indre katodiske overflater på en basisstruktur og to ytre anodeark, som hver vender mot katodeoverflåtene og holdes i avstand fra dem, idet enhetene er adskilt ved hjelp av anodeledere som forer positive elektriske ladninger til anodene i enhetene.

16. Fremgangsmåte for å omdanne en elektrolysecelle for fremstilling av halat, omfattende et flertall monopolare dimensjonsstabile anoder og katoder, innretninger for å bringe dem i adskilt og parvist forhold til hverandre i enheter omfattende to anode-katodepar med to indre katodiske overflater på en basisstruktur og to ytre anodeoverflater, som hver vender mot de katodiske overflater og er skilt fra disse, med innkapslings-innretninger over hver enhet for å fange opp gass utviklet mellom anodene og katodene i enheten og overfore denne til en kanal hvorigjennom gassen og elektrolytten beveger seg oppover og hjelper til med å sirkulere elektrolytt i cellen, til en celle som er i stand til å frembringe halat i samme takt og med en lavere stromtetthet, karakterisert ved at man i cellen installerer ytterligere elektrodeenheter og erstatter i det minste en del av innkapslingsinnretningen med en forstorret innretning for innkapsling av toppene av et flertall av de nevnte enheter, omfattende en original og en tilsatt enhet og med en innkapsling for et slikt flertall av enheter forbundet med en opprinnelig enkel loddrett kanal for sirkulering av utviklet gass og elektrolytt oppover gjennom cellen.

17. Fremgangsmåte som angitt i krav 16, karakterisert ved at eventuelle avstandsholdere mellom elektrodeenheter fjernes og innsatte enheter anordnes i avstand fra andre slike enheter ved gjensidige anodeforbindelser.

18. Fremgangsmåte som angitt i krav 17, karakterisert ved at avstandsholderne fjernes mellom i det minste to enheter uten installering av en forstorret innkapsling og en ytterligere enhet slik at det tilveiebringes en forstorret kanal for sirkulering av elektrolytt nedover gjennom cellen.

19. Fremgangsmåte for fremstilling av klorat i en kloratcelle med lav stromtetthet, hvor vandig natriumkloridlosning elektrolyseres til klor, hydrogen og natriumhydroksyd og kloret og natriumhydroksydet omdannes til natriumhypokloritt og deretter til natriumklorat i cellen, karakterisert ved a.t man forer likestrom gjennom en vandig elektrolytt mellom anoder og katoder i avstand fra hverandre på 0,05 til 0,4 cm med en stromtetthet på 0,28 til 0,4 amp. pr. cm og en spenning på 2,8 til 3,1 volt, mens konsentrasjonen av natriumklorid i den vandige elektrolytt holdes på fra 100 til 150 g pr. liter og temperaturen i elektrolytten i området 50 til 85°C, elektrolyseprodukter fjernes, inklusive gass-medrevet elektrolytt, oppover fra området mellom elektrodene og gjennom en med vegger forsynt kanal til toppen av en med ledeplater forsynt returdel av elektrolysecellen ved hjelp av forskjell i spesifikk vekt bevirket av gassmedrivning i den stigende elektrolytt, fra cellen fjernes hydrogengass inneholdende mindre enn 2% klor og ikke mer enn 3% oksygen, elektrolytt returneres til bunnen av cellen ved hjelp av en kanal forsynt med ledeplater, hvori returnerende hypokloritt omdannes til klorat, fra cellen ved bunnen av denne trekkes ut en del av elektrolytten inneholdende klorat og det tilsettes omtrent mettet vandig natriumkloridlosning eller natriumkloridkrystaller til cellen for å kompensere for de materialer som er fjernet fra denne.

20. Fremgangsmåte som angitt i krav 19, karakterisert ved at stromtettheten er omtrent 0,35 amp. pr. cm 2, spenningen er omtrent 3 volt og temperaturen er omtrent 80°C.

21. Underlagselement for en anode i en halatcelle, hvor anoden er montert på en side av cellen, karakterisert ved at det omfatter en langsgående avsats med et isolerende material,på toppen hvorpå anoden hviler.

22. Element som angitt i krav 21, karakterisert ved at det isolerende material er polytetrafluoretylen.

23. Element som angitt i krav 22, karakterisert ved at avsatsen er toppen av et langsgående og horisontalt forlopende vinkeljern som er festet til den indre stålvegg i halatcellen.