Przedmiotem wynalazku jest elektrolizer przeponowy, jednobiegunowy, typu prasy filtracyjnej.Znane sa rózne elektrolizery przeponowe, które zasadniczo skladaja sie z duzej liczby anod i duzej liczby katod, rozmieszczonych równolegle na przemian i oddzielonych od siebie pionowymi, kationoaktywnymi, selektywnymi przeponami.Anody sa zwykle w postaci plyt z metalu tworzacego cienka warstwe (zwykle z tytanu), z naniesiona powloka elektrokatalitycznie aktywna (na przyklad z tlenku metalu z grupy platyny), katody sa zwykle w postaci perforowanych plyt lub metalowej siatki (zwykle ze stali miekkiej), a przepony, które sa zwykle w postaci arkuszy, moga byc z syntetycznego materialu organicz¬ nego, na przyklad z polimeru zawierajacego fluor, który zawiera grupy kationowymienne, na przyklad grupy sulfonianowe lub karboksylanowe.Jednobiegunowe elektrolizery typu zbiorników, na przyklad elektrolizery przeponowe typu zbiorników, zwykle zawieraja przepone osadzona na katodach elek- trolizera. W takich elektrolizerach nie mozna stosowac przepon plytowych, ze wzgledu na trudnosci zwiazane z platerowaniem takich zespolonych katod.Nie mniej, elektrolizer typu prasy filtracyjnej lub typu „sandwich" mozna rozbudowac w celu przy¬ stosowania go do plyt przeponowych. Jednakze takie elektrolizery sa drozsze niz jednobiegunowe elektroli¬ zery typu zbiorników, z powodu skomplikowanej konstrukcji i koniecznosci stosowania dzielnika pradu do zmniejszania spadku napiecia anoda/katoda. 10 15 20 25 30 Znany jest tez elektrolizer Nelsona, który sklada sie ze stalowego zbiornika, w którym znajduje sie perfero- wana stalowa katoda w ksztalcie litery U, przy czym katoda zaopatrzona jest w azbestowa przepone. Anody skladaja sie z bloków grafitowych.W przeciwienstwie do tego elektrolizer wedlug wy¬ nalazku jest typu prasy filtracyjnej z duza liczba anod i katod umieszczonych na przemian. W elektrolizerze Nelsona anody i katody nie sa umieszczone na przemian; anody sa tam umieszczone we wglebieniu katody w po¬ staci litery U.Wynalazek dotyczy jednobiegunowego elektrolizera typu prasy filtracyjnej z plytowymi przeponami, latwe¬ go do skonstruowania, niedrogiego i latwego do mon¬ tazu.Przedmiotem wynalazku jest przeponowy jedno- biegunowy elektrolizer typu prasy filtracyjnej, stoso¬ wany do elektrolizy wodnych roztworów halogenków metali alkalicznych (dalej okreslanych jako solanka), w celu wytworzenia wodnych roztworów wodorotlenków metali alkalicznych (dalej okreslanych jako roztwór), chlorowców i wodoru.Elektrolizer zawiera wiele pionowo osadzonych, elastycznych plyt anodowych posiadajacych czesc prze¬ wodzaca z metalu tworzacego cienka warstwe z nanie¬ siona na jej powierzchnie powloka elektrokatalitycznie aktywna, wiele pionowo osadzonych plyt katodowych posiadajacych metaliczna czesc przewodzaca, kationo- aktywne, selektywne przepony umieszczone miedzy plyta anodowa i sasiednia plyta katodowa oraz elek- 124 996124 996 3 trycznie nie przewodzace* elastyczne plyty dystansowe umieszczone miedzy kazda przepona i sasiednia plyta anodowa i miedzy kazda przepona i sasiednia plyta katodowa.Cecha elektrolizera wedlug wynalazku jest to, ze kazda plyta anodowa posiada cztery otwory, kazda plyta katodowa posiada cztery otwory i kazda plyta dystansowa posiada cztery otwory, które w elektrolize- rze wyznaczaja cztery przestrzenie wzdluz elektrolizera, które sluza odpowiednio do wprowadzania 6olanki, do odprowadzania zuzytej solanki i chlorowca, do wprowa- (iaanig wndyy lubu^odnego roztworu alkalicznego i do odprowadzania^ ftpjjiego roztworu wodorotlenku me¬ talu alkalicznego i wotom, przy czym w sciankach plyt dystansowych znajduja sie kanaly, które w elektiolizerze fflcza^^CrzeftrzJnTe ^ljizace do wprowadzania solanki r ?dpiownriTfinn -nifytei solanki i chlorowca z przes¬ trzeniami anolitowymi* wyznaczonymi przez prze¬ strzenie miedzy przeponami i sasiednimi plytami ano¬ dowymi i które lacza przestrzenie sluzace do wprowa¬ dzania wody lub wodnego roztworu alkalicznego i od¬ prowadzania wodnego roztworu wodorotlenku metalu alkalicznego i wodoru z przestrzeniami katolitowymi wyznaczonymi przez przestrzenie miedzy przeponami i sasiednimi plytami katodowymi, przy czym elektro- lizer zaopatrzony jest w plyty koncowe, które stanowia koncowe sciany wyzej wspomnianych przestrzeni, z tym, ze kazda plyta anodowa posiada czesc wykonana z materialu elektrycznie nie przewodzacego i kazda plyta katodowa posiada czesc wykonana z materialu elektrycznie nie przewodzacego tak, ze przestrzenie sluzace do wprowadzania solanki i odprowadzania zuzytej solanki i chlorowca oraz przestrzenie 6luzace do wprowadzania wody lub wodnego roztworu alkalicz¬ nego i odprowadzania wodnego roztworu wodoro¬ tlenku metalu alkalicznego i wodoru sa elektrycznie izolowane.W elektrolizerze wedlug wynalazku korzystnie otwory w plytach anodowych sa rozmieszczone parami po kazdej stronie czesci przewodzacej plyty anodowej.Korzystnie otwory w plytach anodowych, które wy¬ znaczaja czesc przestrzeni sluzacej do wprowadzania solanki i czesc przestrzeni sluzacej do odprowadzania zuzytej solanki i chlorowca, sa wyznaczone przez me¬ talowe czesci ramy wykonane z tego samego metalu tworzacego cienka warstwe, z którego jest wykonana czesc przewodzaca plyty anodowej, a otwory w plytach anodowych, które wyznaczaja czesc przestrzeni sluzacej do wprowadzania wody lub wodnego roztworu alka¬ licznego i czesc przestrzeni sluzacej do odprowadzania wytworzonego roztworu i wodoru sa wyznaczone przez czesci ramy wykonane z materialu nie przewodzacego.W elektrolizerze wedlug wynalazku korzystnie otwory w plycie katodowej rozmieszczone sa parami na kazdej stronie czesci przewodzacej plyty katodowej. Korzyst¬ nie otwory w plytach katodowych, które wyznaczaja czesc przestrzeni sluzacej do wprowadzania wody lub wodnego roztworu alkalicznego i czesc przestrzeni sluzacej do odprowadzania roztworu wodorotlenku metalu alkalicznego i wodoru sa wyznaczone przez metalowe czesci ramy wykonane z tego samego metalu co czesc przewodzaca katody, a otwory w plytach ka¬ todowych, które wyznaczaja czesc przestrzeni sluzacej do wprowadzania solanki i czesc przestrzeni sluzacej do odprowadzania zuzytej solanki i chlorowca, sa wy- 4 znaczone przez czesci ramy wykonane z materialu nic przewodzacego.W elektrolizerze wedlug wynalazku wszystkie plyty dystansowe maja takie same ksztalty i wymiary, a ze- 5 wnetrzne ich wymiary sa odpowiednie do wymiarów plyt anodowych i plyt katodowych.Kazda plyta dystansowa ma centralny otwór o wy¬ miarach odpowiadajacych wymiarom czesci przewo¬ dzacej plyty anodowej i czesci przewodzacej plyty 10 katodowej, a cztery otwory, które tworza czesc prze¬ strzeni wzdluz elektrolizera, sa utworzone przez czesci ramy plyty dystansowej i rozmieszczone sa parami pc* kazdej stronie centralnego otworu w plycie dystansowej• Kanaly w sciankach plyt dystansowych sa zaopa- 15 trzone w szczeliny tak, ze przestrzenie anolitowe sa polaczone z przestrzenia sluzaca do wprowadzania solanki i przestrzenia sluzaca do odprowadzania zu¬ zytej solanki i chlorowca oraz przestrzenie katolitowe sa polaczone z przestizenia sluzaca do wprowadzania 20 wody lub wodnego roztworu alkalicznego i przestrzenia sluzaca do odprowadzania wytworzonego roztworu i wodoru.W elektrolizerze wedlug wynalazku korzystnie po¬ jedyncze anody sa rozmieszczone na przemian z po- 25 jedynczymi katodami, albo pary anod sa 6tosowane na przemian z parami katod.Plyty koncowe elektrolizera korzystnie stanowia koncowa plyte anodowa i koncowa plyte katodowa, które nie koniecznie posiadaja czesc wykonana z ma- 30 terialu nie przewodzacego. Tak wiec, koncowa plyta anodowa moze byc wykonana z metalu tworzacego cienka warstwe z naniesiona powloka elektrokatalitycz- nie aktywna, na czesc jej powierzchni i koncowa plyta katodowa moze byc metalowa. 35 Jako metal tworzacy cienka warstwe, z którego wy¬ konana jest czesc przewodzaca plyty anodowej, stosuje sie zwlaszcza jeden z nastepujacych metali: tytan cyrkon, niob, tantal, wolfram lub stop zawierajacy glównie jeden lub wiecej tych metali, charakteryzujacy 40 sie polaryzacja anodowa porównywalna z ta wlasnoscia czystych metali.Najkorzystniejszym metalem jest sam tytan lub stop oparty na tytanie o polaryzacji porównywalnej z polaryzacja samego tytanu. Przykladami takich sto- 45 pów sa stopy tytanowo-cyrkonowe, zawierajace da 14% cyrkonu, stopy tytanu zawierajace do 5% metalu z grupy platynowców, takie jak stop tytanu z platyna* rodem lub irydem i stopy tytanu z niobem lub tantalem zawierajace do 10% skladników stopowych. 50 Plyta katodowa jest zwykle wykonana w czesci ze stali miekkiej lub zelaza, zwlaszcza ze stali miekkiej* lecz moze byc równiez wytworzona z innych metali* na przyklad z niklu. Plyta anodowa zawiera czesc prze¬ wodzaca anody i czesci z czterema otworami, któryctt wymiary sa odpowiednie do przekrojów czterech prze¬ strzeni, które znajduja sie wzdluz elektrolizera. Otwory te moga byc utworzone przez czesci ramy plyt anodo¬ wych i korzystnie sa one rozmieszczone parami, po jednej parze po kazdej stronie czesci przewodzacej 60 Plyty anodowej. Aby przestrzenie, które w elektroli¬ zerze sluza do doprowadzenia solanki i odprowadzenia zuzytej solanki i chlorowca, byly izolowane od prze¬ strzeni sluzacych do wprowadzania wody lub wodnego- roztworu alkalicznego i odprowadzania wytworzonego roztworu i wodoru, otwory w plytach anodowych124 996 5 które wyznaczaja czesc przestrzeni sluzacej do wpro¬ wadzania solanki i czesc przestrzeni sluzacej do od¬ prowadzania chlorowca i zuzytej solanki moga byc wyznaczone przez czesci metalowe, na przyklad metalo¬ we czesci ramy, na przyklad z metalu tworzacego cienka warstwe, z którego jest wykonana czesc przewodzaca plyty anodowej. W tym przypadku, otwory w plycie anodowej, które w elektrolizerze wyznaczaja czesc przestrzeni sluzacej do wprowadzania wody lub wod¬ nego roztworu alkalicznego i czesc przestrzeni sluzacej do odprowadzania wytworzonego roztworu i wodoru moga byc wyznaczone przez czesci ramy z materialu nie przewodzacego i odwrotnie. Czesc plyty anodowej obejmujaca czesc przewodzaca anody i otwory wyzna¬ czone przez metalowa czesc moga byc wykonane z po¬ jedynczych arkuszy metalu tworzacego wlókna. Czesci plyty anodowej wytworzone z materialu nie przewo¬ dzacego moga byc wykonane oddzielnie i przylaczone do metalowych czesci plyty anodowej lub zestawione oddzielnie z czesci metalowej plyty anodowej w elek¬ trolizerze.Czesc przewodzaca plyty anodowej moze byc w po¬ staci perforowanej plyty lub siatki, lecz korzystnie w postaci zaluzji. Dogodnie, zaluzje wytwarza sie -z arkusza metalu tworzacego cienka warstwe, przez tloczenie za pomoca noza do nacinania szczelin i noza ksztaltowego. Listwy zaluzji moga byc odwrócone pod katem prostym w stosunku do arkusza metalu lub moga byc pochylone, jesli to jest wskazane. Korzystnie listwy zaluzji sa pochylone pod katem wiekszym niz 60cw stosunku do plyty anodowej.Zaluzje kazdej plyty anodowej sa korzystnie tak ustawione, ze ich osie podluzne sa równolegle wzgledem siebie i gdy plyty sa zamontowane w elektrolizerze, sa rozmieszczone pionowo. Elektrolitycznie aktywna powloka na czesci przewodzacej plyty anodowej jest powloka przewodzaca, odporna na dzialanie elektro¬ chemiczne i aktywna przy przenoszeniu elektronów miedzy elektrolitem i anoda.Elektrokatalitycznie aktywna powloka moze zawierac jeden lub wiecej metali z grupy platynowców, takich jak platyna, rod, iryd, osm i pallad i stopy takich metali i/lub ich tlenki, albo inny metal lub zwiazek, który bedzie spelnial funkcje anody i bedzie odporny na elektrochemiczne rozpuszczanie sie w elektrolizerze, taki jak ren, trójtlenek renu, magnetyt, azotek tytanu, borki, fosforki i krzemki metali z grupy platynowców.Powloka moze zawierac jeden lub wiecej omówionych metali z grupy platynowców i/lub ich tlenki w miesza¬ ninie z jednym lub wiecej tlenkami metali nieszlachet¬ nych. Alternatywnie, powloka moze zawierac jeden lub wiecej tlenków metalu nieszlachetnego lub mie¬ szanine jednego lub wiecej tlenku metalu nieszlachet¬ nego i metalu nieszlachetnego jako katalizatora roz¬ ladowujacego chlor.Zwykle jako tlenki metali nieszlachetnych stosuje sie na przyklad tlenki metali tworzacych cienka war¬ stwe (tytan, cyrkon, niob, tantal lub wolfram), dwu¬ tlenek cyny, dwutlenek germanu i tlenki antymonu.Katalizator rozladowujacy chlor zwykle zawiera dwu- fluorek manganu, zelaza, kobaltu, niklu i ich mieszaniny.Elektrokatalitycznie aktywne powloki wedlug wy¬ nalazku zawieraja sama platyne i mieszaniny dwutlenku Tutenu i dwutlenku tytanu lub dwutlenku rutenu, dwutlenku cyny i dwutlenku tytanu. 6 Inne zwykle stosowane powloki zawieraja zwiazki opisane w brytyjskim opisie patentowym nr 1402414 i 1484015, w których nie przewodzacy, jednorodny lub wlóknisty material trudnotopliwy jest osadzony w ma- 5 trycy z elektrokatalitycznie aktywnego materialu (opi¬ sanego powyzej typu).Zwykle nie przewodzace, jednorodne lub wlókniste materialy zawieraja tlenki, wegliki, fluorki, azotki i siarczki. Tlenki takie (obejmujace równiez tlenki 10 kompleksowe) stanowia tlenek cyrkonu, glinu, krzemu, toru, dwutlenek tytanu, tlenek ceru, tlenek hafnu, pieciotlenek dwutantalu, glinian magnezu (taki jak spinel MgO.Al203), glinokrzemiany (takie jak mulit — (Ala03) (Si03)3), krzemian cyrkonu, szklo, krzemian 15 wapnia (taki jak belit — (CaO)jSi03), glinian wapnia, tytanian wapnia (taki jak perowskit — CaTi03), ata- pulgit, kaolinit, azbest, mika, kodierit i bentonit.Jako siarczki zwykle stosuje sie trójsiarczek dwuceru, jako azotki, azotek boru i azotek krzemu i jako fluorki 20 — fluorek wapnia.Korzystnym nie przewodzacym materialem trudno- topliwym jest mieszanina krzemianu cyrkonu i dwu¬ tlenku cyrkonu, na przyklad czastki krzemianu cyrkonu i wlókna z dwutlenku cyrkonu. 25 Plyty anodowe mozna wytworzyc technika malowa¬ nia i wypalania, polegajaca na wytworzeniu na powierz¬ chni anody powloki z metalu i/lub tlenku metalu przez nanoszenie na powierzchnie plyty anodowej warstwy mieszanki malarskiej, w sklad której wchodzi ciekly 30 nosnik, zawierajacy ulegajace termicznemu rozkladowi zwiazki metali, które sa obecne w gotowej powloce, suszenie warstwy lakierniczej przez odparowanie ciek¬ lego nosnika, a nastepnie wypalanie lakieru przez ogrze¬ wanie pomalowanej plyty anodowej w temperaturze 35 250—800 °C, w celu rozlozenie zwiazków metali obec¬ nych w powloce lakierniczej i utworzenie zadanej powloki. Gdy trudnotopliwe czasiki lub wlókna sa osadzone w metalu i/lub tlenku metalu powloli, mozna je mieszac z omówiona powyzej mieszanka malarska 40 przed naniesieniem jej na plyte anodowa.Alternatywnie, trudnotopliwe czasteczki lub wlókna mozna nanosic na warstwe farby nalozona na plyte anodowa przed jej wysuszeniem i nastepnie suszyc powloke przez odparowanie cieklego nosnika i wypalac 45 w typowy sposób.Powloki na anodach wytwarza sie korzystnie przez naniesienie wielu warstw farby na plyte anodowa, przy czym kazda warstwe suszy sie i wypala przed polozeniem nastepnej. 50 Czesc przewodzaca katody jest w postaci perforowanej plyty lub siatki, lecz korzystnie w postaci zaluzji. Za¬ luzje mozna wykonac z arkusza metalu, na przyklad ze stali miekkie) lub zelaza przez tloczenie za pomoca noza do nacinania szczelin i noza ksztaltowego, jak 55 opisano powyzej przy wykonywaniu plyt anodowych.Plyty katodowe zawieraja czesc przewodzaca katody i czesc z czterema otworami, których wymiary sa od¬ powiednie do przekrojów czterech przestrzeni, które znajduja sie wzdluz elektrolizera. Otwory to moga 50 byc utworzone przez czesci ram plyt katodowych i ko¬ rzystnie sa one rozmieszczone parami, po jednej parze po kazdej stronie przewodzacej czesci plyty katodowej.Plyty katodowe sa wykonane w czesci z metalu, na przyklad ze stali, zwlaszcza ze stali miekkiej i w czesci 55 z materialu nie przewodzacego i szczególy konstruk-124 Ml 9 cyjne maja podobne do opisanych wyzej plyt anodo¬ wych. W elektrolizerze przestrzenie, które sluza do doprowadzania solanki i odprowadzania solanki i chlo¬ rowca, sa elektrycznie izolowane od przestrzeni, które sluza do doprowadzania wody lub wodnego roztworu 5 alkalicznego i odprowadzania wytworzonego roztworu i wodoru.Zaluzje katody sa korzystnie pochylone pod katem wiekszym niz 60° w stosunku do plaszczyzny plyty katodowej. Ip Zaluzje kazdej plyty katodowej sa korzystnie tak ustawione, ze ich osie podluzne sa równolegle wzgledem siebie, i gdy plyty sa zamontowane w elektrolizerze, sa rozmieszczonepionowo- W elektrolizerze, kolejne plyty anodowe i plyty 15 katodowe sa umieszczone tak, ze czesci przewodzace anody i katody znajduja sie jedna za druga i wspomniane otwory sa umieszczone jeden za drugim, wyznaczajac wspomniane wyzej przestrzenie.Plyty dystansowe, sa korzystnie tego samego ksztaltu 20 i rozmiaru i korzystnie wymiary zewnetrzne kazdej plyty sa odpowiednie do wymiarów plyt anodowych i katodowych. Kazda plyta dystansowa ma centralny otwór o wymiarach odpowiadajacych wymiarom czesci przewodzacej plyty anodowej i czesci przewodzacej 25 plyty katodowej i cztery otwory, które tworza czesc przestrzeni znajdujacej sie wzdluz eleteoKzera. Ostat¬ nie otwory, korzystnie sa rozmieszczone parami, po jednej parze po kazdej stronie centralnego otworu w plycie dystansowej i korzystnie utworzone sa przez 30 czesci ramy plyty dystansowej.Kanaly w sciankach plyt dystansowych sa dogodnie w postaci szczelin w Sciankach, tak ze przestrzenie anolitowe sa polaczone z przestrzenia sluzaca do wpro¬ wadzania solanki i przestrzenia sluzaca do odprowa- 35 dzahia zuzytej solanki i chlorowca oraz przestrzenie katolitowe sa polaczone z przestrzenia sluzaca do wpro¬ wadzania wody lub wodnego roztworu alkalicznego i przestrzenia sluzaca do odprowadzenia wytworzo¬ nego roztworu i wodoru. Szczeliny moga byc pokryte 40 elastyczna, falista tasma, w której takze znajduje sie duza liczba kanalów. Kazda rama dystansowa ma dwa kanaly w sciankach plyty.Plyty dystansowe moga byc wykonane z materialu nie przewodzacego, lecz korzystne jest stosowanie syn- 45 tetycznych polimerów organicznych, które sa obojetne w warunkach panujacych w elektrolizerze. Korzystnymi polimerami sa polifluorek winylidenu i polipropylen.Plyty dystansowe sa wycinane z arkusza polimeru lub formowane zpolimeru. 50 W elektrolizerze moga znajdowac sie polaczenia uszczelniajace lub uszczelki, które zwykle sa z elasto¬ merycznego materialu, na przyklad z naturalnego lub syntetycznego kauczuku. Polaczenia uszczelniajace lub uszczelki sa zwykle wycinane z arkusza elastomerycz- 55 nego materialu hib formowane z elastomerycznego materialu i odpowiadaja w ogólnym wymiarze i ksztalcie poprzednio opisanym plytom dystansowym.Alternatywnie i korzystnie plyty dystansowe moga byc modyfikowane w ksztalcie i grubosci i moga spel- $o niac role przekladki i polaczenia uszczelniajacego lub uszczelki. W tym przypadku, polaczone plyty dystanso¬ we i uszczelki (nazwane tu uszczelkami przekladkowymi), sa dogodnie wykonane z materialu elastomerycznego, na przyklad z naturalnego lub syntetycznego kauczuku $5 i opisane powyzej kanaly w sciankach plyt dystanso¬ wych sa zabezpieczone przez wlaczenie urzadzenia sprezynowego, które jest wykonane albo przez tloczenie z materialu anody lub katody, albo przez ksztaltowanie polimeru.Urzadzenie sprezynowe wypelnia szczeline w usz¬ czelce przekladkowej (takie szczeliny wystepuja Urn, gdzie gaz lub ciecz musi przechodzic miedzy przy? legajacymi przestrzeniami) i jest tak zaprojektowane, aby gaz lub ciecz przeplywaly z minimalnymi oporami oraz wykazuje zdolnosc sprezynowania.Polaczenia uszczemiajace.^b uazczejki, gub pou¬ czone ramy dystansowe i uszczelki) sa dostatecznie cienkie i elastyczne, aby poprawic us^cz^J^em^ ele^p trolizera, zwlaszcza, gdy pl$ty ano4pwe, pfrty -Jflgp? dowe i ramy dystansowe, jezeli sa, sa ejastyczne* Jako material, z którego wykonana jest przepona kationowymienna, ogólnie stosuje sie syntetyczny poli? mer organiczny zawierajacy grupy kationowymienne* na przyklad grupy sulfonianowe lub karboksylanowe zwlaszcza syntetyczny polimer zawierajacy fluor, który dobrze znosi warunki w elektrolizerze przez cllugi okres czasu. Firma E. I. Du Pont de Nemours and Company produkuje i sprzedaje pod nazwa kanalowa „Nafion" przepony z kwasu nadfluorosulfonowego, oparte na hydrolizowanym kopolimerze czteroflupro- etylenu i fhiorosulfonowanego eteru nadfluctfowinylo*- wego. Takie przepony sa opisane w opisach patento¬ wych Stanów Zjednoczonych Ameryki nr nr 2636851 3017338, 3496077, 3560568, 2967807, 3282875 i bry¬ tyjskim opisie patentowym nr 1184321.Plyty anodowe, katodowe i dystansowe mozna latwo wykonac jednakowej grubosci i dostatecznie cienkie, aby byly elastyczne. Elastycznosc umozliwia utrzyma¬ nie jednakowego i odpowiedniego cisnienia we wszyst¬ kich laczacych sie przestrzeniach elektrolizera, zapo¬ biegajac przeciekom.W jednym z ukladów konstrukcyjnych, pojedyncze plyty anodowe sa na przemian stosowane z pojedynczy¬ mi plytami katodowymi, z plytami przeponowymi wstawionymi miedzy sasiednie plyty anodowe i kato¬ dowe. W innym ukladzie konstrukcyjnym, pary plyt anodowych stosuje sie z parami plyt katodowych i z ply¬ tami przeponowymi wstawionymi miedzy sasiednie pary plyt anodowych i pary plyt katodowych.Stosowanie par plyt anodowych i katodowych, za¬ miast pojedynczych plyt zapewnia zwiekszenie prze¬ strzeni wydzielania sie gazu w poblizu anod i katod.Wymiar czesci przewodzacej kazdej plyty anodowej i czesci przewodzacej kazdej plyty katodowej, w kie¬ runku przeplywu pradu wynosi od 15 do 60 cm, zwlasz¬ cza od 15 do 25 cm, a w ukladzie konstrukcyjnym z za¬ stosowaniem pojedynczych plyt anodowych i katodo¬ wych, natomiast od 30 do 50 cm, w ukladzie konstruk¬ cyjnym z zastosowaniem par plyt anodowych i k*tQdp- wych. Wymienione wyzej korzystrie wymiary csesci przewodzacej anody i katody zapewniaja krótka droge pradu, co powoduje niski spadek napiecia na anodzie i katodzie, bez stosowania skomplikowanych urzadzeA doprowadzajacych prad.Odleglosc miedzy kolejnymi powierzchniami prze¬ pon, korzystnie wynosi * 5—8 mm, w ukladzie kon¬ strukcyjnym z pojedynczymi anodami i katodami, i wynosi 10—20 mm w ukladzie konstrukcyjnym z za¬ stosowaniem par anod i katod.r124 996 10 W procesie) solanka taka, jak roztwór chlorku sedu przechodzi z przestrzeni znajdujacej sie wzdluz elek- trolizera przez kanaly w sciankach plyt dystansowych do przestrzeni anolitowej elektrolizera. Gazowy chlor wytworzony w przestrzeni anolitowej i solanka prze¬ chodza przez inne kanaly w sciankacji plyt dystansowych do innej przestrzeni znajdujacej sie wzdluz elektrolizera.Doprowadzana woda lub wodny roztwór alkaliczny przechodzi z przestrzeni przez kanaly w sciankach plyt dystansowych do przestrzeni katolitowej i roztwór i wodór wytworzone w przestrzeni katolitewej prze¬ chodza przez inne kanaly w sciankach plyt dystansowych do innej przestrzeni znajdujacej sie wzdluz elektrolizera.Oddzielenie gazowego chloru i wodoru od odpowied¬ nich cieczy, dogodnie odbywa sie poza elektrolizerem, na przyklad w wymienniku rurowym zaprojektowanym do tego celu.Elektrolizer wedlug wynalazku jest zmontowany z uformowanych lub wytloczonych plyt anodowych i katodowych o podobnym ksztalcie, oddzielonych przez uformowane lub wycinane plyty dystansowe wykonane zwykle z materialu nie przewodzacego, razem z ko¬ niecznymi polaczeniami uszczelniajacymi lub uszczel¬ kami. Elektrolizer zawiera dogodnie plyty koncowe, przylegajace odpowiednio do koncowej plyty anodowej i koncowej plyty katodowej.Plyty koncowe wykonane sa zwykle ze stali miekkiej, zabezpieczone od wplywu srodowiska elektrolizera, na przyklad przekladkami z tworzywa sztucznego i caly uklad moze byc scisniety przez polaczenie srubami plyt koncowych. Prosta konstrukcja pozwala na budo¬ wanie elektrolizerów przemyslowych o wzglednie nis¬ kich kosztach w porównaniu z typowymi elektrolizerami jednobiegunowymi typu zbiorników lub dwubieguno¬ wymi elektrolizerami typu pras filtracyjnych.Gdy stosuje sie elastyczne plyty anodowe i katodowe, nie koniecznie musza byc one dokladnie wyrównane podczas wytwarzania, poniewaz plyty te sa splaszczane podczas montowania przez cisnienie wywierane przez plyty koncowe, które maja wzglednie masywna budowe.Ponadto, z zastosowania takich plyt anodowych i katodowych (o grubosci na przyklad 1 mm) wynika niewielka wytrzymalosc zaluzjowych czesci przewo¬ dzacych anody i katody, tak, ze moga byc one latwo odginane przez przepone, jezeli wchodza w kontakt podczas montowania, przez co unika sie uszkodzen przepony. W ten sposób, mozna prosto i skutecznie uzyskac wzglednie male odleglosci anody i katody, na przyklad 2 mm.Calkowita dlugosc elektrolizera jest wieksza niz grubosc poszczególnych jednostek. Jest to spowodowane tym, ze przylaczenie pradowe do jednostek elektroli¬ zera nastepuje za posrednictwem duzej liczby elastycz¬ nych laczników pradowych, równych liczbie jednostek w elektrolizerze.W zakladzie wytwarzajacym chlorowce i wodoro¬ tlenki metali alkalicznych mozna zainstalowac wiele elektrolizerów wedlug wynalazku i elektrolizery te moga byc polaczone z Soba za pomoca pretów lub za¬ cisków laczacych, przechodzacych przez lub wokól ukladu elastycznych laczników i plyt anodowych i ka¬ todowych. Gdy stosuje sie duza liczbe elektrolizerów i okreslony elektrolizer ma byc usuniety z procesu, jest on elektrycznie odizolowany. Wylacznik moze byc umieszczony bezposrednio nad elektrolizerem, który 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 ma byc usuniety z procesu i przylaczenia mozna wyko¬ nac do odpowiednich punktów wzdluz calej dlugosci elektrolizera, za pomoca podobnego ukladu pretów lub zacisków laczacych. Nastepnie elektrolizer mozna usunac od spodu lub z boku. Alternatywnie, wylacznik moze byc umieszczony pod spodem elektrolizera i elek¬ trolizer jest usuwany z góry.Wynalazek nadaje sie do stosowania, zwlaszcza w elektrolizerach przeponowych, do wytwarzania chloru i wodorotlenku 6odu przez elektrolize wodnych roz¬ tworów chlorku eodu.Wynalazek jest blizej objasniony w przykladzie wy¬ konania z uwzglednieniem rysunków, na których: Figura 1 przedstawia perspektywiczny widok czesci elektrolizera przeponowego wedlug wynalazku.Figura 2 przedstawia schematyczny widok koncowej czesci elektrolizera z fig. 1, pokazanej w kierunku A.Przekrój jest tak odciety, aby pokazac kolejne skladniki elektrolizera.Figura 3 przedstawia schematyczny szkic elektrolizera wedlug wynalazku, zawierajacego pojedyncze plyty anodowe na przemian z pojedynczymi plytami kato¬ dowymi.Figura 4 przedstawia schematyczny szkic elektrolizera wedlug wynalazku, zawierajacego pary plyt anodowych na przemian z parami plyt katodowych.Pokazana na fig. 1 i fig. 2 czesc elektrolizera obejmuje plyte anodowa 1, plyte katodowa 2, przepone 3 i usz¬ czelki przekladkowe 4 i 5. Elektrolizer dalej zawiera plyty koncowe (nie pokazane na rysunku), zwykle ze stali miekkiej i uszczelki (nie pokazane) zwykle z ela- stomerycznego materialu, takiego jak kauczuk, które sa umieszczone miedzy kazda plyta koncowa i przy¬ legajaca do niej koncowa plyta anodowa i koncowa plyta katodowa. Przepona 3 oddziela jednostke anoli- towa, zawierajaca plyte anodowa 1 i uszczelke prze¬ kladowa 4 od jednostki katolitowej, zawierajacej plyte katodowa 2 i uszczelke przekladkowa 5.Elektrolizer pokazany na fig. 1 zawiera jednostke ano- litowa i jednostke katolitowa, lecz znajdujace sie w hand¬ lu elektrolizery moga zawierac duza liczbe takich jed¬ nostek, typowo 200—500 jednostek. Caly uklad jed¬ nostek mozna scisnac razem (zabezpieczajac przed rozszerzalnoscia cieplna) za pomoca srub, sprezyn lub urzadzen hydraulicznych, otrzymujac elektrolizer prze¬ ponowy typu prasy filtracyjnej.Pojedyncze skladniki elektrolizera omówione po¬ wyzej i w dalszej czesci, tworza w elektrolizerze (jak pokazano na fig. 2), przestrzenie 10, 11, 12 i 13 sluzace do doprowadzenia solanki, odprowadzenia zuzytej solanki i chlorowca, odprowadzenie wytworzonego roztworu i wodoru i do doprowadzenia wody lub wodnego roztworu alkalicznego. Wymiary przestrzeni anolitowej lub katolitowej sa okreslone przez odleg¬ losc miedzy kolejna przepona 3, plyta anodowa 1 lub plyta katodowa 2 i przez przekrój czesci przewodzacej anody (lub czesci przewodzace! katody), jak omówiono ponizej.Plyta anodowa 1 jest wykonana w czesci z metalu tworzacego cienka warstwe, korzystnie tytanu i sklada sie z czesci przewodzacej w postaci duzej liczby zaluzji 14 pokrytych powloka elektrokatalitycznie aktywna, na przyklad z mieszaniny tlenku rutenu i dwutlenku tytanu. Plyta anodowa t ma wystajaca czesc 15 do przy¬ laczenia do zródla (nie pokazano na rysunku) pradu124 996 11 elektrycznego^ i czesc ramy 16 z otworem 17, którego wymiary odpowiadaja przekrojom przestrzeni U, sluza¬ cej do odprowadzenia zuzytej solanki i chlorowca.Plyta anodowa 1 ma równiez czesc ramy 6 z nie prze¬ wodzacego materialu z otworem 20, którego wymiary odpowiadaja przekrojowi przestrzeni 13 sluzacej do doprowadzania wody lub wodnego roztworu alkalicz¬ nego i nizsza czesc ramy 7 z materialunie przewodzacego z otworem 21, którego wymiary odpowiadaja przekrojo¬ wi przestrzeni 12 sluzacej do odprowadzenia wytworzo¬ nego roztworu i wodoru. Czesci ramy 6, 7 sa dogodnie wykonane z tworzywa sztucznego, na przyklad z poli¬ propylenu.Plyta katodowa 2 jest zwykle wykonana w czesci ze stali miekkiej lub zelaza, korzystnie ze stali miekkiej i sklada sie z czesci przewodzacej w postaci duzej liczby zaluzji 22 i wystajacej czesci 23 wyprowadzajacej prad elektryczny. Plyta katodowa 2 ma nizsza czesc ramy 24 z otworem 25, którego wymiary odpowiadaja prze¬ krojowi przestrzeni 13 sluzacej do doprowadzenia wody lub wodnego roztworu alkalicznego i z wyzszej czesci ramy 26 z otworem 27, którego wymiary odpowiadaja przekrojowi przestrzeni 12 sluzacej do odprowadzenia wytworzonego roztworu i wodoru.Plyta katodowa 2 ma równiez czesc ramy 8 z nie przewodzacego materialu, z otworem 28, którego wy¬ miary odpowiadaja przekrojowi przestrzeni 11 sluzacej do odprowadzenia zuzytej solanki i chlorowca, i czesc ramy 9 z otworem 29, którego wymiary odpowiadaja przekrojowi przestrzeni 10 sluzacej do doprowadzenia solanki. Czesci ramy 8 i 9 sa dogodnie wykonane z two¬ rzywa sztucznego, korzystnie z polipropylenu.Uszczelki przekladkowe 4 i 5 sa wykonane z materialu elastomerycznego, na przyklad z naturalnego lub syn¬ tetycznego kauczuku. Kazda uszczelka przekladkowa 4 i 5 ma piec otworów, których wymiary sa zasadniczo takie same, jak wymiary powierzchni zaluzjowych plyt anodowych i katodowych i wymiary otworów w ply¬ tach anodowych i katodowych, które wyznaczaja prze¬ strzenie 10, 11, 12 i 13.Uszczelki przekladkowe 4 maja szczeliny 30 i 31 pokryte elastyczna falista tasma. Tasmy 32 i 33 zwykle sa z metalu tworzacego cienka warstwe, na przyklad z tytanu lub z polimeru, na przyklad z polifluorku winylidenu. Tasmy 32 i 33 tworza kanaly miedzy przestrzenia anolitowa i przestrzeniami U i 10.Uszczelka przekladkowa 5 ma szczeliny 34 i 35 po¬ kryte elastyczna, falista tasma 36 i 37. Tasmy 36 i 37 sa zwykle ze stali miekkiej lub z polimeru, na przyklad z polifluorku winylidenu. Tasmy 36 i 37 tworza kanaly miedzy przestrzenia katolitowa i przestrzeniami 13 i 12.Uszczelki (nie pokazane na rysunku) przylegajace do koncowych plyt moga byc wykonane z materialu elastomerycznego, na przyklad naturalnego lub syn¬ tetycznego kauczuku, i ich zewnetrzne wymiary sa takie same, jak wymiary uszczelek przekladkowych 4 i 5, z tym wyjatkiem, ze uszczelki nie maja kanalów.Elektrolizer zwykle ma przewód wlotowy (nie po¬ kazany na rysunku) do solanki (przylaczony do prze¬ strzeni 10) i do wody lub wodnego roztworu alkalicz¬ nego (przylaczony do przestrzeni 13) i przewód wylo¬ towy (nie pokazany na rysunku) do zuzytej solanki i chlorowca (przylaczony do przestrzeni 11) i do wy- 12 tworzonego roztworu i wodoru (przylaczony do prze¬ strzeni 12).W procesie solanka przechodzi z przestrzeni 10 przez kanaly wyznaczone przez falista tasme 33 w usz- 5 czelce przekladkowej 4 do przestrzeni anolitowej i zu¬ zyta solanka i chlorowiec przechodza przez kanaly wyznaczone przez falista tasme 32 w uszczelce prze¬ kladkowej 4 do przestrzeni 11. Doprowadzona lub wodny roztwór alkaliczny przechodzi z przestrzeni 13 10 przez kanaly wyznaczone przez falista tasme 36 w usz¬ czelce przekladkowej 5 do przestrzeni katolitowej i wytworzony roztwór i wodór przechodza przez ka¬ naly wyznaczone przez falista tasme 37 w uszczelce przekladkowej 5 do przestrzeni 12. Przestrzenie 11 15 i 12 sa przylaczone do wymiennika rurowego (nie pokazany na rysunku), z którego wydziela sie chlorowiec i wodór.Elektrolizer pokazany na fig. 1 i fig. 2, jest pokazany na fig. 3 schematycznie, w ukladzie pojedynczych plyt 20 anodowych 38 (odpowiadajacych plytom anodowym 1 na fig. 1 i 2), wystepujacych na przemian z pojedyn¬ czymi plytami katodowymi 39 (odpowiadajacymi ply¬ tom katodowym 2 na fig. 1 i 2) z przeponami 40 umiesz¬ czonymi miedzy plytami anodowymi 38 i plytami ka- 25 rodowymi 39. Fig. 3 pokazuje takze uszczelki 41 (od¬ powiadajace plytom dystansowym 4 i 5 na fig. 1 lub 2).Fig. 4 pokazuje schematyczny uklad elektrolizera, w którym wystepuja na przemian pary plyt anodowych 43 i pary plyt katodowych 43 w polaczeniu z przeponami 30 44 i uszczelkami 45.Elektrolizer wedlug wynalazku jest blizej objasniony w nastepujacym przykladzie.Przyklad. Elektrolizer przeponowy wedlug wy¬ nalazku zawiera jedna zaluzjowa plyte anodowa 1, 35 zrobiona z tytanu, o grubosci 0,75 mm, pokryta mie¬ szanina tlenku rutenu i dwutlenku tytanu, jedna za¬ luzjowa plyte katodowa 2 wykonana ze stali miekkiej, o grubosci 0,75 mm i jedna przepone z „Nafionu" (jest to kwas nadfluorosulfonowy, produkowany przez 40 firme Du Pont), o grubosci 0,3 mm. Dlugosc zaluzji 14 i 25 plyt anodowych i katodowych w kierunku prze¬ plywu pradu wynosi 15 cm. Odleglosc miedzy zaluzjo- wymi powierzchniami anody i katody wynosi 2 mm.Odleglosc miedzy powierzchniami przepon w elektroli- 45 zerze zawierajacym wiecej niz jedna; przcpraey wynosi 6 mm. Uszczelki przekladkowe 4 i 5 wykonano z synte¬ tycznego kauczuku.Elektrolizer zasilano roztworem chlorku sodu o ste¬ zeniu 300 g/l, z szybkoscia 5 1/godzine i przepuszczano 50 prad 500 ampe-ów (odpowiadajacy gestosci pradu 3, 5 kA/m2). Napiecie pradu wynosilo 4 V. Wytworzony chlor zawieral 91—93% wagowych Cl3 i 20% wago¬ wych Oa. Wytworzony roztwór wodorotlenku sodu zawieral 20% wagowych NaOH. Elektrolizer pracowal 55 z wydajnoscia pradowa 83%.Zastrzezenia patentowe 1. Elektrolizer przeponowy jednobiegunowy, typu prasy filtracyjnej, do elektrolizy wodnych roztworów 50 halogenków metali alkalicznych, w wyniku której otrzymuje sie roztwór wodorotlenku metalu alkalicz¬ nego, chlorowiec i wodór, który to elektrolizer zawiera wiele pionowo osadzonych plyt anodowych, posiada¬ jacych czesc przewodzaca z metalu tworzacego cienka ** warstwe z naniesiona powloka elektrokatalitycznie124 996 13 aktywna, wiele pionowo osadzonych plyt katodowych, posiadajacych metaliczna czesc przewodzaca, kationo- aktywne, selektywne przepony umieszczone miedzy plyta anodowa i sasiednia plyta katodowa, oraz elek¬ trycznie nie przewodzace, elastyczne plyty dystansowe umieszczone miedzy kazda przepona i sasiednia plyta anodowa, a takze miedzy kazda przepona i sasiednia plyta katodowa, znamienny tym, ze kazda plyta anodowa (1) posiada cztery otwory (17, 19, 20, 21), kazda plyta katodowa (2) posiada cztery otwory (25, 27, 28, 29) i kazda plyta dystanccwa (4, 5) posiada cztery otwory, przy czym otwory te wyznaczaja w elek- trolizerze cztery przestrzenie wzdluz elektrolizera, które sluza odpowiednio, do wprowadzania wodnego roztworu halogenku metalu alkalicznego (10), do od¬ prowadzania wodnego roztworu halogenku metalu alkalicznego i chlorowca (11), do wprowadzania wody lub wodnego roztworu alkalicznego (12) oraz do od¬ prowadzania wodnego roztworu wodorotlenku metalu alkalicznego i wodoru (13), przy czym w sciankach plyt dystansowych (4, 5) znajduja sie kanaly (32, 33, 34, 35), które w elektrolizerze lacza przestrzenie sluzace do wprowadzania wodnego roztworu halogenku metalu alkalicznego (10) i odprowadzania wodnego roztworu halogenku metalu alkalicznego i chlorowca (11) z prze¬ strzeniami anolitowymi, wyznaczonymi przez prze¬ strzenie miedzy przeponami i sasiednimi plytami ano¬ dowymi i które lacza przestrzenie sluzace do wprowa¬ dzania wody lub wodnego roztworu alkalicznego (12) i odprowadzania wodnego roztworu wodorotlenku metalu alkalicznego i wodoru (13) z przestrzeniami katolitowymi, wyznaczonymi przez przestrzenie miedzy przeponami i sasiednimi plytami katodowymi, przy czym elektrolizer zawiera plyty koncowe, które sta¬ nowia koncowe sciany wspomnianych przestrzeni z tym, ze kazda plyta anodowa posiada czesc wykonana z ma¬ terialu elektrycznie nie przewodzacego (6, 7) i kazda plyta katodowa posiada czesc wykonana z materialu elektrycznie nie przewodzacego (8, 9) tak, ze prze¬ strzenie sluzace do wprowadzania wodnego roztworu halogenku metalu alkalicznego (10) i odprowadzania wodnego roztworu halogenku metalu alkalicznego i chlorowca (11) oraz przestrzenie sluzace do wpro¬ wadzania wody lub wodnego roztworu alkalicznego (12) i odprowadzania wodnego roztworu wodorotlenku metalu alkalicznego i wodoru (13) sa elektrycznie izolowane. 2. Elektrolizer wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze otwory w plytach anodowych (1) sa rozmieszczone parami (17, 21) i (19, 20) po kazdej stronie czesci przewodzacej (14) plyty anodowej. 3. Elektrolizer wedlug zastrz. 2, znamienny tym, ze otwory w plytach anodowych (1), które wyznaczaja czesc przestrzeni sluzacej do wprowadzania solanki (10) i czesc przestrzeni sluzacej do odprowadzania 2uzytej solanki i chlorowca (11), sa wyznaczone przez metalowe czesci ramy (16, 18) wykonane z tego sa- 14 mego metalu tworzacego cienka warstwe, z którego jest wykonana czesc przewodzaca (14) plyty anodowej, a otwory w plytach anodowych (1), które wyznaczaja czesc przestrzeni sluzacej do wprowadzania wody lub 5 wodnego roztworu alkalicznego (12) i czesc przestrzeni sluzacej do odprowadzania wytworzonego roztworu i wodoru (13) sa wyznaczone przez czesci ramy (6, 7) wykonane z materialu nie przewodzacego 4. Elektrolizer wedlug zastrz. 1, znamienny tym, io ze otwory w plycie katodowej (2) rozmieszczone sa parami (27, 29) i (25, 28) na kazdej stronie czesci przewodzacej (2i) plyty katodowej 5. Elektrolizer wedlug zastrz. 4, znamienny tym, ze otwory w plytach katodowych (2), które wyznaczaja 15 czesc przestrzeni sluzacej do wprowadzania wody lub wodnego roztworu alkalicznego (12) i czesc prze¬ strzeni dluzacej do odprowadzania roztworu wodoro¬ tlenku metalu alkalicznego i wodoru (13) sa wyzna¬ czone przez metalowe czesci ramy (24, 26) wykonane 20 z tego samego metalu, co czesc przewodzaca (22) katody, a otwory w plytach katodowych (2), które wyznaczaja czesc przestrzeni sluzacej do wprowadzania solanki (10) i czesc przestrzeni sluzacej do odprowadzania zuzytej solanki i chlorowca (11), sa wyznaczone przez 25 czesci ramy (8, 9) wykonane z materialu nie przewo¬ dzacego. 6. Elektrolizer wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze wszystkie plyty dystansowe (4, 5) maja takie same ksztalty i wymiary, a zewnetrzne wymiary ich sa od- 8 powiednie do wymiarów plyt anodowych (1) i plyt katodowych (2). 7. Elektrolizer wedlug zastrz. 6, znamienny tym, ze kazda plyta dystansowa (4, 5) ma centralny otwór o wymiaiach odpowiadajacych wymiarom czesci prze¬ wodzacej (14) plyty anodowej (1) i czesci przewodzacej (22) plyty katodowej (2), a cztery otwory, które tworza czesc pizestrzeni (10, 11, 12, 13) wzdluz elektrolizera, sa utworzone przez czesci ramy ply*y dystansowej i rozmieszczone sa parami po kazdej stronie centralnego otworu^r plycie dystansowej (4, 5). 8. E^ktrolizer wedlug iastrz. 7, znamienny tym ze kanaly w sciankach plyt dystansowych (32, 33, 36, 37) sa zaopatrzone w szczeliny tak, ze przestrzenie 45 anolitowe sa polaczone z przestrzenia sluzaca do wpro¬ wadzania solanki (10) i przestrzenia sluzaca do odpro¬ wadzania zuzytej solanki i chlorowca (11) oraz prze¬ strzenie katolitowe sa polaczone z przestrzenia sluzaca do wprowadzania wody lub wodnego roztworu alka- 50 licznego (12) i przestrzenia sluzaca do odprowadzania wytworzonego roztworu i wodoru (13), 9. Elektrolizer wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze pojedyncze anody (1) sa rozmieszczone na przemian z pojedynczymi katodami (2). 55 10. Elektrolizer wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze pary anod (1) sa stosowane na przemian z parami katod (2).124 996 /2 4IM MS J'cócf40?f wm, h j^t i x Fig 3 -39 ¦58 N 44 45 44 45 44 411 41 40 40 41 434A Fig^ v \/ 42 44 45 44 4644 PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL