PL190845B1 - Elektrolizer do przeponowej elektrolizy chlorowo-alkalicznej i sposób wytwarzania katody elektrolizera oraz przepony elektrolizera - Google Patents

Abstract

1. Elektrolizer do przeponowej elektrolizy chloro- wo-alkalicznej, zawierajacy pokrywe, podstawe przewodzaca, na której podparte sa anody i katode w postaci skrzynki wyposazonej w scianke ze- wnetrzna i scianke wewnetrzna zmontowanych ra- zem z polaczonych przy pomocy spawów plyt ze stali weglowej, przy czym katoda zawiera ponadto co najmniej jeden arkusz miedzi przewodzacy i rozdzie- lajacy prad elektryczny oraz palce rurowe z siatki lub perforowanego arkusza zaopatrzone w pokrycie w postaci porowatej przepony osadzonej z wodnej zawiesiny wlókien i materialu polimerycznego, przy czym palce sa umocowane do scianki wewnetrznej, a pokrycie oraz katoda sa wyposazone we wloty i wyloty doprowadzajace solanke i odprowadzajace wydzielony chlor, wodór i wytworzona sode kaustyczna, znamienny tym, ze do zewnetrznej scianki (1) przy- twierdzony jest za pomoca srub (3) co najmniej je- den arkusz miedzi (4), zas pomiedzy nimi usytuowa- ny jest element przewodzacy (5, 12), przy czym element przewodzacy (5, 12) jest odksztalcalny i wykazuje sprezystosc po odksztalceniu, ponadto co najmniej jeden arkusz miedzi (4) i katoda sa pola- czone rozlacznie w sposób latwo rozlaczalny. PL PL PL PL PL PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest elektrolizer do przeponowej elektrolizy chlorowo-alkalicznej i sposób wytwarzania katody elektrolizera oraz przepony elektrolizera.

Znana jest produkcja chloru i sody kaustycznej drogą elektrolizy roztworów chlorku sodowego (nazywanych tu solanką), która jest jednym z najważniejszych procesów przemysłowych. Chlor jest faktycznie surowcem niezbędnym do wytwarzania wielu rozpuszczalników, półproduktów chemicznych i materiałów tworzyw sztucznych, takich jak perchloroetylen, tlenek propylenu, polichlorek winylu i poliuretan.

W znanych rozwiązaniach elektrolizę chlorowo-alkaliczną aktualnie prowadzi się opierają c się na trzech różnych technologiach, to jest elektrolizie z przeponą, katodą rtęciową i membraną. Technologię membranową opracowano w ostatnich latach i aktualnie stosuje się ją przy budowie nowych instalacji. Tym niemniej znaczną cześć światowej produkcji chloru i sody kaustycznej wciąż uzyskuje się na podstawie technologii przeponowej i rtęciowej, które z czasem doznawały powolnej ewolucji w zakresie oszczędności energii, niezawodności działania i kontroli skażenia na skutek możliwego oddzielania się włókien stosowanych do wytwarzania przepon albo wycieku rtęci. Takie ciągłe ulepszanie wpłynęło w rzeczywistości na mniejsze zainteresowanie, z ekonomicznego punktu widzenia, zastąpieniem istniejących przepon lub instalacji rtęciowych nowoczesnymi elektrolizerami membranowymi.

Zwłaszcza jeżeli chodzi o elektrolizery przeponowe, które są przedmiotem niniejszego wynalazku, to ich konstrukcja składa się w zasadzie z trzech części: pokrywy, podstawy, do której są przymocowane anody, oraz katody wyposażonej w wewnętrznie puste elementy o raczej płaskim przekroju, znane jako palce, przeplatające się z anodami.

Podstawowa konstrukcja jest wyraźnie zilustrowana w amerykańskim opisie patentowym nr US 3591483 i składa się korzystnie z arkusza przewodzącego, takiego jak płyta miedziana, wyposażonego w dziurki, do której są przytwierdzone anody. Strona płyty skierowana do anod jest zabezpieczona arkuszem gumy, a zwłaszcza cienką blachą tytanową.

Anody mogą mieć postać skrzynki, jak podano w amerykańskim opisie patentowym nr US 3591483. W ulepszonym rozwią zaniu ujawnionym w amerykań skim opisie patentowym nr US 3674676, anody mają dwie przeciwne, ruchome powierzchnie podparte elastycznym elementem, który umożliwia ich rozszerzanie się z minimalizacją odległości anoda-katoda, a zatem i zmniejszenie napięcia elektrolizera, to jest zużycia energii.

Konstrukcja współczesnej katody jest konstrukcją znaną z amerykańskiego opisu patentowego nr US 3390072. Składa się ona z pustej skrzynki (bez pokrywy i podstawy), której ścianka zewnętrzna jest wykonana z czterech płyt ze stali węglowej, spawanych wzdłuż ich krawędzi pionowych. Skrzynka jest ponadto wyposażona w ściankę wewnętrzną, do której przyspawane są palce wykonane z perforowanej blachy albo siatki metalowej, pokrytej porowatą przeponą. Geometria połączeń pomiędzy zewnętrzną i wewnętrzną ścianką oraz palcami została zoptymalizowana, jak ujawniono w niemieckim opisie patentowym nr DE 4117521A1, w którym wyszczególnia się wymiary poszczególnych części, umożliwiając zminimalizowanie korozyjnego działania cieczy katodowej na stal węglową. Porowata przepona osadzona na palcach jest wykonana z mieszaniny zawierającej włókna azbestowe lub inne materiały obojętne, takie jak tlenek cyrkonu, materiał polimeryczny. Mieszaninę w odpowiedniej zawiesinie wodnej osadza się drogą filtracji pod zmniejszonym ciśnieniem. Materiał polimeryczny powoduje działanie wiążące uzyskane przez poddanie katody z przeponą osadzoną na jej palcach obróbce cieplnej w temperaturze 250-350°C w odpowiednim piecu. Właściwą temperaturę i niezbędny czas dobiera się w zależności od użytego materiału polimerycznego. Do odpowiednich materiałów należą polimery o różnym stopniu fluorowania, takie jak polifluorek winylidenu, kopolimery etylenchlorotrójfluoroetylen, policzterofluoroetylen.

Dla poprawy warunków dostarczania prądu do palców musi być odpowiednio dobrana grubość ścianki zewnętrznej. Z wyżej wspomnianego amerykańskiego opisu patentowego nr US 3390072 znane jest zastosowanie jednego lub kilku arkuszy miedzi nałożonych na ściankę zewnętrzną celem uniknięcia stosowania nadmiernie grubych płyt ze stali węglowej. Takie arkusze miedzi można nakładać drogą spawania łukowego albo zgrzewania wybuchowego. Ten drugi sposób, chociaż znacznie bardziej kosztowny, jest powszechnie preferowany, ponieważ zapewnia jednorodny styk elektryczny na całej powierzchni zetknięcia pomiędzy miedzią i stalą węglową. W przypadku, gdy arkusze miedzi nakłada się drogą spawania łukowego, to odwrotnie, styk elektryczny jest w zasadzie zlokalizowany

PL 190 845 B1 na obszarach spawania. Zatem, w tym ostatnim przypadku, arkusze miedzi są mniej efektywne przy jednorodnym rozdziale prądu elektrycznego na różne palce i minimalizacji strat oporowych, to jest rozproszenia energii elektrycznej na skutek elektrycznej oporności konstrukcji.

O ile efektywność zarówno pokrywy, jak i podstawy przewodzą cej wyposaż onej w anody, jest zadowalająca, to z katodą, jak przedstawiono poprzednio, są związane poważne niedogodności, których przezwyciężenie stanowi cel niniejszego wynalazku. Te niedogodności można podsumować następująco:

a) Pęknięcia w obszarach spawów łączących płyty złożone ze ścianki zewnętrznej, ścianki wewnętrznej i palców katody. Problem, znany w tej dziedzinie, wyraźnie przedstawiono na rysunku na stronie 176 publikacji „Corrosion Data Survey, NACE Editions, 1985. Na rysunku uwidoczniono, że niektóre zależności pomiędzy stężeniem sody kaustycznej i temperaturą są przyczyną pęknięć w częściach ze stali węglowej z naprężeniami wewnętrznymi, takich jak główki spawalnicze. Rysunek pokazuje także, że pęknięcia eliminuje się, jeżeli części ze stali węglowej poddaje się odprężającej obróbce cieplnej. Takiej obróbki, polegającej na wygrzewaniu w temperaturze 600°C w ciągu około 1 godziny, nie można zastosować do katod dotychczas znanych na skutek wielkich różnic pomiędzy współczynnikami rozszerzalności cieplnej stali węglowej i miedzi, co powoduje znaczne zniekształcenia. Z drugiej strony obróbka cieplna samej tylko konstrukcji ze stali węglowej byłaby bezużyteczna, ponieważ kolejne spawanie arkuszy miedzianych spowodowałoby ponownie powstanie naprężeń wewnętrznych. Taka sytuacja nakłada ograniczenia zarówno na stężenie sody kaustycznej wytworzonej przy katodzie, jak i temperaturę procesu elektrolizy, co zmniejsza, ale nie eliminuje, ryzyko powstania pęknięć.

b) Zniekształcenia konstrukcji katody i pęknięcia w obszarach spawów pomiędzy arkuszem miedzi i ściankami ze stali węglowej na skutek zmęczenia termicznego w fazie stabilizacji przepony w temperaturze 250-350°C. Jak omówiono wcześ niej, takie problemy są także spowodowane przez różne współczynniki rozszerzalności cieplnej miedzi i stali węglowej. Nawet jeżeli temperatury stabilizacji przepony są zasadniczo niższe niż temperatury typowe dla obróbki odprężającej, to niedogodności są tak samo poważne, ponieważ najpowszechniej stosowane dzisiaj przepony mają średnią żywotność od 9 do 15 miesięcy, a zatem ich przygotowanie, włącznie ze stabilizacją, powtarza się więcej niż jeden raz w okresie czasu użytkowania katody.

c) Skażenie solami miedzi zawiesiny stosowanej do osadzenia przepony.

Ponieważ katoda jest całkowicie zanurzona w zbiorniku zawierającym zawiesinę oraz zawiesina zawiera znaczne ilości chlorków i jest nasycona powietrzem, to zarówno części ze stali węglowej, jak i części miedziane, ulegają nieuchronnie korozji. Postępujące zwiększanie się stężenia miedzi w zawiesinie może prowadzić do naruszenia jakości przepon, a zwłaszcza najcenniejszych z nich, przewidzianych na długi okres użytkowania.

Przedmiotem niniejszego wynalazku jest opracowanie nowej konstrukcji katody, wykonanej z odejmowalnych części, które wyeliminowałoby wszystkie wyż ej wspomniane niedogodnoś ci poprzedniego stanu wiedzy.

Elektrolizer do przeponowej elektrolizy chlorowo-alkalicznej, zwierający pokrywę, podstawę przewodzącą, na której podparte są anody i katodę w postaci skrzynki wyposażonej w ściankę zewnętrzną i ściankę wewnętrzną zmontowanych razem z połączonych przy pomocy spawów płyt ze stali węglowej, przy czym katoda zawiera ponadto co najmniej jeden arkusz miedzi przewodzący i rozdzielający prąd elektryczny oraz palce rurowe z siatki lub perforowanego arkusza zaopatrzone w pokrycie w postaci porowatej przepony osadzonej z wodnej zawiesiny włókien i materiału polimerycznego, przy czym palce są umocowane do ścianki wewnętrznej, a pokrycie oraz katoda są wyposażone we wloty i wyloty doprowadzające solankę i odprowadzające wydzielony chlor, wodór i wytworzoną sodę kaustyczną, według wynalazku charakteruzuje się tym, że do zewnętrznej ścianki przytwierdzony jest za pomocą śrub co najmniej jeden arkusz miedzi, zaś pomiędzy nimi usytuowany jest element przewodzący, przy czym element przewodzący jest odkształcalny i wykazuje sprężystość po odkształceniu, ponadto co najmniej jeden arkusz miedzi i katoda są połączone rozłącznie w sposób łatwo rozłączalny.

Korzystnie, element przewodzący jest z niklu, srebra lub miedzi.

Korzystnie, element przewodzący zawiera co najmniej jedną nałożoną siatkę lub niespłaszczony, rozwinięty arkusz.

Korzystnie, element przewodzący zawiera metal gąbczasty.

Korzystnie, element przewodzący ma postać warstwy metalu nałożonej na ściankę zewnętrzną drogą natryskiwania termicznego.

PL 190 845 B1

Korzystnie, element przewodzący zawiera metal gąbczasty i warstwę metalu nałożoną na ściankę zewnętrzną drogą natryskiwania termicznego.

Korzystnie, elektrolizer zawiera ponadto sprężynę usytuowaną pomiędzy każdym łbem śrub i arkuszem miedzi.

Korzystnie, elektrolizer zawiera ponadto uszczelkę usytuowaną pomiędzy arkuszem miedzi i zewnę trzną ś cianką katody, wzdłuż obrzeż a elementu przewodzą cego.

Korzystnie, powierzchnie ścianki zewnętrznej, stykające się z elementem przewodzącym, są pokryte smarem przewodzącym.

Korzystnie, elektrolizer zawiera spawy, które są wolne od naprężeń wewnętrznych.

Korzystnie, elektrolizer zawiera ponadto kołki nałożone na ścianki zewnętrzne łączące ścianki wewnętrzne i palce w obszarze odpowiadającym co najmniej jednemu arkuszowi miedzi.

Sposób wytwarzania katody elektrolizera, przy czym katoda jest w postaci skrzynki wyposażonej w ściankę zewnętrzną i ściankę wewnętrzną, które montuje się z płyt ze stali węglowej połączonych przy pomocy spawów, następnie nakłada się na ściankę zewnętrzną co najmniej jeden arkusz miedzi oraz mocuje się do ścianki wewnętrznej liczne palce rurowe z siatki lub perforowanego arkusza, zaopatrzone w pokrycie w postaci porowatej przepony osadzonej z wodnej zawiesiny włókien i materiału polimerycznego, według wynalazku charakteryzuje się tym, ż e przed umocowaniem co najmniej jednego arkusza miedzi katodę poddaje się termicznej obróbce odprężającej i uzyskuje się spawy pozbawione naprężeń wewnętrznych.

Sposób wytwarzania przepony elektrolizera, w którym zanurza się katodę w zawiesinie włókien i polimerycznego spoiwa, po czym osadza się przeponę drogą filtracji pod zmniejszonym ciś nieniem, według wynalazku charakteryzuje się tym, że przed zanurzeniem katody w zawiesinie włókien i spoiwa polimerycznego zdejmuje się co najmniej jeden arkusz miedzi z jej zewnętrznej ścianki.

Korzystnie, po osadzeniu przepony prowadzi się fazę stabilizacji, przy czym fazę stabilizacji prowadzi się tak, że wygrzewa się katodę pokrytą przeponą w temperaturze 250-300°C, przy zdjętym co najmniej jednym arkuszu miedzi.

Przeponowy elektrolizer chloro-alkaliczny, według wynalazku wyposażony w ulepszoną katodę charakteryzującą się tym, że arkusz lub arkusze miedzi do rozdziału prądu elektrycznego nie są związane integralnie z katodą, lecz można je łatwo od niej odłączyć posiada szereg zalet. Konstrukcję ze stali nierdzewnej, po złożeniu różnych części drogą spawania, lecz bez arkuszy miedzianych, można przed użyciem w elektrolizerze poddać odprężającej obróbce cieplnej. Konstrukcję ze stali nierdzewnej można także wprowadzić samodzielnie do pieca celem stabilizacji porowatej przepony po każdym jej ponownym osadzeniu. Celem polepszenia rozdziału prądu elektrycznego pomiędzy konstrukcją ze stali nierdzewnej i arkuszem lub arkuszami miedzianymi umieszcza się wysokoprzewodzący element, który może być wykonany albo z dającej się odkształcać warstwy włożonej pomiędzy arkusz miedzi i stalową powierzchnię ś cianki zewn ę trznej albo moż e być warstwą nałoż oną termicznie na powierzchnię stalową albo ich kombinacją. Dzięki niniejszemu wynalazkowi unika się pęknięć podczas pracy urządzenia, zniekształceń w fazie stabilizacji przepony oraz zanieczyszczania zawiesin wodnych stosowanych do osadzania przepony, to jest wszystkich niedogodności wpływających ujemnie na znane dotychczas katody. Zastosowanie konstrukcji katod według niniejszego wynalazku powoduje, że jakiekolwiek ograniczenia stężenia wytworzonej sody kaustycznej oraz temperatury elektrolizy mogą wynikać wyłącznie z przyczyn technologicznych, a nie z konieczności utrzymywania zwartości konstrukcji katody w czasie. Oznacza to, że nie ma żadnej potrzeby ograniczania stężenia sody kaustycznej oraz temperatury elektrolizy w celu zachowania zwartości konstrukcyjnej katod według wynalazku jak ma to miejsce w stanie techniki.

Elektrolizer przeponowy według wynalazku przedstawiono na rysunku, na którym fig. 1, 2 i 3 przedstawiają części składowe układu połączeń pomiędzy arkuszem miedzi i zewnętrzną ścianką katody ze stali węglowej w widoku po rozłożeniu zespołu, fig. 4 - układ przedstawiony na fig. 2 po złożeniu, fig. 5 - inny przykład wykonania układu połączenia śrubowego przedstawionego na fig. 4, fig. 6 - wykres pokazujący omowy spadek potencjału w połączeniu przedstawionym na fig. 2 w zależności zarówno od różnych materiałów, jak i obciążenia mechanicznego wywieranego przez śruby, fig. 7 - szkic dalszego przekroju poprzecznego zewnętrznej ścianki katody włącznie z układem połączeń przedstawionym na fig. 2.

Elektrolizer przeponowy według wynalazku pokazany na fig. 1 posiada zewnętrzną ściankę 1 katody wyposażoną w gwintowane otwory 2 do umieszczenia w nich śrub 3 zdolnych do ściśnięcia arkusza miedzi 4 z wymienioną ścianka zewnętrzną. Ścianka zewnętrzna 1 jest wyposażona w wysoPL 190 845 B1 ko przewodzący element 12, który zawiera warstwę metalową nałożoną na niego sposobami natryskiwania termicznego, takimi jak natryskiwanie płomieniowe lub plazmowe. W przeciwieństwie do dotychczasowej wiedzy ustawienie maszyny natryskowej jest tego rodzaju, że warstwa stanowiąca element przewodzący 12 jest nakładana przy zapewnieniu jej porowatości. Dane doświadczalne wykazały, że porowatość, określona jako stosunek objętości pustek (przestrzeni porów) do objętości materiału pełnego, powinna wynosić co najmniej 10%, a zwłaszcza od 20 do 30%. Zapewnienie takiej porowatości jest konieczne w celu uzyskania elastyczności elementu przewodzącego 12 ponieważ po złożeniu części składowych przedstawionych na fig. 1 wymagana jest pewna elastyczność elementu przewodzącego 12 dla skompensowania wszelkich odchyleń od płaskości (planarności) stykających się powierzchni.

Na figurze 2, przedstawiono dalszy przykład wykonania rozwiązania według wynalazku, w którym wysoko przewodzący element, który rozdziela arkusz miedzi 4 i ściankę zewnętrzną 1, jest wykonany z materiału wykazującego właściwości deformacyjne i zachowującego sprężystość resztkową po odkształceniu. Taki materiał można wybrać z grupy materiałów obejmującej pojedyncze lub nałożone na siebie siatki, niespłaszczone rozwinięte arkusze, metale gąbczaste, takiego typu jak na przykład znane pod nazwą handlową Cellmet®.

Na figurze 3 przedstawiono szczególnie korzystny przykład wykonania rozwiązania według wynalazku, w którym zewnętrzna ścianka 1 katody jest wyposażona w element przewodzący 12, przedstawiony na fig. 1, a odkształcalny element 5, przedstawiony na fig. 2, jest dalej umieszczony pomiędzy ścianką zewnętrzną 1 i arkuszem miedzi 4. W tym przypadku obydwa elementy tj. element przewodzący 5 i element przewodzący 12 współdziałają ze sobą w celu zwiększenia elastyczności, a tym samym podatności na odkształcenia w takim stopniu, aby spełnić wymagania dotyczące uzyskania optymalnego styku pomiędzy powierzchniami ścianki 1 i arkuszem miedzi 4, a ponadto element przewodzący 12 według tego przykładu wykonania zapewnia uzyskanie powierzchni styku o najmniejszej oporności zarówno w stosunku do ścianki zewnętrznej 1 dzięki połączeniu metalurgicznemu pomiędzy stalą węglową ścianki 1 i napylonymi cząstkami metalu, jak i w stosunku do elementu 5 dzięki występowaniu na powierzchni zarówno elementu 5, jak i 12 przewodzącej powierzchni tlenkowej typowej dla zastosowanych metali.

Gdy części składowe przedstawione na fig. 2 są ze sobą złożone (fig. 4), to każda śruba 3 może wywierać nacisk od 5 do 10 ton, z naciskiem na arkusz miedzi 4, odkształcalny element 5 i ściankę zewnętrzną 1 w granicach od 0,5 do 2 kg/mm².

Jak przedstawiono na fig. 5, w celu poprawienia stabilności nacisku styku, gwintowane otwory 2 mogą znajdować się w cokoliku 6 przymocowanym za pomocą spawów 7 do powierzchni ścianki zewnętrznej, przeciwnie do powierzchni stykającej się z arkuszem miedzi 4. Dalej, pomiędzy łbem śruby 3 i arkuszem miedzi 4 moż na umieścić odpowiednią sprężynę, (nie pokazaną dla uproszczenia rysunku), celem utrzymywania możliwie stałego nacisku wywieranego przez śrubę, niezależnie od zmian wymiarów związanych ze zmianami temperatury.

Połączenie pomiędzy arkuszem miedzi 4 i ścianką zewnętrzną według wynalazku może być wyposażone w uszczelnienie obwodowe, nie pokazane na figurach rysunku, które zapewnia szczelność obszaru styku i zapobiega ryzyku korozji w obszarze powierzchni styku na skutek działania środków agresywnych, które mogą być obecne w otaczającym środowisku. Uszczelka pełni także funkcję zapobiegania możliwości wnikania możliwych cieczy płuczących elektrolizera do obszaru styku, powodujących rdzewienie powierzchni stali węglowej. Powierzchnia stali węglowej wymaga tylko pozbawienia jej tlenków, co można łatwo przeprowadzić przez piaskowanie. Jak wyjaśniono już wcześniej, nie ma potrzeby obróbki skrawaniem ponieważ możliwe odchylenia profili łatwo kompensuje się za pomocą przewodzących elementów 5 i ewentualnie 12 według wynalazku.

Na figurze 6 przedstawiono oporowe spadki napięcia (czyli spadki napięcia na rezystancji styku) połączenia katodowego, przedstawionego na fig. 2, w zależności od siły zamocowania, typu elementu przewodzącego i ulepszenia uzyskanego przez dodanie smaru przewodzącego, znanego typu takiego jak Alcoa EJC, Nr 2. Gęstość prądu na połączeniu wynosi 0,25 A/mm², to jest około dwukrotnej gęstości prądu typowej dla normalnego działania przemysłowego. Na wykresie na fig. 6 na osi odciętych oznaczono oporowy spadek napięcia wyrażony w mV, zaś na osi rzędnych siłę nacisku styku wyrażoną w kg/mm², która stanowi pośrednio wyrażoną siłę nacisku zamocowania. Przedstawione cztery krzywe odnoszą się do różnych połączeń i wariantów materiału elementu przewodzącego 5 oraz alternatywnego dodatku smaru przewodzącego. Najniższe oporowe spadki napięcia, w szczególności przy niskim nacisku styku zostały uzyskane dla dodatku smaru przewodzącego (krzywa oznaczona za

PL 190 845 B1 pomocą pełnych kwadratów), dla którego elementem przewodzącym jest gąbczasty nikiel oraz dla którego elementem przewodzącym jest gąbczasta miedź (krzywa oznaczona za pomocą pełnych rombów). Odpowiednio dla takiego samego materiału elementu przewodzącego 5 bez dodatku smaru przewodzącego wystąpił większy oporowy spadek napięcia przy zastosowaniu obu wyżej wymienionych materiałów na element przewodzący 5 tj. gąbczastego niklu (krzywa oznaczona za pomocą pełnych trójkątów) oraz gąbczastej miedzi (krzywa oznaczona za pomocą pustych kwadratów).

W odniesieniu do typu metalu stosowanego na elementy przewodzą ce 5 i 12, to uzyskane wyniki wskazują, że srebro i nikiel zapewniają lepsze wyniki niż miedź, przy czym ta ostatnia może być także stosowana. Gdy stosuje się metal gąbczasty, tak jak w połączeniu przedstawionym na fig. 2, to można go scharakteryzować porowatością 31,5 porów na centymetr, i jego zachowanie się przedstawiono na fig. 6. Odpowiednie do zaakceptowania wyniki uzyskano również przy porowatości 11,8 porów na centymetr. Tylko przy metalach gąbczastych o porowatości rzędu 2,8 porów na centymetr uzyskane wyniki były mniej zadowalające.

Na figurze 7 przedstawiono w przekroju poprzecznym zewnętrzną ściankę ulepszonej katody, wyposażonej w układ połączenia według wynalazku oraz w kołki do przesyłania prądu. Różne części mają takie same numery, jak na innych figurach. Ścianka wewnętrzna 8 ma wiele, przymocowanych do niej palców, a kołki 9 są przymocowane za pomocą spawów 10 i 11 do ścianki zewnętrznej 1 i ś cianki wewnę trznej 8. Kołki 9 umoż liwiają przenoszenie prą du elektrycznego bezpoś rednio od powierzchni styku pomiędzy arkuszem miedzi 4 i ścianką zewnętrzną 1 do ścianki wewnętrznej 8, a następnie do palców pokrytych przeponą. Taki układ umożliwia skrócenie drogi prądu elektrycznego od arkusza miedzi do palców, a zatem zmniejszenie spadku napięcia oporowego, to jest zmniejszenie rozproszenia energii elektrycznej. Zastosowanie kołków jest znane w technice, lecz było ograniczone do górnej i dolnej części ścianki zewnętrznej w stosunku do arkusza miedzi. W rzeczywistości dotychczas brak było możliwości spawania kołków odpowiadających centralnemu obszarowi arkusza miedzi z uwagi na unikanie uszkodzenia powierzchni na granicy styku stal wę glowa/miedź . W niniejszym wynalazku rozwiązano ten problem ponieważ arkusze miedzi są nakładane dopiero później, a zatem takie ograniczenie jest wyeliminowane.

Sposób wytwarzania katody do elektrolizera według wynalazku czyli przygotowania katody, której spawy są pozbawione naprężeń wewnętrznych polega na tym, że poddaje się konstrukcję wykonaną ze stali węglowej, bez płyt miedzianych, odprężającej obróbce cieplnej, jako elementu prowadzącego w temperaturze 550-600°C w ciągu jednej godziny. Konstrukcję ze stali węglowej poddaje się następnie procesowi osadzania przepony.

Sposób wytwarzania przepony elektrolizera według wynalazku charakteryzuje się tym, że konstrukcję katody ze stali węglowej, która została termicznie odprężona, poddaje się osadzaniu przepony zgodnie ze znanymi sposobami i jej stabilizacji przez obróbkę cieplną w piecu, orientacyjnie w temperaturze 250-350°C w zależności od typu zastosowanego spoiwa polimerycznego. Dopiero pod koniec takiej obróbki konstrukcję katody łączy się z płytami miedzianymi, jak opisano wyżej.

Claims (14)

1. Elektrolizer do przeponowej elektrolizy chlorowo-alkalicznej, zawierają cy pokrywę , podstawę przewodzącą, na której podparte są anody i katodę w postaci skrzynki wyposażonej w ściankę zewnętrzną i ściankę wewnętrzną zmontowanych razem z połączonych przy pomocy spawów płyt ze stali węglowej, przy czym katoda zawiera ponadto co najmniej jeden arkusz miedzi przewodzący i rozdzielają cy prą d elektryczny oraz palce rurowe z siatki lub perforowanego arkusza zaopatrzone w pokrycie w postaci porowatej przepony osadzonej z wodnej zawiesiny włókien i materiału polimerycznego, przy czym palce są umocowane do ścianki wewnętrznej, a pokrycie oraz katoda są wyposażone we wloty i wyloty doprowadzające solankę i odprowadzające wydzielony chlor, wodór i wytworzoną sodę kaustyczną, znamienny tym, że do zewnętrznej ścianki (1) przytwierdzony jest za pomocą śrub (3) co najmniej jeden arkusz miedzi (4), zaś pomiędzy nimi usytuowany jest element przewodzący (5, 12), przy czym element przewodzący (5, 12) jest odkształcalny i wykazuje sprężystość po odkształceniu, ponadto co najmniej jeden arkusz miedzi (4) i katoda są połączone rozłącznie w sposób łatwo rozłączalny.

2. Elektrolizer według zastrz. 1, znamienny tym, ż e element przewodzą cy (5, 12) jest z niklu, srebra lub miedzi.

PL 190 845 B1

3. Elektrolizer według zastrz. 1, znamienny tym, ż e element przewodzą cy (5) zawiera co najmniej jedną nałożoną siatkę lub niespłaszczony, rozwinięty arkusz.

4. Elektrolizer według zastrz. 1, znamienny tym, że element przewodzą cy (5) zawiera metal gąbczasty.

5. Elektrolizer według zastrz. 1, znamienny tym, ż e element przewodzą cy (12) ma posta ć warstwy metalu nałożonej na ściankę zewnętrzną (1) drogą natryskiwania termicznego.

6. Elektrolizer według zastrz. 1, znamienny tym, ż e element przewodzą cy (5, 12) zawiera metal gąbczasty i warstwę metalu nałożoną na ściankę zewnętrzną (1) drogą natryskiwania termicznego.

7. Elektrolizer według zastrz. 1, znamienny tym, ż e zawiera ponadto sprężynę usytuowaną pomiędzy każdym łbem śrub (3) i arkuszem miedzi (4).

8. Elektrolizer według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera ponadto uszczelkę usytuowaną pomiędzy arkuszem miedzi (4) i zewnętrzną ścianką (1) katody, wzdłuż obrzeża elementu przewodzącego (5, 12).

9. Elektrolizer według zastrz. 3 albo 4, znamienny tym, że powierzchnie ścianki zewnętrznej (1), stykające się z elementem przewodzącym (5, 12) , są pokryte smarem przewodzącym.

10. Elektrolizer według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera spawy, które są wolne od naprężeń wewnętrznych.

11. Elektrolizer według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera ponadto kołki nałożone na ścianki zewnętrzne (1) łączące ścianki wewnętrzne (8) i palce w obszarze odpowiadającym co najmniej jednemu arkuszowi miedzi (4).

12. Sposób wytwarzania katody elektrolizera, przy czym katoda jest w postaci skrzynki wyposażonej w ściankę zewnętrzną i ściankę wewnętrzną, które montuje się z płyt ze stali węglowej połączonych przy pomocy spawów, następnie nakłada się na ściankę zewnętrzną co najmniej jeden arkusz miedzi oraz mocuje się do ścianki wewnętrznej liczne palce rurowe z siatki lub perforowanego arkusza, zaopatrzone w pokrycie w postaci porowatej przepony osadzonej z wodnej zawiesiny włókien i materiału polimerycznego, znamienny tym, ż e przed umocowaniem co najmniej jednego arkusza miedzi (4) katodę poddaje się termicznej obróbce odprężającej i uzyskuje się spawy pozbawione naprężeń wewnętrznych.

13. Sposób wytwarzania przepony elektrolizera, w którym zanurza się katodę w zawiesinie włókien i polimerycznego spoiwa, po czym osadza się przeponę drogą filtracji pod zmniejszonym ciśnieniem, znamienny tym, że przed zanurzeniem katody w zawiesinie włókien i spoiwa polimerycznego zdejmuje się co najmniej jeden arkusz miedzi (4) z jej zewnętrznej ścianki (1).

14. Sposób według zastrz. 13, znamienny tym, że po osadzeniu przepony prowadzi się fazę stabilizacji, przy czym fazę stabilizacji prowadzi się tak, że wygrzewa się katodę pokrytą przeponą w temperaturze 250-300° C, przy zdję tym co najmniej jednym arkuszu miedzi (4).