PL206711B1 - Konstrukcja palca katodowego do elektrolizera przeponowego - Google Patents

Description

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 206711 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 372634 (51) Int.Cl.

(22) Data zgłoszenia: 11.07.2003 C25B 9/08 (2006.01) (86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego:

11.07.2003, PCT/EP03/007542 (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego:

22.01.2004,WO04/007803 (54)

Konstrukcja palca katodowego do elektrolizera przeponowego

(30) Pierwszeństwo: 12.07.2002, IT, MI02A001538	(73) Uprawniony z patentu:
INDUSTRIE DE NORA S.p.A., Milan, IT
(43) Zgłoszenie ogłoszono: 25.07.2005 BUP 15/05	(72) Twórca(y) wynalazku: SALVATORE PERAGINE, Sesto S.Giovanni, IT LUCIANO IACOPETTI, Milan, IT
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 30.09.2010 WUP 09/10	(74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Teresa Szlagowska-Kiszko

PL 206 711 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest konstrukcja palca katodowego do elektrolizera przeponowego.

Produkcja chloru drogą elektrolizy roztworów halogenków metali alkalicznych, a zwłaszcza roztworów chlorku sodowego, jest aktualnie procesem o największym znaczeniu przemysłowym i można go prowadzić drogą trzech różnych technologii, a mianowicie elektrolizy membranowej, przeponowej i z katodą rtę ciową .

Pierwsza technologia, która jest najbardziej zaawansowana i ostatnio najbardziej przyjęta, charakteryzuje się niższym zużyciem energii wynikającym z niższego napięcia elektrolizera i mniejszego stosowania pary do zatężania sody kaustycznej. Na dwie pozostałe technologie wpływa ujemnie w znacznym stopniu znacznie większe zuż ycie energii na skutek wyższego napięcia elektrolizera, a w przypadku elektrolizerów przeponowych znacznie większej ilości pary wymaganej do zatężania roztworu sody kaustycznej do wartości handlowej 50% wagowych. Przy tym jednak pomimo oczywistych zalet technologia membranowa wciąż charakteryzuje się niższym niż oczekiwano opanowaniem rynku i została dotychczas zastosowana tylko do budowy kilku nowych zakładów i zastąpienia instalacji przeponowych i z katodą rtęciową, już przestarzałych i trudnych do konserwacji. Ta sytuacja wynika praktycznie z tego, że istniejące instalacje przeponowe i z katodą rtęciową nie mają w zasadzie żadnych kosztów kapitałowych, ponieważ wszystkie były budowane w latach siedemdziesiątych i osiemdziesiątych, podlegając później ciągłym ulepszeniom, które w zasadzie rozwiązały problemy skażenia środowiska związanego z wydzielaniem włókien azbestowych i rtęci, polepszając w międzyczasie ich zużycie energii, a przez to zmniejszając ich dystans w stosunku do technologii membranowej.

W szczególnym przypadku instalacji przeponowych przepony skł adają ce się z wł ókien azbestowych związanych perfluorowanymi polimerami zostały wyparte przez przepony składające się z wł ókien z perfluorowanych polimerów, poddanych hydrofilizacji za pomocą róż nych dodatków, na przykład włókien albo cząstek tlenku cyrkonu. Ponadto konwencjonalne rozszerzalne anody wykonane z tytanu aktywowanego tlenkami metali z grupy platynowców znacznie polepszono dzięki tak zwanej wersji z przerwą zerową, wyposażonej w urządzenia zdolne do wywierania nacisku sprężystego i doprowadzania ruchomej powierzchni anody do bezpośredniej i rozszerzonej styczności z przeponą, jak opisano w amerykańskim opisie patentowym nr US 5534122. Co więcej, wymienione anody zostały wyposażone w podwójne ekspandery, a mówiąc inaczej w połączenia umożliwiające przepuszczanie prądu elektrycznego od ruchomych powierzchni anod do prętów rozdzielających prąd, ze znacznym zmniejszeniem spadku omowego, jak przedstawiono w amerykańskim opisie patentowym nr US 5993620. Poza tym anody mogą być wyposażone korzystnie w urządzenia umożliwiające znaczne zwiększenie wewnętrznej recyrkulacji roztworu soli z korzystnym skutkiem pod względem niższego napięcia i zmniejszonego wywiązywania się tlenu, przy czym obydwa czynniki umożliwiają zmniejszenie zużycia energii na tonę wytworzonego chloru. To ostatnie ulepszenie jest znane z amerykańskiego opisu patentowego nr US 5066378. Wreszcie zastąpienie wyłożeń kauczukowych stosowanych do ochrony miedzianych podstaw, na których anody są umocowane za pomocą blach tytanowych, oraz zastosowanie nowych rodzajów elastycznych uszczelnień pomiędzy korpusem katody i podstawą podpierającą anodę oraz pomiędzy każdą anodą i jej podpierającą podstawą, jak pokazano w zgłoszeniu patentowym nr publikacji WO 01/34878, umożliwiły znaczne wydłużenie roboczego czasu użytkowania poszczególnych elektrolizerów, które tworzą instalację elektrolizerów. Daje to w wyniku dalsze zmniejszenie kosztów konserwacji i większą wydajność produkcyjną przy niezmienionej konstrukcji elektrolizerów.

Bardzo jasny opis działania chlorowo-alkalicznych elektrolizerów przeponowych jest podany w Ullmann's Encyclopedia of Chemical Technology, 5 wydanie, tom A6, str. 424-437, VCH, natomiast szczegóły wewnętrznej konstrukcji tych elektrolizerów są przedstawione wyczerpująco na figurach amerykańskiego opisu patentowego nr US 5066378.

Jak można zauważyć, kilka złożonych na przestrzeni lat propozycji polepszenia działania elektrolizerów przeponowych jest w zasadzie ukierunkowane na znalezienie mniej lub bardziej drastycznych modyfikacji przepon i anod z odpowiednim sposobem ich mocowania do podstawy podporowej, natomiast niewiele uwagi poświęcono katodom, zarówno w odniesieniu do korpusu katody z odpowiednimi połączeniami elektrycznymi, jak i konstrukcji czynnej powierzchni katody, na której ma miejsce reakcja wydzielania wodoru i tworzenie się sody kaustycznej. Zwłaszcza ten ostatni element, a mianowicie czynny obszar katody, składa się z powierzchni przewodzą cej zaopatrzonej w otworki, takie jak oczka poprzeplatanych drutów albo perforowanego arkusza, obydwa wykonane z przewoPL 206 711 B1 dzącego materiału, na ogół stali węglowej, ukształtowane w taki sposób, aby tworzyć struktury pryzmatyczne z raczej spłaszczoną prostokątną sekcją, przymocowane drogą spawania do obwodowej komory, także składające się z poprzeplatanych drutów albo perforowanego arkusza, połączone z bocznymi ś ciankami korpusu katody i wyposaż one w co najmniej jedną dyszę na spodzie w celu zapewnienia wylotu dla roztworu zawierającego wytworzoną sodę kaustyczną i zubożony chlorek sodowy i w co najmniej jedną dyszę na wierzchu do odprowadzania wodoru. Na tych strukturach znanych specjalistom w tej dziedzinie jako palce przepona jest osadzona drogą zassania próżniowego z wodnej zawiesiny zawierają cej wł ókna polimerowe, które, jak ju ż wspomniano poprzednio, stanowią samą przeponę. W konstrukcji elektrolizera przeponowego palce powleczone przeponą są poprzekładane anodami, a ich powierzchnia może albo stykać się z powierzchnią przepon albo być oddzielona od niej o kilka milimetrów. W obydwu przypadkach palce nie będą poddawane żadnemu ugięciu, które mogłoby powodować ścieranie na przeponie, a w konsekwencji jej zniszczenie. Co więcej, w czasie pracy prąd musi być przenoszony możliwie jednorodnie do całej powierzchni palców. Niejednorodny rozdział pociągałby za sobą wzrost napięcia elektrolizera i spadek wydajności wytwarzania sody kaustycznej z jednoczesną wyższą zawartością tlenu w chlorze. Skutkiem tego, dla uzyskania lepszego wyniku, palce muszą być wyposażone w odpowiednie usztywnienie, a jednocześnie mieć wysoką przewodność elektryczną.

Według amerykańskiego opisu patentowego nr US 4138295 oraz nowszego zgłoszenia patentowego nr WO 00/06798 palce są wyposażone we wzdłużnie pofałdowany wewnętrzny arkusz wykonany ze stali węglowej albo z miedzi. Siatka z poprzeplatanych drutów albo perforowany arkusz jest przymocowany, korzystnie poprzez spawanie, do wierzchołków pofałdowań rozwiązując problemy jednorodnego rozdziału prądu i sztywności. Przy tym jednak pofałdowania, poprowadzone jak wspomniano w kierunku wzdłużnym, nie pozwalają na swobodne unoszenie się w kierunku pionowym pęcherzyków wodoru, w celu gromadzenia się następnie wzdłuż górnej tworzącej palców i wchodzenia stamtąd do komory obwodowej wyposażonej, jak już powiedziano, w co najmniej jeden wylot dla gazów. Wzdłużnie pofałdowany arkusz zmusza wodór do gromadzenia się poniżej każdego z pofałdowań i do płynięcia wzdłużnie wzdłuż każdego pofałdowania aż do wyjścia przez odpowiednie otwory do obwodowej komory. Jako że ten przepływ można z trudem równoważyć, to ilość wodoru obecnego pod każdym sfałdowaniem zmienia się i okluduje w różnym stopniu w odpowiedniej licowej strefie przepony. Zatem można stąd wnioskować, że wzdłużnie pofałdowany wewnętrzny arkusz powoduje nieuchronny brak równowagi rozdziału prądu elektrycznego. Ten brak równowagi prowadzi z kolei do niejednorodnego stężenia sody kaustycznej z ujemnym wpływem zarówno na sprawność faradajowską, jak i na zawartość tlenu w chlorze.

Z amerykań skiego opisu patentowego nr US 4049495 jest znane zastosowanie pofał dowanych wewnętrznych arkuszy, lecz z fałdami rozmieszczonymi pionowo. W tym przypadku jest oczywiste, że wodór może swobodnie gromadzić się w górnej części palców, lecz jego przepływ w kierunku komory obwodowej jest utrudniony przez górną część pofałdowań. Ponadto, dla danego rozdziału prądu elektrycznego, usztywniający efekt pionowych pofałdowań może okazać się niezadowalający.

Z amerykańskich opisów patentowych nr US 3988220 i 3910827 są znane konstrukcje elementu wewnątrz palców, podobnego do konstrukcji dopiero co omawianych, a mianowicie odpowiednio poziome paski perforowanego arkusza i wzdłużnych przewodzących prętów wyposażonych w przyspawane do nich pionowe paski arkusza. Chociaż bez wątpienia zapewniające odpowiednią sztywność, jednak to ostatnie rozwiązanie pociąga za sobą problem trudnego wydzielania wodoru, omawiany w przypadku amerykańskiego opisu patentowego nr US 4049495. I odwrotnie, konstrukcja znana z amerykań skiego opisu patentowego nr US 3988220 stanowi zadowalają ce rozwią zanie wymaganej sztywności, jednorodnego rozdziału prądu i swobodnego odprowadzania wodoru, lecz tylko za pomocą złożonej konstrukcji, trudnej do wykonania, a zatem nieakceptowalnej z uwagi na wysokie koszty. Co więcej, konstrukcja według amerykańskiego opisu patentowego nr US 3988220 nie pozwala na przemieszczanie się do góry pęcherzyków wodoru z uzyskaniem odpowiedniej recyrkulacji wytworzonej sody kaustycznej wewnątrz palców. Jako skutek tej brakującej recyrkulacji przy wyższym stężeniu mogą występować kieszenie sody kaustycznej, zwłaszcza w przypadku anomalii w rozdziale prądu elektrycznego i porowatości przepony, z ujemnym wpływem na sprawność faradajowską i zawartość tlenu w chlorze.

Zatem celem niniejszego wynalazku jest opracowanie nowej konstrukcji palców, szczególnie odpowiedniej dla chlorowo-alkalicznych elektrolizerów przeponowych, charakteryzującej się znaczną

PL 206 711 B1 sztywnością i jednorodnością rozdziału prądu elektrycznego i nadającą się do rozwiązania niedogodności znanych konstrukcji palców.

Konstrukcja palca katodowego do elektrolizera przeponowego, zawierająca pusty wewnątrz korpus wyznaczający wewnętrzną objętość pozostającą w łączności cieczowej z komorą obwodową i ograniczony powierzchnią przewodząc ą wyposaż oną w otwory, powleczoną chemicznie oboję tną porowatą przeponą, przy czym pusty wewnątrz korpus mieści w sobie wewnętrzny element wzmacniający i rozdzielający prąd elektryczny, utworzony przez co najmniej jeden arkusz wyposażony w występy, charakteryzuje się tym, że występy, są ukształtowane w postaci sferycznych kołpaków albo eliptycznych kołpaków albo kołpaków z pryzmatycznymi sekcjami.

Korzystnie powierzchnia przewodząca wyposażona w otwory jest siatką z poprzeplatanych drutów albo perforowanym arkuszem.

Korzystnie co najmniej jeden arkusz jest pojedynczym arkuszem wyposażonym na swoich obydwóch głównych powierzchniach w występy.

Korzystnie arkusz wyposażony w występy jest przytwierdzony do powierzchni przewodzącej za pomocą elektrycznie przewodzącego połączenia.

Korzystnie połączenie przewodzące jest usytuowane na wierzchołkach przynajmniej części występów.

Korzystnie połączenie przewodzące stanowi wiele na ogół równoważnych ścieżek omowych do jednorodnego rozdziału prądu elektrycznego.

Korzystnie występy są rozmieszczone według wzoru kwadratowej siatki.

Korzystnie występy są rozmieszczone według wzoru kwinkunksa.

Korzystnie każda pionowa sekcja co najmniej jednego arkusza zawiera część co najmniej jednego z występów.

Korzystnie odstęp pomiędzy środkami dwóch przyległych występów wynosi od 50 do 65 milimetrów, a promienie grzbietu łuku i podniebienia łuku występów wynoszą odpowiednio od 17 do 22 milimetrów i od 12 do 16 milimetrów.

Korzystnie grubość arkusza wynosi od 5 do 7 milimetrów.

Korzystnie wewnętrzna objętość wyznaczona przez pusty wewnątrz korpus jest podzielona co najmniej jednym arkuszem na dwie części znajdujące się w łączności cieczowej z obwodową komorą, przy czym części są tylko częściowo zajęte przez występy i są dostępne dla naturalnej, wewnętrznej recyrkulacji elektrolitów.

Korzystnie co najmniej jeden arkusz wyposażony w występy jest ponadto zaopatrzony w pozostałych płaskich obszarach w otwory.

Korzystnie występy otrzymuje się drogą plastycznego odkształcenia co najmniej jednego arkusza.

Korzystnie występy są niezależnymi elementami przytwierdzonymi na co najmniej jednym arkuszu.

Korzystnie występy są przytwierdzone na co najmniej jednym arkuszu drogą spawania albo lutowania.

Niniejszy wynalazek zapewnia konstrukcję palców chlorowo-alkalicznych elektrolizerów przeponowych o wysokiej przewodności i nadających się do zapewnienia znacznej jednorodności rozdziału prądu elektrycznego na całej powierzchni palców.

Konstrukcja palców katodowych według niniejszego wynalazku charakteryzuje się konieczną sztywnością w celu zapobieżenia zgięciom, które mogą powodować ścieranie się o anody wymienionych chlorowo-alkalicznych elektrolizerów przeponowych i ewentualnie uszkadzać przeponę nałożoną na wymienione palce.

Konstrukcja palców katodowych według niniejszego wynalazku umożliwia swobodne unoszenie się do góry pęcherzyków wodoru i swobodny przepływ wodoru, oddzielonego wzdłuż górnej tworzącej palców, w kierunku wzdłużnym do obwodowej komory elektrolizerów.

Palec katodowy według niniejszego wynalazku ułatwia wewnętrzną naturalną recyrkulację sody kaustycznej, powodowaną przez unoszenie się do góry pęcherzyków wodoru, zapewniając w ten sposób w zasadzie jednorodne stężenie wewnątrz palca.

W korzystnym rozwiązaniu nowa konstrukcja palców składa się z pustej wewną trz części wyznaczającej wewnętrzną objętość znajdującą się w łączności cieczowej z komorą obwodową, przy czym pusta część zamyka w sobie element wzmacniający rozdział prądu, składający się z arkusza albo wielu arkuszy wyposażonych w występy.

Dla uproszczenia wynalazek będzie opisany w odniesieniu do chlorowo-alkalicznych elektrolizerów przeponowych, przy czym rozumie się jednak, że konstrukcję palca katodowego według niniejPL 206 711 B1 szego wynalazku można stosować do wszystkich elektrolizerów przeponowych wyposażonych w palce. Konstrukcja według wynalazku umożliwia jednocześnie osiągnięcie:

a) jednorodnego rozdziału prądu elektrycznego na całej powierzchni palców, a zatem osadzonej na nich przepony,

b) odpowiedniej sztywności, tak aby zapobiegać zgięciom, które mogą powodować tarcie pomiędzy palcami i anodami, które w wymienionych elektrolizerach są wprowadzone pomiędzy palce, z możliwym uszkodzeniem przepony na skutek ś cierania,

c) swobodnego ruchu wznoszącego pęcherzyków wodoru wytwarzanych na powierzchni siatki albo perforowanego arkusza wykonanego z przewodzącego materiału tworzącego palce z równie swobodnym wzdłużnym przepływem wodoru w kierunku obwodowej komory wymienionych elektrolizerów,

d) optymalnej recyrkulacji wewnątrz palców sody kaustycznej utworzonej jednocześnie z wodorem na powierzchni wymienionych siatek albo perforowanych arkuszy z wynikającą stąd homogenizacją stężenia nawet w przypadku miejscowej niejednorodności porowatości przepony i anomalii rozdziału prądu elektrycznego.

Ten zestaw zalet osiąga się według szczególnie korzystnego rozwiązania wynalazku stosując co najmniej jeden arkusz wzmacniający rozdział prądu, wprowadzony wzdłużnie wewnątrz każdego palca, przy czym ten arkusz jest wyposażony po obydwóch stronach w występy.

Jak pokazano na fig. 1 i 2, na których przedstawiono odpowiednio część arkusza 1 palca katodowego według wynalazku i dwa przekroje poprzeczne, występy są rozmieszczone korzystnie według wzoru kwinkunksa i są podobne do sferycznych kołpaków otrzymanych drogą plastycznego odkształcenia początkowego płaskiego arkusza 1. Występy 2 wystające w kierunku obserwatora są przedstawione linią ciągłą, natomiast występy 3 wystające w kierunku przeciwnym są pokazane linią przerywaną. Na fig. 2 przedstawiono dwa przekroje z fig. 1 wzdłuż linii X-X i Y-Y. W obydwu przypadkach grubość arkusza w przekroju identyfikuje się drogą kreskowania.

Chociaż wykonanie występów drogą obróbki plastycznej, na przykład odkształcenia arkusza z zastosowaniem odpowiedniego narzędzia w odpowiedniej prasie jest szczególnie korzystnym procesem wytwarzania, to można stosować także sposoby wytwarzania oparte na spawaniu albo lutowaniu występów, otrzymanych oddzielnie, na płaskim arkuszu, i rozumie się, że tak otrzymane konstrukcje są objęte zakresem niniejszego wynalazku. Przy tym jednak jest oczywiste dla specjalistów w tej dziedzinie, że te sposoby wymagają zaangażowania pracy, co powoduje, że stają się one samoistnie powolne i zdecydowanie bardziej kosztowne niż sposób obróbki plastycznej.

Chociaż na fig. 1 i 2 występy są równoważne sferycznym kołpakom, to możliwe są także różne inne kształty, na przykład kołpaki eliptyczne, jak pokazano na fig. 3, albo sekcje pryzmatyczne, jak pokazano na fig. 4. Na tych figurach występy wystające w kierunku obserwatora (odpowiednio 4 i 6) są ponownie pokazane liniami ciągłymi, natomiast wystające w kierunkach przeciwnych (odpowiednio 5 i 7) są zidentyfikowane liniami przerywanymi. Pod uwagę mogą być brane także i inne kształty, nawet wtedy, gdy korzystne są kształty umożliwiające wytwarzanie drogą obróbki plastycznej początkowych płaskich arkuszy, ponieważ proces ten można łatwo zautomatyzować ze znacznie mniejszym nakładem robocizny.

Szczególnie korzystnym aspektem niniejszego wynalazku jest układ występów według wzoru kwinkunksa lub podobnego, w którym nie ma całkowicie płaskich pionowych części arkusza. Jak widać jasno na fig. 1, każda pionowa sekcja arkusza wpływa przynajmniej na część niektórych występów, które zatem skutecznie współdziałają zapewniając wysoką sztywność, określoną jako skłonność arkusza do przeciwdziałania zginaniu poprzecznemu. Ten aspekt jest punktem krytycznym przy unikaniu wygięcia w czasie montażu korpusu katody wyposażonego w palce z podstawą przewodzącą wyposażoną w anody, które muszą być umieszczone pomiędzy palcami, albo nawet w czasie działania, gdzie mogą wystąpić różne rozszerzalności termiczne albo zaburzenia roztworu soli spowodowane przez wznoszenie się pęcherzyków gazowego chloru. Mając na uwadze, że palce współliniowe z przeponą i anodami, po wprowadzeniu znajdują się w bezpośredniej styczności ze sobą albo w każdym razie w odstępie kilku milimetrów, to jakiekolwiek przegięcie palców może łatwo powodować tarcie o anody, powodując uszkodzenia przepony ze skutkami w postaci przerwania pracy.

W porównaniu z układem kwinkunksa z fig. 1 na fig. 5 przedstawiono inny arkusz wyposażony w sferyczne, kołpakokształtne występy według mniej korzystnej postaci wynalazku, z pewnym odstępem pomiędzy środkami i promieniami zginania na grzbietach łuku i podniebieniach łuku, jak w poprzednim przypadku, lecz rozmieszczone według wzoru siatki kwadratowej. Różne elementy są identyfikowane tymi samymi odnośnikami liczbowymi, jakie zastosowano na fig. 1. W przypadku przedsta6

PL 206 711 B1 wionym właśnie teraz uzyskana sztywność wyrażona w kategoriach wytrzymałości na zginanie jest dostrzegalnie niższa niż w arkuszu z fig. 1.

Na fig. 6 przedstawiono w częściowo wyciętym widoku z boku część zespołu zgodnego z wynalazkiem składającego się z palca wykonanego z siatki z przeplecionych drutów, stanowiącej powierzchnię przewodzącą 8, z umieszczonym wewnątrz arkuszem 1, wyposażonym w występy 2 i 3 w kształcie sferycznych kołpaków rozmieszczonych we wzór kwinkunksa z fig. 1 i otrzymanych drogą odkształcenia plastycznego, na przykład przez prasowanie. Jest także możliwe, aby każdy palec według wynalazku był wyposażony także w dwa nałożone na siebie arkusze. Przepona jest oznaczona wskaźnikiem liczbowym 10.

Co się tyczy fig. 6, to można natychmiast zauważyć, że powierzchnie palca składającego się z siatki z poprzeplatanych drutów są przytwierdzone do wierzchołków 9 każdego występu, korzystnie drogą spawania. Ponieważ układ występów powtarza się, to proces spawania można łatwo zautomatyzować ze znaczną oszczędnością czasu, robocizny i kosztów produkcji. Przymocowanie powierzchni każdego palca na wierzchołkach 9 występów stwarza wiele równoważnych ścieżek omowych, które są konieczne, aby prąd elektryczny przewodzony przez arkusz 1 był rozdzielony jednorodnie i w określony sposób do powierzchni siatki z poprzeplatanych drutów każdego palca. Co więcej, umocowanie na wierzchołkach 9 występów zapewnia optymalne podparcie i sztywność zespołowi palec - sprasowany arkusz 1. Jako, że spawanie siatek z poprzeplatanych drutów albo perforowanych arkuszy nadaje zespołowi większą sztywność niż w przypadku samego arkusza, to jest także możliwe stosowanie sprasowanych arkuszy wyposażonych w występy, w których są obecne całkowicie płaskie pionowe sekcje, jak przedstawiono schematycznie na fig. 5, pomimo tego, że ten rodzaj arkusza, charakteryzujący się niższą sztywnością, jak omówiono poprzednio, nie stanowi korzystnej postaci wykonania niniejszego wynalazku. W dalszej postaci wykonania arkusz wyposażony w występy po obydwóch stronach można zastąpić parą wzajemnie stykających się arkuszy, z których każdy jest wyposażony w występy na powierzchni przeciwnej względem powierzchni styku.

Jak przedstawiono schematycznie na fig. 7 strzałkami w części palca - zespół siatka-sprasowany arkusz zgodny z wynalazkiem, zastosowanie arkusza z występami pociąga za sobą swobodne wznoszenie się pęcherzyków wodoru 11 wytwarzanego w czasie działania wewnątrz każdego palca. Skutkiem tego wodór gromadzący się wzdłuż górnej tworzącej 12 palca może swobodnie płynąć w kierunku obwodowej komory przewidzianej w chlorowo-alkalicznych elektrolizerach przeponowych do odprowadzania z niej w kierunku ogólnego przewodu rozgałęźnego przez dyszę usytuowaną na wierzchu obwodowej komory.

Arkusz wyposażony w występy 2, 3 według wynalazku dzieli wewnętrzną objętość każdego palca na dwie części 13a, 13b i jego grubość stanowi praktycznie prawie połowę grubości palca, w którym jest zainstalowany arkusz. Objętość każdej części 13a, 13b jest tylko częściowo zajęta przez występy 2, 3 arkusza, a zatem unoszenie się pęcherzyków wodoru może łatwo wywoływać skuteczną naturalną recyrkulację w nim sody kaustycznej. Ta recyrkulacja, wskazana strzałkami na fig. 8, która przedstawia schematycznie w widoku poprzecznym zespół palec-siatka zgodny z wynalazkiem, jest szczególnie użyteczna w tym sensie, że umożliwia utrzymywanie w zasadzie jedno-rodnego stężenia sody kaustycznej wewnątrz każdego palca w czasie elektrolizy, nawet w przypadku niejednorodnej porowatości przepon i anomalnego miejscowego rozdziału prądu elektrycznego. Rzeczywiście w tym przypadku, przy braku skutecznej recyrkulacji, wystąpiłby miejscowy wzrost stężenia sody kaustycznej z ujemnym wpływem na sprawność faradajowską procesu, a w konsekwencji wzrost zawartości tlenu w chlorze. Jak jest to znane specjalistom w tej dziedzinie, szereg użytkowników chloru, na przykład w instalacjach do produkcji dwuchloroetanu i innych chloro-pochodnych, wymaga zawartości tlenu w chlorze nieprzekraczającej specyficznych krytycznych granic, powyżej których staje się konieczne oczyszczanie chloru drogą skraplania, a następnie ponownego odparowywania. Stąd wszystkie te urządzenia, takie jak konstrukcja palców według niniejszego wynalazku, które po zainstalowaniu w elektrolizerach zapewniają wysoki poziom jakości wyprodukowanego chloru, stanowią oczywistą zaletę.

Chociaż nie jest to bezwzględnie konieczne, to można wykonywać otwory, niepokazane na figurach w odniesieniu do resztkowych płaskich obszarów arkuszy wyposażonych w występy według niniejszego wynalazku, przy czym te otwory są skierowane w taki sposób, aby ułatwiać mieszanie sody kaustycznej znajdującej się w dwóch częściach objętości utworzonej przez arkusz wewnątrz każdego palca według niniejszego wynalazku.

PL 206 711 B1

P r z y k ł a d

W celu umoż liwienia porównawczej oceny prawdziwości tego co ujawniono w niniejszym wynalazku, zmodyfikowano dwa elektrolizery z linii przeponowych elektrolizerów chlorowo-alkalicznej instalacji przemysłowej (elektrolizerni) zasilanej prądem 100 kA. Elektrolizery przedmiotowej linii wyposażono w korpus katody składający się z palców składających się z kolei z siatki z poprzeplatanych drutów ze stali węglowej zamykającej arkusz o grubości 6 mm, pofałdowany wzdłużnie, jak przedstawiono w amerykańskim opisie patentowym nr US 4138295 i międzynarodowym zgłoszeniu patentowym nr WO 00/06798. Dwa z tych elektrolizerów, których korpus katody po kilku latach pracy wykazywał już zużytą ściernie siatkę palców, poddawano koniecznym procedurom wymiany w miejscu pracy z odtworzeniem palców za pomocą tego samego rodzaju poprzednio stosowanej siatki z poprzeplatanych drutów, lecz z modyfikacją wewnętrznego arkusza, który zastąpiono w jednym z dwóch elektrolizerów, nazywany dalej elektrolizerem A, parą arkuszy wyposażonych w występy zgodnie z niniejszym wynalazkiem, a w drugim elektrolizerze, nazywanym dalej elektrolizerem B, paskami perforowanego arkusza znanego z amerykańskiego opisu patentowego nr US 3988220. Arkusze zgodne z wynalazkiem miały zwłaszcza grubość 6 mm i były wyposażone w występy podobne do sferycznych kołpaków rozmieszczonych zgodnie ze wzorem kwinkunksa z fig. 1, z odstępem pomiędzy środkami dwóch przyległych występów równoważnym 57,7 milimetra i każdym występem charakteryzującym się promieniami grzbietu łuku i podniebienia łuku równoważnymi odpowiednio 20 i 14 milimetrom. Wskazane wymiary wybrano zgodnie z korzystną postacią wykonania. Na ogół korzystne są arkusze o grubości od 5 do 7 milimetrów, natomiast ustalono, że optymalny odstęp pomiędzy występami wynosi od 50 do 65 milimetrów, z promieniami grzbietu łuku i podniebienia łuku wynoszącymi odpowiednio od 17 i 22 i od 12 i 16 milimetrów.

Paski perforowanego arkusza palców elektrolizera B, które mają grubość 6 mm umieszczono w każdym palcu w takiej liczbie, aby otrzymać sekcję do przepuszczania prądu elektrycznego podobną do sekcji pary arkuszy zgodnie z wynalazkiem zainstalowanej w każdym palcu elektrolizera A. Otwory wykonane w każdym pasku w trzech rzędach miały średnicę 8 milimetrów.

Na pozostałych częściach elektrolizerów A i B nie wprowadzano żadnych dodatkowych zmian z wyją tkiem oczywistego zainstalowania nowego zestawu uszczelnień pomię dzy korpusem katody podstawą anody, korpusem katody - dyszą, dyszami - rurami i nową przeponą.

Po kilku tygodniach działania uważanego za konieczne do stabilizacji różnych składników, a zwł aszcza przepon, okreś lano napię cie elektrolizerów, faradajowska sprawno ść wytwarzania sody kaustycznej i zawartość tlenu w otrzymanym chlorze z następującymi wynikami:

- niemodyfikowane elektrolizery instalacji: napięcie 3,6 wolta, sprawność faradajowska 93%, zawartość tlenu w chlorze 3%,

- elektrolizer A zgodny z niniejszym wynalazkiem: napię cie 3,5 wolta, sprawność faradajowska 95%, zawartość tlenu w chlorze 2,3%,

- elektrolizer B wedł ug amerykań skiego opisu patentowego nr US 3988220: napię cie 3,55 wolta, sprawność faradajowska 94%, zawartość tlenu w chlorze 2,7%.

Powyższy opis nie ma na celu ograniczenia wynalazku, który można realizować według różnych postaci wykonania bez odchodzenia od jego zakresu.

W opisie i zastrzeżeniach niniejszego zgłoszenia słowo zawierać i jego odmiany, takie jak zawierający i zawiera nie wykluczają obecności innych dodatkowych elementów albo składników.

Claims (16)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Konstrukcja palca katodowego do elektrolizera przeponowego, zawierająca pusty wewnątrz korpus wyznaczający wewnętrzną objętość pozostającą w łączności cieczowej z komorą obwodową i ograniczony powierzchnią przewodzą c ą wyposaż oną w otwory, powleczoną chemicznie oboję tną porowatą przeponą (10), przy czym pusty wewnątrz korpus mieści w sobie wewnętrzny element wzmacniający i rozdzielający prąd elektryczny, utworzony przez co najmniej jeden arkusz (1) wyposażony w występy (2, 3), znamienna tym, że występy (2, 3), są ukształtowane w postaci sferycznych kołpaków albo eliptycznych kołpaków albo kołpaków z pryzmatycznymi sekcjami.
2. 2. Konstrukcja palca katodowego według zastrz. 1, znamienna tym, że powierzchnia przewodząca (8) wyposażona w otwory jest siatką z poprzeplatanych drutów albo perforowanym arkuszem.

   PL 206 711 B1
3. 3. Konstrukcja palca katodowego według zastrz. 1, znamienna tym, że co najmniej jeden arkusz (1) jest pojedynczym arkuszem wyposażonym na swoich obydwóch głównych powierzchniach w występy (2, 3).
4. 4. Konstrukcja palca katodowego według zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienna tym, że arkusz (1) wyposażony w występy (2, 3) jest przytwierdzony do powierzchni przewodzącej (8) za pomocą elektrycznie przewodzącego połączenia.
5. 5. Konstrukcja palca katodowego według zastrz. 4, znamienna tym, że połączenie przewodzące jest usytuowane na wierzchołkach (9) przynajmniej części występów (2, 3).
6. 6. Konstrukcja palca katodowego według zastrz. 4, znamienna tym, że połączenie przewodzące stanowi wiele na ogół równoważnych ścieżek omowych do jednorodnego rozdziału prądu elektrycznego.
7. 7. Konstrukcja palca katodowego według zastrz. 1 albo 2 albo 3 albo 5 albo 6, znamienna tym, że występy (2, 3) są rozmieszczone według wzoru kwadratowej siatki.
8. 8. Konstrukcja palca katodowego według zastrz. 1 albo 2 albo 3 albo 5 albo 6, znamienna tym, że występy (2, 3) są rozmieszczone według wzoru kwinkunksa.
9. 9. Konstrukcja palca katodowego według zastrz. 1 albo 2 albo 3 albo 5 albo 6, znamienna tym, że każda pionowa sekcja co najmniej jednego arkusza (1) zawiera część co najmniej jednego z występów (2, 3).
10. 10. Konstrukcja palca katodowego według zastrz. 1 albo 2 albo 3 albo 5 albo 6, znamienna tym, że odstęp pomiędzy środkami dwóch przyległych występów (2, 3) wynosi od 50 do 65 milimetrów, a promienie grzbietu łuku i podniebienia łuku występów (2, 3) wynoszą odpowiednio od 17 do 22 milimetrów i od 12 do 16 milimetrów.
11. 11. Konstrukcja palca katodowego według jednego z poprzedzających zastrz. 1 albo 2 albo 3 albo 5 albo 6, znamienna tym, że grubość arkusza (1) wynosi od 5 do 7 milimetrów.
12. 12. Konstrukcja palca katodowego według jednego z poprzedzających zastrz. 1 albo 2 albo 3 albo 5 albo 6, znamienna tym, że wewnętrzna objętość wyznaczona przez pusty wewnątrz korpus (13) jest podzielona co najmniej jednym arkuszem (1) na dwie części (13a, 13b) znajdujące się w łączności cieczowej z obwodową komorą, przy czym części (13a, 13b) są tylko częściowo zajęte przez występy (2, 3) i są dostępne dla naturalnej, wewnętrznej recyrkulacji elektrolitów.
13. 13. Konstrukcja palca katodowego według zastrz. 1 albo 2 albo 3 albo 5 albo 6, znamienna tym, że co najmniej jeden arkusz (1) wyposażony w występy (2, 3) jest ponadto zaopatrzony w pozostałych płaskich obszarach w otwory.
14. 14. Konstrukcja palca katodowego według zastrz. 1 albo 2 albo 3 albo 5 albo 6, znamienna tym, że występy (2, 3) otrzymuje się drogą plastycznego odkształcenia co najmniej jednego arkusza (1).
15. 15. Konstrukcja palca katodowego według zastrz. 1 albo 2 albo 3 albo 5 albo 6, znamienna tym, że występy (2, 3) są niezależnymi elementami przytwierdzonymi na co najmniej jednym arkuszu (1).
16. 16. Konstrukcja palca katodowego według zastrz. 15, znamienna tym, że występy (2, 3) są przytwierdzone na co najmniej jednym arkuszu (1) drogą spawania albo lutowania.

    PL 206 711 B1