RU2507313C2 - Электролизер для получения водорода и озон-кислородной смеси - Google Patents

Электролизер для получения водорода и озон-кислородной смеси Download PDF

Info

Publication number
RU2507313C2
RU2507313C2 RU2012116548/05A RU2012116548A RU2507313C2 RU 2507313 C2 RU2507313 C2 RU 2507313C2 RU 2012116548/05 A RU2012116548/05 A RU 2012116548/05A RU 2012116548 A RU2012116548 A RU 2012116548A RU 2507313 C2 RU2507313 C2 RU 2507313C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
electrolyte
cathode
anode
nickel
ozone
Prior art date
Application number
RU2012116548/05A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2012116548A (ru
Inventor
Владислав Борисович Божевольнов
Максим Александрович Зарезов
Антон Викторович Мантузов
Александр Ананьевич Полицын
Валерий Михайлович Рыков
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью научно-производственное предприятие "Солвэй"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью научно-производственное предприятие "Солвэй" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью научно-производственное предприятие "Солвэй"
Priority to RU2012116548/05A priority Critical patent/RU2507313C2/ru
Publication of RU2012116548A publication Critical patent/RU2012116548A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2507313C2 publication Critical patent/RU2507313C2/ru

Links

Images

Landscapes

  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
  • Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)

Abstract

Изобретение относится к технологии электрохимических производств, в частности к конструкции электролизеров для получения водорода и озон-кислородной смеси, и может найти применение для нужд энергетики (охлаждение водородных генераторов на ТЭЦ, ГРЭС и АЭС), электроники (очистка поверхности полупроводниковых пластин). Электролизер для получения водорода и озон-кислородной смеси содержит анод и катод цилиндрической формы, расположенные коаксиально и скрепленные сверху и снизу фторопластовыми деталями, обеспечивающими подачу электролита и отвод электролита и газа, при этом корпусом служит катод, а анод расположен внутри катода. Анод выполнен в виде электропроводящей никелевой трубы со стеклоуглеродным покрытием, катод изготовлен из нержавеющей стали с никелевым покрытием или никеля, в качестве охлаждающей жидкости используют электролит, при этом электролизер связан с насосом, рефрижератором, емкостью с рабочим электролитом, дозирующим насосом, емкостью с концентратом электролита и деионизированной водой, а также с блоком анализа качества электролита.
Технический результат - упрощение конструкции электролизера, увеличение удельной производительности, снижение материалоемкости, обеспечение надежности, простоты монтажа и эксплуатации. 2 ил.

Description

Изобретение относится к технологии электрохимических производств, в частности к конструкции электролизеров для получения водорода и озон-кислородной смеси, и может найти широкое применение для нужд энергетики (охлаждение водородных генераторов на ТЭЦ, ГРЭС и АЭС), электроники (очистки поверхности полупроводниковых пластин и удаления фоторезиста) и других отраслей (металлургия, нефтехимия, стекольная и пищевая промышленности, а также медицина).
Известен [1. Foller Peter С. / Patent US №4541989] электролизер, содержащий корпус, в который помещены несколько анодных и катодных камер и электролит, раствор борфтористоводородной кислоты. Анодная камера - охлаждаемый изнутри анод цилиндрической формы, расположенный внутри цилиндрической катодной камеры. Во внутреннюю часть катодной камеры подается воздух отдельно от электролита. Преимущество использования катода с воздушной деполяризацией заключается в понижении напряжения на электролизере (и, следовательно, понижении расхода электроэнергии, а также в элиминировании выделения взрывоопасного водорода). Кроме того, образующаяся вода устраняет необходимость периодической допитки водой анолита. Катоды с воздушной деполяризацией для работы при температуре окружающей среды модифицированы, используя максимально высокое содержание платины в катализаторе. Основа катода должна быть металлической для хорошей проводимости и инертной к коррозии в электролите. Материал катода - благородным металл. В качестве анодного материала используются: платина, β - диоксид свинца
В данной конструкции электролизера сведены к минимуму возможности утечки электролита, не требуется механического перемешивания электролита, так как циркуляция обеспечивается естественной конвекцией, охлаждающая вода используется для увлажнения питающего воздуха, что позволяет подавить испарение электролита.
Существенные недостатки данной конструкции электролизера - сложность конструкции, высокая стоимость изготовления конструкционных материалов, токсичность используемых растворов борфтористоводородной кислоты.
Известен [2. Патент РФ 2091506, МПК7 C25B 1/13, C01B 13/10] электролизер, содержащий из ПВХ или фторопласта, прижимную крышку со штуцерами, электроды в виде усеченных полых конусов из стелоуглерода, кольцевую перегородку с жестко закрепленной в ней диафрагмой, дополнительные перегородки с центральными отверстиями и отверстиями по периметру, каплеулавливателями, токоподводы из медных пластин. Анод и катод в виде усеченных полых конусов размещены горизонтально меньшими основаниями друг к другу. При этом меньшие основания электродов устанавливаются в центральных отверстиях дополнительной перегородки. Функция дополнительных перегородок, как полагают авторы изобретения, заключается в надежном изолировании боковой поверхности электродов от протекания электролиза из-за очень малой плотности тока на этой поверхности. Подаваемый ток реализуется в межэлектродном зазоре, увеличивая плотность тока до 1,6-1,8 А/см2 на рабочей поверхности, а это в свою очередь приводит к образованию озона высокой концентрации до 42 мас.% при температуре 15°C. Наличие по периметру наружной окружности дополнительных перегородок диаметром 4-6 мм, по мнению авторов, служит для подвода электролита к поверхности электрода и отвода газообразных продуктов.
Недостатками конструкции электролизера являются сложность конструкции, высокая материалоемкость, высокие эксплуатационные и технологические характеристики.
1. Не обоснована форма анода и катода в виде усеченных полых конусов.
2. Работающей поверхностью являются только основания усеченных конусов, что приводит к значительным непроизводительным закладкам дорогостоящего стеклоуглерода и значительному расходу реагентов и охлаждающей электроды воды.
3. Неудовлетворительны технико-технологические характеристики электролизера. Реализуемые высокие плотности тока 1,6-1,8 А/см2 приводят к росту скорости растворения стеклоуглерода и повышению напряжения на электролизере. Таким образом, конструкция имеет низкий ресурс работы и значительный расход электроэнергии.
4. Нерационально применение в конструкции дополнительных фторопластовых перегородок, «экранирующих» боковые поверхности электродов, предопределяющих неравномерное токораспределение по поверхности и обуславливающих хаотичное образование крупных газовых пузырей, которые могут частично изолировать электрод от электролита, нарушая процесс электролиза.
В качестве прототипа принимаем электролизер [3. Патент РФ №2285061, МПК7 C25B 1/13], содержащий генератор озона, состоящий из монополярных анода и катода цилиндрической формы, расположенных коаксиально и скрепленных сверху и снизу кольцевыми фторопластовыми деталями, обеспечивающими подачу и отвод газа, при этом корпусом служит катод, а анод расположен внутри катода. Материал анода и катода - стеклоуглерод. Токоподвод к катоду выполнен в виде полой камеры, являющейся одновременно рубашкой для охлаждающей катод воды. Конструкция дополнительно содержит абсорбционную колонну, обеспечивающую очистку озон-кислородной смеси от паров и капель электролита.
Существенными недостатками конструкции прототипа являются:
- использование в качестве материала анода и катода хрупкого и трудно обрабатываемого стеклоуглерода;
- для определения параметров электролита требуется остановка работы электролизера и слив электролита.
Техническая задача изобретения - упрощение конструкции электролизера, увеличение удельной производительности, снижение материалоемкости, обеспечение надежности, простоты монтажа и эксплуатации.
Технический результат изобретения состоит в том, что разработанная конструкция обеспечивает новые отличительные признаки, определенные формулой изобретения. Электролизер для получения водорода и озон-кислородной смеси, содержащий анод и катод цилиндрической формы, расположенные коаксиально и скрепленные сверху и снизу фторопластовыми деталями, обеспечивающими подачу электролита и отвод электролита и газа, при этом корпусом служит катод, а анод расположен внутри катода, отличающийся тем, что анод выполнен в виде электропроводящей никелевой трубы со стеклоуглеродным покрытием, катод изготовлен из нержавеющей стали с никелевым покрытием или никеля, в качестве охлаждающей жидкости используют электролит, при этом электролизер связан с насосом, рефрижератором, емкостью с рабочим электролитом, дозирующим насосом, емкостью с концентратом электролита и деионизированной водой, а также с блоком анализа качества электролита.
Предлагаемая конструкция электролизера изображена на фиг.1 и 2. На фиг.1 дана блок схема обеспечения работы электролизера, где 1 - электролизер, 2 - насос, 3 - блок анализа качества электролита, 4 - рефрижератор, 5 - емкость с рабочим электролитом, 6 - дозирующий насос, 7 - емкость с концентратом электролита, деионизированной водой. На фиг.2 представлен разрез электролизера разработанной конструкции. Электролизер состоит из монополярных электродов (катод - 15, анод - 13), механически скрепленных сверху и снизу с помощью фторопластовых деталей 17. Монополярные электроды (анод 13 и катод 15) представляют собой полые цилиндры. Материал катода - нержавеющая сталь с никелевым покрытием, никель или нержавеющая сталь. Материал анода - электропроводящая никелевая труба со стеклоуглеродным покрытием. Монополярные электроды устанавливаются вертикально: анод расположен внутри катода на расстоянии не более 10 мм, т.к. коаксиальное расположение электродов обеспечивает работу всей поверхности электрода и равномерное распределение плотности тока по поверхности, что снижает напряжение на электролизере. Монополярные электроды (анод и катод) разделяются между собой фильтрующей или ионообменной мембраной, закрепленной на фторопластовом каркасе 14, перфорированном прорезями.
Технологическая обвязка монополярных электродов состоит из фторопластовых деталей 17, имеющих верхние штуцера через которые подводится электролит и отводятся электролит и газы. Штуцера: 8 - подача электролита в электролизер, 9 - выход электролита, 10 - выход озон-кислородной смеси (О32), 11 - выход водорода, 12 - выход электролита после окончания работы электролизера (при работе электролизера закрыт). Переход электролита в анодную камеру 19 осуществляется через клапаны 20 и 21, а в катодную камеру 18 через клапаны 22 и 23. Выход электролита после окончания работы электролизера для очистки устройства осуществляется клапанами (20, 21, 22, 23, 24, 25) через штуцер - 12. Для удаления газов при заполнении электролизера электролитом предусмотрен клапан Маевского - 16. Отличительным признаком предлагаемой конструкции является применение в качестве материала анода электропроводящей никелевой трубы со стеклоуглеродным покрытием, что повышает надежность и прочностные свойства анода, а также удобство в изготовлении и эксплуатации.
В заявляемой конструкции, в отличие от прототипа, по-новому решена проблема системы охлаждения электролизера. В качестве охлаждающей жидкости используется сам электролит.Такое решение системы охлаждения позволяет равномерно охлаждать анод и катод по всему объему и тем самым уменьшить напряжение на электролизере и повысить эффективность работы установки.
В предлагаемой конструкции электролизера осуществляется постоянная замена и движение электролита с установленной скоростью в направлении выхода водорода и озон-кислородной смеси. Постоянная замена электролита с установленной скоростью позволяет контролировать и поддерживать (качественные) параметры электролита: плотность, окислительно-восстановительный потенциал (Redox) и рабочую температуру электролита. Восстановление плотности и окислительно-восстановительного потенциала электролита достигается путем дозированного добавления аммония фтористого кислого или деионизированной воды, а охлаждении электролита до рабочей температуры (до +10°C) осуществляется за счет прохождения электролита через рефрижератор - 4, как показано на фиг.1.
Кроме того, принудительное движение электролита в направлении выхода производимых газов приводит к уменьшению времени их нахождения в ионизированной деструктивной среде (электролите) и, следовательно, повышает выход водорода и озон-кислородной смеси.
Описанная конструкция электролизера опробована в условиях промышленного производства для получения озона (для очистки полупроводниковых пластин) и водорода.

Claims (1)

  1. Электролизер для получения водорода и озон-кислородной смеси, содержащий анод и катод цилиндрической формы, расположенные коаксиально и скрепленные сверху и снизу фторопластовыми деталями, обеспечивающими подачу электролита и отвод электролита и газа, при этом корпусом служит катод, а анод расположен внутри катода, отличающийся тем, что анод выполнен в виде электропроводящей никелевой трубы со стеклоуглеродным покрытием, катод изготовлен из нержавеющей стали с никелевым покрытием или никеля, в качестве охлаждающей жидкости используют электролит, при этом электролизер связан с насосом, рефрижератором, емкостью с рабочим электролитом, дозирующим насосом, емкостью с концентратом электролита и деионизированной водой, а также с блоком анализа качества электролита.
RU2012116548/05A 2012-04-25 2012-04-25 Электролизер для получения водорода и озон-кислородной смеси RU2507313C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012116548/05A RU2507313C2 (ru) 2012-04-25 2012-04-25 Электролизер для получения водорода и озон-кислородной смеси

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012116548/05A RU2507313C2 (ru) 2012-04-25 2012-04-25 Электролизер для получения водорода и озон-кислородной смеси

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012116548A RU2012116548A (ru) 2013-10-27
RU2507313C2 true RU2507313C2 (ru) 2014-02-20

Family

ID=49446427

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012116548/05A RU2507313C2 (ru) 2012-04-25 2012-04-25 Электролизер для получения водорода и озон-кислородной смеси

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2507313C2 (ru)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU380106A1 (ru) * 1970-11-24 1974-03-15
US4541989A (en) * 1983-01-27 1985-09-17 Oxytech, Inc. Process and device for the generation of ozone via the anodic oxidation of water
SU1321771A1 (ru) * 1985-06-10 1987-07-07 Новочеркасский Политехнический Институт Им.Серго Орджоникидзе Способ электролитического получени озона
RU2091506C1 (ru) * 1993-07-05 1997-09-27 Новочеркасский государственный технический университет Электролизер для получения озона
RU2285061C2 (ru) * 2004-12-17 2006-10-10 ФГУП "Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я. Карпова" Электролизер для получения озона

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU380106A1 (ru) * 1970-11-24 1974-03-15
US4541989A (en) * 1983-01-27 1985-09-17 Oxytech, Inc. Process and device for the generation of ozone via the anodic oxidation of water
SU1321771A1 (ru) * 1985-06-10 1987-07-07 Новочеркасский Политехнический Институт Им.Серго Орджоникидзе Способ электролитического получени озона
RU2091506C1 (ru) * 1993-07-05 1997-09-27 Новочеркасский государственный технический университет Электролизер для получения озона
RU2285061C2 (ru) * 2004-12-17 2006-10-10 ФГУП "Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я. Карпова" Электролизер для получения озона

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012116548A (ru) 2013-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4074322B2 (ja) 電気分解を利用した燃焼ガス発生装置及び車載用燃焼ガス発生装置
US3984303A (en) Membrane electrolytic cell with concentric electrodes
CN101962215B (zh) 一种等离子体电解催化方法及装置
EP1537257A2 (en) Electrolysis process and apparatus
CN105002517A (zh) 一种臭氧生成电极及其阳极的生产工艺和臭氧产生器
JP2014517148A (ja) 水素ガス発生器
EP3921458A1 (en) Electrolyzer for hydrogen and oxygen production
US8157980B2 (en) Multi-cell dual voltage electrolysis apparatus and method of using same
CN101759154B (zh) 一种等离子体合成过氧化氢的装置和方法
CN112281184B (zh) 一种电化学产生过氧化氢的装置及其方法
RU2507313C2 (ru) Электролизер для получения водорода и озон-кислородной смеси
RU2501890C1 (ru) Электролизер для получения водорода и кислорода из воды
KR102400469B1 (ko) 전해셀 및 전해셀용 전극판
KR101028804B1 (ko) 브라운 가스 제조 장치 및 브라운 가스 제조 방법
CN201809447U (zh) 一种从氰化贵液中电解金的柱状膜电解槽
JPS58756B2 (ja) 電解槽
RU2516150C2 (ru) Установка для получения продуктов анодного окисления растворов хлоридов щелочных или щелочноземельных металлов
CN104532287A (zh) 一种电化学氟化电解槽
KR100439946B1 (ko) 붕소가 도핑된 전도성 다이아몬드 전극을 이용한 오존발생장치
KR101667110B1 (ko) 전기 화학 단위 셀
RU2285061C2 (ru) Электролизер для получения озона
RU117441U1 (ru) Плазменный электролизер
RU2614450C1 (ru) Электрохимическая модульная ячейка для обработки растворов электролитов
CN102510596A (zh) 一种液下电弧流发生装置
JP2009228041A (ja) 電解装置および電解方法

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170426

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20180503