RU2605751C1 - Электролизёр - Google Patents

Электролизёр Download PDF

Info

Publication number
RU2605751C1
RU2605751C1 RU2015157101/04A RU2015157101A RU2605751C1 RU 2605751 C1 RU2605751 C1 RU 2605751C1 RU 2015157101/04 A RU2015157101/04 A RU 2015157101/04A RU 2015157101 A RU2015157101 A RU 2015157101A RU 2605751 C1 RU2605751 C1 RU 2605751C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
anode
cathode
titanium
diaphragm
electrolyzer according
Prior art date
Application number
RU2015157101/04A
Other languages
English (en)
Inventor
Алексей Михайлович Абрамов
Юрий Борисович Соболь
Жанетта Николаевна Галиева
Александр Вячеславович Солодовников
Андрей Анатольевич Семенов
Владимир Олегович Геря
Александр Владимирович Ермаков
Михаил Степанович Игумнов
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Лаборатория Инновационных Технологий"
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 "Лаборатория Инновационных Технологий" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Лаборатория Инновационных Технологий"
Priority to RU2015157101/04A priority Critical patent/RU2605751C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2605751C1 publication Critical patent/RU2605751C1/ru

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/17Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof
    • C25B9/19Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

Изобретение относится к электролизеру, содержащему корпус, в котором установлены титановый катод, выполненный из нескольких перфорированных пластин, вместе образующих круговой цилиндр с вертикальными проемами между смежными пластинами, нерастворимый анод в виде изогнутых пластин, вместе образующих круговой цилиндр, расположенный коаксиально по отношению к титановому катоду, а также пористая керамическая цилиндрическая диафрагма из корунда или стабилизированного диоксида циркония диаметром 350-500 мм, разделяющая катодное и анодное пространства. Предложенное техническое решение направлено на упрощение конструкции электролизера и процессов изготовления его составляющих, повышение надежности работы при проведении электролиза в экстремальных условиях и увеличение производительности единичного аппарата. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относится к устройствам для электрохимических производств, которые могут быть использованы в различных областях прикладной электрохимии: для осуществления промышленных процессов электрохимического синтеза неорганических и органических веществ, получения хлора, гипохлорита натрия, пероксиуксусной кислоты, синтеза арсина и красной кровяной соли, окисления церия, получения окиси пропилена, себациновой кислоты и др.
Широкое распространение при производстве хлора, гидроксида натрия и водорода нашли электролизеры с нерастворимыми анодами из титана с электроактивирующим покрытием и разделением анодного и катодного пространства с помощью диафрагм и ионообменных мембран: Мазанко А.Ф. и др. Промышленный мембранный электролиз, М., Химия, 1989 г, 240 с.
Недостатками таких электролизеров является то, что асбестовые мембраны запрещают применять по экологическим причинам, а ионообменные мембраны имеют достаточно высокое электрическое сопротивление, ограничены по плотности тока, которая может использоваться при их работе. Кроме того, ионообменные мембраны, как правило, изготавливают из полимерных материалов, которые имеют невысокую механическую прочность и термически малоустойчивы.
Известна установка, разработанная для электрохимического окисления церия с использованием платиновой сетки в качестве анода и ионообменной мембраны (Михайличенко А.И. и др. Редкоземельные металлы, М., Металлургия, 1987 г., 233 с.). В данной установке, кроме недостатков, присущих использованию ионообменных мембран, еще применяется в качестве анода дорогостоящая и дефицитная сетка из платины.
Известна электрохимическая модульная ячейка для обработки растворов (патент RU 2350692 С1, 27.03.2009 г.). Данная электрохимическая цилиндрическая ячейка для электрохимического синтеза различных химических веществ содержит внутренний трубчатый анод, внешний цилиндрический катод и расположенную между ними проницаемую трубчатую керамическую диафрагму, разделяющую межэлектродное пространство на анодную и катодную камеры. Катод и анод выполнены из титановых трубок. Диафрагма ячейки выполнена капиллярно-пористой из зерен оксида алюминия, окруженных частицами диоксида циркония, частично стабилизированного оксидами редких или редкоземельных металлов.
Основными недостатками известной электрохимической ячейки является состав керамической диафрагмы и сложность ее изготовления. Имеются трудности при изготовлении однородной по составу и структуре пористой диафрагмы с определенной капиллярной пористостью и электроосмотической активностью. Кроме того, присутствие в составе диафрагмы гамма- и тэта-оксида алюминия, а также оксидов РЗМ может привести к нарушению технологических режимов и разрушению диафрагмы в результате их химического взаимодействия как с сильнощелочным (производство хлора и щелочи), так и сильнокислым электролитом (получение надсерной кислоты, окисления церия).
Наиболее близким к заявляемому изобретению является электрохимическая модульная ячейка для обработки растворов электролита (патент RU 2516226 С2, 20.05.2014). Модульная ячейка содержит цилиндрические основной электрод и противоэлектрод, установленные вертикально, а также керамическую диафрагму, размещенную коаксиально основному электроду и разделяющую межэлектродное пространство на герметичные анодную и катодную камеры. Ячейка содержит один или несколько основных вертикальных электродов и более одного противоэлектрода, при этом основные электроды являются катодами, а противоэлектроды - анодами. Во внутреннем пространстве корпуса ячейки размещены электроды, которые установлены в вершинах и центре одного или нескольких правильных многоугольников, вписанных в плоскость поперечного сечения корпуса. В центре каждого правильного многоугольника установлен катод и диафрагма, а в вершинах многоугольника - аноды.
К недостаткам аналога можно отнести следующие:
1. Очень сложная конструкция ячейки, заключающаяся в большом количестве реакторов и водоохлаждаемых электродов в одном реакторе, требующих сложной системы подвода и отвода электролита и охлаждающей воды и установки дополнительного оборудования, контролирующего потоки электролита, охлаждающей воды и электрические параметры.
2. Использование большого количества анодов и катодов в одном реакторе и наличие нескольких реакторов в одной установке осложняет систему токоподвода от выпрямителя к электродам.
3. Коаксиальное расположение трубчатых анодов относительно катода или катодов, а также очень маленькое межэлектродное расстояние, которое приводит к тому, что внешняя часть трубчатых анодов по отношению к катоду не работает, а это приводит к неравномерному распределению тока по поверхности анода и быстрому разрушению активирующего покрытия при высоких токовых нагрузках.
4. Использование в электрохимической установке диафрагм из кислото-щелоче-стойкой наноструктурированной ультрафильтрационной керамики, производство которой основано на последовательном получении пористой керамической заготовки с нанесением на нее тонкого разделительного слоя. Керамическая пористая основа формируется путем экструзии формовочной массы, в которую введен пластификатор (масло, глицерин, ПВС и т.п.) и выгорающие добавки (опилки, уголь, торф и т.п.). Полученные изделия высушивают и обжигают. В результате образуется твердый пористый керамический материал, частицы которого объединены химическими связями. Его пористость составляет около 50%. Промежуточный слой, который заполняет поры подложки, наносится путем фильтрации суспензии мелкодисперсного материала. После формирования слоя производится обжиг. Последний (разделительный) слой отличается минимальными размерами диспергированных частиц. Их получают, как правило, по золь-гель-технологии. После нанесения этого слоя путем фильтрации производится окончательный обжиг изделия. Использование таких диафрагм в известной конструкции электролизной ячейки не позволяет изготавливать единичную ячейку большого размера, а следовательно, большой мощности, поскольку изготавливаемые по вышеописанной технологии керамические трубки имеют небольшие внешний и внутренний диаметры. Кроме того, применяемые в данной технологии выгорающие добавки могут внести в состав диафрагм вещества, которые будут загрязнять электролиты в процессе электролиза и снижать их прочность.
5. Небольшая толщина стенок ультрафильтрационных керамических диафрагм (как правило, 1,5-2,5 мм), их сложный, неоднородный композиционный состав, а также работа при повышенных давлениях внутри электрохимических герметичных анодных или катодных камер ячейки за счет газовыделения продуктов электролиза могут привести к разрушению мембран в процессе эксплуатации электролизной ячейки особенно в местах их крепления. Причем разрушение мембраны в одной камере приводит к остановке работы всей установки.
Предложенное техническое решение направлено на упрощение конструкции электролизера и процессов изготовления его составляющих, повышение надежности работы при проведении электролиза в экстремальных условиях и увеличение производительности единичного аппарата.
Электролизер содержит корпус, в котором установлены титановый катод, выполненный из нескольких перфорированных пластин, вместе образующих круговой цилиндр с вертикальными проемами между смежными пластинами, нерастворимый анод в виде изогнутых пластин, вместе образующих круговой цилиндр, расположенный коаксиально по отношению к титановому катоду, а также пористую керамическую цилиндрическую диафрагму из корунда или стабилизированного диоксида циркония диаметром 350-500 мм, разделяющую катодное и анодное пространства. Диафрагма из диоксида циркония существенно дороже и применяется в электролизерах, работающих с наиболее химически агрессивными электролитами. В остальных случаях используют керамику из оксида алюминия (корунда).
Нерастворимый анод, как правило, выполнен в виде четного количества изогнутых пластин из титана, ниобия или тантала с электроактивирующим покрытием рабочей части: платиной, иридием или диоксидом иридия. Нерастворимый анод устанавливают перпендикулярно силовым линиям тока в анодном пространстве электролизера. Изгиб поверхности пластин анода обеспечивает равноудаленное расстояние до поверхности катода и, следовательно, равномерное распределение плотности тока.
Для исключения коррозии контакта электрода с медным токоподводом к аноду и катоду под углом 90 градусов можно приварить анодную штангу из титана, ниобия или тантала, соответствующую материалу анода.
Изготовление диафрагмы со структурой, определяющей скорость протекания электролита, можно осуществлять плазмокерамическим методом. Плазмокерамическое нанесение осуществляют послойно из порошка оксида алюминия или стабилизированного диоксида циркония. В процессе изготовления плазмокерамической диафрагмы для достижения заданного сечения и длины пор можно изменять угол наклона плазменной горелки к поверхности подложки и керамического изделия, размер порошка, скорость движения горелки, что позволит сделать диафрагму с заданной пористостью и непористыми концами (кромками), которые впоследствии будут закрепляться в дно и крышку электролизера.
Для увеличения прочности и обеспечения оптимальной структуры пор и скорости протекания электролита толщина керамической диафрагмы может составлять от 5 до 15 мм, а температура ее термического обжига, в случае изготовления из оксида алюминия, составляет от 1250 до 1450°С.
На Фиг. 1 изображен электролизер в разрезе (вид сверху).
Предложенная конструкция довольно проста. На Фиг. 1 позицией 1 обозначен корпус электролизера, внутри которого установлена пористая керамическая диафрагма 2 из корунда или стабилизированного диоксида циркония диаметром 350-500 мм, разделяющая катодное 3 и анодное 4 пространства. В катодном 3 пространстве установлен титановый катод 5, выполненный, предпочтительно, в виде двух перфорированных полуцилиндров, а в анодном 4 пространстве установлен нерастворимый анод 6, выполненный в виде четного количества изогнутых пластин и установленный (расположенный) коаксиально по отношению к титановому катоду. При этом анод выполнен из титана, ниобия или тантала с электроактивирующим покрытием рабочей части: платиной, иридием или диоксидом иридия и установлен перпендикулярно силовым линиям тока электролизера.
В предложенном устройстве параметры электролиза и, в частности, производительность можно изменять как за счет изменения токовой нагрузки, так и за счет изменения количества рабочих анодов.
Для снижения диффузионной поляризации электролит, циркулирующий через анодную камеру, можно подавать через нижние патрубки (на фиг. 1 не показаны), расположенные напротив анодов.
Для повышения выхода целевого продукта скорость протекания электролита (из анодной камеры в катодную или наоборот) обеспечивается незначительным гидростатическим давлением, возникающим за счет соотношения разности уровней католита и анолита с учетом пористости диафрагмы и плотности электролита.

Claims (8)

1. Электролизер, содержащий корпус, в котором установлены титановый катод, выполненный из нескольких перфорированных пластин, вместе образующих круговой цилиндр с вертикальными проемами между смежными пластинами, нерастворимый анод в виде изогнутых пластин, вместе образующих круговой цилиндр, расположенный коаксиально по отношению к титановому катоду, а также пористая керамическая цилиндрическая диафрагма из корунда или стабилизированного диоксида циркония диаметром 350-500 мм, разделяющая катодное и анодное пространства.
2. Электролизер по п. 1, отличающийся тем, что нерастворимый анод содержит четное количество изогнутых пластин из титана, ниобия или тантала с электроактивирующим покрытием рабочей части: платиной, иридием или диоксидом иридия.
3. Электролизер по п. 1, отличающийся тем, что нерастворимый анод установлен перпендикулярно силовым линиям тока в анодном пространстве электролизера.
4. Электролизер по п. 1, отличающийся тем, что изгиб поверхности анодов обеспечивает равноудаленное расстояние до поверхности катода и, соответственно, равномерное распределение плотности тока.
5. Электролизер по п. 1, отличающийся тем, что к аноду и катоду под углом 90 градусов приварена анодная штанга из титана, ниобия или тантала соответственно материалу анода и катода.
6. Электролизер по п. 1, отличающийся тем, что пористая керамическая диафрагма изготовлена плазмокерамическим методом.
7. Электролизер по п. 1, отличающийся тем, что толщина керамической диафрагмы составляет 5-15 мм, а температура ее термического обжига в случае изготовления из оксида алюминия составляет от 1250 до 1450°С.
8. Электролизер по п. 1, отличающийся тем, что керамическая диафрагма выполнена с непористыми кромками.
RU2015157101/04A 2015-12-30 2015-12-30 Электролизёр RU2605751C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015157101/04A RU2605751C1 (ru) 2015-12-30 2015-12-30 Электролизёр

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015157101/04A RU2605751C1 (ru) 2015-12-30 2015-12-30 Электролизёр

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2605751C1 true RU2605751C1 (ru) 2016-12-27

Family

ID=57793736

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015157101/04A RU2605751C1 (ru) 2015-12-30 2015-12-30 Электролизёр

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2605751C1 (ru)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2088693C1 (ru) * 1996-02-09 1997-08-27 Витольд Михайлович Бахир Установка для получения продуктов анодного оксиления раствора хлоридов щелочных или щелочно-земельных металлов
RU2516226C2 (ru) * 2012-02-21 2014-05-20 Витольд Михайлович Бахир Электрохимическая модульная ячейка для обработки растворов электролита

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2088693C1 (ru) * 1996-02-09 1997-08-27 Витольд Михайлович Бахир Установка для получения продуктов анодного оксиления раствора хлоридов щелочных или щелочно-земельных металлов
RU2516226C2 (ru) * 2012-02-21 2014-05-20 Витольд Михайлович Бахир Электрохимическая модульная ячейка для обработки растворов электролита

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3984303A (en) Membrane electrolytic cell with concentric electrodes
US5082543A (en) Filter press electrolysis cell
JP6441308B2 (ja) 電極ユニット、電極ユニットを備える電解槽、電解装置、電極ユニットの電極の製造方法
US3972794A (en) Electrolytic cell
EA005305B1 (ru) Электролизер и способ электролиза
US3809630A (en) Electrolysis cell with permeable valve metal anode and diaphragms on both the anode and cathode
US3791947A (en) Electrolytic cell assemblies and methods of chemical production
RU2516226C2 (ru) Электрохимическая модульная ячейка для обработки растворов электролита
RU2581054C1 (ru) Электрохимическая модульная ячейка для обработки растворов электролитов
WO2017158832A1 (ja) 電解用電極、電極ユニット、及び電解水生成装置
JP6216806B2 (ja) イオン交換膜電解槽
RU2605751C1 (ru) Электролизёр
JP6543277B2 (ja) 狭い間隙の非分割電解槽
TWI721607B (zh) 氟氣製造裝置
SE446104B (sv) Sett att vid drift av en elektrolyscell med anod- och katodrum reducera avstandet mellan cellelektroderna
WO2013191588A2 (ru) Установка для получения продуктов анодного окисления растворов хлоридов щелочных или щелочноземельных металлов
JP6599411B2 (ja) 電解セルおよび電解セル用電極板
JP6585176B2 (ja) 電極、電極ユニット、及び電解装置
RU2586560C2 (ru) Электрохимический реактор
RU2145940C1 (ru) Проточный электрохимический модульный элемент "пэм-4" для обработки жидкости
JPS6342710B2 (ru)
RU171421U1 (ru) Электрохимический реактор для получения продуктов анодного окисления растворов хлоридов щелочных или щелочноземельных металлов
RU2614450C1 (ru) Электрохимическая модульная ячейка для обработки растворов электролитов
RU2757206C1 (ru) Электролизер с укреплённой мембраной
US3864237A (en) Bipolar diaphragmless electrolytic cells

Legal Events

Date Code Title Description
TC4A Change in inventorship

Effective date: 20180604

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20181231

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20201217

PD4A Correction of name of patent owner
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20210127