SE429449B - Elektrolyscell for elektrolys av havsvatten - Google Patents

Description

720319' z se ytterkontur, att ytterkonturen av var och en av de flata plattliknande katoderna, med undantag för de utskjutande delar- na för tillföring av en elektrisk ström till varje katod, är anordnad innanför ytterkonturen av var och en av de flata plattliknande anoderna. Éöreliggande uppfinning avser sålunda en elektrolyscell för elektrolys av havsvatten.

Vid elektrolys av havsvatten med användning av konventionella elektrolysceller är det en olägenhet att fällningar av exem- pelvis magnesiumhydroxid eller kalciumkarbonat avsättes på katodplattan i elektrolyscellen och orsakar igensättning mellan elektroderna. Detta medför ett minskat elektrolyt- flöde, en ökning av elektrolyscellspänningen och en minskning av strömverkningsgraden. För att undanröja och avlägsna dessa utfällningar måste driften stoppas kontinuerligt och elektro- lyscellen måste behandlas för baktvättning, syratvättning, etc.

Försök att förhindra avsättning av fällningar som orsakar detta problem innefattar exempelvis ett förfarande vilket innefattar att man håller havsvattnets genomflödeshastighet genom elektrolyscellen vid ett värde som är tillräckligt för att väsentligen suspendera partikelformigt närvarande mate- rial, samt baktvättning av cellen under det att man avbryter elektrolysen (exempelvis såsom anges i den amerikanska patent- skriften 3.893.902), samt en metod innefattande användning av 7so79se-5 3 en elektrolyscell, som har sådan struktur att vid införande av en elektrolyslösning i cellen denna lösning först bringas i kontakt med anoden samt innan lösningen lämnar cellen lös- ningen slutligen bringas i kontakt med anoden (exempelvis såsom anges i de amerikanska patentskrifterna 3.819.504 och 3.915.817). Dessa tidigare kända metoder gör det emellertid icke möjligt att fullständigt förhindra avsättning av fäll- ningar. Avsättningen av fällningar är särskilt kraftig vid sidokanterna av katodplattan och den nedre ändytan av katoden, som är vänd mot inloppet för havsvatten, och avsättningen kan icke förhindras effektivt med tidigare kända metoder.

Det är ett ändamål med föreliggande uppfinning att åstadkomma en elektrolyscell för elektrolys av havsvatten, med sådan konst- Iuktion att avsättning av fällningar på hela katodplattan, i synnerhet vid sidokanten av denna och den nedre änddelen av katoden förhindras.

Såsom ett resultat av undersökningar har det visat sig att avsättning av fällningar på katoden är särskilt markerad vid en del där flödet av havsvatten stagnerar eller vid den del av katodytan där strömtätheten är låg och utvecklingen av vätgas är låg, och att fällningarna gradvis tillväxer på ytan vinkelrätt mot riktningen av havsvattenströmningen. För att övervinna denna olägenhet åstadkommas enligt uppfinningen en elektrolyscell, i vilken flata plattliknande anoder och flata plattliknande katoder är anordnade parallellt med varandra i vertikal riktning, så att strömningen av havs- vatten icke stagnerar över hela ytan av katoden. Vidare har enligt uppfinningen delar av elektrolyscellen där avsättning av fällningar har benägenhet att uppkomma, exempelvis vid sidokanten av katodplattan och den nedre ändytan av katoden, som är vänd mot havsvattenflödets inlopp, sådan struktur att flödet av havsvatten icke stagnerar där, samt att en omrör- ningseffekt på grund av vätska och gas ökar. Ett särskilt lämpligt medel för tillföring av elektrisk ström är även anordnat. 7ÉÛ7QZ6W5 Föreliggande uppfinning möjliggör sålunda en elektrolyscell för elektrolys av havsvatten med den förutnämnda i kraven definierade konstruktionen.

Uppfinningen beskrivas i det följande närmare under hänvisning' tíll bifogade ritningar.

Figur l är en vertikalsektion genom en utföringsform av elektrolyscellen får elektrolys av havsvatten enligt uppfin- ningen- Figur 2 är en sektion utefter linjen A-A på figur 1.

Figur 3 är en sektion utefter linjen B-B på figur l.

Figur 4 är en vertikalsektion, som visar en annan utförings- eform av uppfinningen.

Figur 5 är en vertikalsektion, som visar ytterligare en ut- föringsform av uppfinningen.

På figurerna l - 3 visas ett hus l till en elektrolyscell, som är försedd med ett inlopp 2 för havsvatten vid husets nedre del och ett utlopp 3 för elektrolytlösning vid husets övre del. I elektrolyscellens hus är anordnade flata plattlik- nande anoder 4 och flata plattliknande katoder 5 parallella med varandra i vertikal riktning. Varje flat plattliknande anod kan vara utförd av en nätliknande platta, en perforerad platta, en icke-perforerad platta, etc. Den flata plattlik- nande katoden utgöres av en icke-perforerad platta men en jämn yta, eftersom en katod med ojämn yta, exempelvis en nät- platta eller en perforerad platta, har benägenhet till av- sättning av fällningar. ' 7807936-5 Lämpliga material för anoden är exempelvis ventilmetaller (filmbildande metall, t.ex. titan, tantal, niob, hafnium och zirkonium) belagda med platinagruppmetall eller med ett skikt innefattande platinagruppmetalloxid förutom, om så erfordras, Ti02, SnO2 och andra olika typer av oxider, samt material för katoden är exempelvis titan, rostfritt stål, Hastelloy, nickel eller krompläterad stålplåt.

För att förhindra att elektrolytlösningen stagnerar nära sido- kanten av de flata plattliknande katoderna 5 och för att så- lunda motverka avsättning av fällningar på sidokanten av katoderna är sidokanterna av de flata plattliknande anoderna 4 och katoderna 5 anordnade på visst avstånd från innerväggen av huset hos elektrolyscellen. Även om sidokanterna av ano- derna och katoderna är anordnade med visst avstånd till inner- väggen av huset erfordras icke något speciellt mellanrum, varför detta mellanrum kan varieras efter önskan. För att förhindra en minskning av strömtätheten vid sidokanten av de flata plattliknande katoderna är vidare ytterkonturen (dvs. den yttre omkretsen av kanterna) hos katoderna 5 lokaliserade inåt i förhållande till ytterkonturen av anoderna 4, så att den elektrolyt som strömmar från sidokanten av anoderna 4 kommer att strömma vinkelrätt mot sidokanten av katoderna 5.

I en konventionell vertikal elektrolyscell är den flata platt- liknande anoden eller katoden elektriskt ansluten med en elektrodstödplatta, som är anordnad i elektrolyscellen. An- bringandet av elektrodstödplattan i en elektrolyscell är icke önskvärt på grund av att elektrodstödplattan bildar en yta där elektrolytlösningen har benägenhet att stagnera.

Enligt uppfinningen är en utskjutande elektrisk strömtill- föringsdel 4' och en utskjutande elektrisk strömtillförings- del 5' anordnade vid bottensidkanten av var och en av anoderna 4 resp. vid toppsidkanten av var och en av katoderna 5. Dessa utskjutande elektriska strömtillföringsdelar kan vara utförda av samma material som anoden och katoden eller kan utgöra en sammanhängande del av dessa. Ett spår 13 är anordnat i den “i “esrves 679 s e- s f 6 ' övre delen av sidoväggen av huset för stöd av katoderna genom införing av den elektriska strömtillföringsdelen 5' i spåret, och ett spår lå för stöd av anoderna genom införing av den elektriska strömtillföringsdelen 4' i spåret är anordnat vid den nedre delen av sidoväggen av huset. Den elektriska ström- tillföringsdelen 4' för varje anod är ansluten till en elekt- risk strömtillföringsplatta 7, som är anbringad mellan flänsar 6, 6* utformade utanför spåret l4 vid den nedre delen av sido- väggen av huset, så att en elektrisk ström kan tillföras till varje anod. Den.elektriska strömtillföringsdelen 5' hos varje katod är ansluten till en elektrisk strömtillföringsplatta 9, som är anbringad mellan flänsar 8, 8' utformade utanför spåret 13 vid den övre delen av sidoväggen av huset för till- föring av en elektrisk ström till varje katod. De elektriska strömtillföringsplattorna 7 och 9 kan vara utformade av elekt- riskt ledande material, dvs. metaller, och kan vara svetsade till elektroderna. Anbringandet av den elektriska strömtill- föringsdelen 5' hos varje katod vid den övre delen av elekt- rolyscellen är erforderligt för att minska frekvensen av direkt kontakt av havsvatten som strömmar från havsvatten- inloppet med katoderna samt för att minska stagneringen av havsvattnet vid katodytan.

En annan utföringsform av uppfinningen visas på figur 4.

Enligt figur 4 kan man använda en konstruktion, i vilken hela längden av den nedre ändytan 10 av var och en av de flata plattliknande katoderna 5, som är vänd mot havsvattenström- inloppet 2, är försedd med en kilformad del med spetsig vinkel riktad mot havsvattenströminloppet 2. Vinkeln vid spetsen av den kilformade delen är mindre än 90°-och före- trädesvis mindre än 30°. Om den nedre änddelen av var och en av katoderna är utformad med en sådan kilform, förhindras stagnering av havsvattnet. Eftersom vidare en lokaliserad ökning av strömtätheten erhålles vid ändarna av varje katod, ökar mängden väte som utvecklas per ytenhet, och avsätt- ningen av fällningar vid den nedre änddelen av var och en av katoderna kan förhindras ytterligare beroende på en omrör- ningseffekt som orsakas av vätska och gas. 7807936-5 Ytterligare en utföringsform av uppfinningen visas på figur 5.

Enligt figur 5 är båda hörnan 11, 11 i iangariktningen av den: nedre ändytan 10 hos var och en av de flata plattliknande katoderna 5 avrundade. När avrundninqsgraden hos de båda hörnan ll, ll av den nedre ändytan 10 hos var och en av kato- derna ökar, minskar omfånget av den yta mot vilken havsvattnet strömmar och en bättre effekt för att förhindra bildningen av avsättningar uppnås. Sålunda har den nedre änddelen 10 hos katoderna lämpligen en bågform.

För att avståndet mellan elektroderna skall bibehållas konstant är ett lämpligt mellanlägg lämpligen anordnat mellan anoderna och katoderna.

I de elektrolysceller som visas på figurerna 1 - 5 är ett hål utformat i den flata plattliknande anoden och ett stânglik- nande mellanlägg 12 utfört av ett elektriskt isolerande mate- rial, såsom polyvinylklorid eller polytetrafluoreten, är anord- nat i hålet i anoden. Bâda ändarna av mellanlägget är samman- pressade och formade så att kontaktarean mellan mellanlägget och katoden minskar. Mellanlägget kan även fästas vid katoden, men eftersom katoden lämpligen är utformad flat är det lämpligt att fästa mellanlägget till anoden.

Enligt föreliggande uppfinning är katoderna plattliknande och parallella med strömmen av havsvatten och sidokanterna av var och en av anoderna samt var och en av katoderna är anordnade på visst avstånd från elektrolyscellens hus. Sålunda finnes icke något område vid katodytan där havsvattnet stagnerar.

Eftersom vidare ytterkonturen av katoderna är belägen innanför ytterkonturen av anoderna, kan en minskning av strömtätheten vid sidokantdelarna av katoderna förhindras och avsättning av fällningar vid sidokantdelarna av katoderna kan effektivt förhindras. När man använder den utföringsform enligt vilken hela längden av den nedre ändytan av katoderna, som är vänd mot havsvatteninloppet, har bâgformad och kilformad form riktad mot havsvatteninloppet, erhålles en lokaliserad ökning av elektriska strömtätheten vid den främre änden av den lägre aveswzes änddelen av varje katod och mängden vätgas som utvecklas per ytenhet ökar. Till följd härav kan avsättningen av utfäll- ningar vid den främre änden av den lägre änddelen av varje katod förhindras på grund av en omrörningseffekt av vätska och gas. Effekten av att man förhindrar avsättningen av ut- fällningar kan ökas ytterligare genom användning av en ut- föringsform enligt vilken båda hörnen av den lägre ändytan av varje katod är avrundade. Även när elektrolyscellen drives kontinuerligt under lång tid- rymd erhålles icke någon ansamling av utfällningar på katoder- na och driften kan fortsättas på ett stabilt sätt.

Vid användning av elektrolyscellen enligt uppfinningen elektro- lyseras havsvatten (dvs, en vattenlösning innehållande ca 3 % NaCl) för erhållande av natriumhypoklorit i vattenlösning.

Vid elektrolysen reagerar C12, som bildas vid anoden av kloridjoner, med NaOH, som bildas vid katoden till bildning av NaClO. Lämpliga elektrolysbetingelser som kan användas med användning av elektrolyscellen enligt uppfinningen beskrives i det följande. Dessa betingelser är endast exempel och är icke avsedda att begränsa uppfinningen. Élektrolysbetingelser Lösningsflöde: ca 6 - 24 cm/sekund (linjär hastighet) Strömtäthet: anod: ca s - 20 A/amz Katod: ca 5 - 30 A/dmz Spänning: ca 3,5 - 5,5 volt Avstånd mellan elektroderna: ca 2 - 5 mm Uppfinningen beskrives närmare med följande utföringsexempel.

Exemgel.

Havsvatten underkastades direkt elektrolys under följande betingelser i en elektrolyscell med den utformning som visas på figurerna l - 3 med undantag av att elektrolyscellen inne- 78G7936-5 9 höll ll flata plattliknande katoder av titan och 12 flata plattliknande anoder av titan belagt med ett skikt innehål- lande ruteniumoxid och titanoxid. niekaaroiytflöae; 2 1113/11 Elektrolytströmningshastighet: 6 cm/sekund (linjär hastighet) Avstånd mellan elektroderna: 2,5 mm Strömtäthet vid anoden: 10 A/dmz strömtäthet vid katoaen: 12 A/amz Strömstyrka: 700 A likström Elektrolyscellens spänning upprätthölls vid ett värde mellan 4,1 och 4,2 volt, och ca 400 ppm tillgänglig klor kunde er- hållas på ett stabilt sätt vid en strömverkningsgrad av 80 - 85 %. Två månader senare isärtogs elektrolyscellen och insidan av elektrolyscellen undersöktes. Ingen avsättning av fällningar kunde iakttagas. Elektrolyscellen hopmonterades igen och användes vidare. Fyra månader senare (6 månader från igångsättning av försöket) isärtogs elektrolyscellen på nytt och insidan av elektrolyscellen undersöktes. Nästan inga avsättningar av fällningar iakttogs.

Med användning av en elektrolyscell av den konstruktion som visas på figurerna 4 och 5 underkastades havsvatten direkt elektrolys under de i det föregående angivna betingelserna.

Efter sex månaders tid från igângsättningen av driften isär- togs elektrolyscellen och insidan av elektrolyscellen under- söktes. Ingen avsättning av fällning iakttogs.

Uppfinningen har i det föregående beskrivits utförligt under hänvisning till speciella utföringsformer, men det är uppen- bart för fackmannen att olika förändringar och modifikationer kan genomföras utan att man avviker från uppfinningstanken.

Claims (5)

1. 7807936-5 10 PATENTKRAV . l. Elektrolyscell för elektrolys av havsvatten, innefattande: ett hus (l) med ett inlopp (2) för havsvatten vid den nedre delen av huset (l) och ett utlopp (3) för utströmning av elektro- lyserat havsvatten vid den övre delen av huset (l), ett flertal flata plattliknande anoder (4), som är anordnade vertikalt i huset (l) med sidoytorna av anoderna (4) parallella med havsvattnets strömningsbana genom cellen, ett flertal flata plattliknande katoder (5), som är anordnade vertikalt i huset (1) med katodernas sidoytor parallella med havsvattnets strömningsbana genom cellen, varvid anoderna (4) och katoderna (5) är anordnade alternerande intill varandra, k ä n n e t e c k n a d därav, att en utskjutande del (4') för tillföring av en elektrisk ström är utformad vid den nedre sidokanten av varje anod (4), en utskjutande del (5') för tillföring av en elektrisk ström är utformad vid den övre sidokanten av varje katod (5), en elektrisk strömtillföringsplatta (7) är fästad vid den ned- re delen av huset (l) och ansluten till de utskjutande delarna (4') för tillföring av en elektrisk ström till varje anod (4), en elektrisk strömtillföringsplatta (9) är fästad vid den övre delen av huset (l) och ansluten till de utskjutande delarna (5') för tillföring av en elektrisk ström till varje katod (5), sidokanterna av varje anod (4) och sidokanterna av varje katod (5), med undantag för de delar (4' resp. 5'), som är utformade för tillföring av en elektrisk ström till var och en av anoder-' na (4) resp. till var och en av katoderna (5), är anordnade på visst avstånd från innerväggen av huset (1), 7807936-5 11 samt var och en av de flata plattliknande katoderna (5) och var och en av de flata plattliknande anoderna (4) är utformade med sådan ytterkontur, att ytterkonturen av var och en av de flata plattliknande katoderna (5), med undantag för de utskjutan- de delarna (5') för tillföring av en elektrisk ström till varje katod (5), är anordnad innanför ytterkonturen av var och en av de flata plattliknande anoderna (4).

2. Elektrolyscell enligt patentkravet 1, k ä n n e t'e c k n a d därav, att hela längden av den nedre ändytan (10) av var och en av de flata plattliknande katoderna (5), som är vänd mot öppningen (2) för inströmning av havsvatten vid den nedre delen av huset (1), har spetsvinklig kilform riktad mot inströmnings- öppningen (2) för havsvatten.

3. Elektrolyscell enligt patentkravet l eller 2, k ä n n e - t e c k n a d därav, att båda hörnen (ll) i längdriktningen av den nedre ändytan (10) av var och en av de flata plattliknande katoderna (5), som är vänd mot havsvattnets inströmningsöpp- ning (2) är avrundad.

4. , Elektrolyscell enligt patentkravet l eller 2, k ä n n e - t e c k n a d därav, att cellen är försedd med mellanläggsorgan (12) anordnade mellan varje flat plattliknande anod (4) och varje flat plattliknande katod (5) för att hålla avståndet mellan elektroderna konstant.

5. Elektrolyscell enligt patentkravet 4, k ä n n e t e c k n a d därav, att mellanläggsorganen (12) är införda i ett hål i var och en av de flata plattliknande anoderna (4) och att ändarna av mellanläggsorganen (12) är formade så att kontaktytan mellan mellanläggsorganen (12) och katoden (5) minimeras. Chlorine Engineers Corporation, Ltd.