SE445562B

SE445562B - electrolysis

Info

Publication number: SE445562B
Application number: SE8207131A
Authority: SE
Inventors: A Pellegri; Nora O De
Original assignee: Oronzio De Nora Impianti
Priority date: 1977-06-30
Filing date: 1982-12-14
Publication date: 1986-06-30
Also published as: SE445471B; SE7805927L; UA6325A1; CA1106312A; DE2828621C2; NL179926C; SE446104B; JPS6036683A; SE8205353L; SU1286109A3; SE8205353D0; JPS5417375A; JPS6053115B2; JPH0153355B2; GB2002032A; JPS58756B2; JPS59182984A; JPS57126984A; NL179926B; IT1114820B

Description

8207131-7 spänningen och sålunda på energiverkningsgraden hos den elektrolytiska processen. 8207131-7 voltage and thus on the energy efficiency of the electrolytic process.

Kommersiella membraner är känsliga för strömtätheten, vil- ken mâste bibehâllas inom vissa optimala gränser för effek- tiv membrandrift. Strömtätheten skall vara nästan konstant över hela ytan för att undvika uppkomsten av mekaniska och elektriska pâkänningar, vilka skulle irreversibelt förstöra membranet.Commercial membranes are sensitive to current density, which must be maintained within certain optimal limits for efficient membrane operation. The current density must be almost constant over the entire surface to avoid the occurrence of mechanical and electrical stresses, which would irreversibly destroy the membrane.

I de kända membrancellerna beror optimeringen av dessa pa- rametrar i stor utsträckning på konstruktionstoleransgrän- ser och pà grund av storleken av elektrodytorna i de kom- mersiella cellerna relativt de allt mindre elektrodmellan- rummen (av storleksordningen några millimeter) orsakar de oundvikliga avvikelserna från den mest exakta parallellis- men mellan anod- och katodytorna mer eller mindre markanta variationer av strömtätheten över membranets yta. Som resul- tat härav är tidigare ansträngningar att säkerställa en kor- rekt strömtäthet lokalt på olika ytor av membranet icke framgångsrika.In the known membrane cells the optimization of these parameters depends to a large extent on design tolerance limits and due to the size of the electrode surfaces in the commercial cells relative to the smaller and smaller electrode gaps (of the order of a few millimeters) the inevitable deviations from the most precise parallelism between the anode and cathode surfaces more or less marked variations of the current density over the surface of the membrane. As a result, previous efforts to ensure a correct current density locally on different surfaces of the membrane are not successful.

Enligt en särskild utföringsform av uppfinningen åstadkom- mes en katjonisk membrancell speciellt lämpad för elektro- lys av vattenlösningar av alkalimetallhalogenider, där elek- trodmellanrummet är exceptionellt litet i jämförelse med det hos de kända cellerna och där elektrodmellanrummet är prak- tiskt taget konstant över hela utsträckningen av elektrod- ytorna. Uppnâendet av dessa egenskaper förutsätter dock icke stränga mekaniska toleranser i cellen utan gör de hitintills strängt erfordrade mekaniska toleranserna onödiga.According to a particular embodiment of the invention, there is provided a cationic membrane cell particularly suitable for electrolysis of aqueous solutions of alkali metal halides, where the electrode gap is exceptionally small compared to that of the known cells and where the electrode gap is practically constant over the whole extent. of the electrode surfaces. The achievement of these properties does not, however, presuppose strict mechanical tolerances in the cell, but makes the hitherto strictly required mechanical tolerances unnecessary.

Ett ytterligare ändamål med uppfinningen är att åstadkomma en membrancell med ett exceptionellt högt förhållande mel- lan elektrodytorna och totalvolymen i cellen.A further object of the invention is to provide a membrane cell with an exceptionally high ratio between the electrode surfaces and the total volume of the cell.

För detta ändamål har uppfinningen de huvudkännetecken som 10 15 20 25 30 8207131-7 framgår av patentkravet 1. Dessa och andra ändamål och för- delar med uppfinningen framgår av den efterföljande beskriv- ningen.For this purpose, the invention has the main features which appear from claim 1. These and other objects and advantages of the invention appear from the following description.

Det föredragna utförandet av cellen enligt uppfinningen innefattar en katodbehâllare av stål eller annat ledande material, som är resistent mot korrosion i katolytomgivnin- gen och som är tillsluten vid överänden med en platta eller ett lock av titan eller annan anodiskt oxidfilmbildande me- tall, som är passiverbar under anodiska polarisationsför- hållanden och som har minst en men företrädesvis en serie av rörformiga anoder svetsade i häl i titantäckplattan, vil- ka sträcker sig över nästan hela djupet av behållaren med väggarna av de rörformiga anoderna (med undantag av överde- len av anodväggarna nära svetsarna vid titanplattan) perfo- rerade för att vara permeabla för vätskor och gaser.The preferred embodiment of the cell according to the invention comprises a cathode container of steel or other conductive material, which is resistant to corrosion in the catholyte environment and which is closed at the upper end with a plate or lid of titanium or other anodic oxide film-forming metal, which is passivable under anodic polarization conditions and having at least one but preferably a series of tubular anodes welded to the heel of the titanium cover plate, which extend over almost the entire depth of the container with the walls of the tubular anodes (except the upper part of the anode walls near the welds at the titanium plate) perforated to be permeable to liquids and gases.

Anoderna är dimensionsstabila och i typfallet är de av titan eller annan anodiskt oxidfilmbildande metall belagd på åtmin- stone en del av aktiva ytan med en elektriskt ledande, elek- trokatalytisk avsättning av material resistent mot de anodis- ka förhållandena och icke passifiverbart, företrädesvis en avsättning av ädelmetaller såsom platina, palladium, rodium, rutenium och iridium eller oxider eller blandade oxider av dessa. Underändarna av de rörformiga anoderna är tillslutna genom proppar av inert material, företrädesvis plastmaterial försett med koaxiella, gängade hål. De permeabla väggarna hos de rörformiga anoderna äe helt täckta utanpå av membra- nerna för att begränsa anodrummet inuti de rörformiga anoder- nä..The anodes are dimensionally stable and typically they are coated with titanium or other anodic oxide film-forming metal on at least a portion of the active surface with an electrically conductive, electrocatalytic deposit of material resistant to the anodic conditions and non-passivable, preferably a deposit. of precious metals such as platinum, palladium, rhodium, ruthenium and iridium or oxides or mixed oxides thereof. The lower ends of the tubular anodes are closed by plugs of inert material, preferably plastic material provided with coaxial, threaded holes. The permeable walls of the tubular anodes are completely covered on the outside of the membranes to define the anode space inside the tubular anodes.

Underänden av behållaren är tillsluten av en platta före- trädesvis av inert plastmaterial och är försedd med organ för att mata saltlösning eller annan anolyt till det inre av de olika rörformiga anoderna i typfallet med hjälp av in- lopp av plastmaterial, vars flänsar bildar en tätning mot bottenplattan av behållaren. Anolyten matas genom rörformiga 10 15 20 25 30 8207151-7 förbindningsorgan iskruvade i de gängade hålen hos till- slutningspropparna för de rörformiga anoderna.The lower end of the container is closed by a plate preferably of inert plastic material and is provided with means for feeding saline or other anolyte to the interior of the various tubular anodes, typically by means of inlets of plastic material, the flanges of which form a seal. against the bottom plate of the container. The anolyte is fed through tubular connectors screwed into the threaded holes of the closure plugs of the tubular anodes.

Behållaren är försedd med ett utlopp i överdelen för utlopp av katodgas, med en avgivningsöppning i underdelen för av- givning av katolyten och med ett inloppsrör för återcirkula- tion av utspädd katolyt eller vatten till katodrummet. Ano- derna, som är svetsade vid behâllarlocket, kommunicerar ge- nom hålen i locket med en kammare ovanför behållaren, där anodgasen skiljes från elektrolyten, undslipper från ett utlopp och strömmar till ett gasutvinningssystem och elektro- lyten återcirkuleras till ett återmättningssystem före in- förandet i cellen.The container is provided with an outlet in the upper part for the outlet of cathode gas, with a discharge opening in the lower part for discharging the catholyte and with an inlet pipe for recirculation of diluted catholyte or water to the cathode chamber. The anodes, which are welded to the container lid, communicate through the holes in the lid with a chamber above the container, where the anode gas is separated from the electrolyte, escapes from an outlet and flows to a gas recovery system and the electrolyte is recycled to a resaturation system before insertion. in the cell.

Katoden i cellen består av en porös statisk bädd av löst le- dande katodmaterial i form utav flisor, pärlor, kulor, cy- lindrar, Raschig-ringar, metallull eller andra partiklar, med vilka behållaren är helt fylld till en höjd svarande mot åtminstone höjden för de permeabla väggarna hos de rör- formiga anoderna, som är täckta av membranerna. Fyllningen av katodmaterial är i kontakt med innerväggarna av behålla- ren och med ytterytorna av membranerna på de olika rörfor- miga anoderna och trycker mot membranerna. Det ledande ka- todfyllmaterialet kan vara grafit, bly, järn, nickel, kobolt, vanadin, molybden, zink eller legeringar därav, föreningar mellan metaller, hydridiseringsföreningar, karbidiserings- föreningar och nitridiseringsföreningar av metaller eller andra material, som har god konduktivitet och god motstånds- kraft mot katodförhållandena.The cathode in the cell consists of a porous static bed of loosely conductive cathode material in the form of chips, beads, spheres, cylinders, Raschig rings, metal wool or other particles, with which the container is completely filled to a height corresponding to at least the height for the permeable walls of the tubular anodes, which are covered by the membranes. The filling of cathode material is in contact with the inner walls of the container and with the outer surfaces of the membranes on the various tubular anodes and presses against the membranes. The conductive cathode filler material may be graphite, lead, iron, nickel, cobalt, vanadium, molybdenum, zinc or alloys thereof, compounds between metals, hydriding compounds, carbidating compounds and nitridating compounds of metals or other materials which have good conductivity and good resistance force against the cathode conditions.

Material uppvisande låg väteöverpotentional, såsom järn, nickel och legeringar därav är särskilt lämpade för salt- lösningselektrolys. Exempelvis för reduktion av FeIII till Feïï i sur sulfatkatolytlösning med ett anjoniskt membran och syreutveckling på anoden är däremot partikelmaterial med hög väteöverpotential, såsom bly och blylegeringar, att föredraga. Katodfyllmaterialet kan även innefatta plast, 10 15 20 25 30 8207131-7 keramer eller annat ínert oledande material belagt med ett skikt av de nämnda elektriskt ledande och katodiskt resis- tenta materialen.Materials having low hydrogen overpotential, such as iron, nickel and alloys thereof, are particularly suitable for saline electrolysis. For example, for the reduction of FeIII to FeIII in acid sulfate catholyte solution with an anionic membrane and oxygen evolution on the anode, particulate matter with high hydrogen overpotential, such as lead and lead alloys, is preferred. The cathode filler material may also comprise plastic, ceramics or other inert non-conductive material coated with a layer of said electrically conductive and cathodically resistant materials.

Titanplattan eller locket, vid vilket de rörformiga anoder- na är svetsade, är isolerad från katodrummet genom en iso- lationspackning. Den är ansluten till den positiva klämman hos strömdistributionsnätet och katodrummet är anslutet till den negativa klämman hos distributionsnätet.The titanium plate or lid, at which the tubular anodes are welded, is insulated from the cathode chamber by an insulating gasket. It is connected to the positive terminal of the power distribution network and the cathode chamber is connected to the negative terminal of the distribution network.

Massan av katodfyllningen är katodiskt polariserad och fun- gerar såsom katod och porositeten hos den statiska bädden av katodmaterialet medgiver snabb utveckling av katodgasen och bidrager till att katodiskt skydda innerväggarna av ka- todbehâllaren.The mass of the cathode filling is cathodically polarized and acts as a cathode and the porosity of the static bed of the cathode material allows rapid development of the cathode gas and helps to cathodically protect the inner walls of the cathode container.

Elektrodmellanrummet reduceras till litet mer än tjockleken av membranerna genom den lokala avlänkningen av de elektro- lytiska strömflödeslingerna på de geometriskt odefinierade ytorna av katodmaterialet, representerat av partiklarna i bädden direkt intill ytorna av membranerna och på de geo- metriskt odefinierade ytorna av maskerna hos de permeabla väggarna hos de rörformiga anoderna, på vilka membranerna är påförda.The electrode gap is reduced to slightly more than the thickness of the membranes by the local deflection of the electrolytic current flow loops on the geometrically undefined surfaces of the cathode material, represented by the particles in the bed directly adjacent the surfaces of the membranes and on the geometrically undefined hoses. the walls of the tubular anodes on which the membranes are applied.

Mellanrummet mellan katodfyllningsmaterialet och anoderna förblir väsentligen konstant genom hela elektrolysprocessen.The gap between the cathode filler material and the anodes remains substantially constant throughout the electrolysis process.

Denna konfiguration hos cellen ger utmärkt likformighet hos strömtätheten på hela den elektrodiska arean utan plötsliga, lokaliserade skillnader, vilka skulle sträva att förstöra membranerna genom uppkomsten av mekaniska och elektriska påkänningar.This configuration of the cell provides excellent uniformity of the current density throughout the electrode area without sudden, localized differences, which would seek to destroy the membranes by the occurrence of mechanical and electrical stresses.

En annan fördel med den föredragna utföringsformen av cel- len enligt uppfinningen, som innefattar ett flertal rörfor- miga anoder, är dess kompakthet, eftersom förhållandet mel- 10 15 20 25 30 8207131-7 lan utsträckning av katodytorna och volymen, som upptages av cellen, är mycket större än vid tidigare kommersiella membranceller.Another advantage of the preferred embodiment of the cell according to the invention, which comprises a plurality of tubular anodes, is its compactness, since the ratio between the extent of the cathode surfaces and the volume occupied by the cell , is much larger than in previous commercial membrane cells.

Pâ ritningsfigurerna visas anoderna såsom cirkulära rör i en rektangulär behållare, som är den föredragna konstruk- tionen på grund av större likformighet hos strömtätheten och lägre kostnad. Det inses att anodrör av andra former, såsom oval, rektangulär, hexagonal och andra polygonala for- mer, kan användas och ligger inom ramen för ordet "rör", vilket här användes, och att cellbehâllaren kan vara rektan- gulär, cylindrisk eller ha andra former. En mindre föredra- gen utföringsform av uppfinningen är en cylindrisk behål- lare inneslutande en enda koncentrisk, cylindrisk anod.The drawing figures show the anodes as circular tubes in a rectangular container, which is the preferred construction due to greater uniformity of the current density and lower cost. It will be appreciated that anode tubes of other shapes, such as oval, rectangular, hexagonal and other polygonal shapes, may be used and are within the scope of the word "tube", as used herein, and that the cell container may be rectangular, cylindrical or have other forms. A less preferred embodiment of the invention is a cylindrical container enclosing a single concentric, cylindrical anode.

I enlighet med denna utföringsform är dock ett antal celler nödvändiga för att uppnå den önskade kapaciteten. Det inses även att fastän cellen enligt uppfinningen beskrivits i sam- band med framställning av klor, den kan användas för elektro- lytiska processer, som ger andra produkter.In accordance with this embodiment, however, a number of cells are necessary to achieve the desired capacity. It will also be appreciated that although the cell of the invention has been described in connection with the production of chlorine, it may be used for electrolytic processes which yield other products.

Pâ bifogade ritning, som visar den föredragna utföringsfor- men av uppfinningen, är fig. 1 en sektionsvy av en typisk utföringsform och fig. 2 är en sektionsplanvy längs linjen I-I i fig. 1 med delar ovanför sektionslinjen visade med streckade linjer.In the accompanying drawing, which shows the preferred embodiment of the invention, Fig. 1 is a sectional view of a typical embodiment and Fig. 2 is a sectional plan view along the line I-I in Fig. 1 with parts above the section line shown in broken lines.

Såsom visas i fig. 1 innefattar cellen en rektangulär kato- disk behållare 1 av stål eller nickel eller legeringar där- av eller av annat ledande och katalytiskt motstândskraftigt material. Ett lock 2 av titan eller annan anodiskt oxidfilm- bildande passiverbar metall är bultfäst vid behållaren 1 och tillsluter behållaren upptill. En isolationspackning 3 är anordnad mellan katodbehâllaren 1 och titanlocket 2. Rör- formiga anoder 4 av titan är svetsade i hål i locket 2 och sträcker sig ovanför locket såsom visas. Väggarna av de rör- formiga anoderna 4 är försedda med hål eller andra perfore- 10 15 20 25 30 8207131-7 ringar, som börjar på litet avstånd under locket 2 och sträcker sig till anodernas 4 botten. De perforerade par- tierna 6 av anoderna kan vara utformade av nätartad eller expanderad titanplåt svetsad vid den ogenomträngliga över- sektionen 5 eller utformade sammanhängande med denna. Ytan av de perforerade partierna 6 av de rörformiga anoderna 4 är på lämpligt sätt belagd med en elektrokatalytisk avsätt- ning, som är icke passiverbar och resistent mot de anodis- ka förhållandena, i typfallet innehållande ädelmetaller el- ler oxider av ädelmetaller. De rörformiga anoderna är till- slutna vid överänden genom en propp eller tillslutning 7 av titan svetsad vid underänden av varje anod 4 eller före- trädesvis såsom angives i fig. 1 av kemiskt resistent plast- material, t.ex. polyvinylklorid eller liknande, försett med ett koaxiellt gängat hål 7a.As shown in Fig. 1, the cell comprises a rectangular cathodic container 1 of steel or nickel or alloys thereof or of other conductive and catalytically resistant material. A lid 2 of titanium or other anodic oxide film-forming passivable metal is bolted to the container 1 and closes the container at the top. An insulating gasket 3 is arranged between the cathode container 1 and the titanium lid 2. Tubular anodes 4 of titanium are welded in holes in the lid 2 and extend above the lid as shown. The walls of the tubular anodes 4 are provided with holes or other perforations, which start at a small distance below the lid 2 and extend to the bottom of the anodes 4. The perforated portions 6 of the anodes may be formed of mesh-like or expanded titanium sheet welded to the impermeable cross-section 5 or formed connected thereto. The surface of the perforated portions 6 of the tubular anodes 4 is suitably coated with an electrocatalytic deposit which is non-passivable and resistant to the anodic conditions, typically containing precious metals or oxides of precious metals. The tubular anodes are closed at the upper end by a plug or closure 7 of titanium welded at the lower end of each anode 4 or preferably as indicated in Fig. 1 of chemically resistant plastic material, e.g. polyvinyl chloride or the like, provided with a coaxially threaded hole 7a.

Det kat3oniska membranet 8, företrädesvis rörformigt, är draget över anoden 4 och fäst vid den ogenomträngliga över- delen av anoderna och vid den yttre cylindriska ytan av prop- pen 7 med hjälp av band av plastmaterial 9. Denna fastsätt- ning är särskilt lätt och ger en perfekt hydraulisk tätning mellan membranerna och de perforerade sektionerna av anoder- na 4, som är svår att erhålla i konventionella filterpress- celler. å Det katjoniska membranet 8 är företrädesvis permeabelt för katjoner och impermeabelt för den hydrodynamiska strömnin- gen av vätska och gas. Lämpliga material för membranerna är fluoridiserade polymerer eller sampolymerer innehållande sulfongrupper. Sådana material är tillräckligt flexibla och framställes i rörform genom strängsprutning eller varmlim- ning av flata ark. Tjockleken av sådana membraner är av storleksordningen en tiondels millimeter.The cationic membrane 8, preferably tubular, is drawn over the anode 4 and attached to the impermeable upper part of the anodes and to the outer cylindrical surface of the plug 7 by means of strips of plastic material 9. This attachment is particularly easy and provides a perfect hydraulic seal between the membranes and the perforated sections of the anodes 4, which is difficult to obtain in conventional filter press cells. The cationic membrane 8 is preferably permeable to cations and impermeable to the hydrodynamic flow of liquid and gas. Suitable materials for the membranes are fluoridated polymers or copolymers containing sulfone groups. Such materials are sufficiently flexible and are produced in tubular form by extrusion or hot gluing of flat sheets. The thickness of such membranes is of the order of one tenth of a millimeter.

Behållaren 1 vändes 180° för att underlätta fyllning och fylles med katodmaterialet 10. Behållaren tillslutes sedan med en rektangulär platta 11 perforerad vid underdelen av 10 15 20 25 30 8207131-7 varje anod 4 och företrädesvis av inert plastmaterial. En rektangulär saltlösningsfördelningslåda 12 även av inert plastmaterial är svetsad vid plattan 11 och är tillsluten genom en tillslutningsplatta 13 utrustad med en saltlös- ningsinloppsöppning 14. En packning kan vara anordnad mel- lan plattan 11 och flänsbotten av den rektangulära behålla- ren 1. Flänsarna hos plattan 11 kan vara bultfästa vid bot- tenflänsen på behållaren 1 och tillslutningsplattan 13 kan vara bultfäst vid botten av fördelningslâdan 12. Saltlös- ningsfördelningsboxen är ansluten till det inre av anoder- na 4 med hjälp av rörformiga förbindningsorgan 15, som är flänsförsedda vid ena änden och inskruvade i de gängade hålen 7a hos tillslutningspropparna 7. Tätningar eller pack- ningar 16 är anordnade mellan flänsarna på förbindningsor- ganen 15 och saltlösningsfördelningsboxen 12.The container 1 is turned 180 ° to facilitate filling and is filled with the cathode material 10. The container is then closed with a rectangular plate 11 perforated at the lower part of each anode 4 and preferably of inert plastic material. A rectangular saline distribution box 12 also of inert plastic material is welded to the plate 11 and is closed by a closing plate 13 equipped with a saline inlet opening 14. A gasket may be arranged between the plate 11 and the flange bottom of the rectangular container 1. The flanges of the plate 11 may be bolted to the bottom flange of the container 1 and the closing plate 13 may be bolted to the bottom of the distribution box 12. The saline distribution box is connected to the interior of the anodes 4 by means of tubular connecting means 15, which are flanged at one end and screwed into the threaded holes 7a of the closure plugs 7. Seals or gaskets 16 are arranged between the flanges of the connecting members 15 and the saline distribution box 12.

Katodrummet är fyllt med partikelmaterial till ungefär top- pen av de permeabla sektionerna 6 av de rörformiga anoder- na 4.The cathode chamber is filled with particulate material to approximately the top of the permeable sections 6 of the tubular anodes 4.

Katodbehållaren är nära överdelen på en nivå ovanför den för den partikelartade bädden 10 försedd med ett eller fle- ra utlopp 17 för väte och i sin undre del med åtminstone ett justerbart svanhalsutlopp 18 för avgivning av katolyten.The cathode container is near the upper part at a level above that of the particulate bed 10 provided with one or more outlets 17 for hydrogen and in its lower part with at least one adjustable gooseneck outlet 18 for dispensing the catholyte.

Ett fördelnings- eller sprutrör 24 ovanför nivån för parti- kelmaterialet 10 sträcker sig horisontellt över väsentligen hela längden av behållaren 1 och är utrustat med en serie hål för att medgiva tillförsel av vatten eller katolyt till katodrummet för utspädning och reglering av koncentrationen av alkalimetallhydroxiden, som alstras i katodrummet.A manifold 24 above the level of the particulate material 10 extends horizontally over substantially the entire length of the container 1 and is provided with a series of holes to allow the supply of water or catholyte to the cathode space for dilution and control of the concentration of the alkali metal hydroxide, which generated in the cathode chamber.

Företrädesvis tillförs vatten kontinuerligt till katodrummet genom fördelningsröret 24 för att utspäda den hydroxid som bildas på katoden och upprätthålla hydroxidkoncentrationen hos katolytavloppsmediet från cellen mellan 25 och 43 vikts- procent. 10 15 20 25 30 *8207131-7 Var och en av de rörformiga anoderna 4 är ansluten vid över- delen till en rektangulär tank 19, som sträcker sig över he- la överdelen av cellbehållaren 1. Elektrolytnivån för tanken 19 upprätthålles konstant genom ett svanhalsavgivningsrör 20 för elektrolyten. Elektrolyten, som avgives från röret 20, tillföres ett âtermättningssystem, innan den återföres till cellen genom elektrolytinloppet 14.Preferably, water is continuously supplied to the cathode chamber through the manifold 24 to dilute the hydroxide formed on the cathode and maintain the hydroxide concentration of the catholyte effluent medium from the cell between 25 and 43% by weight. Each of the tubular anodes 4 is connected at the top to a rectangular tank 19, which extends over the entire top of the cell container 1. The electrolyte level of the tank 19 is constantly maintained by a gooseneck delivery tube. 20 for the electrolyte. The electrolyte discharged from the tube 20 is fed to a saturation system before being returned to the cell through the electrolyte inlet 14.

Halogenen, som alstras på anoderna, avskiljes från elektro- lyten i tanken 19 och undslipper genom utloppet 21.The halogen generated on the anodes is separated from the electrolyte in the tank 19 and escapes through the outlet 21.

Plattan eller locket 2, vid vilken de rörformiga anoderna 4 är svetsade, är direkt ansluten till den positiva klämman hos det elektriska kraftmatningssystemet med hjälp av för- bindningen 22 och katodbehâllaren 1 är ansluten till den ne- gativa klämman med hjälp av förbindningen 23.The plate or lid 2, at which the tubular anodes 4 are welded, is directly connected to the positive terminal of the electric power supply system by means of the connection 22 and the cathode container 1 is connected to the negative terminal by means of the connection 23.

Fig. 2 är en sektionsvy längs linjen I-I i fig. 1 med ele- menten i den i samband med fig. 1 beskrivna cellen angivna med samma hänvisningsbeteckningar. Lokaliseringen av fördel- ningsröret 24 angives genom streckade linjer ovanför nivån för partiklarna av katodmaterialet 10 i katodbehâllaren 1.Fig. 2 is a sectional view taken along the line I-I in Fig. 1 with the elements of the cell described in connection with Fig. 1 indicated by the same reference numerals. The location of the manifold 24 is indicated by dashed lines above the level of the particles of the cathode material 10 in the cathode container 1.

Den visade cellen innefattar sex rörformiga anoder i ett rektangulärt hölje men det inses att antalet anoder kan va- rieras i tvärriktningen, att flera rader av anoder kan an- vändas, att formen hos cellen och anoderna kan vara en annan än den som visas och att andra modifikationer och ändringar kan göras inom ramen för uppfinningen.The cell shown comprises six tubular anodes in a rectangular housing but it will be appreciated that the number of anodes may be varied in the transverse direction, that several rows of anodes may be used, that the shape of the cell and the anodes may be different from that shown and that other modifications and changes may be made within the scope of the invention.

Utsträckningen av de cylindriska ytorna hos de rörformiga anoderna 4 är mycket stor relativt volymen av behållaren 1, vilket medgiver höga produktionshastigheter i en kompakt cell med väsentligen likformig strömtäthet genom cellen jäm- fört med celler, som vanligen användes kommersiellt. Vid drift matas koncentrerad saltlösning (120-310 g/l) exempel- vis av NaCl genom inloppet 14 till fördelningsboxen 12 och 10 15 20 25 30 8207131-7 10 stiger genom var och en av de rörformiga anoderna 4, på vilkas elektrokatalytiskt belagda ytor klor bildas. Natri- umjonerna genomgår det katjoniska membranet och kombineras med hydroxyljonerna, som avgives på katoden genom elektro- lys av vattnet under bildande av natriumhydroxid. Kloren stiger genom elektrolyten, som innehålles inuti de rörfor- miga anoderna 4, och till tanken 19, där den skiljes från vätskan och undslipper genom utloppet 21. De stigande klor- bubblorna ger en snabb strömning uppåt av elektrolyten i rören 4.The extent of the cylindrical surfaces of the tubular anodes 4 is very large relative to the volume of the container 1, which allows high production rates in a compact cell with substantially uniform current density through the cell compared to cells commonly used commercially. In operation, concentrated brine (120-310 g / l), for example of NaCl, is fed through the inlet 14 to the distribution box 12 and rises through each of the tubular anodes 4, on which electrocatalytically coated surfaces chlorine is formed. The sodium ions pass through the cationic membrane and are combined with the hydroxyl ions, which are released on the cathode by electrolysis of the water to form sodium hydroxide. The chlorine rises through the electrolyte contained within the tubular anodes 4, and to the tank 19, where it separates from the liquid and escapes through the outlet 21. The rising chlorine bubbles give a rapid upward flow of the electrolyte in the tubes 4.

Den utlakade saltlösningen strömmar genom konstantnivåut- loppet 20 och återföres till återmättningssystemet, innan den återföres till cellen genom inloppet 14.The leached brine flows through the constant level outlet 20 and is returned to the saturation system, before being returned to the cell through the inlet 14.

Vätet, som avgives på ytorna hos den porösa katodbädden in- till membranet 8, stiger genom partikelbädden 10 och upp- samlas i det övre rummet i katodbehâllaren, varifrån det undslipper genom utloppet 17. Natriumhydroxidlösningen av- gives genom den justerbara svanhalsen 18. Den justerbara svanhalsen 18 bibehåller nivån hos katolyten på väsentligen samma nivå som överdelen av katodbädden 10.The hydrogen, which is released on the surfaces of the porous cathode bed into the membrane 8, rises through the particle bed 10 and collects in the upper space of the cathode container, from which it escapes through the outlet 17. The sodium hydroxide solution is released through the adjustable gooseneck 18. The adjustable the gooseneck 18 maintains the level of the catholyte at substantially the same level as the top of the cathode bed 10.

Katolyten kan föras genom ett återvinningssystem för natrium- hydroxid beläget utanför cellen och utloppsmaterialet av ut- spädd natriumhydroxidlösning âterinföres till katodrummet genom fördelningsröret 24.The catholyte can be passed through a sodium hydroxide recovery system located outside the cell and the dilute sodium hydroxide solution effluent is returned to the cathode chamber through the manifold 24.

Driftstemperaturen kan variera mellan 30 och 100°C och bibe- hålles företrädesvis vid cirka 85°C. pH för anolyten kan va- riera mellan 1 och 6 och strömtätheten kan variera mellan 1000 och 5000 A/m2.The operating temperature can vary between 30 and 100 ° C and is preferably maintained at about 85 ° C. The pH of the anolyte can vary between 1 and 6 and the current density can vary between 1000 and 5000 A / m2.

Fastän cellen enligt uppfinningen beskrivits i samband med ritningarna, inses att otaliga ändringar och alternativ kan utnyttjas vid uppbyggande av cellen inom ramen för uppfin- ningen.Although the cell according to the invention has been described in connection with the drawings, it will be appreciated that numerous modifications and alternatives may be employed in constructing the cell within the scope of the invention.

Claims

10 15 20 25 30 8207131-7 11 P a t e n t k r a v

An electrolytic cell, comprising an anode space containing an electrolyte permeable anode (4) and a cathode space (1) containing a cathode separated by an ion exchange membrane (8) supported on the electrolyte permeable anode, means (22, 23) for applying a electrolysis current on the cell, means for introducing anolyte into the anode chamber, means for introducing catholyte into the cathode chamber, means for removing spent anolyte and electrolysis products from the anode chamber and means for removing spent catholyte and electrolysis products from the cathode chamber, characterized in that the cathode is a static bed (10) of electrically conductive, catholyte-resistant, porous filler material, which presses the membrane (8) against the anode (4).

Cell according to claim 1, comprising a container (1) of cathodic resistant metal, an upper part or a lid (2) of anodic oxide film-forming metal on the container, electrically isolated from the container, at least one tubular anode (4) of anodic oxide film-forming metal connected extending from the lid substantially to the bottom of the container, perforations (6) through a portion of the walls of the anode within the container and an impermeable portion of the anode extending just above the top of the container to the lid, the anode being open at both ends, characterized by an ion-permeable membrane (8) on the perforated walls (6) of the anode (4), means (14,12,15) for feeding electrolyte into the bottom of the tubular anode, means (3,7) for electrically insulating the anode at the top and bottom from the container (1), means (19,21,20) for conducting gaseous products, which are generated on the anode, and electrolyte out of the container, means (17) for conducting gaseous kato d products generated in the container out of the container, means (24) for introducing liquid into the cathode space in the container between the membrane and the walls of the container and means (18) for transporting liquid cathode products out of the container. 10 15 20 25 30 8207131-7- 12

Cell according to claim 2, characterized in that the anodes (4) are attached to the metal top or lid (2) and extend substantially to the bottom of the container (1).

Cell according to claim 2, characterized in that an electrolyte tank (19) above the container receives gaseous anodic products and electrolyte from the anodes, means (21) for discharging the gaseous products from the tank and means (20) for to maintain the electrolyte level in the tank and release electrolyte above said level from the tank.

Cell according to claim 2, characterized in that the membranes (8) are attached to the upper parts and the bottoms of the anodes by strips (9) of plastic material.

Cell according to claim 1, characterized in that tubular ion exchange membranes (8) on the outer surfaces of the tubular anodes (4) limit and hydraulically separate the cathode space inside the container (1) from the anode space inside the tubular anodes, a bottom closure (13 ) for the container (1), means (15) in the closure, which form a hydraulic connection between the interior of the tubular anodes and an electrolyte distributor (12) outside the cathode container, said bed (10) extending to a height just below the container lid (2) and the static porous bed is in electrical contact with the inner walls of the cathode container (1) and acts as a cathode on the surface next to the membranes, and a tank (19) for receiving depleted electrolyte and anode gas is connected to the upper ends of the tubular anodes (4).

Cell according to claim 6, characterized in that the tubular membranes (8) are permeable to the cations and impermeable to the hydraulic flow of gases and liquids.

Cell according to claim 7, characterized in that the membrane (8) comprises a fluoridated polymer or copolymer with sulfone groups. 10 15 8207131-7 13

Cell according to claim 6, characterized in that the tubular anode (4) is coated with an electrocatalytic deposit.

Cell according to claim 6, characterized in that the inner walls of the cathode container (1) consist of a material from the group comprising iron, nickel and alloys thereof.

Cell according to claim 3 or 6, characterized in that the static porous bed (10) of filler material is selected from the group of graphite, lead, iron, nickel, cobalt, vanadium, molybdenum, zinc and alloys thereof and compounds formed by hydriding, carbidizing and nitridizing said material extends between the walls of the cathode container (1) and the membrane (8) on the outer surfaces of the anodes (4).

Cell according to claim 6, characterized in that the static porous bed (10) comprises materials in the form of balls, beads, saddles, Raschi rings, cylinders, chipboard and metal wool.