SE449233B - Monopoler elektrolysor av filterpresstyp - Google Patents

Description

449 233 uppbyggda enligt principen ett flertal anoder och ett flertal ka- toder, anordnade parallellt och alternerande och skilda från var- andra genom väsentligen vertikala diafragmor. Anoderna är lämpli- gen i form av plattor av en anodiskt oxidfilmbildande metall (vanligtvis titan) och bär en elektrokatalytiskt aktiv beläggning (exempelvis en platinametalloxid); katoderna är lämpligen i form av en perforerad platta eller metallduk (vanligtvis mjukt kolstål); och diafragmorna, som kan vara avsatta på katodytan, är lämpligen gjorda av asbest eller en blandning av asbest och ett fluoropoly- mermaterial, t.ex. polytetrafluoroeten eller polyvinylidenfluorid.

Alternativt kan diafragmorna vara i form av ark, folier eller plat- tor, t.ex. av asbest eller av fluoropolymermaterial, vilka är fäs- ta på katodernas yta.

Diafragmaelektrolysörer innehållande avsatta diafragmor är vanligt- vis av monopolär tanktypkonstruktion. Sådana celler är ej lämpade för användning av arkformiga diafragmor på grund av problem vid beläggning av de komplicerade katodformer som användes. Följaktli- gen har elektrolysörcellkonstruktioner av filterpress- eller “sand- wich"-typ utvecklats för inrymmande av diafragmaark. Emellertid är sådana filterpresselektrolysörer oföränderligt dyrare än elektroly- sörer av monopolär tanktyp med avseende på kapitalkostnader på grund av den relativt komplicerade konstruktionen och på grund av behovet att bygga in strömfördelare för minskning av spänningsfal- let i de anod/katodmodulstorlekar som vanligtvis avses.

Föreliggande uppfinning hänför sig till en monopolär filterpress- elektrolysör, som är lämplig för användning med arkformiga diafrag- mor och som är lättframställd, billig och lätt kan monteras.

Föreliggande uppfinning hänför sig till en monopolär elektrolysör av filterpresstyp, vilken lämpar sig för elektrolys av vattenhaltig alkalimetallhalogenidlösning för framställning av vattenhaltig al- kalimetallhydroxidlösning, halogen och väte och vilken omfattar ett flertal staplade cellmoduler med vertikalt anordnade staplade böj- liga elektroder och avståndsplattor av väsentligen samma form, var- vid varje cellmodul omfattar en anodplatta med en anoddel av en anodiskt oxidfilmbildande metall med en katalytiskt aktiv belägg- ning, en katodplatta med en metallisk katoddel, mellan anod- och ka- todplatta ett diafragma med en hydrauliskt genomtränglig diafragma- _ ___.___._. _ 449 233 del, varvid anod-, katod- och diafragmedelarna är rombiska, kvad- ratiska, rektangulära eller cirkulära och av väsentligen samma form, och en av icke-ledande material bestående avstândsplatta placerad mellan anodplattan och diafragmat resp. katodplattan och diafragmat och vardera katod- och diafragmadelarna svarande öppning, bildar en anolytavdelning och utrymmet en sådan placerad mellan försedd med en mot anod- varvid utrymmet mel- lan anoddel och diafragmadel mellan katoddel och diafragmadel bildar en att plattorna ovanför anod- katolytavdelning, vil- ken kännetecknas av 0Ch kêt0äåGlärna är utformade som ramdelar, som avgränsar två öppningar, vilka är likadant utformade i varje platta och vilka tillsammans bildar en första längsgående avdelning och en bredvid den första liggande och från denna skild andra längsgående avdelning, varvid ramdelar- na i avståndsplattan mellan anodplattan och diafragmat är försedda med spår mellan den första avdelningen och anolytavdelningen och ramdelarna i avståndsplattan mellan katodplattan och diafragmat är försedda med spår mellan den andra avdelningen och katolytav- delningen för passage av elektrolyt och elektrolysprodukter, var- vid ramdelarna är gjorda av sådana material, att den första avdel- ningen och den andra avdelningen är elektriskt isolerade från var- andra.

Den hydrauliskt genomträngliga diafragmadelen kan vara infäst i en diafragmaplatta, som ovanför diafragmadelen är utformad som ram- som är delar, som avgränsar två öppningar, likadana som öppningarna i de övriga plattorna. Diafragmaplattan bör vara gjord av ett icke- -ledande material. Ändplattorna i elektrolysören omfattar företrädesvis en avslutande anodplatta och en avslutande katodplatta, som ej nödvändigtvis del- vis omfattar ett icke-ledande material. Således kan den avslutande anodplattan vara gjord av en anodiskt oxidfilmbildande metall, som bär en elektrokatalytisk aktiv beläggning på en del av sin yta, och den avslutande katodplattan kan vara metallisk.

Den anodiskt oxidfilmbildande metallen, som bildar anoddelen i anod- plattan eller i den avslutande anoden, utgöres företrädesvis av en av metallerna titan, zirkonium, niob, tantal eller volfram eller av en legering huvudsakligen bestående av en eller flera av dessa 449 233 metaller och med anodiska polarisationsegenskaper, som är jämför- bara med de för den rena metallen. Det är lämpligt att använda enbart titan eller en legering baserad på titan och med polarisa- tionsegenskaper jämförbara med de för titan. Exempel på sådana le- geringar är titan-zirkoniumlegeringar innehållande upp till 14% zirkonium, legcringar av titan med upp till 5% av en platinametall, t.ex. en legering av titan med platina, rodium eller iridium, och legeringar av titan med niob eller tantal innehållande upp till 10% av legeringstillsatsen.

Anoddelen i anodplattan kan vara i form av en perforerad platta el- ler metallduk, men är företrädesvis i form av spjälverk.

Spjälverken framställes lämpligen från en plåt av anodiskt oxidfilm- bildande metall genom pressning med ett slitsnings- och formnings- verktyg. De för detta sätt erhållna spjälverksspjälorna kan lämpli- gen vridas i rät vinkel mot det ursprungliga planet för den ano- diskt oxidfilmbildande metallplåten eller kan lutas mot detta plan om så önskas. Spjälorna lutar företrädesvis med en vinkel av mer än 60° mot planet för anodplattan.

Spjälverken i varje anodplatta anordnas företrädesvis i rak linje vid installering i elektrolysören, så att deras längsgående axlar är parallella med varandra och är lutade med en vinkel mot verti- kalplanet, t.ex. med en vinkel av ca 450, för att rikta väte fram- ställt i anolytavdelningarna mot den första avdelningen, som är anordnad längsgående i elektrolysören.

Den katalytiskt aktiva beläggningen utgöres av en ledande belägg- ning, som är beständig mot elektrokemiskt angrepp, men som är ak- tiv vid överförande av elektroner mellan elektrolyten och anoden.

Den katalytiskt aktiva beläggningen kan lämpligen bestå av en el- ler flera platinametaller, dvs platina, rodium, iridium, rutenium, osmium och palladium, och legeringar av dessa metaller och/eller oxider därav eller av en annan metall eller av en förening, som fungerar som anod och som är beständig mot elektrokemisk upplösning i cellen, t.ex. rhenium, rheniumtrioxid, magnetit, titannitrid och borider, fosfider och silicider av platjnametaller. Beläggningen kan bestå av en eller flera av dessa platinametaller och/eller oxi- 449 235 der därav i blandning med en eller flera icke-ädelmetalloxider.

Alternativt kan beläggningen bestå av en eller flera icke-ädelme- talloxider enbart eller en blandning av en eller flera icke-ädel- metalloxider och en klorurladdningskatalysator av en icke-ädelme- tall. Lämpliga icke-ädelmetalloxider är exempelvis oxider av de anodiskt oxidfilmbildande metallerna (titan, zirkonium, niob, tan- tal eller volfram), tenndioxid, germaniumdioxid och oxider av an- timon. Lämpliga klorurladdningskatalysatorer omfattar difluorider av mangan, järn, kobolt, nickel och blandningar därav.

Speciellt lämpliga katalytiskt aktiva beläggningar för användning i elektrolysören enligt uppfinningen omfattar platina och belägg- ningar baserade på ruteniumdioxid/titandioxid och ruteniumdioxid/ tenndioxid/titandioxid.

Andra lämpliga beläggningar omfattar de beskrivna i de brittiska patentskrifterna 1 402 414 och 1 484 015, enligt vilka ett icke- -ledande partikelformigt eller fibröst eldfast material inbäddas i en grundmassa av ett katalytiskt aktivt material (av ovan beskri- ven typ). Lämpliga icke-ledande partikelformiga eller fibrösa ma- terial omfattar oxider, karbider, fluorider, nitrider och sulfider.

Lämpliga oxider (omfattande blandoxider) omfattar zirkoniumoxid, aluminiumoxid, kiseloxid, toriumoxid, titandioxid, cerium(IV)oxid, hafniumoxid, ditantalpentoxid, magnesiumaluminat (exempelvis spi- nell MgÖ.Al2O3), aluminiumsilikater (t.ex. mulitt(Al2O3), (SiO2)2), zirkoniumsilikat, glas, kalciumsilikat (exempelvis bellit (Ca0)2- SiO2), kalciumaluminat, kalciumtitanat (exempelvis perovskit CaTiO3), attapulgit, kaolinit, asbest, glimmar, kodierit och ben- tonit, lämpliga sulfider omfattar diceriumtrisulfid, lämpliga nit- rider omfattar bornitrid och kiselnitrid, och lämpliga fluorider omfattar kalciumfluorid. Ett föredraget icke-ledande eldfast mate- rial är en blandning av zirkoniumsilikat och zirkoniumdioxid, t.ex. zirkoniumsilikatpartiklar och zirkoniumfibrer.

Anoddelarna i anodplattorna kan framställas genom ett bestryknings- och bränningsförfarande, varvid en beläggning av metall och/eller metalloxid bildas på anodytan genom anbringande på ytan på anod- plattan av ett skikt av en beläggningskomposition omfattande en vätskeformig bärare innehållande i värme sönderdelningsbara för- eningar av vardera av metallerna, som skall finnas i den färdiga 449 253 beläggningen, torkning av beläggningsskiktet genom avdrivning av den vätskeformiga bäraren, följt av bränning av skiktet genom upphettning av den belagda anodplattan, lämpligen till 250-800°C, för sönderdelning av metallföreningarna i skiktet och för bildning gav önskad beläggning. Då eldfasta partiklar eller fibrer skall inbäddas i metallen och/eller metalloxiden i beläggningen, kan de eldfasta partiklarna eller fibrerna blandas i beläggningskomposi- tionen innan denna anbringas på anodplattan. Alternativt kan de fasta partiklarna eller fibrernašanbringas på ett skikt av belägg- ningskompositionen medan denna fortfarande är i.vätskeformigt till- stånd på ytan på anodplattan, varpå skiktet torkas genom avdriv- ning av den vätskeformiga bäraren och brännes på vanligt sätt.

De katalytiskt aktiva beläggningarna uppbygges företrädesvis genom pâföring av ett flertal skikt på anodplattan, varvid varje skikt torkas och brännes före anbringande av nästa skikt.

Metallen, som bildar katoddelen på katodplattorna, är i allmänhet järn eller stål, företrädesvis mjukt kolstål, men andra metaller kan användas, t.ex. nickel.

Den metalliska katoddelen kan bestå av en perforerad plåt eller metallduk, men är företrädesvis i form av spjälverk. Spjälverken kan framställas från en metallplåt, t.ex. av mjukt kolstål eller järn, genom pressning med ett slitsnings- och formningsverktyg såsom beskrivits ovan med avseende på anodplattorna.

Katodspjälverken är företrädesvis lutade med en vinkel av mer än 600 mot planet för katodplattan.

Spjälverken i varje katodplatta inriktas företrädesvis vid instal- lering i elektrolysören så att deras längsgående axlar är paral- lella med varandra och är lutade med en vinkel mot vertikalplanet, t.ex. med en vinkel av ca 45°, så att väte framställt i katolyt- avdelningarna riktas mot den andra avdelningen anordnad längs- gående i cellen. l en förodragen utföringsform är både anod- och katodspjälverken lutade med sina längsgående axlar med 450 mot vertikalplanut (så- som definieras ovan), dvs på varandra följande anoder och katoder har spjälverk. vars längsgående axlar är lutade med 900 med avse- 449 233 ende på varandra.

Anodplattorna och katodplattorna måste delvis vara gjorda av icke- -ledande material så att den första och den andra avdelningen, som är anordnade längsgående i elektrolysören, är elektriskt isole- rade från varandra. Således kan den del av ancdplattan, vilken har en öppning som i elektrolysören avgränsar en del av den första av- delningen, vars gjord av en metall, t.ex. den anodiskt oxidfilmbil- dande metallen i anoddelen på plattan, i vilket fall den delen av anodplattan, vilken har en öppning som i elektrolysören avgränsar en del av den andra avdelningen, bör vara gjord av icke-ledande ma- terial, t.ex. ett plastmaterial, såsom polypropen. Omvänt bör den del av katodplattan, vilken har en öppning som i elektrolysören av- gränsar en del av den första avdelningen, vara gjord av ett icke- -ledande material, t.ex. ett plastmaterial, såsom polypropen, och den del av katodplattan, vilken har en öppning som i elektrolysören avgränsar en del av den andra avdelningen, kan vara gjord av en metall, t.ex. samma metall, som den i katoddelen på katodplattan.

Alternativt kan den del av anodplattan, vilken har en öppning som i elektrolysören avgränsar en del av den första avdelningen, vara gjord av ett icke-ledande material, och den del, som har en öppning som i elektrolysören avgränsar en del av den andra avdelningen, kan vara gjord av en metall och omvänt kan den del av katodplattan, vilken har en öppning som i elektrolysören avgränsar en del av den första avdelningen, vara gjord av en metall eller den del, som har en öppning som i elektrolysören avgränsar en del av den andra av- delningen, kan vara gjord av ett icke-ledande material.

I föredragna anodplattor och katodplattor är plattorna i två de- lar, en metallisk del och en del gjord av ett icke-ledande material, och delarna på anodplattorna placeras intill varandra och delarna på katodplattorna placeras nära varandra under montering av fil- terpresscellen.

Anoddelen i anodplattan, katoddelen i katodplattan och diafragma- delen i diafragmat är av väsentligen samma form, nämligen kvadra- tiska eller rombiska eller rektangulära eller cirkulära. Den fö- redragna formen är en kvadrisk form anordnad så att kvadratens diagonaler är horisontella och vertikala. Företrädesvis är anod- plattan, katodplattan och diafragmaplattan symmetriska runt en vertikal axel. f449 233 Företrädesvis är båda uppsättningarna öppningar, dvs öppningarna som bildar den första avdelningen resp. öppningarna som bildar den andra avdelningen, av väsentligen samma form.

Anodplattorna, katodplattorna, avståndsplattorna och diafragmaplat- Lorna är böjliga. Plattorna kan lätt framställas plana och av lik- formig tjocklek och kan göras tillräckligt tunna för att vara böj- liga. Denna böjlighet möjliggör upprätthållande av ett likformigt och tillräckligt tryck vid alla fogområden i elektrolysören, varigenom läckage förhindras.

Spåren i varje avstândsplatta är lämpligen i form av ett flertal skåror eller slitsar utskurna inne i plattornas tjocklek mellan antingen öppningarna motsvarande anolytavdelningarna och den förs- ta avdelningen eller öppningarna mellan katolytavdelningarna och den andra avdelningen.

Avståndsplattorna kan framställas i vilket lämpligt icke-ledande material som helst, men det är lämpligt att använda syntetiska or- ganiska polymerer, som är inerta mot de betingelser som råder i elektrolysören. Speciellt lämpliga polymerer omfattar polyvinyli- denfluorid och polypropen. Avståndsplattorna skäres lämpligen från ett arkformigt material av polymeren eller pressas eller formas från polymeren.

Elektrolysören kan lämpligen förses med tätningar eller packning- ar, som lämpligen är av ett elastomert material, t.ex. rågummi eller syntetiskt gummi. Tätningarna eller packningarna skäres lämp- ligen från ett arkformigt elastomermaterial eller formas eller pressas från elastomermaterialet och motsvarar i total storlek och form avståndsplattorna.

Alternativt kan avståndsplattorna modifieras i form och tjocklek för att fungera såsom både avståndsmaterial och tätningar eller packningar. I detta fall göres de kombinerade avståndsplattorna och packningarna lämpligen av ett elastomert material. t.ex. na- turgummi eller syntetiskt gummi, och spåren i avståndsplattorna åstadkommas genom införlivande av en fjäderanordning, som antingen är ett pressgods av anod- eller katodmaterialet eller ett böjligt form- eller presstycke av en lämplig polymer. Fjäderanordningen möjliggör strömning av gas eller vätska med minimalt hinder och 449 233 bör ha en fjädringsförmåga och ett djup kombinerbara med elasto- meren så att fogningstrycket överföres.

Tätningarna eller packningarna eller avstândsplattorna, som ver- kar såsom tätningar eller packningar är tillräckligt tunna och böjliga för att gynna goda förbindningsbetingelser i elektrolysö- ren.

Vilket lämpligt diafragmamaterial som helst kan användas, men det är lämpligt att använda diafragmor av porösa fluoropolymerer (t.ex. polytetrafluoroeten). Lämpliga diafragmor kan framställas från vat- tenhaltiga dispersioner av polytetrafluroeten och avlägsningsbart fyllmedel genom de förfaranden, som finns beskrivna i de brittis- ka patentskrifterna 1 081 046 och 1 424 804. Fyllmedlet kan avlägs- nas före införande av diafragmat i cellen, t.ex. genom behandling med syra 'för upplösning av fyllmedlet. Alternativt kan fyllmedlet avlägsnas från diafragmat in situ i cellen, t.ex. såsom finns be- skrivet i een brittiske petentekriften 1 468 355, enligt vilken syra innehållande en korrosionsinhibitor användes för upplösning av fyllmedlet eller fyllmedlet avlägsnas elektrolytiskt, Alternativt kan diafragmat formas från ark eller plattor av poröst polymermaterial. innehållande enheter avledda från tetrafluoroeten, varvid materialet har en mikrostruktur kännetecknad av knutpunkter sinsemellan sammanbundna av fibriller. Det nämnda polymermateria- let och dess framställning finns beskrivet i den brittiska patent- skriften 1 355 373 och dess användning såsom diafragma i elektro- kemiska celler finns beskriven i de brittiska patentansökningarna 23 275/74 och 23316/74 (den belgiska patentskriften 829 388).

Diafragmat kan även bildas genom ett elektrostatiskt spinningsför- farande. Ett sådant förfarande finns beskrivet i den brittiska patentansökningen 41873/74 och omfattar införande av spinnvätska bestående av en vätska innehållande ett organiskt fiberbildande polymermaterial (t.ex. en fluorerad polymer, såsom polytetrafluoro- eten) in i ett elektriskt fält, varigenom fibrer drages från väts- kan till en elektrod och de på detta sätt bildade fibrerna upp- samlas på elektroden i form av en porös arkformig produkt. l en utföringsform av elektrolysören alternerar enkla anodplattor 449 235 med enkla katodplattor med diafragmaplattor inlagda mellan angrän- sande-anod- och katodplattor. I en alternativ utföringsform alter- nerar par av anodplattor med par av katodplattor, med diafragma- plattor inlagda mellan angränsande par av anodplattor och par av katodplattor.

Användningen av par av anod- och katodplattor i stället för enkla plattor ger ökat gasfrigörande utrymme i närheten av anoden och katoderna.

Anoddelen i varje anodplatta och katoddelen ixæmje katodplatta har företrädesvis ett mått i strömningsriktningen inom omrâdet 15-60 cm, företrädesvis inom omrâdet 15-25 cm vid användning av alternerande enkla anod- och katodplattor och inom området 30-50 cm vid använd- ning av alternerande par av anod- och katodplattor. De nämnda fö- redragna måtten för anod- och katoddelarna ger korta strömvâgar, vilket i sin tur säkerställer låga spänningsfall inom anoderna och katoderna utan användning av noggrant utarbetande strömförande an- ordningar.

Avståndet mellan på varandra följande diafragmaytor, som avgränsar en cellmodul, är företrädesvis inom området 5-20 mm, exempelvis inom omrâdet 5-8 mm, vid användning av alternerande enkla anoder och katoder och inom området 10-20 mm vid användning av alterne- rande par av anoder och katoder.

Vid drift av elektrolysören passerar saltlösning nedåt från den överliggande avdelningen för tillförsel av saltlösning genom spår i avstândsplattorna in i anolytavdelningarna.

Halogengas, som bildas i anolytavdelningarna, passerar uppåt genom spåren för saltlösningsmatning och frigöres i den gemensamma över- liggande avdelningen för saltlösningstillförsel. Saltlösningen strömmar genom diafragmorna in i katolytavdelningarna, där cellut och väte bildas. Celluten och vätet stiger genom spåren i avstånds- plattorna in i den andra överliggande avdelningen, där vätet fri- göres.

Föreliggande elektrolysör är således uppbyggd av formade eller pressade anod- och katodplattor med liknande form, åtskilda av 449 235 11 formade, pressade eller utskurna avståndsplattor av lämpligt icke- -ledande material, tillsammans med nödvändiga tätningar eller packningarQ Elektrolysören är lämpligen försedd med ändplattor, angränsande till avslutande anod- resp. katodplatta. Ändplattor- na är lämpligen av mjukt kolstål, lämpligen skyddade från cellmil- jön med hjälp av exempelvis en avståndsbricka av plast, och hela konstruktionen kan hopfogas, exempelvis genom bultförskruvning av ändplattorna. Denna enkla konstruktion möjliggör fördelaktigt kon- struktion av en kommersiell elektrolysör till relativt låg kapital- kostnad i jämförelse med konventionella monopolära celler av tank- typ eller bipolära filterpressceller.

Vid användning av dessa böjliga anodplattor och katodplattor är det ej nödvändigt att plattorna göres plana vid framställningen, eftersom plattorna utplanas under monteringwpå grund av det tryck, som utövas av ändplattorna, som kan vara av relativt massiv kon- struktion. Vidare resulterar användning av dessa anod- och katod- plattor (som exempelvis är 1 mm tjocka) i att spjälverken utforma- de i anod- resp. katoddelarna har liten styrka, så att de lätt av- böjes av diafragmat om de kommer i kontakt därmed under montering, varigenom skada på diafragmat undvikes. På detta sätt kan ett litet anod/katodgap, t.ex. 2 mm, lätt och effektivt uppnås.

Den totala längden för elektrolysören kommer oundvikligt att va- ra större än tjockleken för de individuella modulerna. Det är exem- pelvis möjligt att strömförbindelse till modulerna i elektrolysö- ren sker med hjälp av ett flertal flexibla strömledare med samma antal som antalet cellmoduler i elektrolysören.

En anläggning för framställning av halogen och alkalimetallhydr- oxidlösning kan omfatta ett flertal elektrolysörer enligt uppfin- ningen och dessa kan vara anslutna vid varandra med hjälp av stag- bultar eller skruvtvingar, som passerar genom eller runt samman- sättningen av böjliga kopplingsorgan och anod- och katodplattor på lämpligt sätt. Där ett sådant flertal av elektrolysörer använ- des och en speciell elektrolysör måste tagas ur drift, vilken elektrolysör är elektriskt isolerad, kan en förbikopplare placeras direkt ovanför elektrolysören, som skall tagas ur drift, och kopp- lingar kan göras vid lämpliga punkter längs med hela längden av 449 253 12 mellanelektrolysörkopplingarna med hjälp av ett liknande arran- gemang av stagbult eller skruvtving. Elektrolysören kan därefter avlägsnas antingen underifrån eller frånsidan. Alternativt kas förbikopplaren placeras under elektrolysören och denna avlägsnas ovanifrån.

Uppfinningen kan speciellt tillämpas på elektrolysörer för fram- ställning av klor och natriumhydroxid genom elektrolys av vatten- haltiga natriumkloridlösningar.

Såsom exempel kommer uppfinningen nu att beskrivas med hänvisning till de åtföljande ritningarna, på vilka fig. 1 visar en sprängskiss i perspektiv av en del av en elektro- lysör enligt uppfinningen, fig. 2 visar en schematisk ändvy av den del av elektrolysören på fig. 1 som ses från riktningen A. Fig. 2 är delvis i snitt för att visa på varandra följande komponenter i elektrolysören.

Fig. 3 visar en schematisk skiss av en elektrolysör enligt uppfin- ningen, vilken omfattar enkla anodplattor alternerande med enkla katodplattor och fig. 4 visar en schematisk skiss av en elektrolysör enligt uppfin- ningen, vilken omfattar par av anodplattor alternerande med par av katodplattor.

Den del av elektrolysören som visas omfattar anodplatta 1, katod- platta 2 och diafragmadel 3 i kombination med avståndsplattor 4, 5 och diafragmaplatta 6 och packningar 7.

Diafragmaplattan 6 med infäst diafragmadel 3 åtskiljer en anolyt- modul, som omfattar en anodplatta 1, en avståndsplatta 4 och en packning 7, från en katolytmodul, som omfattar en katodplatta 2, en avståndsplatta S och packning 7. Elektrolysören på fig. 1 om- fattar en cellmodul bestående av en halv anodmodul och en halv ka- todmodul, men det är uppenbart att en kommersiell elektrolysör skul- le innehålla ett flertal sådana cellmoduler, typiskt 500 - 2000 cellmoduler. Mängden av cellmoduler skulle fästas samman (under möjliggörande av värmeutvidgning) med hjälp av bultar och fjädrar eller med hjälp av hydrauliska organ. 449 233 * 13 Elektrolysören skulle vidare omfatta ändplattor (visas ej), lämp- ligen av mjukt kolstål.

De individuella beståndsdelarna i elektrolysören beskriven ovan (och som diskuteras i detalj i det följande) kombineras för avgrän- sande av en första avdelning 10 (visas på fig. Zl för inlopp av matarsaltlösning och klorprodukt och som sträcker sig längs med elektrolysörens längd, en andra avdelning 11 (visas på fig. 2) för alkalimetallhydroxidlösningsprodukt (cellut) och väteprodukt, vilken avdelning även sträcker sig längs med elektrolysörens längd, och alternerande anolyt- och katolytavdelningar (en förbunden med varje cellmodul), vilka sträcker sig mellan på varandra följande diafragmadelar 3. Måtten på anolyt- och katolytavdelningarna bestäm- mes av avståndet mellan på varandra följande diafragmadel 3 och anodplatta 1 respektive katodplatta 2 och av tvärsnitten för där- med förbundna aktiva anoddelar (och aktiva katoddelar) såsom dis- terats ovan..

Varje anodplatta 1 består av en aktiv anoddel 12 och en ramdel 14, som lämpligen är framställd av en anodiskt oxidfilmbildande metall, företrädesvis titan, och en ramdel 8, som lämpligen är framställd av ett plastmaterial, t.ex. polypropen. Den aktiva anoddelen 12 i form av ett flertal spjälverk bär en katalytiskt aktiv beläggning (exempelvis en blandning av ruteniumoxid och titandioxid). Anod- plattan 1 har en utsträckt del 13 för anslutning till en elektrisk strömkälla (visas ej) och ramdelarna 14 och 8 avgränsar öppningar och 15a, vars mått motsvarar tvärsnitten för avdelningarna 10' resp. 11.

Varje katodplatta 2 består av en aktiv katoddel 16 och en ramdel 18, som lämpligen är framställda av mjukt kolstål eller järn, fö- reträdesvis mjukt kolstål, och en ramdel 9, som lämpligen är fram- ställd av ett plastmaterial, t.ex. polypropen. Den aktiva katod- delen 16 är i form av ett flertal spjälverk. Katodplattan 2 har en utsträckt del 17 för frånledning av elektrisk ström och ramde- larna 18 och 9 avgränsar öppningar 19 resp. 19a, vars mått motsva- rar tvärsnitten för avdelning 11 resp. 10.

Varje diafragmadel 3 utgöres lämpligen av ett mikroporöst ark el- ler skiva av asbest eller av en fluorerad polymer och är företrä- 449 255 14 desvis en mikroporös film, ark eller skiva av polytetrafluoroeten.

Diafragmadelen 3 uppbäres på en platta 6, framställd av vilket lämpligt elastomert material som helst, t.ex. naturgummi eller syntetiskt gummi.

Plattan 6 är i form av en ram, som avgränsar tre öppningar, vilkas mått motsvarar genomskärningarna för anolyt- eller katolytavdel- ningen respektive de gemensamma avdelningarna 10 och 11.

Varje avståndsplatta 4, 5 är lämpligen framställd av ett plastma- terial, t.ex. polypropen. Avståndsplattorna 4, 5 är försedda med tre öppningar, vars mått är väsentligen desamma som måtten på öpp- ningarna i diafragmaplattorna 6. Avståndsplattorna 4, 5 är vidare försedda med skåror eller slitsar 20 resp. 21, som är så placerade i elektrolysören att skårorna 20 på avståndsplattan 4 kopplar sam- man en anolytavdelning och avdelningen 10 och skårorna 21 på av- ståndsplattan 5 kopplar samman en katolytavdelning och den gemen- samma avdelningen 11.

Vardera av packningarna 7 är framställda av ett elastomert materi- al, t.ex. naturgummi eller syntetiskt gummi. Packningen 7 är i form av en ram, som avgränsar tre öppningar, vars mått ungefär motsva- rar genomskärningarna på anolyt- resp. katolytavdelningarna och på avdelningarna 10 och 11. Plattan 6 och plattorna 4 och 5 har liknande total form, utom att plattan 6 har en nedre öppning, som är mindre än motsvarande öppning i plattorna 4 och 5 så att i elekt- rolysören kanterna på diafragmadelen 3, som är något större än den nedre öppningen i plattan 6, infångas mellan plattan 6 och plattan 4 eller plattan 5. Vidare är plattan 6 lämpligen av en tjocklek kombinerbar med tjockleken på diafragmadelen, medan packningen 7 lämpligen är av tunnare material.

Elektrolysören är lämpligen försedd med en inloppsledning (visas ej) för natriumkloridlösning (ansluten till avdelningen 10) och utloppsledningar (visas ej) för klor (anslutna till avdelningen 10) och för väte och cellut (anslutna till avdelningen 11).

Vid drift passerar natriumkloridlösning nedåt från avdelningen 10 genom skåror 20 i avståndsplattorna 4 in i anolytavdelningarna.

Klorgas, som bildas i anolytavdelningarna, passerar uppåt genom 449 235 skåror 20 i avståndsplattorna 4 och frigöres i avdelningen 10.

Cellut och väte, som bildas i katolytavdelningarna, stiger genom skårorna 21 i avståndsplattorna 5 in i den gemensamma avdelningen 11, där väte frigöres.

På fig. 3 visas schematiskt en elektrolysör av den typ, som visas på fig. 1 och 2, för åskådliggörande av arrangemanget av enkla anodplattor 22 (motsvarande anodplattor 1) alternerande med enkla katodplattor 23 (motsvarande katodplattor 2), med diafragmor 24 in- lagda mellan anodplattorna 22 och katodplattorna 23. Fig. 3 visar även packningar 25 (motsvarande packningar 7), men för enkelhets skull visas ej avståndsplattorna (vilka betecknas med 4 på fig. 1 och 2).

På fig. 4 visas schematiskt en elektrolysör för åskådliggörande av utföringsformen med arrangemang av alternerande par av anodplattor 26 och par av katodplattor 27, i kombination med diafragmor 28 och packningar 29.

Föreliggande elektrolysör åskâdliggöres ytterligare genom följande exempel.

Exempel En elektrolysör enligt uppfinningen förseddes med fyra anodplattor 1 med titanspjälverk (vardera 0,74 mm tjocka) belagda med en bland- ning av ruteniumoxid och titandioxid, fyra katodplattor 2 med spjäl- verk av mjukt kolstål (vardera 0,75 mm tjocka) och sju elektrosta- tiskt spunna arkformiga diafragmadelar av polytetrafluonmfien (tjock- lek 3 mm). Längden på spjälverken i anod- och katodplattorna, som följer riktningen på strömflödet, var 15 cm. Avståndet mellan dia- fragmaytorna i anolyt- (eller katolyt-)avdelningarna var 6 cm.

Avståndsplattorna 4 och ramarna 7, 8 var framställda av polypropen och diafragmaplattorna 6 var framställda av syntetiskt gummi.

Elektrolysören matades med natriumkloridlösning (300 g/liter NaCl) med en hastighet av 5 liter/timme och en strömstyrka av 480 ampêre (motsvarande en strömtäthet av 3 kA/m2) bringades att passera genom elektrolysören. Elektrolysörens driftspänning var 3,5 volt. Fram- ställd klorgas innehöll 95 vikt-% C12 och 5 vikt-% 02. Framställd natriumhydroxid innehöll 10 vikt-% NaOH. Elektrolysören drevs vid ett strömutbyte av 86 %. ..___ - .._.:..__..._ .-- ~ -- ...-~-- I

Claims (26)

:ß 449 233 Patentkrav

1. Monopolär elektrolysör av filterpresstyp, vilken lämpar sig för elektrolys av vattenhaltig alkalimetallhalogenidlösning för framställning av vattenhaltig alkalimetallhydroxidlösning, halogen och väte och vilken omfattar ett flertal staplade cellmoduler med vertikalt anordnade staplade böjliga elektroder och avstândsplattor av väsentligen samma form. varvid varje cellmodul omfattar en anodplatta (1) med en anoddel (12) av en anodiskt oxidfilmbildande metall med en katalytiskt aktiv beläggning, en katodplatta (2) med en metallisk katoddel (16), mellan anod- och katodplatta ett diafragma med en hydrauliskt genomtränglig diafragmadel (3), varvid anod-, katod- och diafragmadelarna är rombiska, kvadratiska, rektangulära eller církulära och av väsentligen samma form. och en av icke-ledande material bestående avstândsplatta (4) placerad mellan anod- plattan (l) och diafragmat resp. en sådan (5) placerad mellan katodplattan (2) och diafragmat och vardera försedd med en mot anod-, katod- och diafragmadelarna svarande öppning. varvid utrymmet mellan anoddel (12) och diafragmadel (3) bildar en anolytavdelning och utrymmet mellan katoddel (16) och dia- fragmadel (3) bildar en katolytavdelning. k ä n n e t e c k - n a d av att plattorna ovanför anod- och katoddelarna är utformade som ramdelar (14. 8. 18. 9. 4, 5), som avgränsa: två öppningar (15, l5a, 19, l9a), vilka är likadant utformade i varje platta och vilka tillsammans bildar en första längsgående avdelning (10) och en bredvid den första liggande och från denna skild andra längsgående avdelning (ll), varvid ramdelarna i avstândsplattan (4) mellan anodplattan (l) och diafragmat är försedda med spår (20) mellan den första avdelningen (10) och anolytavdelningen och ramdelarna i avståndsplattan (5) mellan katodplattan (2) och diafragmat är försedda med spår (21) mellan den andra avdelningen (ll) och katolytavdelningen för passage av elektrolyt och elektrolysprodukter, varvid ramde- larna är gjorda av sådana material, att den första avdelningen (10) och den andra avdelningen (ll) är elektriskt isolerade från varandra. 449 235

2. Elektrolysör enligt krav 1, k ä n n e t e cjk n a d av att diafragmat är bildat av en diafragmaplatta (6), som har dia- fragmadelen (3) infäst däri och som ovanför diafragmadelen (3) är utformad som ramdelar, som avgränsar tvâ öppningar, som är likadana som öppningarna i de övriga plattorna.

3. Elektrolysör enligt krav l eller 2, k ä n n e t e c k - n a d av att anoddelen (12) är i form av spjälverk, vilka är inriktade i linje så att deras längsgående axlar är parallella med varandra och lutade med 45° mot vertikalplanet så att halogen bildad i anolytavdelningen riktas mot den första avdelningen (10).

4. Elektrolysör enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d av att den ramdel (14) pâ varje anodplatta, vilken avgränsa: en öpp- ning, som motsvarar en del av den första avdelningen (l0); är gjord av en anodiskt oxidfilmbildande metall och är en inte- grerad del av anoddelen.

5. Elektrolysör enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d av att de integrerade anod- och ramdelarna är pressade från ett enda ark eller en enda platta av anodiskt oxidfilmbildande metall.

6. Elektrolysör enligt krav 5. k ä n n e t e c k n a d av att den anodiskt oxidfilmbildande metallen utgöres av titan.

7. Elektrolysör enligt något av kraven 3 - 6. k ä n n e - t e c k n a d av att den ramdel (B) i varje anodplatta, vilken avgränsa: en öppning, som motsvarar en del av den andra avdel- ningen (ll), är gjord av ett icke-ledande material och är skild från återstoden av anodplattan.

8. Elektrolysör enligt krav 7. k ä n n e t e c k n a d av att det icke-ledande materialet utgöres av polypropen.

9. Elektrolysör enligt något av kraven 1 - 8, k ä n n e - t e c k n a d av att katoddelen (16) är 1 form av spjälverk. vilka är inriktade i linje så att deras längsgående axlar är 449 253 18 parallella med varandra och lutade med 45° mot vertikalplanet för att rikta väte, som bildas 1 katolytavdelningen, mot den andra avdelningen (ll), varvid spjälverken är lutade med 90° mot spjälverken på anodplattorna.

10. Elektrolysör enligt_något av kraven 3 - 9, k ä n n e - t e c k n a d av att den ramdel (18) på varje katodplatta, vilken avgränsa: en öppning, som motsvarar en del i den andra avdelningen (ll), är gjord av samma metall som metallen 1 katoddelen (16) och är integrerad med denna.

11. ll. Elektrolysör enligt krav 10, k ä n n e t e c k n a d av att de integrerade katod- och ramdelarna är pressade från en enda plåt eller skiva av metall.

12. Elektrolysör enligt krav ll, k ä n n e t e c k n a d av att metallen utgöres av mjukt kolstål.

13. Elektrolysör enligt något av kraven 3 - 12, k ä n n e - t e c k n a d av att den ramdel (9) på varje katodplatta, vilken avgränsa: en öppning motsvarande en del i den första avdelningen (10), är gjord av ett icke-ledande material och är skild från återstoden av katodplattan.

14. Elektrolysör enligt krav 13, k ä n n e t e c k n a d av att det icke-ledande materialet utgöres av polypropen.

15. Elektrolysör enligt något av kraven l - 14, k ä n n e - t e c k n a d av att anoddelarna, katoddelarna och diafrag- morna är av väsentligen kvadratisk form och anordnade så att diagonalerna på kvadraten är horisontella och vertikala.

16. Elektrolysör enligt något av kraven l - 15, k ä n n e - t e c k n ard av att spåren (20, 21) 1 varje avståndsplatta (4, 5) åstadkommes genom skåror eller slitsar skurna i ram- delens tjocklek.

17. Elektrolysör enligt något av kraven 1 - 16, k ä n n e - Il 449 233 t e c k n a d av att avstândsplattorna (4. 5) är framställda av polyvinylidenfluorid eller polypropen.

18. Elektrolysör enligt något av kraven 1 - 17, k ä n n e - t e c k n a d av att den vidare omfattar tätningar eller packningar (7) av elastomert material, vilka i total storlek och form motsvarar avstândsplattorna (4. 5).

19. Elektrolysör enligt något av kraven 1 - 18, k ä n n e - t e c k n a d av att enkla anodplattor (1) alternerar med enkla katodplattor (2), med diafragmaplattor (6) inlagda mellan på varandra följande anodplattor och katodplattor.

20. Elektrolysör enligt något av kraven 1 - 18. k ä n n e - t e c k n a d av att par av anodplattor (1) alternerar med par av katodplattor (2), med diafragmaplattor (6) inlagda mellan på varandra följande par av anodplattor och katodplattor.

21. Elektrolysör enligt något av kraven 1 - 20. k ä n n e - t e c k n a d av att varje anoddel (12) och varje katoddel (16) har mått i riktning för strömflödet inom omrâdet 15 - - 60 cm.

22. Elektrolysör enligt krav 19 eller 21, k ä n n e t e c k - n a d av att varje anoddel (12) och varje katoddel (16) i de enkla anodplattorna (1) och katodplattorna (2) har mått i rikt- ning för strömflödet inom området 15 - 25 cm.

23. Elektrolysör enligt krav 20 eller 21. k ä n n e t e c k - n a d av att varje anoddel (12) och varje katoddel (16) i varje par av anodplattor (1) och katodplattor (2) har ett mått i riktning för strömflödet inom området 30 - 50 cm.

24. Elektrolysör enligt något av kraven 1 - 23,2 k ä n n e - t e c k n a d av att avståndet mellan på varandra följande diafragmor ligger inom omrâdet 5 ~ 20 mm.

25. Elektrolysör enligt krav 24, k ä n n e t e c k n a d av 449 253 att avståndet mellan på varandra följande diafragmaytor är inom omrâdet 5 - 8 mm vid användning av enkla anodplattor (1) och katodplattor (2).

26. Elektrolysör enligt krav 24, k ä n n e t e c k n a d av att avståndet mellan på varandra följande diafragmaytor är inom omrâdet 10 - 20 mm. u