WO1998030737A1 - Zellendeckel für elektrolysezellen - Google Patents

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Stefan Venghaus
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features

Definitions

  • the invention relates to corrosion-resistant apparatus covers, in particular cell covers for electrolytic cells, with an improved wall lining.
  • the proposed, more easily removable lining is particularly suitable for use on new or used lids for electrolysis cells that work according to the amalgam process.
  • plastic films are also used to cover the cells (so-called “membrane covers”).
  • membrane covers prove to be disadvantageous because they limit the possibility of vertically adjusting the anodes.
  • the invention has for its object to provide an apparatus cover with a corrosion-resistant lining which does not have the disadvantages of the known constructions, the cover being provided with a more easily detachable lining made of plastic or metal.
  • current feedthroughs for example when used as an electrolytic cell cover, must be taken into account.
  • the object is achieved in that on prepared i.e. cut, drilled or chamfered plates made of plastic or metal sheets, in particular titanium or titanium alloys, the bushings for the anodes are attached, e.g. by welding. After placing it on the steel cover, the anode sleeves are prevented from slipping out of the holes by suitable holding devices, e.g. by holding plates or screw connections.
  • the invention relates to an apparatus cover with a corrosion-resistant lining and at least one electrical feedthrough, characterized in that the lining on the feedthrough is firmly and gas-tightly connected to a sleeve protruding beyond the cover wall, that the sleeve is fixed to the cover wall with a releasable fastening means and that the space between the current feedthrough and the sleeve is sealed with the aid of a releasable sealant, the power feedthrough being electrically insulated from the sleeve and the cover.
  • an additional sealant is provided in the apparatus cover, which prevents corrosive gases from escaping.
  • Sleeve on the cover is a clamping ring that engages in a groove on the sleeve, or a union nut that engages in a thread on the sleeve.
  • the sealant on the feedthrough is pulled down so far that it also surrounds the feedthrough in the inner region of the sleeve and is electrically insulated.
  • An additional insulating layer made of a closed-pore polymer foam, in particular made of polyurethane foam, e.g. in plate form.
  • the lining of the apparatus cover can consist of plastic, in particular polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene-co-hexafluoropropylene (FEP), perfluoroalkoxy polymers (PFA) or (PVC, PVC-HT) or metal, in particular of
  • Titanium or its alloys It is particularly preferably made of titanium
  • cell covers can also be covered with plastics, e.g. PVDF, FEP, PFA, PVC.
  • plastics e.g. PVDF, FEP, PFA, PVC.
  • the large-area plates of the lining and the sleeves for the anode feedthroughs can be connected to one another under optimal conditions, e.g. by welding.
  • the surface of the metal cell cover can be provided with an additional coating as corrosion protection.
  • DD lacquers or epoxy resins are particularly suitable as a material for a coating.
  • the lining can be repaired under simplified conditions, since the lining can be easily removed from the cell cover.
  • the design-influenceable gap between the lining and the lid also allows the lining to be checked for leaks.
  • the lids can also be coated on all sides with a suitable coating to protect them from corrosion.
  • Experiments with loose plastic cladding showed that, despite the high coefficient of thermal expansion of the plastic, they are also well suited for the lining of lids. With detachable cladding made of metal, all welds can be carried out under optimal conditions.
  • the proposed detachable connections are particularly suitable for cladding metallic covers of electrolytic cells for the production of chlorine by the amalgam process.
  • the invention also relates to the use of the apparatus cover according to the invention as a housing cover for electrolysers, in particular for chlor-alkali electrolysis, for. B. after the amalgam process.
  • Fig. 1 shows a side view of an embodiment of the apparatus cover according to the invention.
  • Fig. 2 shows a detail corresponding to a section AA 1 in Figure 1 in the area of
  • FIG. 3 shows an alternative detail corresponding to a section AA ′ in FIG. 1 in the area of the sleeve 5.
  • Fig. 1 shows a segment of a lid of an electrolysis cell, in which chlorine is produced by the amalgam process, with a loose cover 2 made of plastic and a usual anode bushing 12 through the lid 1.
  • the plate-shaped covering 2 e.g. made of PVDF, FEP, PVC
  • the sleeve 5 for the anode feedthrough 12 see FIG. 2
  • the cell cover 1 is then placed on the lining 2, the sleeves 5 extending through holes 3 in the cover wall 1.
  • Insulation 4 is additionally provided as a barrier for harmful gases between cell cover 1 and cladding 2.
  • Fig. 2 shows a section through a sleeve 5 with anode bushing 12.
  • split holders for example clamping rings 6 made of plastic or metal engaging in a groove 13 in the sleeve 5
  • the sleeves 5 are prevented from slipping out of the bores 3 in the cover 1 .
  • Slipping out can alternatively z. B. can also be prevented by a screw connection 16, 17 (see Fig. 3).
  • the anodes 12 are sealed, for example, by a rubber washer 8, which is pressed onto the upper edge of the sleeve 5 with the aid of the flange 9 and the screw connections 10, e.g. to seal the reaction space from the environment.
  • Seal 7 is intended to prevent moisture from getting between the lining 2 and cell cover 1, for example when cleaning the top of the cover. To avoid corrosion on the underside of the lid 1, this is with a ge . appropriate corrosion protection 11 provided.
  • the same construction is also for a lining based on metallic materials, e.g. with titanium, suitable.
  • Fig. 3 shows a section through a sleeve 5 with anode bushing 12, in which the sleeve is fixed with the aid of a union nut 17.
  • the rubber seal in the inner region 15 of the sleeve 5 is pulled down in order to secure the bushing 12 against a short circuit with the sleeve 5 if it is made of metal.

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Abstract

Die Erfindung betrifft korrosionsbeständige Apparatedeckel, insbesondere Zellendeckel für Elektrolysezellen, mit einer verbesserten lösbaren Wandauskleidung (2). Die vorgeschlagene, einfacher lösbare Auskleidung (2) eignet sich besonders für den Einsatz an neuen oder gebrauchten Deckeln (1) von Elektrolysezellen, die nach dem Amalgamverfahren arbeiten.

Description

Zellendeckel für Elektrolysezellen
Die Erfindung betrifft korrosionsbeständige Apparatedeckel, insbesondere Zellendeckel für Elektrolysezellen, mit einer verbesserten Wandauskleidung. Die vorge- schlagene, einfacher lösbare Auskleidung eignet sich besonders für den Einsatz an neuen oder gebrauchten Deckeln von Elektrolysezellen, die nach dem Amalgamverfahren arbeiten.
Für das Verkleiden von Elektrolysezellendeckeln aus Metall, die für den Einsatz im Amalgamverfahren geeignet sind, sind wenigstens drei verschiedene Verfahren bekannt:
Das Aufbringen einer nicht lösbaren Verkleidung von Gummi auf einen konventionellen Stahldeckel oder die innere Verkleidung des Deckels mit nicht lös- baren Blechen aus Titan.
Desweiteren werden auch Kunststoffolien zur Abdeckung der Zellen verwendet (sogenannte "Membrandeckel").
Der Nachteil von gummierten Deckeln ist, daß sich an gummierten Deckeln durch
Reaktion mit Chlor dioxin- und furanhaltige Reaktionsprodukte bilden können. Ein weiterer Nachteil besteht in der aufwendigen Instandsetzung solcher Deckel. Soll ein gummierter Deckel neu beschichtet werden, so muß zunächst die Gummierung z.B. durch Kälte zum Sprödbruch gebracht werden und die am Deckel anhaftenden Gummireste müssen anschließend durch Abmeißeln entfernt werden.
Zellendeckel mit Titanauskleidung weisen folgende Nachteile auf. Die Verkleidung von Stahldeckeln mit Hilfe von Titanblechen ist vergleichsweise aufwendig und teuer wegen der vielen Schweißnähte an den Anodendurchführungen im Zellendeckel. Bei einer geringfügigen Beschädigung der Titanauskleidung gelangt feuchtes Chlor an den
Zellenstahldeckel, wonach eine starke Korrosion des Stahlteiles einsetzt. Eine fachgerechte Reparaturschweißung an der Titanauskleidung ist wegen mangelhafter Gasbe- schleierung des Spaltes zwischen Titanauskleidung und korrodiertem Stahldeckel praktisch nicht möglich.
Der Austausch eines Stahldeckels gegen einen "Membrandeckel" aus Kunststoff ist sehr kostspielig und praktisch schwer durchführbar, da u.a. die Konstruktion für die
Stromzuführung geändert werden müßte. Überdies erweisen sich Membrandeckel als nachteilig, da sie die Möglichkeit begrenzen die Anoden vertikal zu verstellen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Apparatedeckel mit korrosionsbe- ständiger Auskleidung zu schaffen, der die Nachteile der bekannten Konstruktionen nicht aufweist, wobei der Deckel mit einer leichter lösbaren Auskleidung aus Kunststoff oder Metall zu versehen ist. Insbesondere gilt es dabei Stromdurchführungen, beispielsweise bei der Verwendung als Elektrolysezellendeckel, zu berücksichtigen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf vorbereiteten d.h. zugeschnittenen, gebohrten oder angefasten Platten aus Kunststoff oder Blechen aus Metall, insbesondere aus Titan oder Titanlegierungen, die Durchführungen für die Anoden angebracht werden, z.B. durch Schweißen. Nach dem Auflegen auf die Stahldeckel wird ein Herausrutschen der Anodenhülsen aus den Bohrungen durch geeig- nete Haltevorrichtungen verhindert, z.B. durch Haltebleche oder Verschraubungen.
Gegenstand der Erfindung ist ein Apparatedeckel mit korrosionsbeständiger Auskleidung und wenigstens einer elektrischen Stromdurchführung, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidung an der Stromdurchführung mit einer über die Deckel- wand hinausragenden Hülse fest und gasdicht verbunden ist, daß die Hülse mit einem lösbaren Befestigungsmittel an der Deckelwand fixiert ist, und daß der Raum zwischen der Stromdurchführung und der Hülse mit Hilfe eines lösbaren Dichtmittels abgedichtet ist, wobei die Stromdurchführung gegenüber der Hülse und dem Deckel elektrisch isoliert ist.
Bevorzugt ist im Apparatedeckel ein zusätzliches die Hülse umlaufendes Dichtmittel vorgesehen, das ein Ausdringen korrosiver Gase verhindert. In einer besonderen Ausführung ist das Befestigungsmittel für die Befestigung der
Hülse am Deckel ein Spannring, der in eine Nut an der Hülse eingreift, oder eine Überwurfmutter, die in ein Gewinde an der Hülse eingreift.
In einer weiteren bevorzugten Variante ist das Dichtmittel an der Stromdurchführung so weit heruntergezogen, daß es die Stromdurchführung auch im Innenbereich der Hülse umschließt und elektrisch isoliert.
Bevorzugt ist zwischen der Auskleidung und der Deckelwand eine zusätzliche Isolierschicht aus einem geschlossenporigen Polymerschaum, insbesondere aus Polyurethanschaum, z.B. in Plattenform, vorgesehen.
Die Auskleidung des Apparatedeckels kann aus Kunstoff, insbesondere Polyvinyliden- fluorid (PVDF), Polytetrafluorethylen-co-hexafluorpropylen (FEP), Perfluoralkoxy- polymeren (PFA) oder (PVC, PVC-HT) oder aus Metall bestehen, insbesondere aus
Titan oder seinen Legierungen. Besonders bevorzugt besteht sie aus Titan
Außer mit Metallblechen, z.B. aus Titan, können Zellendeckel wie beschrieben auch mit Kunststoffen, z.B. PVDF, FEP, PFA, PVC, verkleidet werden. Die großflächigen Platten der Auskleidung und die Hülsen für die Anodendurchführungen können unter optimalen Bedingungen miteinander verbunden werden, z.B. durch Schweißen. Die Oberfläche des Zellendeckels aus Metall kann mit einem zusätzlichen Überzug als Korrosionsschutz versehen werden. Als Material für einen Überzug kommen insbesondere DD-Lacke oder Epoxidharze in Frage.
Bei Beschädigung der Auskleidung ist nach ihrer Entfernung vom Zellendeckel eine Reparatur der Auskleidung unter vereinfachten Bedingungen möglich, da die Auskleidung vom Zellendeckel leicht lösbar ist. Der konstruktiv beeinflußbare Spalt zwischen Auskleidung und Deckel erlaubt zudem eine Überprüfung der Auskleidung auf Dichtigkeit.
Die Deckel können zusätzlich allseitig mit einem geeigneten Anstrich als Korrosionsschutz versehen werden. Versuche mit losen KunststoffVerkleidungen zeigten, daß auch sie trotz des hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Kunststoffes gut für Auskleidungen von Deckeln geeignet sind. Bei lösbaren Verkleidungen aus Metall können alle Schwei- ßungen unter optimalen Bedingungen durchgeführt werden.
Die vorgeschlagenen lösbaren Verbindungen sind insbesondere zur Verkleidung von metallischen Deckeln von Elektrolysezellen zur Herstellung von Chlor nach dem Amalgamverfahren geeignet.
Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung des erfindungsgemäßen Apparatedeckels als Gehäusedeckel für Elektrolyseure, insbesondere für die Chlor-Alkali- Elektrolyse, z. B. nach dem Amalgamverfahren.
Die Erfindung wird nachstehend beispielhaft anhand der Figuren näher erläutert, ohne daß die Erfindung im einzelnen eingeschränkt ist.
Fig. 1 zeigt in einer seitlichen Aufsicht eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Apparatedeckels.
Fig. 2 zeigt ein Detail entsprechend einem Schnitt A-A1 in Figur 1 im Bereich der
Hülse 5 und der Stromdurchführung 12.
Fig. 3 zeigt ein alternatives Detail entsprechend einem Schnitt A-A' in Figur 1 im Bereich der Hülse 5.
Beispiel
Fig. 1 zeigt ein Segment eines Deckels einer Elektrolysezelle, in der Chlor nach dem Amalgamverfahren hergestellt wird, mit einer losen Verkleidung 2 aus Kunststoff und einer üblichen Anodendurchführung 12 durch den Deckel 1. Praktischerweise wird i. a. die plattenförmige Verkleidung 2, z.B. aus PVDF, FEP, PVC, mit der Hülse 5 für die Anodendurchführung 12 (siehe Fig. 2) vor der Montage auf den Zellendeckel 1 miteinander gasdicht verbunden, z.B. durch Verschweissen. Anschließend wird der Zellendeckel 1 auf die Auskleidung 2 gelegt, wobei die Hülsen 5 durch Bohrungen 3 in der Deckelwand 1 reichen. Zwischen Zellendeckel 1 und Verkleidung 2 ist zusätzlich eine Isolierung 4 als Barriere für Schadgase vorgesehen.
Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch eine Hülse 5 mit Anodendurchführung 12. Durch geteilte Halterungen, beispielsweise Spannringe 6 aus Kunststoff oder Metall eingreifend in eine Nut 13 in der Hülse 5, wird verhindert, daß die Hülsen 5 aus den Bohrungen 3 im Deckel 1 herausrutschen. Das Herausrutschen kann alternativ z. B. auch durch eine Schraub Verbindung 16, 17 verhindert werden (siehe Fig.3). Die Abdichtung der Anoden 12 erfolgt beispielsweise durch eine Gummischeibe 8, die mit Hilfe des Flansches 9 und der Schraubverbindungen 10 auf die Oberkante der Hülse 5 gepreßt wird, z.B. zwecks Abdichtung des Reaktionsraumes von der Umgebung. Die weitere
Dichtung 7 soll verhindern, daß z.B. bei der Reinigung der Oberseite des Deckels Feuchtigkeit zwischen Auskleidung 2 und Zellendeckel 1 gelangt. Zur Vermeidung von Korrosion an der Unterseite des Deckels 1 wird dieser mit einem ge.eigneten Korrosionsschutz 11 versehen.
Die gleiche Konstruktion ist auch für eine Auskleidung auf Basis von metallischen Werkstoffen, z.B. mit Titan, geeignet.
Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch eine Hülse 5 mit Anodendurchführung 12, bei der die Hülse mit Hilfe einer Überwurfmutter 17 fixiert ist. In diesem Beispiel ist die Gummidichtung im Innenbereich 15 der Hülse 5 heruntergezogen um die Durchführung 12 vor einem Kurzschluß mit der Hülse 5 zu sichern, wenn diese aus Metall gefertigt ist.

Claims

Patentansprüche
1. Apparatedeckel mit korrosionsbeständiger Auskleidung (2) und wenigstens einer elektrischen Stromdurchführung (12), dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidung (2) an der Stromdurchführung (12) mit einer über die Deckelwand (1) hinausragenden Hülse (5) fest und gasdicht verbunden ist, daß die Hülse (5) mit einem lösbaren Befestigungsmittel (6) an der Deckelwand (1) fixiert ist, und daß der Raum zwischen der Stromdurchführung (12) und der Hülse (5) mit Hilfe eines lösbaren Dichtmittels (8) abgedichtet ist, wobei die Stromdurchführung (12) gegenüber der Hülse (5) und dem Deckel elektrisch isoliert ist.
2. Apparatedeckel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzliches die Hülse umlaufendes Dichtmittel (7) vorgesehen ist.
3. Apparatedeckel nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungsmittel (6) ein Spannring ist, der in eine Nut (13) an der Hülse (5) eingreift.
4. Apparatedeckel nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungsmittel (6) eine Überwurfmutter (16) ist, die in ein Gewinde (17) an der Hülse (5) eingreift.
5. Apparatedeckel nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtmittel (8) die Stromdurchführung (12) auch im Innenbereich (15) der
Hülse umschließt und elektrisch isoliert.
6. Apparatedeckel nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Auskleidung (2) und der Deckelwand (1) eine zusätzliche Isolier- Schicht (4) aus geschlossenporigen Polymerschaum, insbesondere Polyurethanschaum vorgesehen ist.
7. Apparatedeckel nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidung (2) aus Kunststoff, insbesondere PVDF, FEP, PFA, oder PVC, oder aus Metall, insbesondere Titan oder seinen Legierungen, bevorzugt aus Titan besteht
8. Apparatedeckel nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterseite des Deckels (1) mit einer zusätzlichen Korrosionsschutzschicht (11) versehen ist.
9. Verwendung des Apparatedeckels nach einem der Ansprüche 1 bis 8 als Gehäusedeckel für Elektrolyseure, insbesondere für die Chlor-Alkali-Elektrolyse, z. B. nach dem Amalgamverfahren.
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