[0001] Изобретение относится к электролизеру для получения газообразного галогена из водного раствора галогенида щелочного металла с несколькими расположенными рядом друг с другом в виде пакета и находящимися в электрическом контакте пластинчатыми ячейками электролизера, содержащими по одной мембране, причем каждая из ячеек оснащена корпусом из двух полуоболочек из электропроводного материала с наружными контактными полосами на по меньшей мере одной задней стенке корпуса, при этом корпус оснащен устройствами для подачи тока электролиза и исходных реагентов для электролиза и устройствами для отвода тока электролиза и продуктов электролиза и анодным и катодным электродами, на которых выделяется газ во время их обычной работы, а также выпускными отверстиями для произведенного газа.
[0002] Ячейки электролизеров известны, и типичный пример состояния техники в данной области описан в документе DE 19641125 A1. Устройство этого типа обеспечивает требуемое отделение газа в верхней задней области, что достигается посредством проходящей по направлению к электролитической мембране направляющей пластины, которая, кроме того, служит для достаточного смачивания электролитической мембраны во время работы электролизера. Однако при прерываниях работы электролизера могут возникнуть трудности в отношении сохранения такого смачивания.
[0003] Чтобы защитить стандартные покрытия (далее называемые «покрытиями»), можно поляризовать ячейку в состоянии простоя, например, при вводе в эксплуатацию, снятии с эксплуатации, перерывах в эксплуатации для проведения обслуживания или поломках. Это используют всякий раз, когда ячейка электролизера должна быть заполнена и нагрета перед началом работы. При отключении электролизера поляризация также должна быть сохранена до тех пор, пока анодная жидкость не очистится от хлора и затем не охладится.
[0004] В случае недостаточного смачивания электролитической мембраны в верхней области ячейки, уровень жидкости в полуоболочках задается с помощью технологии единственного элемента согласно документу DE 19541125 А1 посредством переливного гребня стояка. Ток поляризации не должен выбираться произвольным образом, а должен превышать заданное пороговое значение.
[0005] В зависимости от материала стояка, такого как, например, металл или политетрафторэтилен (ПТФЭ), и от угла его скоса в верхней части ячейки, в холодном состоянии могут быть созданы газовые зоны высотой более 20 мм. Исследования показали, что установленная в ячейке электролизера электролитическая мембрана не является газонепроницаемой, а обладает некоторой зависящей от размера молекул степенью диффузии, которая не зависит от разности давлений между анодной и катодной камерами. Так как на катоде образуется газообразный водород, а на аноде, в зависимости от плотности тока, образуется газообразный хлор или газообразный кислород, то газообразный водород диффундирует в анодную камеру из-за его значительно меньшего атомного размера. Количество накапливаемого анодного газа при включенной поляризации должно быть таким, чтобы гарантированно не был достигнут взрывоопасный предел для смеси хлор-водород или смеси кислород-водород. Эта задаваемая скорость образования кислорода или хлора линейно зависит от тока поляризации и от площади поверхности электролитической мембраны в газовом пространстве. В случае электролизера, который описан в документе DE 19641125 А1, со стояками из ПТФЭ и газовым пространством высотой от 20 мм при «горячей» температуре, до 30 мм при «холодной» температуре, ячейке электролизера требуется ток поляризации приблизительно 28 А.
[0006] Поэтому задача изобретения заключается в том, чтобы сконструировать устройство, которое не имеет вышеупомянутых затруднений и поэтому требует пониженного тока поляризации.
[0007] Данная задача решается в изобретении за счет того, что посредством встраиваемых в ячейку электролизера (электролизную ячейку) элементов задается повышенный уровень жидкости и минимизируется объем остающейся газовой области, так что требуемый для поляризации минимальный ток может быть понижен. При этом ячейка может быть заполнена полностью по отношению к мембране, так что требуемый для поляризации минимальный ток при заполненной ячейке и, следовательно, при отсутствии пространства с газообразным водородом на электролитической мембране будет достигнут даже при поляризации без тока.
[0008] Устройство согласно изобретению содержит встроенные в собственно электролизное пространство элементы, функция которых состоит также в том, чтобы играть определенную роль в гидравлике и динамике газожидкостной смеси. Эти встроенные элементы отличаются тем, что:
они образуют внутренний лоток (желоб), который, во-первых, установлен параллельно электролитической мембране и, во-вторых, проходит горизонтально;
между лотком и электролитической мембраной расположено первое промежуточное пространство;
между лотком и верхней стороной по меньшей мере одной полуоболочки также расположено второе промежуточное пространство, которое по меньшей мере частично находится над самой нижней точкой верхнего внутреннего электролизного пространства вблизи мембраны;
при этом лоток имеет по меньшей мере одно отверстие, сообщающееся с упомянутым промежуточным пространством между лотком и верхней стороной упомянутой полуоболочки;
лоток имеет по меньшей мере одно выпускное отверстие.
Лоток может быть расположен либо на анодной стороне, либо на катодной стороне или же как на анодной, так и на катодной сторонах, при этом он служит в качестве сливного кармана для жидкости или газа. Кроме того, он может быть расположен по всей ширине ячейки, только на впускном и выпускном участках, либо на каком-то ином участке между ними.
[0009] В конкретном варианте осуществления изобретения промежуточное пространство между лотком и верхней стороной упомянутой полуоболочки выполнено в виде зазора с предпочтительной шириной от 2 до 3 мм. В особенно предпочтительном варианте выполнения этот зазор расположен наклоненным как наружу, так и вверх по отношению к горизонтальной плоскости, если смотреть со стороны электролитической мембраны. Зазор также может иметь переменную ширину, при этом смежные ограничивающие его поверхности могут быть выполнены прямыми, волнистыми или дугообразными.
[0010] Еще в одном варианте осуществления изобретения промежуточное пространство между лотком и верхней стороной упомянутой полуоболочки оборудовано перфорированной пластиной, причем эта перфорированная пластина расположена параллельно электролитической мембране или слегка отклонена относительно нее, так что перфорационные отверстия выполняют функцию перфорированной диафрагмы.
[0011] В еще одном варианте осуществления изобретения промежуточное пространство между лотком и верхней стороной упомянутой полуоболочки оснащено пучком трубок, при этом оси этих трубок лежат в плоскости промежуточного пространства. Трубки необязательно должны быть круглыми и могут быть выполнены из сотообразной формованной конструкции. Этот вариант выполнения обеспечивает преимущество особенно повышенной жесткости.
[0012] В еще одном варианте осуществления изобретения в промежуточном пространстве между лотком и верхней стороной упомянутой полуоболочки предусматривают буртики, перемычки, выступы или иные распорные элементы, которые служат для геометрического ограничения промежуточного пространства и для установления в нем определенного режима движения потока.
[0013] В еще одном варианте осуществления изобретения те элементы, которые образуют лоток, впускные отверстия, выпускные отверстия и связанные с ними опоры, по меньшей мере частично снабжены покрытием для того, чтобы защитить их от коррозии.
[0014] Еще одно преимущество изобретения заключается в том, что нижняя часть лотка также выполняет функцию предварительного отделения газа, что приводит к успокоению потока и, возможно, демпфирует или даже полностью предотвращает пульсацию.
[0015] Даже в случае повреждения (утечки) на лотке это необязательно поставит под угрозу работу ячейки электролизера, поскольку здесь речь идет только о встроенных элементах, которые уплотнены внутри ячейки, и это представляет собой дополнительное преимущество настоящего изобретения.
[0016] Устройство согласно изобретению является встраиваемым в виде сборочного узла в существующие установки при их модернизации, что является дополнительным преимуществом настоящего изобретения.
[0017] Устройство согласно изобретению, кроме того, имеет преимущество, заключающееся в том, что оно не предъявляет никаких особых требований к геометрии катодных и анодных задних стенок; следовательно, эти стенки могут быть выполнены прямыми, волнистыми или наклонными.
[0018] Изобретение будет далее пояснено примером.
На чертеже показан вид в поперечном сечении верхней части ячейки электролизера с лотками согласно изобретению, которые введены как на анодной, так и на катодной сторонах.
[0019] Обе полуоболочки ячейки электролизера образованы анодной задней стенкой 1 и катодной задней стенкой 2 и жестко скреплены посредством соединения с силовым замыканием (болтового соединения) 3. Приблизительно в центре (по оси) ячейки электролизера расположены анодный электрод 4, имеющий конструкцию типа жалюзи, и катодный электрод 5 посредством не показанных здесь опорных и фиксирующих элементов, а между электродами 4 и 5 расположена электролитическая мембрана 6.
[0020] На анодной стороне установлен лоток 7, который конструктивно выполнен в виде согнутого листа 8. Образующийся на анодном электроде 4 типа жалюзи газообразный хлор вместе с подвергаемой электролизу жидкостью входит в виде пены в промежуточное пространство 9 между ограничивающим лоток 7 листом 8 и электродом 4. Бóльшая часть пузырьков пены разрушается под лотком 7 и поступает предварительно отделенными через промежуточное пространство 9 и зазор 10 в лоток 7.
[0021] В случае прекращения работы в ячейку набегает столько жидкости, что ее уровень достигает верхнего края 11 зазора 10. Посредством этого обеспечивается то, что электролитическая мембрана 6 полностью увлажняется на анодной стороне и что меньше водорода может диффундировать с катодной стороны на анодную сторону.
[0022] На катодной стороне установлен лоток 12, который конструктивно выполнен в виде изогнутого листа 13. Образующийся на гладком катодном электроде 5 газообразный водород вместе с подвергаемой электролизу жидкостью входит в виде пены в промежуточное пространство 14 между ограничивающим лоток 12 листом 13 и электродом 5. Большая часть пузырьков пены разрушается под лотком 12 и поступает предварительно отделенной через промежуточное пространство 14 и зазор 15 в лоток 12.
[0023] В случае прекращения работы, в ячейку набегает столько жидкости, что ее уровень достигает верхнего края 16 зазора 15, из-за чего электролитическая мембрана 6 полностью увлажняется на катодной стороне и водород не может диффундировать с катодной стороны на анодную сторону.
[0024] Список позиций:
1 - Анодная задняя стенка
2 - Катодная задняя стенка
3 - Соединение
4 - Анодный электрод
5 - Катодный электрод
6 - Электролитическая мембрана
7 - Лоток
8 - Лист
9 - Промежуточное пространство
10 - Зазор
11 - Верхний край
12 - Лоток
13 - Лист
14 - Промежуточное пространство
15 - Зазор
16 - Верхний край
Изобретение относится к электролизеру для получения газообразного галогена из водного раствора галогенида щелочного металла. Ячейка электролизера для получения газообразного галогена содержит корпус из двух полуоболочек, выполненных из электропроводного материала, анод (4) и катод (5) с расположенной между ними электролитической мембраной (6). По меньшей мере одна из упомянутых полуоболочек снабжена встроенными элементами, обеспечивающими повышение уровня жидкости, причем упомянутые встроенные элементы образуют внутренний лоток (7), расположенный горизонтально и параллельно электролитической мембране (6) и отделенный от нее первым промежуточным пространством (9, 14), и между лотком (7) и верхней стороной упомянутой по меньшей мере одной полуоболочки образовано второе промежуточное пространство (10, 15), наклоненное наружу и вверх по отношению к горизонтальной плоскости, если смотреть со стороны электролитической мембраны (6). Лоток (7) имеет по меньшей мере одно отверстие, сообщающееся с упомянутым вторым промежуточным пространством (10, 15), и по меньшей мере одно выпускное отверстие. 2 и 7 з.п. ф-лы, 1 ил.
US 6214181 B1, 10.04.2001 | |||
Электролизер для получения хлора и раствора гидроксида щелочного металла | 1986 |
|
SU1618281A3 |
DE 19740673 A, 18.03.1999 | |||
EP 0327794 A1, 16.08.1989. |
Авторы
Даты
2008-08-20—Публикация
2003-10-16—Подача