Диафрагменный электролизер для получения хлора и щелочи Советский патент 1983 года по МПК C25B1/46 C25B15/08 

Изобретение относится к устройст вам, применяемым для электролиза водных растоворов хлоридов щелочных металлов с получением хлора, водорода и щелочи, а именно к биполярным электролизерам диафрагмеиног типа. Известен диафрагменный электроли зер для получения хлора,и щелочи, в котором биполярные электроды размещаются в общем бетонном корпусе, составляя ряд последовательно включенных ячеек Г1. Наиболее близким из известных является диафрагменный хлорный электролизер биполярного типа, соде жащий корпус в виде открытой сверху емкости прямоугольной формы-с крышками и с размещенными в нем двумя концевыми монополярными электродами противоположной полярности, между которыми установлены биполярные эле роды с анодными и катодными элементами, -закрепленными с противоположных сторон несущей токораспределительной основы. По периметру основы приварена полоса, образующая раму биполярного электрода, вставляемую в вертикальные пазы стенки корпуса. К краям рамы прикреплена катодная сетка, к которой, в свою очередь, прикреплены катодные элементы в ви де сплющенных сетчатых коробок. На п верхность катодной сетки и катодны элементов нанесена диафрагма. Анодный полюс электрода выполнен из графитовых плит, закрепленных парал лельными рядами с другой стороны то кораспределительной основы. Внутренние полости катодных элементов биполярного электрода соединены с пространством между токораспределительной основой и катодной сеткой и составляет катодное пространство ячейки, служащее сборником катодны продуктов. Водород и электролитичес кая щелочь выводятся из него через отверстие в раме биполярного электрода. Концевые монополярные электро ды имеют устройство, ан алогичное соответствующему полюсу биполярного электрода.Токораспределительные основы биполярных электродов разделяют всю емкость на ряд отдельных секций-ячеек. Каждая секция является самостоятельной электрохимической ячейкой, включающ в себя катодный и анодный полюсы соответственно от смежных биполярны электродов. Хлорное газовое простра ство заключено между основами со. седних электродов и корпусом. Из ка дои ячейки продукты электролиза выводятся раздельно через щтуцера в коллекторы для хлора, щелочи и водорода. Также раздельно подают в каждую ячейку питающий раствор хлорида щелочного металла. Монополярные электроды служат для ввода и вывода электрического тока с противоположных торцов емкости соответственно f2J. Недостатками указанного, электролизера являются невысокая единичная мощность и невозможность проведения процесса электролиза под давлением. Известный электролизер не может быть построен на высокие единичные мощности, так как увеличение его размеров влечет за собой значительное увеличение размеров емкости, а вместе с ними и периметра уплотнения крышек корпуса, герметизирующих хлорное пространство, а также периметра уплотнения устройства для вывода катодных продуктов электролиза (тделочи и водорода/, что чрезвычайно усложняет конструкцию электролизера и практически исключает возможность достижения необходимой плотности стыков между элементами электролизера. Все известные устройства и способы уплотнения не обеспечивают в условиях высокой коррозионной активности среды (химическая и электрохимическая коррозия, высокая температура ) и при необходимости периодической переборки электролизера достаточной степени герметичности, позволяющей проводить процесс электролиза под давлением. В то же время проведение процесса электролиза под давлением позволило бы получить хлор высокой концентрации и исключить специальные перекачивающие устройства (компрессоры )для его транспортировки и компримирования. С целью увеличения единичной мощности электролизера и ведения процесса электролиза под давлением в предлагаемом диафрагменном электролизере корпус выполнен в виде полого цилиндра из неэлектропроводного материала, в основаниях которого размещены концевые монополярные электроды, герметично скрепленные с цилиндром, в основании каждого биполярного электрода, концевого катодного многополярного электрода и в катодной поверхности выполнено одно или несколько сквозных отверстий , соединяющих сборники катодных продуктов соседних электродов, биполярные электроды установлены с зазором в верхней части и образуют с корпусом канал для вывода хлора. Сквозное отверстие в катодной поверхности может быть выполнено в основаниях одного или нескольких катодных элементов, герметично закрепленных в сквозных отверстиях основы соседного электрода, образующего общий канал. Сквозное отверстие в катодной поверхности может быть выполнено между катодными элементами коаксиально отверстию в основе электрода, в котором герметично закреплен раструб, снабженный сквозными отверстиями на боковой поверхности, соединяющими его внутреннюю полость со сборником катодных продуктов, и состыкованный с патрубком, установленным в отверстии основы соседнего электрода.

Корпус электролизера может быть выполнен из двух или более частей, герметично скрепленных между собой.

На фиг.1 представлен электролизер, вид сверху; на фиг.З - поперечный разрез электролизера; на фиг.4,5 - варианты выполнения биполярного -электрода i на фиг.б вариант устройства для вывода водорода и щелочи.

Электролизер включает в себя корпус 1, биполярные электроды 2, концевые монополярные электроды 3 и 4, токоподводящие шины 5 и 6, устройства 7,8 и 9, соответственно для вывода щелочи, водорода и хлора и подачи электролита 9. Корпус 1 выполнен из стеклопластика или любого другого известного хлоростойкого материала-или комплекса материалов и ему придана цилиндрическая форма. Корпус 1 снабжен фланцами 10 для соединения с концевыми монополярными электродами 3 и 4. Биполярный электрод 2 составлен из токораспределительной основы 11 из материала, стойкого к воздействию хлор и катодных 12 и анодных 13 элементов. Основа 11 выполнена в виде металлической плиты из материала, стойкого к воздействию хлора или за щищенного от него. Основе придана круглая форма. В верхней части основа установлена с зазором по отношению к корпусу 1. Катодные 12 и аноные 13 элементы закреплены с противоположных сторон основы 11. Анодные элементы 13 могут быть выполнены из графита или титановых листов, покрытых .активной массой. Катодные элементы 12 выполнены в виде полых сплющенных сетчатых коробок, обращеных открытой полостью к основе 11. Между катодными элемента у1и 21 и основой 11 расположен сборник 14 катоных продуктов, объединяющий внутренние полости всех катодных элементов 12 и служащий для сбора и дальнейшего вывода щелочи и водорода. Сквозное отверстие в катодной поверхност Ьыполнено в основании одного или нескольких катодных элементов 12, герметично закрепленных в сквозных отверстиях 15 основы 11 соседнего электрода с образованием общего канала для вывода щелочи и водорода. Устройство для вывода щелочи и водорода может быть выполнено из серии раструбов 16, приваренных к основам 11 биполярных электродов и соединяющихся с катодными сборниками 14 отверстиями 17, и патрубков 18 из неметаллического материала, прикрепленных с другой стороны к основам 11 шпильками. Патрубки 18 входят в раструбы 16 и уплотняются резиновыми кольцами 19. В сборе все элементы устройства для вывода щелочи и водорода составляют единый герметичный коллектор.

Сборка электролизера производится следующим образом.

При помощи обычных монтажных устройств . лебедка, монорельс, домкрат устанавливаются в корпусе 1 биполярные электроды 2, которые предварительно собираются в комплекты по 3-4 электрода. Комплекты биполярных электродов вводятся во внутрь корпуса так, чтобы устройство для вывода щелочи и водорода всех биполярных электродов стыковались друг с другом образуя общий канал. Затем устанавливаются концевые монополярные электроды 3 и 4 и стягиваются с корпусом 1. После этого производится технологическая и электрическая обвязка электролизера. К электролизеру подсоединяется сепаратор для разделения водорода и щелочи.

Предложенный электролизер имеет приведенные ниже преимущества.

Использование цилиндрического корпуса и биполярных электродов с основой круглой формы обеспечивает построение электролизера любой практически целесообразной длины и мощности при минимальном, неизменяемом от его размеров периметре уплотнения. Так, независимо от длины (1G-20 м) и мощности электролизера (до 5000 кА ) периметр уплотнения остается неизменным, поэтому электролизер может быть построен без осложнений и специальных мер по герметизации на любую необходимую мощность.

Форма корпуса (цилиндр и минимальный периметр уплотнения обеспечивают высокую герметичность рабочего пространства электролизера и осуществления процесса электролиза под давлением вплоть ло 12 кг/смпри котором из технологической схемы производства хлора исключается не только дорогостоящее и сложное оборудование для компримирования и пере; ачки хлора, но и стадия сжижения хлора при помощи искусственного холода. При давлении 12 кг/см конденсация хлора производится с помощью воды

Применение повышенного давления многократно уменьшает размеры и объе всех хлорных коммуникаций и оборудования по переработке хлора и значительно сокращает стадию осушки хлора, так как влажность хлора с повышением давления уменьшается.

QO

t

/

13

15

15

1.ДИАФРАГМЕННЫЙ ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ХЛОРА И ЩЕЛОЧИ содержащий корпус с двумя концевыми монополярными электродами противоположной полярности и расположенными между ними биполярными электродами с катодными и анодными элементами, закрепленными с противоположных сторон несущей токораспредели- тельной основой, образующей с катодными элементами, выполненными из сетки в форме гребенки, с нанесенной на нее диафрагмой, полость, служащую сборником катодных продуктов, хлорное газовое пространство, заключенное между основами соседних электродов и корпусом, штуцера для ввода и вывода электролита и для вывода хлора, отличающийся тем, что, с целью ведения процесса электролиза под давлением и увеличения мощности электролизера, корпус выполнен в виде полого цилиндра из неэлектропроводного материала, в основаниях которого размещены концевые монополярные электроды, герметично скреп- , ленные с цилиндром, в основании каждого биполярного электрода, концевого катодного монополярного электрода и в катодной поверхности выполнено одно или несколько сквозных отверстий , соединяющих сборники катодных продуктов соседних электродов, биполярные электроды установлены с зазором в верхней части и образуют с корпусом канал для вывода хлора.2.Электролизер по п.1, отличающийся тем,- что сквозное отверстие в катодной поверхности выполнено в основаниях одного или нескольких катодных элементов, герметично закрепленных в сквозных отверстиях основы соседнего электрода, образующего общий канал.3.Электролизер по п.1, о т л и- чающийся тем, что сквозное отверстие в катодной поверхности выполнено между катодными элементами коаксиально отверстию в основе электрода, в котором герметично закреплен раструб, снабженный сквозными отверстиями на боковой поверхности, соединяющими его внутреннюю полость со сборником катодных продуктов , и состыкованный с патрубком 'установленным в отверстии основы соседнего электрода.4.Электролизер по пп.1-3, о т- личающийся тем, что корпус выполнен из двух или более частей, герметично скрепленных между собой.(Лел05к>&ND 1C

П