Электролизер фильтр-прессного типа

Электролизер фильтр-прессного типа

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к конструкции электролизеров фильтрпрессного типа и позволяет упростить конструкцию. Упрощение достигается в электролизере фильтрпрессного типа, включающий биполярные электроды, состоящие из анодов, катодов и основных листов, анодные и катодные стороны которых снабжены выступами, верхнее основание которых параллельно поверхности листа, ионообменные мембраны с уплотнительным элементом, причем основной лист с выступами выполнен цельным из металла, аноды и катоды соединены с выступами основного листа непосредственно или через металлические обкладки, повторяющие формой основной лист с выступами, соединенные с выступами основного листа сваркой. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕтСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я0„„1524 (51)4 С 25 В 9/00

ВСЕСОЮЗ

hATt TM ТЕ

Q, Ло

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ПАТЕНТУ

4л

ЬР

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 3818852/23-26 (86) РСТ/US 84/00296 (29.02.84) (22) 06,11.84 (31) 472792 (32) 07.03.83 (33) US (46) 23.11.89. Бюл. М- 43 (71) Дэе Дау Кемикал Компани (US) (72) Грегори Джин Элдон Моррис, Ричард Нил Бинер, Сандор Гроссхандлер, Хип Дин Данг и Джон Рекс Пимпотт (US) (53) 661.931(088.8) (56) Патент СИЛ Р 3960698, кл. 204-267, опублик. 01,06.76. (54) ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ФИЛЬТР-ПРЕССНОГО

ТИПЛ (57) Изобретение относится к конструкции электролизеров фильтр-прессного

Изобретение относится к электрохимическим производствам, в частности к конструкциям электролизеров фильтр-прессного типа °

Дель изобретения — упрощение конструкции.

Па фиг. 1 представлен электроли3Qp в разобранном виде с частичным вырывом с приложенными деталями, образующими один биполярный электрод; на фиг. 2 — три секции электролиэера, поперечное сечение (секции ячеек показаны так, как они представлены в последовательном ряде электролизера); на фиг. 3 — разобранная конструкция ячейки, вид сбоку, сечение.

Электролизер содержит биполярный электрод, состоящий из основного листа 1. Материал основного листа 1 типа и позволяет упростить конструкцию. Упрощение достигается в электролизере фильтр-прессного типа, включающем биполярные электроды, состоящие иэ анодов, катодов и основных листов, анодные и катодные стороны которых снабжены выступами, верхнее основание которых параллельно поверхности листа, ионообменные мембраны с уплотнительным элементом, причем основной лист с выступами выполнен цельным из металла, аноды и катоды соединены с выступами основного листа непосредственно или через металлические обкладки, повторяющие формой основной лист с выступами, соединенные с вы- а

Щ ступами основного листа сваркой.

3 ил.

/ выбирается из ряда: железо, сталь, нержавеющая сталь, никель, алюминий, хром, магний, титан, тантал, кадмий, цирконий, свинец, цинк, ванадий, вольфрам, иридий, радий, кобальт и их сплавы.

Основной лист 1 выполнен с выступами 2 на поверхности и периферийным

Ф фланцем 3, выполненным вдоль сторон основного листа i. Фланец 3 расположен на расстоянии от выступов 2. Основной лист 1 выполняется цельным из металла, что устраняет его коробление, протекание жидкости, улучшается распределение электрического тока по поверхности электрода и уменьшаются затраты.

1524810

Ослоплой лист 1 соединен с аноде.1 4 ii катодом 5 через анодную металлическую обкладку 6 и через ка ную металлическую обкладку 7, 1<атодвая металлическая обкладка 7 вылол и|ется иэ металла, выбранного из р»ла: никель, его сплавы, хром, таит. i, т п ан, кадмий, цирконий, свинс ц, цинк, ванадий, вольфрам, upuj!i(It> кобальт. Анодная металлическая обкладка 6 выполняется из металла, выбранного пз ряда: тантал, тит; л, лл«блй, гафний, цирконий и

iiк с!!лапы. 15

Обкла:;;; 6 в .выполняется для защиты основного лл та 1 со стороны аноллт . от коррозии, Предпочтительно тптановую обкладку 7,илолпять так, чтобы в ней не б :с i:àïð:::êåiièé для того, чтобы обесп« лть обкладку, на которую атог1арл.;и водород ле мог бы быстро ! ,лоздсйствовать с обраэованием хрупле лрогодящих электрического 25 тока, гллридов титана. Известно, иго «то;карлый водород нзапмодейст.,ует с налрял;енным титаном более бы< тро. Псключение таких напряжений в збкладке осуществляется лрл помощи горячего формоизмененпя обкладки

,в прессе лри повышенной темлерату482-53:, С. Как обкладку, так и сс нагревают до этой повышенной

:Ic- 1туры перед прсссоианием об35 к:iадкл до требуемой конфигурации.

Загс: i збк. .:дка вь держивается в

ii;li р" то:.". прессе D геч="пле, примерно„45 iiiii для предотвращения сo3дапля в ней напряжений лри ve. охаб

Ji;. "доiiliii до комнатной темпо,>птуры, Обк.-така 6 соединена со стальл, 1 ос!:о;, }:!1;,; (истом 1 при > ) !i)ö(i с.-.а;-ки сопротивлением„ Это осуи;остлляется не прямо, а прп помощи

i.ðлварпвапия оокладки 6 к выступам

2 усеченно-кон::ческой кон фигурации через ванадиевые вафли S, Г>анадий представляет собой металл, который сварлвается сам по себе и который сзарочно совместим с титаном и сталью, Под сварочной совместимостью подразумевается, что один свариваеп1й металл образовывает пластичный тзердый раствор с другим сваривае«ы металлом при сварке двух металлов 55 ш есте. Титан и сталь сваринаемо несовместимы с ванадием. Следовательно, «анадиевые вафли 8 используются как промежуточный металл между стальными анодными выступами 2 и титановой обкладкой 6 для осуществления сварки их вместе с образованием электрического соединения между обкладкой 6 и основным листом 1 так, же, как для обраэования механического поддерживающего устройства.

Предпочтительное сопряжение ацолитной боковой обкладки 6 с основным листом 1 видно из фиг. 2. Обкладки

6 и 7 имеют углубления или полые колпачки 9, образованные вдавливанием.

Эти колпачки 9 имеют усеченную коническую конфигурацию и являются полыми, а не бплошными, как выступы 2.

Колпачки 9 имеют такие размеры и расположены так, что они надеваются на выступы 2. Глубина вдавливания колпачков такая, что их внутренние торцы прилегают к ванадиевым вафлям 8, когда вафли 8 прилегают к плоским торцам анодных выступов 2, и затем эти элементы свариваются вместе. По конфигурации выступы и колпачки могут бить прямоугольными или любой другой подходящей формы. Однако их торцы целиком должны быть плоскими и целиком должны лежать в одной и той же воображаемой геометрической плоскости, Анодные выступы и колпачки должпы иметь такую конфигурацию и должны быть расположены так, чтобы направлять циркуляцию газа и анолита.

Анод 4 представляет собой по существу плоский лист из раскатанного металла или из сотканой проволоки, изготовленный из титана, предпочтительно имеющего на себе рутеневое оксидное каталитическое покрытие ° Он лрппарел прямо к внутренней стороне плоским торцов углубленных колпачков

9 обкладки 6. Эти сварные соединения образуют электрическое соединение и механическое опорное устройство для анода 4. Иожет быть использовано другое каталитическое покрытие.

Па фиг. 2 между анодом 4 одной секции ячейки и катодом 5 следующей соседней секции ячейки расположена мембрана 10 так, чтобы образовывать электролиэную ячейку.

Расположение анода 4 внутри анолитной ячейки относительно мембраны

10 и основ ым листом с обкладкой определяется взаимодействием между фланцем 3, выступающим в сторону от основного листа 1, выступов 2 основ5 15248 ного листа, толщиной ванадиевых вафель 8, толщиной обкладки 6 и т.п.

Анод 4 может быть смещен с положения . прилегания к мембране 10 в положение с определенным значитель5 ным зазором между мембраной 10 и анодом 4 путем изменения высоты выступов 2 основного листа 1. Однако предпочтительно, чтобы фланец 3 на анолитной стороне основного листа выступал на такое расстояние, на какое выступают анодные выступы 2.

Это приводит к упрощению конструк- ции элемента ячейки, то же самое 15 можно сказать о католитном отделении.

С целью создания непроницаемого для жидкости уплотнения между мембраной 10 и фланцем 3 предпочтитель- 20 но изготавливать обкладки в виде поддона с отходящим краем 11, расположенныл1 по периферии. Край 11 прилегает вровень к фланцу 3. Периферия мембраны 10 прилегает вровень к 25 краю 11 обкладки и периферийная прокладка 12 прилегает вровень к другой стороне периферии мембраны 10. В собранных последовательно ячейках (фиг. 2) прокладка 12 прилегает вровень к фланцевой поверхности 3 католитной стороны следующего соседнего элемента ячейки.

Хотя показана только одна прокладка 12, изобретение также предусматривает использование прокладок

35 с обеих сторон мембраны 10. Оно также включает ситуацию, когда не предусматривается край 11.

Наличие двух боковых обкладок иногда желательно, а иногда пет. Более часто металл, из которого отлит основной лист 1, также подходит для использования или для католитного отделения, или для анолитного отделе- 45 ния. Например, при последовательном соединении ячеек, где электролизi l1oTT вергаются водные растворы хлористого натрия, для образования в католитном отделении каустика и/или водорода в виде газа вполне подходят железосодержащие материалы, такие как сталь, для металлических компонентов католитного отделения для большинства рабочих температур ячейки и концентрациеи каустика, например, ниже при55 мерно 227. концентрации каустика и о ниже примерно 85 С для рабочих температур. Следовательно, если основной

10 6 лист 1 изготовлен из желелисодер:ллщего материала, например етл-н, если каустик производится !1pl! к: ицентрациях ниже, чем примерно 22 и ячейка должна работать нпж», ч»il примерно 85 С, то тогда нет иеобх !о димости в защитной обкладкс . лл клтолитной стороне листа 1 для злщ»ты стали от коррозии. Однако на, анолитной стороне необходима титлновля боковая анолитная обкладкл б. Вместо этого плоский перфорировлнньлй метл.iлический катод 5 (также изготовленный из стали для этого варилнта1 приварен прямо сваркой сoiip(тивле ии и к торцам катодных выступов 2.

На фиг. 2 и 3 католнтная стеронл показана как зеркальное отражение c анолитной стороны, фланец 3 обрлзует периферийную границу католитного отделения, тогда как основной лист 1 и мембрана 10 образуют его остальные гр, ницы. Расположенные HQ расстоянии катодные выступы 2 являются сплошными, имеющими конфигурацию усеченного конуса, выступами, отходящими наружу от основного листа 1 в клтолитное отделение. Имеющая плоскую поверхность перфорированная стальная пластина катода 5 приварена прямо к торцам катодных выступов 2.

На фиг, 2 и 3 католитная боковая сторона обкладки изготовлена из металла, который имеет высокое сопротивление коррозионному действию сред61 католитного отделения. Металл должен иметь достаточную пластичность и обрабатываемость так, чтобы выпрессовываться из одного листа металла в виде неплоскостной формы. Это включает в себя возможность иметь углубления или колплчки 9, вкпрессованные в листе. Колпачки 9 расположены так, что они могут надеваться на и вокруг расположенных на расстоянии катодных выступов 2, Если эти металлы несовместимы сваркой, тогда должны быть использованы металлические вафли или промежуточные элементы, или комбинация промежуточных элементов, которые совместимы сваркой с металлом обкладки 7 и основного листа 1. Эти вафли 8 расположены между плоскими торцами катодных выступов 2 и внутренними торцалп колпачков обкладки 7, которые соответствуют торцам выступов 2 и приварены к торцам катодных высту1524810 ((оп ? . >;1т((и катол(п пая обкладка 7

1(рп((l;>(п3ается к торцаи катодных выстуl он 2 через металлические вафли 8, 1 1 (.Д 5 затеи приваривается к паруж(яги торцаи колпачков 9. Соединение кс(х(((Ого колпачка обкладки 7 через металлическую вафлю 8 с торцом катодного выступа 2 может быть осуществлено только одним сварным соединением, т.о. ((13таЛЛИЧЕСкая вафЛя сама нЕ

До(1:и(а раньше быть приварена.

Грт. подаче в ячейку рассола ячейка (.;(ота(т следующим Образом. Подан>(»(it cii;>;.Осо:1 1(епрерывно вводится в,", о;,(«.! f е Отд ление через трубОi!p>(ëbсд, тс гда;ti(свех(ая вода может ш3О; !Ti: !f D 1 о ((331(1(ное отделение (е1 с э . ру. OitpoLJoj(. Электрический ток,прямой то(() пропускается через (coc,, >ícI.I .b е последовательно ячейки так. то анод каждой электролизерной H".ñ.é((ii полохштелен относительно катод;. Отой электролизерной ячейки.

11(11; "-. ;>Я, (cполярl(зоваl((lые катОДЫ

It31;l >lодf «ЛС.I(TPОЛИЗ ПРОI(СХОДИТ ..((О >,"> ;то(сбразои. 1аз(-..6p(lопый хлор

; тt .>1 П; O т(;Л-„- ., 1C CЯ,, 1,(1(..,,(ха>что".t i латр((я проходят чер(> 3 .". 16ра01 (1 I :сггол(г гпос oTjt(31>3>(. с (1 счс .т

О. (.К . (ОСТ,- Гт(Ч!(!(ОГО ПР>(ТЯ:.;ОППЯ Ка ГО, „,t > " ; "o IiiTitoJ(Отдсл(1(1(1(пеп13е .:.>т .тся газообр >зпый нодор .i, (;:: -раствор г((дроок(>сп нат= :> Г"О . . O i . (й ХЛО>> If (JC f О((ге f1 J(b(1f рас..>л . " (:с", (ппо вытекают пз ано3(i f T E. î J(1.1>1((>р "i ч е р е з т р у 6 опр Оп ОД, тс :tа как г((зообразнь(> водоро

: 1(Д OOKJ (CI Jt(3TP J Я iiC(IPCPb(13 >fO В((ХОДЯТ

1 .3 1;(1ТO:(1(тi(OГО ОТДЕ((О(и(Я ЧС 3ЕЗ ".PY6O!tpOт3С>д,,",((ПС>ЛBplt30H(J ((1 .11(. -> 1(. .КТ(, ((1(ео6, т(((,> т, —.,, >ч 1(ог(Ь (3(;1 1 ОД;:.:(Е(П(Я .. (О(.;ПП>Я ьс.".Оро.:((пл>1 -хг(ора, 1(;tit с :: :.:

1>р(1 р T6oT(3 coP+It(t(ппы>с ((Оследова

ТЕЛЬ. .:O Ят(PЕК В В((ДЕ ПОСЛЕ;>О(3аТЕЛЬНЫХ элс (тролпзерньгх ячеек для рассола

Г1аС 1 1(редпочтительны определенные рабочие условия..В анолитнои отделе((((1! жОЛ ат(. IÜÍ 0 ПОДДЕРЖ((аЗПТЬ Г(С Л(тчи ну р1> О, 5-5, О. !1одаюц>ийся рассол

1(РСДПО>(Т((ГЕЛЬНО СОДЕРжИт ТОЧЬКО НЕ6О;.Jbt(:пе кол((чества и(гогoвале ка lioi:,13 (,менее, чеи пример((с> 0,8 г/л и l:(.p(cH(3Tå на I(altbltifit) . Большая конL(PItTP;1LfHJt MIIOIOI3QJIQHTltbJJ(J;1TItOHOI3 до((устииа с таки(1(1 же успешными резу;(1>т((татftt> если подающий рассол содержит двуокись углерода в концент50

В 1(звестпои случае основной лист выполнен 1(з пластмассы и выступы выполнены пз пластмассы, эти вьтступы не являются электропроводнымн, поэтому необходимо соединить электрически анод и катод, что делается бытовыи соединением и усложняет конструкцию.

В предлагаемом изобретении выполнение основного листа электропроводрации ниже чем примерно 70 ил(3 когда р1! Подаю>пегося рассола ниже, чеи 3,5. Рабочие температуры могут быть в интервале 0-250 С, но пред5 почтительно выше 60 С. Рассол, очно щенный от многовалентных катионов при помощи ионообменных смол, после осуществления обычной обработки рассола

10 особенно полезен для увеличения срока службы мембраны. Желательно иметь в подающемся рассоле низкое содержимое железа для продления срока службы мембраны. Предпочтительно рН подающегося рассола устанавливается ниже 4,0 при помощи добавления соляной кислоты.

Когда металлическая обкладка используется на обеих сторонах конст20 рукции ячейки в хлор-щелочной ячейке, то католитная сторона обкладки 7 изготавливается из никеля, когда . концентрация каустика в католитном отделении поддерживается выше примерно 22 мас.% и рабочая температура электролита ячейки поддерх(ивается

О вьппе примерно 80 С. Такая никелевая обкладка 7 изготовлена по размеру и установлена на Основнои листе 1 та(:1(и же способом, как титановая обкла(ка б на анолитной стороне, Однако, так как никель и сталь сварочно соН.(cñTtf(fb1, нет необходимости в расположешш IJe>((tty HH(lit. металлического промежуточного элеиента или вафли. (т .:О оТо не значит, что в предлагаемом изобретегпш исключено использование

cI apo:(но совиестииьгх иеталлических вафслг между катодными выступами и католит((ой обкладкой, когда имеется (О анол;(т:(ая обкладка, соединенная с ап 3,((я(.iп тз»(ступами, или соединенная

-t"(cз:(còo.",It(÷åñêèå промежуточные

=,.ic» енть(J:.t:i 6ез (гих. Обкладка мо45 жст 6(ггь i.спользована на одной сторон», itа обеих сторонах или ни на

Одной нз сторсн единого элемента ячепкп.

1524810 ным устраняет бытовое соединение и упрощает конструкцию. формула и з о б р е т е н и я

Электролизер фильтр-прессного типа для электролиза водных растворов хлоридов щелочных металлов, включающий биполярные электроды, состоящие из

10 анодов, катодов и основных листов, анодные и катодные стороны которых снабжены выступами, верхнее основание которых параллельно поверхности листа, ионнообменные мембраны с уплотнительными элементами, о т л и ч а ю щ и й15 с я тем, что, с целью упрощения конструкции, основной лист с выступами выполнен цельным иэ металла, аноды и катоды соединены с выступами основ20 ного листа непосредственно или через металлические обкладки, повторяющие формой основной лист с выступами, соединенные с выступами основного листа сваркой через металлические пластины, свариваемые с металлом основного листа, и обкладки, и установленные на верхних основаниях выступов, причем металл основного листа выбран иэ ряда: железо, сталь, нержавеющая сталь, никель, алюминий, медь, хром, магний, титан, тантал, кадмий, цирконий, свинец, цинк, ванадий, вольфрам, иридий, радий, кобальт и их сплавы, металл обкладки со стороны катода выбран из ряда: никель, его сплавы, хром, тантал, титан, кадмий, цирконий, свинец, цинк, ванадий, вольфрам, иридий, кобальт, а металл прокладки со стороны анода выбран из ряда: тантал, титан, ниобий, гафний, цирконий и их сплавы, 1524810

ФиИ

Составитель О. Зобнин

Тс"Ред И.Ходанич Корректор Л. Патай

Редактор Е. Папп

Зак;.з 7057/58 Тираж á05 Подписноа

ВШП1ПИ Государственного комитета по изобретениям и открьггиям при ГК!1Т СССР

113035, 1!осква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Про зводственно-издательский комбинат "Патент.", г.ужгород, ул. Гагарина,101