Патент на изобретение №2331720

(54) ЯЧЕЙКА ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА, СОДЕРЖАЩАЯ ВНУТРЕННИЙ ЛОТОК

(57) Реферат:

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.

[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

Формула изобретения

1. Ячейка электролизера для получения газообразного галогена, содержащая корпус из двух полуоболочек, выполненных из электропроводного материала, анод (4) и катод (5) с расположенной между ними электролитической мембраной (6), причем, 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 упомянутым 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), причем лоток (7) имеет, по меньшей мере, одно отверстие, сообщающееся с упомянутым вторым промежуточным пространством (10, 15), и, по меньшей мере, одно выпускное отверстие.

2. Ячейка по п.1, в которой упомянутое второе промежуточное пространство (10, 15) выполнено в виде зазора шириной от 2 до 3 мм.

3. Ячейка по п.1, в которой упомянутое второе промежуточное пространство (10, 15) выполнено в виде зазора переменной ширины, снабженного прямыми, волнистыми или дугообразными ограничительными поверхностями.

4. Ячейка по любому из пп.1-3, в которой упомянутое второе промежуточное пространство (10, 15) оборудовано перфорированной пластиной, расположенной параллельно упомянутой электролитической мембране (6) или незначительно наклоненной относительно нее.

5. Ячейка по п.1, в которой упомянутое второе промежуточное пространство (10, 15) оборудовано пучками трубок, причем оси этих трубок лежат в плоскости упомянутого второго промежуточного пространства (10,15).

6. Ячейка по п.5, в которой упомянутые трубки являются круглыми или имеют сотообразную конструкцию.

7. Ячейка по п.1, в которой в упомянутом втором промежуточном пространстве (10, 15) установлено множество буртиков, перемычек, выступов или других распорных элементов.

8. Ячейка по п.1, в которой упомянутые встроенные элементы, образующие лоток (7), по меньшей мере частично, снабжены покрытием, обеспечивающим защиту от коррозии.

9. Электролизер для получения газообразного галогена из водного раствора галогенида щелочного металла, содержащий собранные в пакет и расположенные бок о бок друг с другом ячейки электролизера пластинчатого типа, при этом каждая из упомянутых ячеек электролизера представляет собой ячейку согласно любому из предшествующих пунктов.

РИСУНКИ