NO812100L - Elektrolysecelle. - Google Patents

Description

Elektrolyseceller av diafragmatypen har det vært utstrakt anvendelse for ved produksjon av klor og etsende alkalier fra saltoppløsninger. Det er vanlig kjent at det i slike celler benyttes langstrakte hule og fingerformede katoder med grafittanoder innsatt fingerformet mellom katodene, slik at det indre av cellen avdeles i et katalyttrom og et anolyttrom. Den seneste utvikling benytter nye og langvarige metallanoder sammen med forut formede membraner laget av polymermaterialer, som enten kan være semipermeable (bare slipper ioner gjennom) eller hydraulisk permeable

(bare slipper elektrolytten gjennom). ' Til tross for økningen i varigheten av disse forut formede membranger som gir en rekke ytterligere fordeler, er det fortsatt et problem med å tilpasse disse membraner mellom katodene og anodene i cellen slik at det fås fluidumtette katalyttrom og anolyttrom. Disse membraner må enten tilpasses, over anordene eller katodene og de fester seg ikke naturlig til elektrodene, slik tilfellet er med asbest-diafragmaer, som for det meste blir tilformet in situ på en ene eller andre av elektrodene.

Som ventet, har fagfolk på området søkt å løse dette spesielle problem. US patent nr. 3 980 544 omhandler en kompleks kleminnTretning som krever store modifikasjoner av de elektrolyseceller som idag er i bruk. Enhver fininnstilling av de i dette patent omhandlede deler i metallklemmen utgjør en mulighet for lekkasj.e. US patent nr. 3 878 082 omhandler og krever beskyttelse for etter-givende, organer for å holde diafragmaet på plass, men beskriver ikke detaljert hvordan de åpne kanter på diafragmaet.eller membranen skal holdes avtettet. US patent nr. 3 923 630 omhandler et sylindrisk, kontinuerlig ark, tilformet som en membran som er anordnet rundt en sylindrisk elektrode og holdes på plass ved at den er limt eller avtettet ved den øvre og nedre membranbæreinnretning. I praksis er det meget vanskelig å få en fullstendig avtetning ved kanten av disse membranark for de femti eller flere elektroder som inngår i en elektrodeavdeling, og denne oppgave må multipliseres mange ganger, når man tar i betraktning at et stort anlegg for fremstilling av klor og etsende alkalier kan om-fatte flere tusen elektroder.

Foreliggende oppfinnelse gir en løsning på de foran nevnte problemer og omfatter en elektrolysecelle med en katode adskilt fra en anode av en membran og det karakteristiske er at en første membrånbæreplate støpes in situ for å innleire en del av membranen og at en annen membrånbæreplate støpes in situ for å innleire en annen del av membranen.

Foreliggende oppfinnelse er vist klarere på de medfølgende tegninger hvor: Fig. 1 er et perspektivriss, delvis i snitt av en elektrolysecelle som er vist delvis sammenstilt.

Fig. 2 er snitt i større målestokk, lagt langs linjen 2-2

på fig. 1.

Fig. 3 er et snitt i større målestokk, lagt langs linjen 3-3 på fig. 1 og i rett vinkel til snittet på fig. 2, og

fig. 4 er et snitt, lagt langs linjen 4-4 på fig. 1.

Ved praktisering av foreliggende oppfinnelse blir en vanlig kjent celleramme 10 oppbygd med et indre utstikkende element 11 som strekker seg rundt hele den indre omkrets på cellerammen 10. Det utstikkende element 11 er slik utformet at det også danner lister 12 som også strekker seg rundt den.indre omkrets av cellerammen på hver side av det utstikkende element 11. Det utstikkende element 11 kan være utformet i ett med cellerammen 10 og er vist slik på de medfølgende tegninger. Selve cellerammen 10 kan være fremstilt av sement, av utstøpbar plast, f.eks. polymere harpikser, blandinger av polymere harpikser og forskjellige typer fyll-stoffer, eller av ethvert materiale som er sterkt nok, relativt ikke elektrisk ledende og som ikke reagerer med stoffer i eller omkring cellen.

I den på tegningene viste utførelse er det til det utstikkende element 11 langs bunnen av cellerammen 10 limt langstrakte fotstrimler 14 (se fig. 2) av polymerharpiks, hvorpå •det er støpt forhøyninger med slisser 15. Slissene 15 er innrettet i forhold til åpninger 18 i cellerammen 10, slik at elektrolytten kan strømme gjennom bunnen 16 av cellerammen 10 og gjennom anolyttrommet 39. Klor passerer ut fra anolyttrommet 39 gjennom slisser 15 i tippen 19 av cellerammen 10, slik det vil

bli beskrevet senere. En identisk fotstrimmel 14 med identiske slisser 15 er limt til toppen 19 i cellerammen 10. Her er også slissene innrettet i forhold til åpninger 18 i tippen 19 av cellerammen 10 og danner ventileringsåpninger for kloren som blir dannet i anolyttrommet 39 i cellen.

En rekke hule, fingerformede katoder 20 som er fremstilt av netting, er skruet til en katodefesteplate 21 av stål. Katodene 20 er anordnet i avstand fra hverandre og er parallelle i forhold til hverandre. I festeplaten 21 er det utformet utløp 17 for hydrogen og avløpsstoffer fra katalyttrommet i cellen (hvilket skal beskrives bedre senere). Festeplaten 21 for katodene med påfestede katoder blir lagt på ryggsiden, og kontinuerlige, langstrakte og forut formede membranark 22 legges over katodene 20 i et slyngmønster, slik som best vist på fig. 4. Det forut formede ark utfjør i videste forstand den funksjon som generelt kan beskrives som "diafragmaet" i elektrolysecellen. Dette kan bestå av et inert, fleksibelt materiale som er gjennomtrengelig for fluidum eller av den type som bare er gjennomtrengelig for ioner (betegnes på dette område som semipermeable membraner). Slike membraner er vel kjent på området og kan være fremstilt av en av de mange polymere, syntetiske harpikser. En foretrukken, sammensatt membran omfatter en perfluorsvovelsyreharpiks som er under-' støttet av en polyfluorolefinduk, som er solgt av E.I. duPont de Nemours and Company under varemerket "Nafion".

Det forut formede membranark 22 har så stor bredde at det stikker ut fra slyngkantene 28 ved topp- og bunn-endene 24 på katodene 20 (se fig. 2). Oppskummede elastomerstykker (ikke vist) kan benyttes for å holde den slyngformede membran 22 i stilling, mens hele festeplaten 21 med påfestede katoder 20 er tippet over på endeflaten, slik som vist på fig. 1. Denne sammenstilling blir derpå ført inn i cellerammen 10, slik at katodene blir liggende mellom forhøyningene med slisser 15 som er utformet ved toppen og bunnen av .cellerammen. Festeplaten 21 for katodene 20 hviler i cellerammen på listene 12 og festes til cellerammen 10 ved hjelp av skruer 25 som blir plassert langs omkretsen av festeplaten 21.

En forskalingsplate (ikke vist) blir plassert midlertidig

på den del av listen 12 som forløper langs bunnen 16 i cellerammen 10 på motstående sider av katodefesteplaten 21. En nedre membrånbæreplate 26 er støpt in situ ved å helle et støpemateriale langs bunnfotstrimmelen 14 (se fig. 2). Det helles i så mye støpe-materiale langs fotlisten at' slyngkantene 28 på membranarket 22 innleires i støpematerialet. Toppen av slissene 15 må imidler-tid ikke bli tildekket, fordi dette vil kunne hindre at saltopp-løsningen innføres i cellen. I den viste utførelse er heller

ikke endene på katodene 21 innleiret i bæreplaten 26. Den nedre membrånbæreplate 26 bør støpes i en enkelt utstøpning. Hvis ut-støpingen stoppes etter at støpematerialet har nådd nivået ved bunnen 29 av sløyfekantene 28 på membranarket 22, vil det allerede herdede materiale hindre at støpematerialet i den andre ut-støpning vil trenge inn på baksiden.27 av membranarket for å gi en ytterligere innleiring av sløyfekantene 28 (se fig. 2).

Et organisk eller, uorganisk sementlignende materiale, en polymer syntetisk, harpiks eller et materiale som er det samme som eller ligner sammensetningen i cellerammen, kan benyttes som støpemateriale. Dette støpemateriale må fukte membranen, slik at det fås en fluidumtett avtetning mellom disse. Videre bør ikke støpematerialet kunne angripes av miljøet i eller utenfor elektrolysecellen og må kunne utstlpes ved en temperatur som ikke smelter eller svekker membranarket. Støpematerialet må selvsagt være tilstrekkelig flytende under utstøpingen, slik at det strømmer mot og rundt sløyfekantene 28 på membranarket, slik at dette innleires i den resulterende membrånbæreplate ,2 6. Vinylesterharpiks-er er funnet å være brukbare som støpematerialer for bæreplaten, spesielt reaksjonsproduktet av umettet monokarboxylsyre og en polyepoksyd i omtrent ekvivalente mengder. Fyllmaterialer, slik som sand, kan tilføyes støpematerialet for å utgjøre en varme-kapasitet, for derved'å minske krympingen under avkjøling. Etter at den nedre membrånbæreplate 26 er herdet, snus cellerammen 10 slik at den hviler på toppen av cellerammen. På dette tidspunkt kan en øvre membrånbæreplate (ikke vist) utstlpes nøyaktig på samme måte som foran beskrevet for den nedre membrånbæreplate 26. De rette (ikke sløyfeformede) kanter 30 på membranarket 22 som

er parallelle med de to sider 31 og 32 på cellerammen, kan av-tettes på stedet ved å legge cellerammen på baksiden, hvilende på katodefesteplaten 21. Støpematerialet 34 blir derpå utstøpt langs det indre av de to sider, slik som vist på fig. 4. I den spesielt viste utførelse blir kantene 30 på membranen 22 kilt fast mellom festeplaten 21 og cellerammesidene 31 og 32. Klemmer eller andre typer avtetninger kan selvsagt benyttes for å til-veiebringe en fluidumtett avtetning ved kantene 30. Cellen ferdig fremstilles ved at det i cellerammen 10 innføres en rekke anoder 35 som holdes parallelt innrettet til hverandre ved hjelp av en anodefesteplate 36, slik som vist på fig. 4. Av fig. 4

fremgår det også klart at hver anode 35 er innskutt eller inn-fingret mellom hver av katodene 20.

Det skal på nytt vises til fig. 4, der det er lett å se at membranbæreinnretningen, som består av membranarket 22 og øvre (ikke vist) og nedre membranbæreplater 26, avdeler det indre av cellen i et fluidumtett katolyttrom 38 og et anolyttrom 39. Det renneformede parti 40 i membranarket 22 holdes i riktig stilling, ved at sløyfekantene 28 er innleieret i den øvre og nedre membrånbæreplate, men er ellers fri for mekaniske festemidler som kunne perforere det relativt skjøre membranark 22.

Av den foranstående detaljbeskrivelse fremgår det klart at foreliggende oppfinnelse tilveiebringer midler for sikker fast-holding av det sløyfeformede membranark 22 i et fluidumtett arrangement, som kan fremstilles økonomisk og som lett kan av-passes til elektrolyseceller for fremstilling av klor og alkalier, som allerede er i vanlig industriell bruk. Rennepartiene 40 i membranarket 22, som forløper langs hele lengden av katodene, er fri for enhver type klemmer og fastholdes bare ved kantene av de på stedet innstøpte membranbæreplater. Den forbedrede membranbæreinnretning er slik konstruert at både anodene og katodene kan fjernes fra cellerammen uten å skade membranarket 22.

Forskjellige variasjoner-av den på de medfølgende tegninger viste utførelse vil kunne foretas av fagfolk på området uten å avvike fra rammen for oppfinnelsen som er angitt i patentkravene. Det "kontinuerlige" membranark kan for eksempel i realiteten fremstilles av en rekke membranark som skjøtes til hverandre enten ved liming eller varmsveising. Den nøyaktige form på cellerammen eller den spesielle form på katoder og anoder som benyttes i cellen, utgjør ingen del av foreliggende oppfinnelse og kan varieres på mange måter. Det kan for eksempel benyttes hule anoder av strekkmetall i stedet for de viste massive anoder, og det kan benyttes katoder av utstanset plate i stedet for de viste nettingkatoder.

Claims (14)

1. Elektrolysecelle, omfattende en katode som er adskilt fra en anode av en membran, karakterisert ved at en første membrånbæreplate (26) er støpt in situ for å innleire en del av membranen, (22) og at en annen membrånbæreplate er støpt in situ for å innleire en annen del av membranen (22).

2. Elektrolysecelle ifølge krav 1, karakterisert ved at den første membrånbæreplate (26) er støpt in situ og innleirer en kant (28) på membranen (22) og at den andre membrånbæreplate er støpt in situ og innleirer en i det vesentlige motstående kant på. membranen (22) .

3. Elektrolysecelle for.fremstilling av klor og alkalier fra vanndige alkalimetall-kloridoppløsninger, omfattende en rekke katoder i avstand fra hverandre og en rekke anoder innskutt mellom katodene og i avstand fra disse, karakterisert ved at en membranbæreinnretning som omfatter et kontinuerlig, langstrakt ark (22) som en forut formet membran, er plassert i et sløyfeformet mønster mellom katodene og anodene, slik at alle motstående flater på anodene og katodene er adskilt, at en første membrånbæreplate (26) er støpt in situ og innleirer en sløyfe-formet kant (28) på membranen (22), at en annen membrånbæreplate er støpt in situ og inneleirer en annen sløyfeformet kant (28) på membranen (22), og at membranbæreinnretningen deler elektrolysecellen i separate anolyttrom (39) og katolyttrom (38).

4. Elektrolysecelle ifølge krav 3, karakterisert ved at midler for avtetning av de ikke sløyfeformede kanter på membranarket (22) omfatter et tetningsmiddel som er støpt in situ for å innleire alle ikke sløyfeformede kanter på membranarket (22) .

5. Elektrolysecelle ifølge krav 3 eller 4, karakterisert ved at membranarket (22) er sammensatt og består av perfluorsvovelsyreharpiks på en bærer av polyfluorolefinduk.

6. Elektrolysecelle ifølge krav 3, karakterisert ved at membranbæreren er sammensatt av et polymermateriale som fukter membranarket, slik at det fås en væskeugjennomtrengelig avtetning ved de innleirede deler av membranen (22).

7. Fremgangsmåte for opplagring av en forut formet membran i en elektrolysecelle, karakterisert ved at bæreplater støpes in situ om de åpne kanter av membranen.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, der elektrolysecellen er konstruert for fremstilling av klor og alkalier fra vanndige alkalimetalloppløsninger og omfatter en rekke katoder i avstand fra hverandre, en rekke anoder innskutt i rommene mellom katodene og adskilt fra disse, der membranen omfatter et kontinuerlig, langstrakt og forut formet membranark som adskiller anodene og katodene fra hverandre, . slik at det fås separate anolyttrom (39) og katolyttrom (38) i cellen, karakterisert ved at membranarket (22) anordnes sløyfeformet mellom anodene (35) og katodene (20), slik at alle motstående flater på anodene (35) og katodene (20) adskilles, at den første av membranbæreplatene ut-støpes omkring en første av de sløyfeformede kanter (28) på membranarket (22), slik at denne kant innleires fast i bæreplaten, at den andre av membranbæreplatene utstøpes omkring den andre - sløyfeformede kant på membranen, slik at den andre kant innleires fast i bæreplaten, og at membranbæreinnretningen derved vil danne separate anolyttrom (39) og katolyttrom (38) inne i cellen.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at membranarket fremstilles av en polymer syntetisk harpiks.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at membranen fremstilles av en perfluorsvovelsyreharpiks som understøttes av en polyfluorolefinduk.

11. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 7 til 10, karakterisert ved at kantene på membranarket innstøpes i et uorganisk eller organisk, sementlignende materiale eller en polymer syntetisk harpiks.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at et tetningsmiddel utstøpes omkring de ikke sløyfeformede kanter på membranen, slik at i det minste en del av disse kanter innleires i tetningsmidlet som fester kantene til i det minste en del av veggen i cellen.

13. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 7 til 12, karakterisert ved hver av membranbæreplatene ut-støpes slik at begge sider av membranarket innleires fullstendig.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 13, karakterisert ved at membranbæreplatene utstøpes i en enkelt utstøping.