RU236U1

RU236U1 - Electrolyzer

Info

Publication number: RU236U1
Application number: RU93007516/26U
Authority: RU
Inventors: Г.М. Камарьян; Б.А. Ильин; Ф.А. Воронин; В.А. Новоселов; А.В. Щербаков; А.А. Муханов; В.Я. Колесников; Н.П. Балеев; Г.Ф. Зотов; А.И. Малышев
Original assignee: Акционерное общество открытого типа "Синтез"
Priority date: 1993-02-05
Filing date: 1993-02-05
Publication date: 1995-01-16

Abstract

1. Электролизер для электролиза водных растворов хлоридов щелочных металлов, включающий комплект анодов с несущей токоподводящей основой, катодный блок в составе корпуса и катодных элементов в виде полых сплющенных коробок, выполненных из перфорированных металлических пластин или сетки, крышку, устройства для ввода и вывода рабочих сред, электрическую обвязку, отличающийся тем, что шины катодных элементов пронизывают герметично корпус катода и электрически скрепляются с внешней уравнительной шиной.2. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что аноды выполнены с наклоном к катодным элементам таким образом, что расстояние между катодом и анодом постепенно уменьшается снизу вверх от максимума в крайне нижней части до минимума в крайне верхней части.3. Электролизер по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что вдоль внутреннего периметра. корпуса катодного блока размещены тип новые планки с активной анодной массой, скрепленные с токоподводящей основой.4. Электролизер по пп. 1-3, отличающийся тем, что одной или нескольким стенкам корпуса катодного блока придан уклон во внешнюю сторону снизу вверх.5. Электролизер по пп. 1-4, отличающийся тем, что корпус катодного блока снабжен наружными карманами в виде полы коробок или кожуха, скрепленных со стенками корпуса.1. An electrolytic cell for the electrolysis of aqueous solutions of alkali metal chlorides, including a set of anodes with a carrying current-carrying base, a cathode block in the body and cathode elements in the form of hollow flattened boxes made of perforated metal plates or mesh, a cover, devices for input and output of working media , electrical piping, characterized in that the tires of the cathode elements hermetically penetrate the cathode body and are electrically fastened to the external equalizing bus. The cell according to claim 1, characterized in that the anodes are made with an inclination to the cathode elements in such a way that the distance between the cathode and the anode gradually decreases from bottom to top from a maximum in the extremely lower part to a minimum in the extremely upper part. The electrolyzer according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that along the inner perimeter. The body of the cathode block contains a type of new strips with an active anode mass, fastened to the current-carrying base.4. The electrolyzer according to paragraphs. 5. The electrolyzer according to paragraphs. 1-4, characterized in that the body of the cathode block is provided with outer pockets in the form of a floor of boxes or a casing fastened to the walls of the body.

Description

Полезная модель относится к оборудованию для производства, в частности, хлора и щелочей электролизом водных растворов хлоридов щелочных металлов,, .The invention relates to equipment for the production, in particular, of chlorine and alkalis by electrolysis of aqueous solutions of alkali metal chlorides ,,.

Известен электролизер диафрагменного типа, содержащий анод- ; НИИ комплект, катодный блок, кршшку, электрические шины и технологическую обвязку, Анодний комплект включает токонесущую основу и групщг анодов в Определенном порядке скрепленных мех|1нически и электрически с указанной основой. Аноды выполнены из перфорированных титановых листов с активированной рабочей поверхностью, закрепленных попарно на биметаллических (титан-медь) стержнях, подводящих к ним ток, В сборе, указанные стержни пронизывают основу комплекта и герметизируются извне через прокладку и скреплянную гайку, Токоподвод к стержням осуществляется через основу, которая снабжена общей шиной.Known electrolyzer diaphragm type containing anode-; NII set, cathode block, rim, electric busbars and technological piping, Anode set includes a current-carrying base and a group of anodes in a certain order fastened mechanically and electrically with the indicated base. Anodes are made of perforated titanium sheets with an activated working surface, mounted in pairs on bimetallic (titanium-copper) rods that supply current to them. In assembly, these rods penetrate the base of the kit and are sealed from the outside through a gasket and a fixed nut. Current supply to the rods is through the base which is equipped with a common bus.

e-g5B-MJ4e-g5B-MJ4

ШШ 5SH 5

O-SSB-ffT С-25В 1/46O-SSB-ffT S-25V 1/46

)ЛИЗЕР) LIESER

Катодный блок состоит из металлического корпуса, открытого сверху и снизу и электрически и механически скрепленных с ним полых катодных элементов, выполненных из металлической сетки и перфорированных пластин и размещенных в определенном порядке внутри корпуса. Подвод тока к катодным элементам осуществляется через общую шину, скрепленную с корпусом, стенки корпуса и каркасы катодных элементов. Вся рабочая поверхность катодного блока, покрывается фильтрующей диафрагмой,The cathode block consists of a metal casing, open at the top and bottom, and hollow cathode elements electrically and mechanically bonded to it, made of metal mesh and perforated plates and placed in a certain order inside the casing. The current is supplied to the cathode elements through a common bus coupled to the casing, the casing walls and the cathode element frames. The entire working surface of the cathode block is covered with a filter diaphragm,

Крышка имеет куполообразную форму и герметично стыкуется с катодным блоком, В крышке выполнены штуцера для ввода электролита и вывода анодных продуктов электролиза, В катодном блоке имеются штуцера для вывода катодных про |уктов электролиза (книгу В,М,Зимина и др, Хлорные электролизеры 1984 г, см, Химия страницы 94-95),The lid has a dome-shaped shape and seals tightly with the cathode block. In the lid there are nipples for introducing electrolyte and output of anode electrolysis products. In the cathode block there are nipples for outputting cathode electrolysis products (book B, M, Zimina et al., 1984 Chlorine electrolyzers , cm, Chemistry pages 94-95),

Недостатком известного электролизера является многоступенчатый подвод тока к собственно катоду, осуществляемый через внешнюю общую шину, стенки корпуса и каркас катодных элементов, выполненных из материалов разной электрической проводимости. Это ограничивает мощность электролизера и приводит к повышенному расходу t электроэнергии., л ;- ;;..|A disadvantage of the known electrolyzer is a multistage current supply to the cathode proper, which is carried out through an external common bus, the walls of the casing, and the cathode frame made of materials of different electrical conductivity. This limits the power of the electrolyzer and leads to increased consumption t of electricity., L; - ;; .. |

Вще одним недостатком прототипа является наличие слабополяризованных участков катода но нижнему периметру стыка катодного блока с основой анодного комплекта, что снижает съем продукции с электролизера, В прототипе имеют место значительные потери тепла в окружающую среду.Another disadvantage of the prototype is the presence of weakly polarized sections of the cathode but the lower perimeter of the junction of the cathode block with the base of the anode set, which reduces the removal of products from the electrolyzer. In the prototype there are significant heat losses to the environment.

93(7fJ7/93 (7fJ7 /

%: . t%:. t

Задача решается тем, что в электролизере, содержащем анодный комплект с несущей токораспределительной основой, катодный блок из ряда полых катодных элементов, размещенных-внутри открытого сверху и снизу корпуса, и герметичную крышку, катодные элементы снабжены токоподводящжми шинами, герметично проникащими через стенки корпуса наружу и скрепленными вне катодного блока с общей уравнительной шиной. Аноды размещены с наклоном к катодным элементам и электрически соединены с токонесущей основой внутренней контактной стяжкой и снабжены по нижнему периметру катодного блока дополнительными анодными элементами. Снаружи корпуса катодного блока размещена с кольцевым зазором рама с теплоизолирующим материалом в полости между рамой и корпусом.The problem is solved in that in an electrolytic cell containing an anode set with a carrier current distribution base, a cathode block of a series of hollow cathode elements placed inside an open top and bottom housing, and a sealed cover, cathode elements are provided with current-carrying tires, hermetically penetrating outwardly through the walls of the housing and fastened outside the cathode block with a common equalization bus. The anodes are slanted to the cathode elements and electrically connected to the current-carrying base by an internal contact coupler and provided with additional anode elements along the lower perimeter of the cathode block. Outside the cathode block housing, a frame with an annular gap is placed with a heat-insulating material in the cavity between the frame and the housing.

Новым в предлагаемой конструкции электролизера являются выполнение катодных элементов с токоподводами, герметично пронизыващими корпус катода и непосредственно скрепленными с внешней общей шиной, выполнение анодов из двух отдельных пластин .снабженных отдельным гибким токоподводом и отбортовкой по краям; выполнение стенки корпуса катода наклонной.New in the proposed design of the electrolyzer are the implementation of the cathode elements with current leads, hermetically piercing the cathode body and directly bonded to the external common bus, the execution of the anodes from two separate plates equipped with a separate flexible current supply and flanging along the edges; the execution of the wall of the cathode housing inclined

Предлагаемая новая конструкция электролизера обладает рядом отличительных преимуществ, обеспечиваемых особенностями, составляющими предмет полезной модели. Благодаря тому, что в электролизере шины катодных элементов герметично пронизывают корпус катодного блока и непосредственно скрепляютсявне корпуса с общей уравнительной щиной исключаются промежуточные переходные контакты между общей шиной и корпусом катодного блока и, в свою очередь, между корпусом и шинами катодных элементов, применяемые в известных электролизерах. Это позволяет снизить потери напряжения и соответственно или сократить расход электроэнергии на 8-10/, илиThe proposed new design of the electrolyzer has a number of distinctive advantages provided by the features that make up the subject of a utility model. Due to the fact that in the electrolyzer, the busbars of the cathode elements hermetically penetrate the cathode block housing and directly fastened outside the casing with a common equalizing bus, intermediate transition contacts between the common bus and the cathode block housing and, in turn, between the casing and the cathode cell buses used in known electrolyzers are eliminated . This allows you to reduce voltage losses and, accordingly, or reduce energy consumption by 8-10 /, or

93( (, 93 ((,

поднять мощность (нагрузку) при достигнутом расходе энергии. Кроме того, такая система токоподвода, исключая корпус из электрической цепи, позволяет сделать его легким и из одного сортамента металла, что облегчает и изготовление и обращение с электролизером в ходе эксплуатации. Применение плавной отбортовки в анодных пластинах и дополнительных анодных элементов вдоль нижнего внутреннего периметра катодного блока позволяют полностью полезно использовать слабополяризованные участки катода, неизбежные в известных электролизерах, и тем самым увеличить съем продукции с единицы поверхности электродов на 7-10. Сочетание вертикальной катодной поверхности катодных элементов со слегка наклонной анодной поверхностью обеспечивает более свободное удаление хлоргаза из межэлектродного пространства в заанодное и выравнивание перепада напряжения в электролите по высоте с учетом газонаполнения. Оба этих фактора способствуют снижению напряжения и экономии электроэнергии. Применение нарзгжной рамы, образующей со стенками корпуса катодного блока кольцевзгю свободную полость, заполняемую малотеплопроводным материалом позволяет сберегать тепло, особенноraise power (load) at the achieved energy consumption. In addition, such a current supply system, excluding the housing from the electrical circuit, allows it to be made lightweight from one metal gauge, which facilitates the manufacture and handling of the electrolyzer during operation. The use of smooth flanging in the anode plates and additional anode elements along the lower inner perimeter of the cathode block makes it possible to completely use slightly polarized sections of the cathode, which are inevitable in known electrolyzers, and thereby increase the removal of products from a unit surface of the electrodes by 7-10. The combination of the vertical cathode surface of the cathode elements with a slightly inclined anode surface provides a more free removal of chlorine gas from the interelectrode space into the anode and alignment of the voltage drop in the electrolyte with height taking into account gas filling. Both of these factors help reduce voltage and save energy. The use of an overframe, which forms a free cavity filled with a low-heat-conducting material with the walls of the cathode block casing annularly, allows to save heat, especially

при размещении электролизеров на открытых площадках или в легких укрытиях.when placing electrolyzers in open areas or in light shelters.

Конструкция электролизера представлена на фиг.фиг.1-9. Фиг.1 - Общий вид в поперечном разрезе; Фиг.2 - Общий вид в частичном продольном разрезе; Фиг.З - Анодный комплект, вид сбоку; Фиг.4 Анодный комплект, вид продольный; Фиг.5 -Катодный блок в боковом разрезе; Фиг.6 - Катодный блок, вид сверху; т ОПИСАНИЕ ЭЖКГРОЖЗЕРА Конструкция электролизера, основном,состоит из трех частей: анодного комплекта,катодного блока,крьш1ки. Анодный комплект (фиг.фигЛ,2,3,4) включает в себя несущую токоподводящую основу и собственно аноды.Токоподводящая основа представляет собой металлическую плиту I из стали,алюминия,меди или другого токопров©дящего материала,плакированную с рабочей стороны,например,титановым листом 2. Эта плита может быть выполнена и биметаллической,Токоподводящая основа снабжена общей шиной 3 и токопередающими ребрами 4,электрически скрепленными с нею. Токоподводящей основе снаружи придана рама жесткости 5. Аноды выполнены в виде пластин 6 из перфорированного любым способом титанового листа,покрытого с рабочей стороны известной активной анодной массой,Пластина 6 может быть выполнена и сплошной,т,е, неперфорированной. Края пластин плавно отбортованы,С противоположной , нерабочей стороной анодной пластины 6 электрически скреплен с нею токоподводящий элемент 7 в виде планки из титана или бимеалла,который снабжен контактным отводоьв.Токоподводящий элемент 7 выполнен с оцределенной степенью гибкэсти,позволяющей изменять положение анодной пластины 6 при небольшом внешнем усилии,В сборе, анодные пластины 6 через контактный отвод 8 электрически и механически скреплегш с ребрами 4 токоподводящей основы I или при помощи разъемного соединения или при помощи сварки.В случае разъемного соединения,предусматривается применение болтов 9, Параллельно краям токонесущей основы 8 с определенным отступлением от них во-внутрь размещены дополнительные анодшле элементы 10 в виде титановых полос с активным покрытием,которые также с скреплены с основой электрически и механически люб1з1м из известных способов - винтами,сваркой и др. Катодный блок (фиг.фигЛ,2,5,6) представляет собой цельнуюнеразъемную конструкцию включающую металлический корпус II в виде кожуха,открытого сверху и снизу и комплект катодных элементов 12, размещенных в определенном порядке внутри корпуса. Корпус II выполнен из стали и снабжен штуцером 13 для выво да водорода и штуцером 14 для вывода щелочи.Катодные элементы 12 представляют собой полые,сильно сплющенные коробки,выполненные из металлических перфорированных пластин или сетки. катодных элементов 12 размещены ребра жесткости 15 и токоподводящие шины 16. Электрический контакт между катодными элементами 12 и шинами 16 осуществлен при помощи сварки или любым другим извест- ным способом. Все катодные элементы 12 механически скреплены с корпусом II через перемычки 17 и 18,выполненные из материала,что и сами катодные элементы,а также шины 16.Шины 16 катодных элементов 12 герметично пронизывают одну или две противоположные стенки корпуса II и выходят концами нарул.Наружные концы шин 16 электрически объединяются в одну общую токораспределяющую систему при помощи общей катодной шины 19 вне катодного блока.Эта истему в отдельности по внешнему виду схожа с граблями и может быть или объединенной или разделенной на нижнюю и верхнюю.Стенки корпуса II катодного блока,или,в приведенном случае одна его стенка,противоположная той,которую пронизывают шинки 16 может быть выполнена наклонной с расширением корпуса снизу вверх.ЭтимThe design of the cell is shown in Fig. 1-9. Figure 1 - General view in cross section; Figure 2 - General view in partial longitudinal section; Fig.Z - Anode kit, side view; Figure 4 Anode set, longitudinal view; Figure 5 - Cathode block in a side section; 6 is a cathode block, a top view; t DESCRIPTION OF THE ELECTRIC TROUBLESHIPS The design of the electrolyzer mainly consists of three parts: the anode set, the cathode block, and the fans. The anode kit (FIG. 2, 3, 4, 4) includes a supporting current-carrying base and the anodes proper. The current-carrying base is a metal plate I made of steel, aluminum, copper or other conductive material, clad from the working side, for example, titanium sheet 2. This plate can be made bimetallic. The current-carrying base is equipped with a common bus 3 and current-transmitting ribs 4, electrically fastened to it. A stiffening frame 5 is attached to the current-carrying base from the outside. The anodes are made in the form of plates 6 of a titanium sheet perforated in any way, coated on the working side with a known active anode mass, Plate 6 can also be made continuous, i.e., non-perforated. The edges of the plates are smoothly flanged. With the opposite, non-working side of the anode plate 6, the current-supplying element 7 is electrically bonded to it in the form of a strip of titanium or bimeal, which is equipped with a contact bend. external force, Assembled, the anode plates 6 through the contact outlet 8 are electrically and mechanically bonded to the ribs 4 of the current supply base I either by means of a detachable connection or by means of In the case of a detachable connection, the use of bolts 9 is envisaged. Parallel to the edges of the current-carrying base 8, with a certain deviation from them, additional anodshell elements 10 are placed in the form of active-coated titanium strips, which are also electrically and mechanically bonded to the base electrically and mechanically from any known methods - with screws, welding, etc. The cathode block (fig.FigL, 2,5,6) is a one-piece integral structure including a metal housing II in the form of a casing open from above and below and a set of cathode elements s 12, placed in a certain order within the housing. The housing II is made of steel and is equipped with a nozzle 13 for removing hydrogen and a nozzle 14 for removing alkali. The cathode elements 12 are hollow, highly flattened boxes made of perforated metal plates or mesh. The cathode elements 12 are provided with stiffeners 15 and busbars 16. The electrical contact between the cathode elements 12 and the buses 16 is made by welding or by any other known method. All cathode elements 12 are mechanically bonded to the housing II through jumpers 17 and 18 made of material that the cathode elements themselves, as well as tires 16. Tires 16 of the cathode elements 12 hermetically penetrate one or two opposite walls of the housing II and exit the ends of the Narul. the ends of the buses 16 are electrically combined into one common current distribution system by means of a common cathode bus 19 outside the cathode block. This system is individually similar in appearance to a rake and can be either combined or divided into lower and upper. case II of the cathode block, or, in the above case, one of its walls opposite to that which is pierced by the bars 16 can be made inclined with the expansion of the case from the bottom up.

достигается пропорциональное объему катодных продуктов электроли« за расширение периферийного внутрикатодного пространства.Корпус катодного блока может быть снабжен полыми карманами в виде коробок или примыкающих к его стенкам,Полость таких карманов заполняется теплоизолирующим материалом (фиг«фиг.8,9).the electrolyte proportional to the volume of cathode products is achieved "for expanding the peripheral cathode space. The cathode block housing can be equipped with hollow pockets in the form of boxes or adjacent to its walls. The cavity of such pockets is filled with heat-insulating material (Fig. 8, 9).

Крышка 20 электролизера выполнена в виде герметичного шатра из защищенного гуммировкой или титаном металла,или же из известных стойких пластиков.Крышка снабжена штуцерами 21 и 22 для ввода электролита и вывода анодных продуктов электролиза.The lid 20 of the electrolyzer is made in the form of a sealed tent made of metal protected by gumming or titanium, or of known resistant plastics. The lid is equipped with fittings 21 and 22 for introducing electrolyte and outputting anode electrolysis products.

Сборка электролизера осуществляется следующим образом,Аноды по шаблону размещаются на несущей основе и скрепляются с ней.На катод наносится диафрагма и он устанавливается на основу так, чтобы все аноды расположились симметрично в ячейках между катодными элементами.Сверху на катод устанавливается крышка 1фышка , катодный блок и анодный комплект герметизируются в стыках между собой через уплотнителъные прокладки 23 при помощи винтовой стяжки. Далее производится технологическая и электрическая обвязка в серии,электролизер заполняется электролитом и включается в работу.The electrolyzer is assembled as follows, according to the template, the anodes are placed on a carrier base and fastened with it. A diaphragm is applied to the cathode and it is mounted on the base so that all the anodes are located symmetrically in the cells between the cathode elements. On top of the cathode is a lid, a cathode block and the anode set is sealed at the joints between each other through the gaskets 23 with a screw tie. Next, technological and electrical strapping is performed in a series, the cell is filled with electrolyte and included in the work.

..mttmtsf:..mttmtsf:

Claims

1. The electrolyzer for the electrolysis of aqueous solutions of alkali metal chlorides, including a set of anodes with a carrier current-carrying base, a cathode block comprising a housing and cathode elements in the form of hollow flattened boxes made of perforated metal plates or mesh, a cover, devices for input and output of working media , an electric strapping, characterized in that the tires of the cathode elements penetrate the cathode body hermetically and are electrically fastened to the external equalization bus.

2. The cell according to claim 1, characterized in that the anodes are inclined to the cathode elements in such a way that the distance between the cathode and the anode gradually decreases from bottom to top from a maximum in the extremely lower part to a minimum in the very upper part.

3. The cell according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that along the inner perimeter. casing of the cathode block placed type new straps with active anode mass, bonded to the current-carrying base.

4. The cell according to paragraphs. 1-3, characterized in that one or more walls of the cathode block housing is sloped to the outside from the bottom up.

5. The cell according to paragraphs. 1-4, characterized in that the cathode block housing is provided with external pockets in the form of a floor of boxes or a casing fastened to the walls of the casing.