NO161180B

NO161180B - Elektrolysecelle av filterpressetypen.

Info

Publication number: NO161180B
Application number: NO841165A
Authority: NO
Inventors: Keith Brattan; Ian Wardle
Original assignee: Ici Plc
Priority date: 1983-03-24
Filing date: 1984-03-23
Publication date: 1989-04-03
Also published as: AU561366B2; FI841149A; DE3464389D1; ES530940A0; FI73244B; EP0120628A2; GB8308187D0; ES8501452A1; CA1246006A; AU2581284A; FI73244C; EP0120628B1; IL71297A0; EP0120628A3; US4648953A; EP0120628B2; IN160767B; ATE27973T1; IE55924B1; GB8405593D0

Description

Denne oppfinnelsen angår en elektrolysecelle og spesielt en elektrolysecelle av filterpressetypen.

Elektrolyseceller er kjent som omfatter en flerhet anoder og katoder med hver anode adskilt fra den tilstøtende katoden av en separator som deler elektrolysecellen i en flerhet anoderom og katoderom. En slik celles anoderom er utstyrt med midler for å tilføre elektrolytt til cellen på en passende måte fra en felles rørledning og med midler for å fjerne elektrolyseprodukter fra cellen. På lignende måte er cellens katoderom utstyrt med midler for å fjerne elektrolyseprodukter fra cellen og som opsjon med midler for å tilføre vann eller andre fluider til cellen på en passende måte fra en felles rørledning.

I slike elektrolyseceller kan separatoren være en hovedsakelig hydraulisk ugjennomtrengelig ionisk permselektiv membran, f.eks. en katione permselektiv membran.

Elektrolyseceller av filterpressetypen kan omfatte et stort antall alternerende anoder og katoder, f.eks. - _5.Q anoder alternerende med 50 katoder, selv om cellen kan omfatte til og med fler anoder og katoder, f.eks. opptil 150 alternerende anoder og katoder.

I de senere år er der utviklet elektrolyseceller av filterpressemembran—typen for bruk ved produksjon av klor og vandig alkalisk metallhydroksydoppløsning ved elektrolyse av vandig alkalisk metallkloridoppløsning. Der hvor vandig alkalisk metallkloridoppløsning elektrolyseres i en elektrolysecelle av membrantypen, mates oppløsningen til cellens anoderom og klor som er produsert ved elektrolysen og oppbrukt alkalisk metallkloridoppløsning fjernes fra anoderommet, alkaliske metallioner transporteres over membranene til cellens katoderom, hvortil vann eller uttynnet alkalisk metallhydroksydoppløsning mates og hydrogen og alkalisk metallhydroksydoppløsning som pro-duseres ved reaksjonen av alkaliske metallioner med hydroksyl-ioner fjernes fra cellens katoderom.

I slike elektrolyseceller av filterpressetypen kan elektrolytten mates fra en felles rørledning til cellens enkelte anoderom og vannet eller den uttynnede alkaliske metallhydroksydopp-løsningen kan mates fra en felles rørledning til cellens individuelle katoderom og elektrolyseproduktene kan fjernes fra de cellers individuelle anoderom og katoderom ved å mate produktene til felles rørledninger. Midlene for å mate elektrolytt og vann eller fortynnet alkalisk metallhydroksydoppløsning og midlene for å fjerne elektrolyseproduktene kan være separate rør som fører fra separate felles rørledninger til hvert anoderom og katoderom i den elektrolysecellen. Alternativt kan elektrolysecellen dannes av en flerhet anodeplater, katodeplater og pakninger hvor pakningene er plassert mellom tilstøtende anodeplater og katodeplater eller anodeplatene og katodeplatene er plassert innen pakningene, dvs. i utsparinger deri og pakningene og om ønskelig også anode-og katodeplatene kan omfatte en flerhet åpninger deri som i cellen tilsammen utgjør en flerhet kanaler i cellens lengderetning som tjener som materørledninger. I en slik celle kan tilføringsmidlene for elektrolytten og midlene for å fjerne elektrolyseproduktene være passasjer i pakningsveggene og/eller anodeplatene eller katodeplatene som forbinder tilførselsrørene i elektrolysecellens anoderom og katoderom. Elektrolyseceller av den sistnevnte typen er beskrevet f.eks. i britisk patent nr. 1595183 som angår elektrolyseceller av membrantypen.

I elektrolyseceller og spesielt i elektrolyseceller av filterpressetypen som omfatter et stort antall individuelle anoderom og katoderom er det ønskelig at elektrolytt-tilstrøm-ningen til hvert anoderom i hovedsakelig er den samme, dvs. at der bør være jevn fordeling av elektrolytten fra den felles tilførselsledningen til anoderommene. Hvis der er forskjellig tilstrømning av elektrolytt fra samlerørledningen til anoderommene kan elektrolyttens gjennomsnittskonsentrasjon og dens temperatur variere fra anoderom til anoderom med negativ virkning på elektrolysecellens driftsvirkningsgrad som resultat. På lignende måte er det ønskelig at der bør være jevn fordeling av væske i cellens katoderom og følgelig at der bør være liten eller ingen forskjell i væskenes konsentrasjon og temperatur i cellens katoderom.

Den foreliggende oppfinnelse angår en elektrolysecelle som er utstyrt med midler for å hjelpe til å holde en jevnt for-delt væsketilførsel til anoderommene og/eller katoderommene i elektrolysecellen.

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en elektrolysecelle av filterpressetypen som omfatter en flerhet anoder, katoder og pakninger av et elektrisk isolerende materiale, hvor anodene og katodene er anordnet på en alternerende måte og hvor en ionebyttermembran er plassert mellom hver tilstøtende anode og katode for å danne en flerhet anoderom og katoderom i cellen, hvor cellen har to innløpssamlerrør hvorfra henholdvis elektrolytt kan tilføres cellens anoderom og hvorfra væsker kan tilføres cellenes katoderom, og to utløpssamlerrør hvorfra henholdsvis elektrolyseprodukter kan fjernes fra cellens anoderom og katoderom og som utmerker seg ved at cellen er utstyrt med et felles kammer i forbindelse med hvert av anoderommene og/eller et felleskammer i forbindelse med hvert av katoderommene, hvor nevnte kammer(e) er utstyrt med midler for å resirkulere væsker til anoderommene og/eller katoderommene og hvor nevnte kammer(e) er i forbindelse med utløpssamlerrørene fra anoderommene og/eller utløpssamlerrørende fra katoderommene.

Anodene og katodene vil vanligvis ha form av plater i en elektrolysecelle av filterpressetypen og oppfinnelsen vil bli beskrevet under henvisning til anodeplater og katodeplater. >

I elektrolysecellen er anoderommene i forbindelse med et innløpssamlerrør og med et utløpssamlerrør som kan gå i cellens lengderetning. I en foretrukket utførelse, av elektrolysecellen dannes hver av disse samlerrørene ved hjelp av åpninger i pakningene og om ønskelig også i anodeplatene og katodeplatene hvor åpningene tilsammen danner samlerrørene. Kommunikasjonsmidlene kan være passasjer i pakningsveggene og/eller i anodeplatenes vegger.

På samme måte er katoderommene i elektrolysecellen i forbindelse med et innløpssamlerrør og et utløpssamlerrør som begge kan gå i cellens lengderetning.

I en foretrukket utførelse av elektrolysecellen dannes hvert av disse samlerrørene av åpninger i pakningene og om det ønskes i anodeplatene og katodeplatene. Kommunikasjonsmidlene kan være passasjer i pakningsveggene og/eller i katodeplatenes vegger.

I de kjente elektrolyseceller av den typen som er beskrevet foran, strømmer væskene fra anoderommene og katoderommene inn i de respektive utløpssamlerrørene som står i forbindelse med disse rommene. I disse samlerrørene finner adskillelse av gassformige og væskeformige elektrolyseprodukter sted. F.eks. ved elektrolyse av vandig natriumkloridoppløsning finner utskilling av gassformig klor fra utynnet,vandig natriumkloridoppløs-ning sted i samlerrøret som står i forbindelse med anoderommet og utskilling av hydrogen fra natriumhydroksydoppløsning finner sted i samlerrøret som står i forbindelse med katoderommene.

Væskene i disse utløpssamlerrørene gir ikke en konstant væsketrykkhøyde i forbindelse med cellens anoderom og katoderom, da væskene i utløpssamlerrørene har varierende egenvekt på grunn av tilstedeværelsen av gassformige elektrolyseprodukter og på grunn av varierende høyde. Væskenivåene i utløpssamlerrørene kan faktisk være under væskenivåene i anoderommene og/eller i katoderommene. Det felles kammeret som står i forbindelse med hvert av anoderommene og med utløpssamlerrøret derfra og det felles kammeret som står i forbindelse med hvert av katoderommene og med utløpssamlerrøret derfra, har som funksjon å anordne en slik konstant væskeoverhøyde på væskene i anoderommene og/eller i katoderommene. For å anordne denne væsketrykksøylen må det felles rommet eller rommene utstyres med midler for å resirkulere væske til anoderommene og/eller katoderommene selv om der i faktisk bruk er liten eller ingen slik resirkulering av væsker. Forbindelse mellom et felles kammer og anoderommene og/eller mellom et felles kammer og katoderommene, kan f.eks. anordnes ved hjelp av parvise forbindelsespassasjer mellom et felles kammer og hvert anoderom og/eller parvise forbindelsespassasjer mellom et felles kammer og hvert av katoderommene. Forbindelsespassasjene kan være i form av en øvre og en nedre passasje. Passasjene kan tildannes i pakningsveggene og/eller i anodeveggen og/eller katodeveggene. Forbindelsespassasjene utgjør veier hvorved væske kan passere mellom anoderommet og et felles kammer og mellom katoderommet og et annet felles kammer for på denne måten å anordne en væsketrykksøyle som virker på væsken i anoderommet og en væsketrykksøyle som virker på væsken i katoderommet.

Der hvor anodene og katodene er plassert innen pakninger, f.eks. i utsparinger i pakningene, kan de felles kammerene som er i forbindelse med anoderommene og med utløpssamlerrøret fra anoderommene utgjøres av åpninger i pakningene som tilsammen danner det felles kammeret. På lignende måte kan det felles kammeret som står i forbindelse med katoderommene bg med utløpssam-lerrøret fra katoderommene utgjøres av åpninger i pakningene som tilsammen utgjør det felles kammeret.

Der hvor pakningene er plassert mellom tilstøtende anoder og katoder for å isolere en anode elektrisk fra en tilstøtende katode, kan anodene og katodene også ha åpninger i seg som ut-gjør en del av de felles kammerene.

I en alternativ utførelse kan felleskammeret som står i forbindelse med anoderommene og med utløpssamlerrøret fra anoderommene utgjøres av et åpent trau, plassert i samlerrøret. På samme måte kan felleskammeret som står i forbindelse med katoderommene og med utløpssamlerrørene fra katoderommene anordnes ved hjelp av et åpent trau plassert i samlerrøret.

I bruk fylles de åpne trauene med væske og de anordner konstante væsketrykksøyler fo r anoderommene og katoderommene.

Foretrukne utførelser av elektrolysecellen ifølge oppfinnelsen vil beskrives ved hjalp av de følgende tegninger, hvori fig. 1 er et sideriss av en anode,

fig. 2 er et sideriss av en katode,

fig. 3 er et isometrisk riss med delene tatt fra hverandre av en del av en elektrolysecelle som omfatter anodene og katodene som vist i fig. 1 og 2,

fig. 4 er et sideriss av en alternativ anodeform,

fig. 5 er et sideriss av en alternativ katodeform, og

fig. 6 er et isometrisk riss med delene tatt fra hverandre av en del av en elektrolysecelle som omfatter anodene og katodene som vist i fig. 4 og 5.

De vises til fig. 1 hvor anoden omfatter en plate 1 med en sentral åpning 2 som krysses av en flerhet vertikalt innrettede bånd 3 som utgjør den aktive anodeoverflaten. Disse båndene 3 har en viss avstand til og ligger i et plan parallelt med platen 1. En gruppe bånd er plassert på begge sider av platen 1. Platen 1 har fire åpninger, 4, 5, 6 og 7, som i cellen ut-gjør deler av separate langsgående samlerrør for henholdsvis, elektrolytt som skal lades til anoderommene, elektrolyseprodukter som: skal fjernes fra anoderommene, væske som skal lades til katoderommene og elektrolyseprodukter som skal fjernes fra katoderommene. Anodeplatene har enda to åpninger til, 8 og 9, som i elektrolysecellen utgjør en del av felleskammerene som står i forbindelse med henholdsvis anoderommene og katoderommene og med utløpssamlerrørene derfra. Åpningen 8 er i forbindelse med åpning 5 via passasje 10 i veggen i anodeplaten 1 og den er 1 forbindelse med den sentrale åpningen 2 som i elektrolysecellen utgjør en del av anoderommet via passasjer 11 og 12 i veggen i anodeplaten 1. Anodeplaten 1 er også utstyrt med en passasje 13 som forbinder åpningen 4 med den sentrale åpningen 2 og med et fremspring 14 som er forbundet med en leder 15 for videre forbindelse til en samleskinne.

Det vises til fig. 2, hvor katoden omfatter en plate 16 med en sentral åpning 17 som krysses av en flerhet vertikalt innrettede bånd 18 som utgjør den aktive katodeoverflaten. Disse båndene står i en avstand fra og ligger i et plan parallelt med platen 16. En gruppe bånd er plassert på begge sider av platen 16. Platen 16 har fire åpninger 19, 20, 21 og 22 som i cellen utgjør en del av separate, langsgående samlerrør for henholdsvis væske som skal lades til katoderommene, elektrolyseprodukter som skal fjernes fra katoderommene, elektrolytt som skal lades til anoderommene og elektrolyseprodukter som skal fjernes fra anoderommene. Katodeplaten 16 omfatter også enda to åpninger 2 3 og 24 som i elektrolysecellen utgjør en del av de felles kammerene som står i forbindelse henholdsvis med anoderommene og katoderommene og med utløpssamlerrør derfra. Åpningen 24 er i forbindelse med åpningen 20 via passasje 25 i veggen i katodeplaten 16 og den er i forbindelse med den sentrale åpningen 17 som i elektrolysecellen utgjør en del av katoderommet via passasjer 26 og 27 i veggen i platen 16. Katodeplaten 16 er også utstyrt med en passasje 28 som forbinder åpningen 19 med den sentrale åpningen 17 og med et fremspring 29 som er forbundet til en leder 30 for videre forbindelse til en samleskinne.

Det vises til fig. 3, hvor der er vist en del av en elektrolysecelle som omfatter to katoder 31 og 32, hvorav hver har et par pakninger av et elastomerisk materiale 33, 34 og 35, 36 plassert på hver side derav. Den delen av cellen som vises omfatter også to anoder 37 og 38 som hver har et par pakninger av et elastomerisk materiale 39, 40 og 41, 42 plassert på hver side derav. Tre ionebyttermembraner 43, 44 og 45 er også vist hvor en membran er plassert mellom hver av de tilstøtende anoder og katoder. Grensene for et anoderom utgjøres av membraner 43 og 44 og grensene for et katoderom utgjøres av membraner 44 og 45. Elektrolysecellen er også utstyrt med endeplater (ikke vist) og med midler (ikke vist) for lading av væsker til samlerrørene og for å fjerne elektrolyseprodukter fra samlerrørene.

Elektrolysecellens drift skal nå beskrives med henvisning til de anodene og katodene som er vist i henholdsvis fig. 1 og 2.

Det vises til fig. 1, hvor elektrolytt, f.eks. vandig alkalisk metallkloridoppløsning, lades til det samlerrøret som åpning 4 i anodeplate 1 utgjør en del av og hvor elektrolytten føres via passasje 13 inn i cellens anoderom hvorav åpning 2 i anodeplate 1 utgjør en del. Gassformige og væskeformige elektrolyseprodukter strømmer ut av anoderommet via passasje 11 og det væskeformige produktet fyller opp det kammeret hvorav åpning 8 utgjør en del og det gassformige elektrolyseproduktet passerer via passasje 10 til samlerrøret hvorav åpning 5 utgjør en del og deretter ut av cellen. Det væskeformige elektrolyseproduktet strømmer også via passasje 10 inn i det samlerrøret hvorav åpning 5 utgjør en del og deretter ut av cellen. Det væskeformige produktet i det kammeret hvorav åpning 8 utgjør en del, sikrer at en konstant væsketrykksøyle bibeholdes via passasjer 12 i alle anodeplatene som er i forbindelse med cellens anoderom. Væskeformig elektrolyseprodukt sirkulerer også mellom anoderommene og det kammeret hvorav åpning 8 utgjør en del via passasjer 11 og 12.

Det vises til fig. 2, hvor væske, f.eks. vann eller fortynnet alkalisk metallhydroksydoppløsning, lades til det samler-røret hvorav åpning 19 i katodeplate 16 utgjør en del og hvor væsken passerer gjennom passasje 28 inn i cellens katoderom, hvorav åpning 17 i katodeplaten 18 utgjør en del. Gassformige og væskeformige elektrolyseprodukter strømmer ut av katoderommet via passasje 26 og det væskeformige produktet fyller opp det kammeret hvorav åpning 24 utgjør en del og det gassformige elektrolyseproduktet passerer via passasje 25 inn i det samler-røret hvorav åpning 20 utgjør en del og deretter ut av cellen. Det væskeformige elektrolyseproduktet flyter via passasje 25

inn i det samlerrøret hvorav åpning 20 utgjør en del og deretter ut av cellen. Det væskeformige produktet i det kammeret hvorav åpning 24 utgjør en del,sikrer at en konstant væsketrykksøyle bibeholdes via passasjer 27 i alle katodeplatene som står i

forbindelse med cellens katoderom. Væskeformige elektrolyseprodukter sirkulerer også mellom katoderommene og det kammeret hvorav åpning 24 utgjør en del via passasjer 26 og 27.

Den utførelsen som er vist i fig. 4, 5 og 6 skal nå beskrives .

Det vises til fig. 4, hvor anoden omfatter en plate 46

med en sentral åpning 47 som krysses av en flerhet vertikalt innrettede bånd som utgjør den aktive anodeoverflaten. Disse båndene er i en avstand fra og ligger i et plan parallelt med platen 46. En gruppe bånd er plassert på hver side av platen 46. Platen 46 har fire åpninger 49, 50, 51 og 52 som i cellen utgjør en del av separate langsgående samlerrør, henholdsvis for elektrolytt som skal lades til anoderommene, elektrolyseprodukter som skal fjernes fra anoderommene, væske som skal lades til katoderommene og elektrolyseprodukter som skal fjernes fra katoderommene. Platen 46 har også en passasje 53 i sin vegg mellom åpningen 49 og den sentrale åpningen 47 og åpninger 54

og 55 mellom den sentrale åpningen 47 og åpning 50. I åpningen 50 som utgjør en del av det samlerrøret hvori gjennom elektrolyseprodukter fjernes fra anoderommene er der plassert en åpen renne 56 som løper i hele cellens lengderetning hvor rennen har en leppe 57 og en leppe 58. Anoden 46 er også utstyrt med et fremspring 59 som er forbundet til en leder 60 for videre forbindelse til en samleskinne.

Det vises til fig. 5, hvor katoden omfatter en plate 61 som har en sentral åpning 62 som krysses av en flerhet vertikalt innrettede bånd 6 3 som utgjør den aktive katodeoverflaten.

Disse båndene er plassert i en avstand fra og ligger i et plan parallelt med platen 61. En gruppe bånd er plassert på hver side av platen 61. Platen 61 har fire åpninger 64, 65, 66 og 67 som i cellen utgjør en del av separate langsgående samlerrør, henholdsvis for væsker som skal lades til katoderommene, elektrolyseprodukter som skal fjernes fra katoderommet, elektrolytt som skal lades til anoderommene og elektrolyseprodukter som skal fjernes fra anoderommene. Platen 61 har også en passasje 68 i sin vegg mellom åpningen 64 og den sentrale åpningen 62 og passasjer 69 og 70 mellom den sentrale åpningen 62 og åpningen

65. I åpningen 65 som utgjør en del av samlerrøret hvori gjennom produkter fjernes fra katoderommene, er der plassert en åpen renne 71 som er Innrettet i hele cellens lengderetning hvor denne rennen har en leppe 72 og en leppe 73. Katoden 61 er og-så utstyrt med et fremspring 74 som er forbundet med en leder 75 for videre forbindelse med en samleskinne.

Det vises til fig. 6, hvor der er vist en del av en elektrolysecelle som omfatter to katoder 76 og 77, hvorav hver har et par pakninger av et elastomerisk materiale 78, 79 og 80, 81 plassert på begge sider derav. Den delen av cellen som er vist omfatter også to anoder 82 og 83, hvorav hver har et par pakninger av et elastomerisk materiale 84, 85 og 86, 87 plassert på hver side derav. Også vist er tre ionebyttermembraner 88, 89 og 90 hvor en membran er plassert mellom hver tilstøtende anode og katode. Grensene til et anoderom utgjøres av membranet 88

og 89 og grensene for et katoderom utgjøres av membraner 89 og 90. Elektrolysecellen er også utstyrt med endeplater (ikke vist) og med midler (ikke vist) for å lade væsker til samlerrørene og for å fjerne elektrolyseprodukter fra samlerrørene.

I utførelsen ifølge fig. 6 er det også vist to renner 91 og 92 som er innrettet i cellens lengderetning.

Drift av elektrolysecellen vil nå bli beskrevet med henvisning til anodene og katodene som er vist henholdsvis i fig.

4 og 5.

Det vises til fig. 4, hvor elektrolytt, f.eks. vandig alkalisk metallkloridoppløsning, lades til samlerrøret, hvorav åpning 49 i anodeplate 46 utgjør en del og hvor elektrolytt passerer gjennom passasje 53 inn i cellens anoderom, hvorav åpning 47 i anodeplate 46 utgjør en del. Gassformige og væskeformige elektrolyseprodukter strømmer ut av anoderommet via passasje 54 og det væskeformige produktet fyller rommet mellom renne 56 og veggen i åpningen 50. Gassformige elektrolyseprodukter skiller seg ut og passerer tilslutt ut av cellen. Det væskeformige elektrolyseproduktet renner over leppen 58 inn i rennen 56 og således ut av cellen. Væsken kan sirkulere tilbake til anoderommet, hvorav åpning 47 i anodeplate 46 utgjør en del via passasje 55. Væsken i rennen 56 i samlerrøret hvorav åpning 50 utgjør en del, sikrer at en konstant væsketrykksøyle bibeholdes for alle anoderommene i cellen via passasjer 55 i alle anodeplatene.

Det vises til fig. 5, hvor væske, f.eks. vann eller alkalisk metallhydroksydoppløsning, lades til det samlerrøret hvorav åpning 64 i katodeplate 61 utgjør en del og hvor væske passerer gjennom passasje 68 inn i cellens katoderom hvorav åpning 62 i katodeplate 61 utgjør en del. Gassformige og væskeformige elektrolyseprodukter strømmer ut av katoderommet via passasje 69 og det væskeformige produktet fyller rommet mellom rennen 71 og veggen i åpningen 65: Gassformig elektrolyseprodukt skiller seg ut og passerer tilslutt ut av cellen. Det væskeformige elektrolyseproduktet renner over leppen 73 inn i rennen 71 og således ut av cellen. Væsken kan sirkulere tilbake til katoderommet, hvorav åpning 62 i katodeplate 61 utgjør en del via passasje 70. Væsken i rennen 71 i det samlerrøret hvorav åpning 65 utgjør en del, sikrer at en konstant væsketrykksøyle bibeholdes for alle cellens katoderom via passasjer 70 i alle katodeplatene.

Hydraulisk ugjennomtrengelige ionebyttermembraner er kjent innen faget og er fortrinnsvis fluorholdige polymere materialer som inneholder anioniske grupper. De polymere materialene som foretrekkes er fluorkarboner som inneholder de gjentatte gruppene

hvor m har en verdi mellom 2 og 10 og er fortrinnsvis 2, hvor forholdet mellom M og N fortrinnsvis er slik at det gir en ekvivalent vekt for gruppene X i området 500 til 2000 og X velges fra

hvor P har veiriien f.eks. 1 til 3, Z er fluor eller en perfluor-alkylgruppe med fra 1 til 10 karbonatomer og A er en gruppe som velges fra følgende grupper:

-S03H

-CF2S03H

-CCl-SCKH

1

-X<i>S03H

-P03H2 -P02H2

-COOH og

-X^-OH

eller derivativer av de nevnte gruppene, hvor X^ er en aryl-gruppe. A representerer fortrinnsvis gruppen S03H eller -COOH. Ionebyttermembraner som inneholder SO^H gruppen, selges under merkenavnet "Nafion" av E.I.DuPont de Nemours and Co.Inc. og ionebyttermembraner som inneholder -COOH-gruppen selges under merkenavnet "Flemion" av Asahi Glass Co.Ltd.

Elektrolysecellen omfatter en flerhet pakninger av elektrisk isolerende materiale som isolerer hver anode elektrisk fra de tilstøtende katoder. Det er ønskelig at pakningen er fleksibel og fortrinnsvis elastisk og den bør være motstands-dyktig mot elektrolytten og elektrolyseproduktene. Pakningen kan være laget av en organisk polymer, f.eks. en polyolefin, eksempelvis polyetylen eller polypropylen, en hydrokarbon elastomer, f.eks. en elastomer basert på etylenpropylenkopoly-merer eller etylenpropylendienkopolymerer, naturgummi eller styrenbutadiengummi, eller et klorinert hydrokarbon, f.eks. polyvinylklorid eller polyvinylidenklorid. I en elektrolysecelle for elektrolyse av vandig alkalisk metallkloridoppløsning kan pakningsmaterialet være et fluorert polymert materiale, f. eks. polytetrafluoretylen, polyvinylfluorid, polyvinylidenfluo-rid eller en tetrafluoretylen-heksafluorpropylen kopolymer eller et basismateriale med et ytterlag av et slikt fluorert polymert materiale.

Pakningene kan i elektrolysecellen omfatte en sentral åpning avgrenset av en rammelignende del som i cellen begrenser en del av anoderommet eller katoderommet og åpninger i den rammelignende delen som i cellen utgjør en del av de langsgående kanalene som utgjør samlerrørene.

Anoden kan være av metall og metallets art vil avhenge av arten av den elektrolytten som skal elektrolyseres i elektrolysecellen. Et metall som danner overflatefilm foretrekkes, spesielt der hvor en vandig oppløsning av alkalisk metallklorid skal elektrolyseres i cellen.

Metallet som danner overflatefilm kan være et av metallene titan, sirkon, niob, tantal eller wolfram eller en legering som hovedsakelig består.av et eller flere av disse metallene og med anodiske polariseringsegenskaper som er sammenlignbare med det rene metallet. Det foretrekkes å bruke bare titan eller en legering basert på titan og med polariseringsegenskaper sammenlignbare med titans.

Anoden vil ha en sentral anodedel og der hvor den omfatter åpninger som i cellen utgjør en del av de langsgående kanalene som utgjør samlerrørene, vil disse åpningene være plassert til-svarende åpningene i pakningene. Alternativt har ikke anoden slike åpninger og anoden kan være plassert innen en pakning, f. eks. i en utsparing i en pakning.

Anodedelen kan omfatte en flerhet langstrakte deler som fortrinnsvis er innrettet vertikalt, f.eks. i form av spiler eller bånd eller den kan omfatte en gjennomhullet overflate som f.eks. netting, ekspandert metall eller en perforert overflate. Anodedelen kan omfatte et par gjennomhullede overflater innrettet hovedsakelig parallelt med hverandre.

Anodens anodedel kan ha et belegg av et elektrisk ledende elektrokatalytisk aktivt materiale. Spesielt hvis en vandig alkalisk metallkloridoppløsning skal elektrolyseres, kan dette belegget f.eks. bestå av et eller flere av metallene i platina-gruppen, dvs. platina, rodium, iridium, rutén , osmium og palla-dium, legeringer av nevnte metaller og/eller et oksyd eller oksyder derav. Belegget kan bestå av et eller flere av metallene i platina-gruppen og/eller oksyder derav i blanding med et eller flere ikke-edle metalloksyder, spesielt et overflatefilm-dannende metalloksyd. Spesielt passende elektrokatalytisk aktive belegg omfatter platina i seg selv og de som baseres på ruténdioksyd/titandioksyd, ruténdioksyd/tinndioksyd og ruténdi-oksyd/tinndioksyd/titandioksyd.

Slike belegg og fremgangsmåter for påføring av disse er vel kjent innen faget.

Katoden kan være metallisk og arten av metall vil også avhenge av arten av den elektrolytt som skal elektrolyseres i elektrolysecellen. Der hvor en vandig oppløsning av et alkalisk metallklorid skal elektrolyseres, kan katoden f.eks. være av stål, kobber, nikkel eller kobberbelagt stål eller nikkelbelagt stål.

Katoden vil ha en sentral katodedel og der hvor den omfatter åpninger som i cellen utgjør en del av de langsgående kanalene som danner samlerrørene, vil disse åpningene være plassert slik at de korresponderer med åpningene i pakningene. Alternativt kan katoden være uten slike åpninger og katoden kan være plassert i en pakning, f.eks. i en utsparing i en pakning.

Katodedelen kan omfatte en flerhet langstrakte deler som fortrinnsvis er vertikalt innrettet, f.eks. i form av spiler

eller bånd eller den kan omfatte en gjennomhullet overflate som f.eks. netting, strekkmetall eller en perforert overflate. Katodedelen kan omfatte et par gjennomhullede overflater, innrettet hovedsakelig parallelt med hverandre.

Katodeplatens katodedel kan ha et belegg av et materiale som reduserer hydrogenoverspenningen ved katoden når elektrolysecellen brukes for elektrolyse av vandig alkalisk metallklorid-oppløsning. Slike belegg er kjent innen faget.

Anodene og katodene er utstyrt med midler for tilknytning til en kraftkilde. F.eks. kan de være utstyrt med utstikkende deler som passer for innfesting til passende samleskinner.

Det er ønskelig at både anodene og katodene er fleksible og fortrinnsvis at de er elastiske fordi fleksibilitet og elas-tisitet hjelper til å fremme lekkasjetette forseglinger når de settes sammen til en elektrolysecelle.

Anodenes og katodenes tykkelse er mest passende i området 0,5 til 3 mm.

Elektrolysecellen kan være en monopolær eller en bipolær celle. I en monopolær celle er en ionebyttermembran plassert mellom hver tilstøtende anode og katode. I en bipolær celle

er der plassert en ionebyttermembran mellom en bipolær elektrodes anode og en tilstøtende bipolær elektrodes katode. Når det gjelder en monopolær celle foretrekkes det at anodenes og katodenes utstrekning i strømretningen er slik at de danner korte strømveier, noe som i sin tur sikrer lavt spenningstap i anodene og katodene uten bruk av innviklede strømførende innretninger. Dimensjonen i den strømførende retningen foretrekkes å være i området 15 til 60 cm.

Der hvor anodene og katodene omfatter åpninger som i elektrolysecellen utgjør en del av samlerrørene, er det nødven-dig å sikre at samlerrørene som er i forbindelse med cellens anoderom er isolert elektrisk fra de samlerrørene som er i forbindelse med cellens katoderom. Denne elektriske isolasjonen kan oppnås ved hjelp av rammelignende deler av elektrisk isolerende materiale, plassert i de åpningene i anodene og katodene som utgjør en del av samlerrørene.

Claims

1. Elektrolysecelle av filterpressetypen som omfatter en flerhet anoder (37, 38), katoder (31,32), og pakninger (33-36;

39-42) av et elektrisk isolerende materiale, hvor anodene og katodene er anordnet på en alternerende måte og hvor en ionebyttemembran (43, 44, 45) er plassert mellom hver tilstøtende anode og katode for å danne en flerhet anoderom og katoderom i cellen, hvor cellen har to innløpssamlerør (4, 6) hvorfra henholdsvis elektrolytt kan tilføres cellenes anoderom og hvorfra væsker kan tilføres cellenes katoderom, og to utløps-samlerrør (5, 7) hvorfra henholdsvis elektrolyseprodukter kan fjernes fra cellenes anoderom og katoderom, karakterisert ved at cellen er utstyrt med et felles kammer (8) i forbindelse med hvert av anoderommene og/eller et felleskammer (24) i forbindelse med hvert av katoderommene, hvor nevnte kammer(e) (8, 24) er utstyrt med midler (11, 12 og 26, 27) for å resirkulere væsker til anoderommene og/eller katoderommene og hvor nevnte kammer(e) (8, 24) er i forbindelse med utløpssamlerrørene fra anoderommene og/eller utløpssamler-rørene fra katoderommene.

2. Elektrolysecelle ifølge krav 1, karakterisert ved at anodene (37, 38) og katodene (31, 32) har form av plater.

3. Elektrolysecelle ifølge krav 1 eller krav 2, karakterisert ved at innløpssamlerrørene (4,6) og utløpssamlerrørene (5, 7) er innrettet på langs av elektrolysecellen.

4. Elektrolysecelle ifølge ett av kravene 1, 2 eller 3, karakterisert ved at pakningene (3 3-36; 39-42) omfatter fire åpninger som tilsammen danner samlerrørene eller en del derav.

5. Elektrolysecelle ifølge krav 4, karakterisert ved at anodene (37, 38) og katodene (31, 32) omfatter fire åpninger (4-7; 19-22) som tilsammen utgjør en del av samler-rørene.

6. Elektrolysecelle ifølge ett av kravene 1 til 6, karakterisert ved at forbindelsen mellom et felles kammer (8) og hvert av anoderommene (2) er anordnet ved hjelp av par med passasjer (11, 12) mellom et felles kammer og hvert av anoderommene.

7. Elektrolysecelle ifølge etter av kravene 1 til 6, karakterisert ved at forbindelsen mellom et felles kammer (24) og hvert at katoderommene (17) er anordnet ved hjelp av par med passasjer (26, 27) mellom et felleskammer og hvert av katoderommene.

8. Elektrolysecelle ifølge krav 6 eller krav 7, karakterisert ved at passasjene (11, 12, 26, 27) er i form av øvre og nedre passasjer.

9. Elektrolysecelle ifølge ett av kravene 6 til 8, karakterisert ved at passasjene (11, 12, 26, 27) er tildannet i anodeplatenes (1) vegger og/eller i katodeplatenes (16) vegger.

10. Elektrolysecelle ifølge ett av kravene 1 til 9, karakterisert ved at felleskammeret (8) som står i forbindelse med anoderommene (2) og med utløpssamlerrøret (5) fra anoderommene, er anordnet ved hjelp av åpninger (8, 23) i anodene, katodene og pakningene som tilsammen utgjør felleskammeret .

11. Elektrolysecelle ifølge ett av kravene 1 til 10, karakterisert ved at felleskammeret (24) som står i forbindelse med katoderommene (17) og med utløpssamlerrøret (20) fra katoderommene, er anordnet ved hjelp av åpninger (9,

24) i anodene, katodene og pakningene som tilsammen utgjør felleskammeret.

12. Elektrolysecelle ifølge ett av kravene 1 til 9, karakterisert ved at felleskammeret som er i forbindelse med anoderommene (47) og med utløpssamlerrørene (50) fra anoderommene, er anordnet ved hjelp av en åpen renne (56) plassert i nevnte samlerrør (50).

13. Elektrolysecelle ifølge ett av kravene 1 til 9 og 12, karakterisert ved at felleskammeret i forbindelse med katoderommene (62) og med utløpssamlerrøret (65) fra katoderommene er anordnet ved hjelp av en åpen renne (71) plassert i nevnte samlerrør (65).