NO742667L - - Google Patents

Description

Elektrolysecelle for fremstilling av

.... hypokloritter

Alkalimetallhypokloritter, spesielt natriumhypokloritt, er ut-strakt anvendt for bleke- og desinfiseringsformål, f.eks. i anlegg for behandling av. avvann. For å Unngå den kostbare transport av hypoklorittopplosninger som hovedsakelig utgjores av vann, og for dessuten å unngå en for tidlig spaltning av oppløsningene ved lagring er det onskelig å fremstille det nodvendige hypokloritt på forbruks-stedet. Det foreligger derfor et betraktelig behov for en kompakt, effektiv elektrolysecelle for fremstilling av hypokloritt og som kan drives lang tid med et minimum av vedlikehold.

Det tas derfor ved oppfinnelsen sikte på å tilveiebringe en kompakt elektrolysecelle for fremstilling av hypokloritter med hoye stromutbytter.

Oppfinnelsen angår således en elektrolysecelle for fremstilling av alkalimetallhypokloritter, og elektrolysecellen er særpreget ved at den omfatter

ia) en i det vesentlige vertikalt anordnet beholder med en innlops-anordning for elektrolytt i den nedre del av beholderen og en utlopsanordning for elektrolyseprodukt i den ovre del,

(b) en rekke horisontalt anordnede, elektrisk ikke-ledende skille-anordninger som deler beholderen i en rekke celleenheter, (c) en gjennomhullet, platelignende, monopolar tilkoblingsanode som er horisontalt anordnet i den for ste av celleenhetene, (d) en gjennomhullet, monopolar tilkoblingskatode som er horisontalt anordnet i den siste av celleenhetene og som omfåtter en U-formet seksjon for mottagelse og omgivelse av en gjennomhullet, platelignende anode, (e) en anordning for påtrykking av en elektrolysestrom over de monopolare elektroder,

(f) minst én bipolar elektrode som omfatter

(1) en platelignende, gjennomhullet anodedel,

(2) en U-formet, gjennomhullet katodedel for mottagelse og omslutning av en platelignende anode, og (3) en 1 etlende tilkoblingsdel som forbinder anodedelen med katodedelen,

(g) den bipolare elektrode er horisontalt anordnet i nabocelleen-heter på' motsatte sider av en skilledel slik at

(1) anodedelen omgis av en nabokatode og er parallelt anordnet

i forhold til skilledelen

(2) katodedelen omgir en naboanode og er anordnet parallelt med og i avstand fra den motsatte side av skilledelen og nabo-skilledelen, og (3) den ledende tilkoblingsdel er anordnet mellom en kant av skilledelen og en beholder sidevegg, og (h) en anordning for a lede elektrolytt og elektrolyseprodukter fra bunnen til toppen av beholderen gjennom celleenhetene i rekkefolge.

En slik celle byr på den vesentlige fordel at den gir et meget' hoyt stromutbytte som tilsynelatende skyldes forholdet av to katoder pr. anode ved at hver anode er omgitt av en U-formet katode. Det er en ytterligere fordel ved den foreliggende elektrolysecelle at den han holdes kontinuerlig i drift i lengre tid, og dette skyldes i det minste delvis at det ikke forekommer en korrosjon på en grenseflate mellom gass og væske (fordi elektrolysecellen gjennomstrømmes under drift). Den foreliggende elektrolysecelle kan også lett demonteres, og det er lett å skifte ut og .reparere deler av elektrolysecellen efter behov.

Av tegningene er på Fig. 1 vist en perspektivskisse som gjengir forholdet mellom elektrodene og skilledelene i en celle ifolge oppfinnelsen, og på Fig. 2 er vist et vertikalt tverrsnitt gjennorn en typisk elektrolysecelle ifolge oppfinnelsen.

Den foreliggende elektrolysecelle kan generelt beskrives som en vertikalt anordnet elektrolysecelle som er delt i seksjoner ved hjelp av horisontale skilledeler og hvori bipolare elektroder anvendes

som er parallelle med motstående sider av skilledelene, idet de posi-tive ender av elektrodene utgjores av gjennomhullede plater og de negative ender eller katodeendene også er gjennomhullede og platelignende, men boyet bakover over seg selv under dannelse av en "U-

er form" som omgir naboanodeplaten. Hver celleenhet som avgrenset av nabo skilledeler inneholder således en U-forrnet katode som omgir en"platelignende anode. Da elektrolytten og elektrolyseproduktene strommer fra bunnen opp gjennom hele elektrolysecellen, vil hver celleenhet under drift være i det vesentlige gjennomstrømmet.

Den foreliggende elektrolysecelle kan lett benyttes for fremstilling av alkalimetallhypokloritter, spesielt, natrium- og kalium-hypokloritter, med en konsentrasjon på 1-20 g/l, ved direkte elektro-lyse av alkalimetallkloridopplosninger som typisk har en.konsentra-■ sjon på 5-100 g/l. Da problemet som er forbundet med katodiske av-setninger når det anvendes en forurenset alkalimetallkloridopplosning er velkjent, og på grunn av at den foreliggende elektrolysecelle skal ha to katoder for hver anode, er det onskelig å anvende en alkalimetallkloridopplosning av hoy renhet for således å unngå behovet for en kraftig tilbakevasking etc. Arbeidsbetingelsene er typiske, f.eks. en pH på 7-10 og én temperatur på 5-50°C etc.

Oppfinnelsen vil lettest kunne forstås i forbindelse med tegningene, hvor den vertikale cellebeholder 1 er vist forsynt med en elektrolyttinnlopsanordning 3 nær sin bunn og med et utlop 5 i sin ovre del for uomsatt elektrolytt og elektrolyseprodukter. Beholderen 1 er delt i en rekke celleenheter 7 ved hjelp av en rekke elektrisk ikke-ledende skilledeler 9. Konstruksjonsmaterialene for både beholderen og skilledelene kan være et hvilket som helst mekanisk sterkt, elektrisk,ikke-ledende og■korrosjonsmotstandsdyktig materiale, som polyvinylklorid og klorert polyvinylklorid etc. Hver skilledel 9 er i det vesentlige tett forseglet med de fire beholdervegger for å hindre strom- og elektrolyttlekkasje. Som nærmere forklart neden-for står en, og vanligvis en tilsvarende, kant av hver skilledel i forbindelse med beholderveggen på en slik måte at den vil romme en bipolar elektrodetilkoblingsdel. Hver skilledel 9 er forsynt med en anordning for at elektrolytt og elektrolyseprodukter skal kunne stromme fra cellebeholderens bunn til dens topp gjennom hver enhet 7 i rekkefolge. Denne anordning' kan bekvemt utgjores av ett eller flere hull 11 i diagonalt motsatte hjorner av skilledelene 9 slik at det fås en slyngeformig stromningbane.som vil sikre en til-strekkelig sirkulasjon og blanding med minst mulig stromlekkasje.

I den for ste celleenhet 7' er en horisontalt anordnet, gjennomhullet, dimensjonsstabil, monopolar tilkoblingsanode 13 koblet til en stromtilforselsanordning 15. På tilsvarende måte er i den siste celleenhet 7'' en horisontalt anordnet, gjennomhullet, U-formet, monopolar tilkoblingskatode 17 anordnet i avstand fra skilleveggen 9 og koblet til en stromvekkledningsanordning 19. En elektrolysestrom kan således påtrykkes over stromanordningene 15 og 19. Det vil lett forstås at tilkoblingselektrodenes polaritet i celleenhetene 2' og 7'' kan reverseres, dvs. at den monopolare anode 13 kan være anordnet i- den siste celleenhet 7''..Det er dessuten ikke nodvendig at den forste og den siste celleenhet er avgrenset av to naboskilledeler 9 da' den forste skilledel og beholderens bunn også kan avgrense den forste celleenhet 7' 5 og den siste skilledel 9 og cellebeholderens topp kan avgrense den siste celleenhet 7''.

Ifolge den viste utforelsesform står tilkoblingsanoden 13 og tilkoblingskatoden 17 i forbindelse med stromanordninger 15 og 19 rundt- en skilledelkant ved hjelp av elektrisk ledende tilkoblings-deler hhv. 33 og 35. Andre anordninger, som en direkte elektrisk ledning gjennom beholderveggen 29 til en ekstern stromtilforsels-kilde, er mulige.

Mellom tilkoblingselektrodene befinner det seg minst en bipolar elektrode som omfatter en gjennomhullet, platelignende anodedel 21, en U-formet, gjennomhullet katodedel 23 for mottagelse og omgivelse av en platelignende anode, og en elektrisk ledende tilkoblingsdel 25 som forbinder anodedelen med;katodedelen0

Det fremgår av tegningen at den U-formede katodedel 23 av den bipolare elektrode i den forse celleenhet 7' omgir tilkoblingsanoden 13, og at både tilkoblingsanoden 13 og katodedelen 23 er i det vesentlige parallelle med skilledelene 9 ''som danner celleenheten 7' . Katodedelen 23 er anordnet i avstand fra skilledelene 9, og dette kan på enkel måte gjores ved hjelp av avstandsstykker 27 av et elektrisk isolerende materiale. I nabocelleenheten 7 er den bipolare anodedel 21 omgitt av katodedelen 23 til den neste bipolare elektrode i rekken, og begge er igjen anordnet i avstand fra hverandre og horisontalt i forhold til skilledelene 9. Det vil forstås at hvis bare to celleenheter, f.eks. celleenhetene 7' og 7'', anvendes for en spesiell celle, vil anodedelen 21 av den bi- < polare elektrode omgis av den U-formede tilkoblingskatode 17. Det kan her nevnes at antallet av celleenheter, og dermed antallet av bipolare elektroder, bare er begrenset i praksis ut fra mekaniske hensyn og den onskede produksjon for hele cellen, og beholdere med 2-25 celleenheter er typiske.

Anode- og katodedelene for hver bipolar elektrode står i forbindelse med hverandre ved hjelp av elektrisk ledende tilkoblings-deler 25 som er'anordnet i det vesentlige vertikalt i forhold til de- horisontalt anordnede anode- og katodedeler og holdes på plass mellom en kant av skilledelen 9. På de motstående sider av skilledelen 9 er anode- og katodedelene anordnet og' en beholder sidevegg 29. En pakning 31 kan enkelt, og for å sikre en tett forsegling

(dvs. en i det vesentlige væsketett forsegling), være anbragt mellom veggen 29 og skilledelkanten 9. Hver skilledelkant kan også være forsynt med spalter for mottagelse av tilkoblingsdelen 25 idet en eventuell lekkasje som folge derav er ubetydelig.

En rekke forskjellige konstruksjonsmaterialer kan benyttes-for fremstilling av de bipolare elektroder. Disse'vil vanligvis være dimensjonsstabile elektroder, nodvendigvis gjennomhullede for å sikre en skikkelig elektrolyttsirkulasjon og gassfrigjoring, og i.det vesentlige plane eller platelignende. Anodedelen kan være laget av et hvilket som helst elektrisk ledende, motstandsdyktig materiale med et belegg som er elektrokatalytisk overfor den onskede reaksjon, f.eks. titanmetallgitter dekket med et metall fra platinagruppen, et oxyd av et metall fra platinagruppen eller et lignende kjent belegg. Den katodiske del må også ha de egnede fysikalske og elektrokjemiske egenskaper og kan bestå av f.eks. titanmetall-.gitter eller en palladium/titan-legering (0,2$ Pd), gjennomhullet rustfritt stål eller nikkel eller et hvilket som helst av de oven- stående eller andre metaller, belagt, med et elektrokatalytisk materiale (f.eks. et metall fra platinagruppen) eller ubelagt. Forbindelsesdelen. kan bestå en hvilken som helst elektrisk ledende, overfor korrosjon motstandsdyktig kombinasjon av de ovennevnte •.materialer, men den behover ikke å være elektrokatalytisk. På grunn av at dette er mekanisk enkelt kan den bipolare elektrode mellom laget fra en kontinuerlig plate av metallgitte.r (f.eks. titan) som er boyet til den egnede "S"-form og som er forsynt med et elektrokatalytisk aktivt belegg (f.eks. av et oxyd av et metall fra platinagruppen) på anodedelen og har en -ubelagt katodedel. På den annen side kan elektroden være diskontinuerlig i-den forstand at anodedelen kan være belagt med metallgitter (titan) som er butt-sveiset til forbindelsesdeler og katodiske deler av gjennomhullet rustfritt stål. En fagmann vil lett kunne finne frem til andre egnede variasjoner.

For å opprettholde den minste avstand mellom anode og katode som er nodvendig for en effektiv bruk av elektrolysecellen, f.eks. en avstand på 0,50-2,5<*>+ mm, fortrinnsvis ca. 0,-76 mm, uten den elektriske kortslutning som ville ha forekommet ved kontakt mellom anoden og katoden, er det fordelaktig å benytte avstandsstykker for å opprettholde'denne avstand. Et enkelt og effektivt avstands--stykke kan utgjores ganske enkelt av en fleksibel "skolisse" av inert polymer som kan være vevd inn i de gjennomhullede elektroder slik at'avstanden opprettholdes uten en vesentlig innvirkning på elektrolyttsirkulasjonen.

Claims (6)

1. Elektrolysecelle for fremstilling av ■hypokloritter, karakterisert ved at den omfatter . (a) en i det vesentlige vertikalt anordnet beholder med en inn-lopsanordning for elektrolytt i sin nedre del og en utlopsanordning for elektrolyseprodukt i sin ovre del (b) en rekke horisontalt anordnede, elektrisk ikke-ledende skilledeler som deler beholderen opp i en rekke celleenheter, (c) en gjennomhullet, platelignende, monopolar tilkoblingsanode horisontalt anordnet i den forste av celleenhetene, (d) en gjennomhullet, monopolar tilkoblingskatode horisontalt anordnet i den siste av celleenhetene og med U-form slik at den er istand til å motta og omslutte en gjennomhullet, platelignende anode, (e) en anordning for å påfore en elektrolyserende strom over de monopolare elektroder, (f) minst én bipolar elektrode omfattende (1) en platelignende, gjennomhullet anodedel, (2)' en U-formet, gjennomhullet katodedel som er istand til å motta og omslutte en platelignende anode, og (3) en elektrisk ledende forbindelsesdel som forbinder anode- og katodedelene, (g) idet den bipolare elektrode er horisontalt anordnet i nabo-celleenheter på motsatte sider av en skilledel slik at (1) anodedelen -omsluttes av en nabokatode og er parallell med skilledelen, (2) katodedelen omslutter en naboanode og er parallell med og anordnet i avstand fra den motsatte side' av skilledelen og nabo-skilledelen, og (3) forbindelsesdelen holdes på plass mellom en kant av skilledelen og en beholder sidevegg, og (h) en anordning for å fore elektrolytt og elektrolyseprodukter fra beholderens bunn til dens topp i rekkefolge gjennom celleenhetene.

2. Elektrolysecelle ifclge krav 1, karakterisert ved at den bipolare elektrode omfatter en kontinuerlig plate av ekspandert titanduk og har en anodedel med et elektrokatalytisk overflatebelegg.

3. Elektrolysecelle ifolge krav 1 eller 2, karakterisert ved at avstandsstykker holder katode- og anodedelene i avstand fra skilledelene. <!> +.

Elektrolysecelle ifolge krav 1-3, karakterisert ved at avstandsstykker er anordnet mellom hver anode og dens omsluttende katode for 'opprettholdelse av*'en avstand mellom anoden og katoden.

5. Elektrolysecelle ifolge krav l-^, karakterisert ved at en pakning er anordnet mellom beholder.sideveggen og en skilledelkant slik at forbindelsesdelen for den bipolare elektrode holdes forseglende på plass mellom skilledelkanten og pakningen.

6. Elektrolysecelle ifolge krav 1-5, karakterisert , ved at den bipolare elektrode omfatter en anodedel av ekspandert titanmetall belagt med et elektrokatalytisk materiale og forbundet med forbindelses- og katodedeler bestående av gjennomhullet rustfritt stål, nikkel eller en palladium/titan-legering.