Поиск патентов
ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ

конструкция катодных пальцев хлоро-щелочных диафрагменных электролизеров

Классы МПК:C25B11/02 отличающиеся видом или формой
C25B9/08 с диафрагмами
C25B9/04 устройства для подачи тока; соединения электродов; электрическое соединение электролизеров
C25B1/46 в электролизерах с диафрагмой
Автор(ы):,
Патентообладатель(и):ДЕ НОРА ЭЛЕТТРОДИ С.П.А. (IT)
Приоритеты:
подача заявки:
2003-07-11
публикация патента:

Изобретение относится к производству хлора электролизом растворов галогенидов щелочных металлов. Описывается конструкция катодных пальцев для хлоро-щелочного диафрагменного электролизера, которая характеризуется тем, что внутрь каждого пальца вставлен снабженный выступами лист. Плетеная проволочная сетка или перфорированный лист, образующие каждый палец, прикреплены проводящим соединением, предпочтительно сваркой, к верху каждого выступа, посредством чего обеспечивается оптимальная равномерность распределения электрического тока. Выступы имеют форму, предпочтительно эквивалентную сферическим колпачкам, расположенным в шахматном порядке. Внутренний объем каждого пальца разделен снабженным выступами листом на две части, в которых происходят как свободное восходящее движение пузырьков водорода, так и свободное продольное движение отделенного водорода по направлению к периметрической камере электролизера. Во внутреннем объеме каждого пальца, который только частично занят выступами, происходит также естественная рециркуляция раствора, состоящего из произведенной каустической соды и обедненного хлорида натрия, которая поддерживается за счет пузырьков водорода. Технический эффект - создание конструкции электродного пальца, характеризующегося жесткостью и равномерностью распределения электрического тока. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 8 ил. конструкция катодных пальцев хлоро-щелочных диафрагменных электролизеров, патент № 2317352

Рисунки к патенту РФ 2317352

конструкция катодных пальцев хлоро-щелочных диафрагменных электролизеров, патент № 2317352 конструкция катодных пальцев хлоро-щелочных диафрагменных электролизеров, патент № 2317352 конструкция катодных пальцев хлоро-щелочных диафрагменных электролизеров, патент № 2317352 конструкция катодных пальцев хлоро-щелочных диафрагменных электролизеров, патент № 2317352 конструкция катодных пальцев хлоро-щелочных диафрагменных электролизеров, патент № 2317352 конструкция катодных пальцев хлоро-щелочных диафрагменных электролизеров, патент № 2317352 конструкция катодных пальцев хлоро-щелочных диафрагменных электролизеров, патент № 2317352 конструкция катодных пальцев хлоро-щелочных диафрагменных электролизеров, патент № 2317352

В настоящее время производство хлора электролизом растворов галогенидов щелочных металлов, в частности растворов хлорида натрия, является электрохимическим процессом, имеющим наибольшее промышленное значение; его можно проводить посредством трех различных технологий, а именно мембранным электролизом, диафрагменным электролизом и электролизом с ртутным катодом.

Первая технология, которая является наиболее передовой и разработана совсем недавно, характеризуется меньшим потреблением электроэнергии в результате более низкого электрического напряжения в электролизере и уменьшенным использованием водяного пара, необходимого для концентрирования каустической соды. На две других технологии в большой степени отрицательно влияет существенно большее потребление электроэнергии вследствие более высокого электрического напряжения в электролизере, а в случае диафрагменных электролизеров - вследствие необходимости в значительном количестве водяного пара для концентрирования каустической соды вплоть до рыночной концентрации в 50% по массе. Однако несмотря на очевидное преимущество, мембранная технология по-прежнему характеризуется меньшим, чем ожидалось, проникновением на рынок, и вплоть до настоящего времени она применялась только при сооружении немногих новых установок и при замене диафрагменных установок и установок с ртутным катодом, которые уже устарели и трудны в эксплуатации. Это положение практически вызвано тем, что существующие диафрагменные установки и установки с ртутным катодом по существу не требуют никаких капитальных затрат, так как все они были сооружены в семидесятых и восьмидесятых годах, а позже подвергались непрерывным усовершенствованиям, которые по существу решили проблемы загрязнения окружающей среды, связанные с выбросом асбестовых волокон и ртути, при этом было улучшено их энергопотребление и тем самым уменьшено их отставание по сравнению с мембранной технологией.

В конкретном случае диафрагменных установок диафрагмы, состоящие из асбестовых волокон, связанных перфторированными полимерами, были вытеснены диафрагмами, состоящими из перфторированных полимерных волокон, гидрофилизированных посредством различных добавок, например волокон или частиц оксида циркония. Кроме того, традиционные расширяемые аноды, изготовленные из титана, активированного оксидами металлов платиновой группы, были существенно улучшены благодаря так называемому варианту с нулевым зазором с использованием устройств, способных оказывать упругое сдавливающее усилие и приводящих подвижную поверхность анода в непосредственный и протяженный контакт с диафрагмой, как это описано в патенте США 5534122; более того, упомянутые аноды были оснащены двойными расширителями или, другими словами, соединениями, допускающими прохождение электрического тока от подвижных поверхностей анодов к токораспределительным шинам, с заметным уменьшением активного (омического) падения электрического напряжения, как это показано в патенте США 5993620. Кроме того, такие аноды можно выгодным образом снабжать устройствами, позволяющими значительно увеличить внутреннюю рециркуляцию рассола с проистекающим из этого преимуществом в смысле более низкого электрического напряжения и уменьшенного выделения кислорода, причем эти два фактора дают возможность снизить потребление электроэнергии на тонну произведенного хлора; это последнее усовершенствование описано в патенте США 5066378. Наконец, замена титановыми листами резиновых облицовок, используемых для защиты медных оснований, на которых крепятся аноды, и использование новых видов эластичных уплотнений между телом катода и анодонесущим основанием и между каждым анодом и его несущим основанием, как это показано в WO 01/34878, дали возможность значительно увеличить эксплуатационный срок службы отдельных электролизеров, которые составляют электролизную установку; это привело в результате к дальнейшему снижению эксплуатационных затрат и большей производительности при неизменной конструкции электролизера.

Очень ясное описание работы хлоро-щелочных диафрагменных электролизеров приводится в Энциклопедии Ульмана по Химической Технологии («Ulmann's Encyclopedia of Chemical Technology»), 5a Ed., Vol.A6, рр.424-437, VCH, в то время как внутренняя конструкция этих электролизеров подробно и исчерпывающе показана на фигурах патента США 5066378.

Как можно отметить, несколько предложений, сделанных в последние годы по улучшению работы диафрагменных электролизеров, направлены по существу на нахождение более или менее радикальных модификаций диафрагм и анодов с соответствующим способом их крепления к несущему основанию, в то время как существенно меньшее внимание было уделено катодам, причем как в отношении тела катода с соответствующими электрическими соединениями, так и в отношении структуры активной катодной поверхности, на которой происходят реакция выделения водорода и образование каустической соды (едкого натра). В частности, последний элемент, а именно активная катодная поверхность, представляет собой электропроводящую поверхность, снабженную отверстиями, такую как сетку из переплетенных проволок или перфорированный лист, которые изготовлены из проводящего материала, обычно углеродистой стали, профилированного с образованием призмообразных конструкций с довольно сплющенным прямоугольным сечением и прикрепленного сваркой к периметрической камере, также состоящей из переплетенных проволок или перфорированного листа, соединенной с боковыми стенками катодного тела и снабженной по меньшей мере одним патрубком внизу для обеспечения выпускного отверстия для раствора, содержащего продукт в виде каустической соды и обедненный хлорид натрия, и по меньшей мере одним патрубком наверху для выпуска водорода. На этих конструкциях, известных специалистам в этой области как «пальцы», посредством создаваемого разрежением всасывания осаждают диафрагму из водной суспензии, содержащей полимерные волокна и частицы, которые, как упоминалось ранее, составляют саму диафрагму. В конструкции диафрагменного электролизера покрытые диафрагмой пальцы чередуются с анодами, а их поверхность может либо контактировать с поверхностью диафрагм, либо находиться от нее на расстоянии в несколько миллиметров. В обоих случаях пальцы не должны подвергаться никакому изгибу, который вызывал бы истирания на диафрагмах с проистекающим из этого их ухудшением. Кроме того, во время работы ток должен как можно равномернее передаваться ко всей поверхности пальцев; неравномерное распределение повлекло бы за собой увеличение электрического напряжения в электролизере и уменьшение эффективности образования каустической соды с одновременным повышением содержания кислорода в хлоре. Следовательно, для получения наилучшего результата пальцы должны обладать соответствующей жесткостью и одновременно высокой электропроводностью.

Согласно патенту США 4138295, выданному фирме Diamond Shamrock Technologies SA, Швейцария, и более недавней публикации заявки на патент WO 00/06798, поданной фирмой Eltech Systems Corp., США, пальцы снабжены продольно гофрированным внутренним листом, изготовленным из углеродистой стали или меди; к вершинам гофр прикреплены предпочтительно сваркой, сетка из переплетенных проволок или перфорированный лист, что хорошо решает проблемы равномерного распределения тока и жесткости. Однако гофры, образованные, как упоминалось, в продольном направлении, не дают возможности пузырькам водорода свободно подниматься в вертикальном направлении, чтобы затем собираться вдоль верхней образующей пальцев и оттуда входить в периметрическую камеру, снабженную, как указывалось, по меньшей мере одним выпускным отверстием для газов. Продольно гофрированный лист заставляет водород собираться под каждым из гофр и продольно течь вдоль каждого гофра до тех пор, пока он не выйдет через соответствующие отверстия в периметрическую камеру; так как этот поток вряд ли можно выровнять, то количество водорода, присутствующее под каждым гофром, является переменным и в разной степени загораживает соответствующую противостоящую зону диафрагмы. Следовательно, можно заключить, что продольно гофрированный внутренний лист вызывает неизбежный дисбаланс в распределении электрического тока. Этот дисбаланс, в свою очередь, приводит к неоднородной концентрации каустической соды с отрицательным воздействием как на фарадеевский кпд, так и на содержание кислорода в хлоре.

Кроме того, в патенте США 4049495, выданном фирме O. De Nora Impianti Elettrochimici S.p.A, Италия, описывается использование гофрированных внутренних листов, но с вертикально расположенными гофрами (рифлением): в этом случае очевидно, что водород может свободно собираться в верхней части пальцев, но его потоку по направлению к периметрической камере препятствует верхняя часть гофр. Кроме того, для данного распределения электрического тока эффект повышения жесткости вертикальными гофрами может быть неудовлетворительным.

В патентах США 3988220 и 3910827, которые оба выданы фирме PPG Industries Inc., США, описываются конструкции элемента внутри пальцев, сходные с только что рассмотренными конструкциями, но имеющими соответственно горизонтальные полосы из перфорированного листа и продольные проводящие шины (прутки), снабженные вертикальными полосами из приваренного к ним листа. Хотя это, несомненно, обеспечивает соответствующую жесткость, последнее решение создает проблему трудного выделения водорода, обсуждаемую в случае патента США 4049495. Конструкция согласно патенту США 3988220, наоборот, дает удовлетворительный ответ на требования в отношении жесткости, равномерного распределения тока и свободного выпуска водорода, но только посредством сложной конструкции, которую очень трудно изготовить и которая, следовательно, является неприемлемо дорогостоящей. Кроме того, конструкция согласно патенту США 3988220 не допускает восходящего движения пузырьков водорода для образования соответствующей рециркуляции продукта в виде каустической соды внутри пальцев; вследствие отсутствия такой рециркуляции могут иметься скопления каустической соды с более высокой концентрацией, особенно в случае аномалий в распределении электрического тока и пористости диафрагмы, что приводит к отрицательным воздействиям на фарадеевский кпд и содержание кислорода в хлоре.

Поэтому целью настоящего изобретения является создание новой конструкции пальца, особенно подходящей для хлоро-щелочных диафрагменных электролизеров, характеризующейся существенной жесткостью и равномерностью распределения электрического тока и способной преодолеть недостатки конструкций, известных из предшествующего уровня техники.

Согласно первому аспекту настоящее изобретение заключается в конструкции пальца для хлоро-щелочных диафрагменных электролизеров, обеспечивающей высокую проводимость и способной гарантировать существенную равномерность распределения электрического тока по всей поверхности пальцев.

Согласно второму аспекту конструкция по настоящему изобретению характеризуется необходимой жесткостью для предотвращения изгибов, способных вызвать истирания об аноды упомянутых хлоро-щелочных диафрагменных электролизеров и, возможно, повреждение диафрагмы, осажденной на эти пальцы.

Согласно третьему аспекту конструкция по настоящему изобретению допускает свободное восходящее движение пузырьков водорода и свободное течение водорода, отделенного вдоль верхней образующей пальцев, в продольном направлении к периметрической камере электролизеров.

Согласно еще одному аспекту конструкция по настоящему изобретению способствует внутренней естественной рециркуляции каустической соды, вызываемой восходящим движением пузырьков водорода, гарантируя по существу однородную концентрацию внутри пальцев.

Эти и другие проистекающие из этого преимущества станут яснее из нижеследующего подробного описания изобретения.

Настоящее изобретение заключается в новой конструкции пальцев диафрагменных электролизеров, особенно пригодной для применения в хлоро-щелочных диафрагменных электролизерах.

В предпочтительном варианте осуществления эта новая конструкция пальца содержит полую часть, определяющую (ограничивающую) внутренний объем, находящийся в гидравлическом сообщении с периметрической камерой, причем полая часть заключает в себе токораспределительный усиливающий элемент, содержащий лист или множество листов, снабженных выступами.

Для простоты изобретение будет описано со ссылкой на хлоро-щелочные диафрагменные электролизеры, но при этом понятно, что конструкция согласно настоящему изобретению может быть применена ко всем диафрагменным электролизерам, снабженным пальцами; конструкция согласно изобретению позволяет одновременно достигать:

а) равномерного распределения электрического тока по всей поверхности пальцев и, следовательно, диафрагмы, осажденной на них;

б) соответствующей жесткости, например такой, которая позволяет предотвратить изгибы, способные вызвать истирание между пальцами и анодами, которые в упомянутых электролизерах чередуются с пальцами, с возможным повреждением диафрагмы вследствие абразивного износа;

в) свободного восходящего движения пузырьков водорода, образующихся на поверхности сетки или перфорированного листа, изготовленных из составляющего пальцы проводящего материала, с одинаково свободным продольным течением водорода по направлению к периметрической камере упомянутых электролизеров;

г) оптимальной рециркуляции внутри пальцев каустической соды, образующейся одновременно с водородом на поверхности упомянутых сеток или перфорированных дисков, с проистекающей из этого гомогенизацией концентрации даже в случае локальной неоднородности в пористости диафрагмы и аномалий в распределении электрического тока.

Этот ряд преимуществ достигается согласно особенно предпочтительному варианту осуществления изобретения, в котором используют по меньшей мере один токораспределительный усиливающий лист, продольно вставленный внутрь каждого пальца, при этом упомянутый лист с обеих сторон снабжен выступами.

Как показано на фиг.1 и 2, на которых соответственно изображены часть листа (1) согласно изобретению и два его поперечных разреза, выступы предпочтительно расположены в соответствии с шахматным порядком и похожи на сферические колпачки, полученные пластической деформацией первоначального плоского листа 1. Выступы (2), направленные к наблюдателю, обозначены непрерывной линией, в то время как выступы (3), направленные в противоположную сторону, обозначены пунктирной линией. На фиг.2 показаны два поперечных разреза по линиям X-X и Y-Y на фиг.1; в обоих случаях толщина листа в разрезе показана штриховкой.

Хотя выполнение выступов посредством пластической обработки, например деформацией листа с использованием подходящего инструмента в соответствующем прессе, является особенно предпочтительным процессом изготовления, могут быть также использованы способы изготовления, основанные на приваривании или припаивании выступов, отдельно полученных, к плоскому листу, и следует понимать, что полученные таким образом конструкции также входят в объем настоящего изобретения. Однако специалистам в данной области техники ясно, что эти способы требуют трудоемкой фиксации, которая делает их существенно более медленными и определенно более дорогостоящими, чем способ пластической обработки.

Хотя на фиг.1 и 2 выступы эквивалентны сферическим колпачкам, возможны также другие формы, например эллиптические колпачки, показанные на фиг.3, или выступы призматического сечения, показанные на фиг.4; на этих фигурах выступы, направленные к наблюдателю (соответственно (4) и (6)), снова обозначены непрерывными линиями, в то время как выступы, обращенные в противоположную сторону (соответственно (5) и (7)), обозначены пунктирными линиями. Кроме того, возможно использование других форм, хотя предпочтительными являются те, которые можно получить пластической деформацией первоначально плоских листов, так как этот процесс можно легко автоматизировать со значительным снижением затрат ручного труда.

Особенно предпочтительный аспект настоящего изобретения заключается в расположении выступов в шахматном порядке или подобным ему образом, когда не имеется никаких полностью плоских вертикальных участков листа: как ясно видно на фиг.1, каждое вертикальное сечение листа пересекает по меньшей мере часть некоторых выступов, которые, следовательно, эффективно взаимодействуют для обеспечения большой жесткости, определяемой как склонность листа противодействовать поперечному изгибу. Этот аспект имеет критически важное значение для предотвращения изгибов во время сборки катодного тела (корпуса), снабженного пальцами, с электропроводящим основанием, снабженным анодами, которые должны чередоваться с пальцами, или даже во время работы, когда могут иметь место разные термические расширения или турбулентности рассола, вызванные восходящим движением пузырьков газообразного хлора. Учитывая, что пальцы, облицованные (покрытые) диафрагмой, и аноды, чередующиеся с ними, находятся в непосредственном контакте друг с другом или, в любом случае, расположены друг от друга на расстоянии в несколько миллиметров, любой изгиб пальцев может легко вызвать истирание об аноды, что может повредить диафрагму с проистекающей из этого остановкой работы.

В качестве сравнения с шахматным расположением на фиг.1 на фиг.5 показан другой лист, снабженный выступами в форме сферических колпачков согласно менее предпочтительному варианту осуществления изобретения, в котором выступы имеют такие же самые расстояния между центрами и радиусы изгиба наружной и внутренней поверхностей, как и в предшествующем случае, но расположены в соответствии с рисунком квадратной сетки; различные элементы обозначены теми же самыми ссылочными позициями, что и на фиг.1. В проиллюстрированном только что случае получаемая жесткость, выраженная через сопротивление изгибу, является заметно меньшей, чем у листа на фиг.1.

На фиг.6 показан вид сбоку с частичным вырывом части сборки согласно изобретению, состоящей из пальца, изготовленного из плетеной проволочной сетки (8), с расположенным в нем листом (1), снабженным выступами (2) и (3) в форме сферических колпачков, расположенных в шахматном порядке по фиг.1 и полученных пластической деформацией, например прессованием. Вполне возможно, что каждый палец согласно изобретению может быть также снабжен двумя наложенными один на другой листами. Диафрагма обозначена позицией (10).

Как можно отметить со ссылкой на фиг.6, поверхности пальца, состоящие из плетеной проволочной сетки, прикреплены к вершине (9) каждого выступа, предпочтительно сваркой; благодаря повторяющемуся расположению выступов можно легко автоматизировать процесс сварки с получением значительной экономии времени, затрат рабочей силы и производственных расходов. Крепление поверхностей каждого пальца по вершинам (9) выступов создает множество равнозначных омических путей, которые необходимы для того, чтобы электрический ток, проводимый листом (1), распределялся очень равномерным и заранее заданным образом к поверхности плетеной проволочной сетки каждого пальца (8). Кроме того, крепление (9) обеспечивает оптимальную опору и жесткость сборки пальца (8) - прессованного листа (1).

Так как приварка плетеных проволочных сеток или перфорированных листов придает сборке большую жесткость, чем жесткость одного только листа, то можно также использовать снабженные выступами прессованные листы, в которых имеются совершенно плоские вертикальные участки (сечения), как это схематически показано на фиг.5, несмотря на тот факт, что этот тип листа, характеризующийся, как обсуждалось ранее, меньшей жесткостью, не является предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения.

В другом варианте осуществления лист, снабженный выступами с обеих сторон, может быть заменен парой взаимно соприкасающихся (контактирующих) листов, каждый из которых снабжен выступами на поверхности, противоположной поверхности контакта.

Как схематически показано стрелками на фиг.7, изображающей часть сборки пальца-сетки-прессованного листа, использование снабженного выступами листа обеспечивает возможность свободного восходящего движения пузырьков (11) водорода, образующихся во время работы внутри каждого пальца. Следовательно, водород, собирающийся вдоль верхней образующей (12) пальца, может свободно течь по направлению к периметрической камере, выполняемой в хлоро-щелочных диафрагменных электролизерах, для выпуска из нее по направлению к общему коллектору через патрубок, расположенный наверху периметрической камеры.

Лист, снабженный выступами согласно изобретению, подразделяет внутренний объем каждого пальца на две части, и его толщина практически равна почти половине толщины пальца, в котором установлен лист. Объем каждой части только частично занят выступами листа, и, следовательно, восходящее движение пузырьков водорода может легко вызывать эффективную естественную рециркуляцию каустической соды в ней. Эта рециркуляция, обозначенная стрелками на фиг.8, на которой схематически показан вид в разрезе сборки пальца-сетки согласно изобретению, особенно полезна с точки зрения того, что она позволяет поддерживать по существу однородную концентрацию каустической соды внутри каждого пальца во время электролиза, даже в случае неоднородной пористости диафрагм и аномального локального распределения электрического тока: фактически в этом случае при отсутствии эффективной рециркуляции происходило бы местное увеличение концентрации каустической соды, отрицательно влияющее на фарадеевский кпд процесса и приводящее к увеличению содержания кислорода в хлоре. Как известно специалистам в этой области, ряд потребителей хлора, например предприятия, производящие дихлорэтан и другие хлорированные производные, требуют, чтобы содержание кислорода в хлоре не превышало определенных критических пределов, сверх которых становится необходимой очистка хлора посредством сжижения и повторного испарения; следовательно, очевидное преимущество дают все те устройства, такие как, например, конструкция пальцев согласно настоящему изобретению, которые при установке в электролизерах обеспечивают высокий уровень качества произведенного хлора.

Хотя это и не является строго необходимым, в оставшихся плоских областях листов, снабженных выступами согласно изобретению, могут быть выполнены не показанные на фигурах отверстия; эти отверстия предназначены для способствования перемешиванию каустической соды, которая присутствует в упомянутых двух частях объема, образованных внутри каждого пальца листом согласно настоящему изобретению.

Пример

Для того, чтобы можно было дать сравнительную оценку обоснованности того, что изложено в настоящем изобретении, были модифицированы два электролизера (электролизные ячейки) линии диафрагменных электролизеров хлоро-щелочной промышленной установки, питаемой током в 100 кА. Электролизеры рассматриваемой линии были снабжены катодным телом, содержащим пальцы, состоящие из плетеной проволочной сетки из углеродистой стали, заключающей в себе (вмещающей в себя) продольно гофрированный лист толщиной 6 мм, как описано в патенте США 4138295 и публикации WO 00/06798: два из этих электролизеров, катодное тело которых после нескольких лет работы демонстрировало уже изношенную сетку пальцев, подвергли необходимым процедурам замены на рабочей площадке с восстановлением пальцев посредством того же самого типа плетеной проволочной сетки, который применялся ранее, но с модификацией внутреннего листа, который был заменен в одном из этих двух электролизеров, называемом далее электролизером А, парой листов, снабженных выступами согласно настоящему изобретению, а в другом электролизере, называемом далее электролизером В, - полосами из перфорированного листа, описанными в патенте США 3988220. В частности, листы согласно изобретению имели толщину 6 мм и были снабжены выступами, похожими на сферические колпачки и расположенными в шахматном порядке по фиг.1, при расстоянии между центрами двух соседних выступов, равном 57,7 мм, при этом каждый выступ имел радиусы наружной и внутренней поверхностей соответственно 20 и 14 мм. Упомянутые размеры были выбраны согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения; в общем, предпочтительными являются листы, имеющие толщину между 5 и 7 мм, в то время как было установлено, что оптимальное расстояние между выступами находится в диапазоне от 50 до 65 мм, а радиусы наружной и внутренней поверхностей находятся в диапазонах соответственно от 17 до 22 и от 12 до 16 мм.

Полосы из перфорированного листа пальцев в электролизере В, имевшие толщину 6 мм, были вставлены в каждый палец таким образом, чтобы получить сечение для прохождения электрического тока, сходное с сечением пары листов согласно изобретению, установленных в каждый палец электролизера А. Отверстия, выполненные на каждой полосе тремя рядами, имели диаметр 8 мм.

В остальных частях электролизеров А и В не было сделано никаких модификаций, за исключением очевидной установки нового набора прокладок между катодным телом и анодным основанием, катодным телом и крышкой, выпускными патрубками и трубопроводами, а также новой диафрагмы.

После нескольких недель работы, считавшихся необходимыми для стабилизации разных компонентов и особенно диафрагм, определяли электрическое напряжение в электролизере, фарадеевский кпд производства каустической соды и содержание кислорода в произведенном хлоре с получение следующих результатов:

- немодифицированные электролизеры установки: напряжение - 3,6 В, фарадеевский кпд - 93%, содержание кислорода в хлоре - 3%;

- электролизер А согласно настоящему изобретению: напряжение - 3,5 В, фарадеевский кпд - 95%, содержание кислорода в хлоре - 2,3%;

- электролизер В согласно патенту США 3988220: напряжение - 3,55 В, фарадеевский кпд - 94%, содержание кислорода в хлоре - 2,7%.

Вышеизложенное описание не следует рассматривать как ограничивающее изобретение, которое можно воплотить на практике согласно различным вариантах осуществления, не выходя при этом за его пределы, и объем которого определяется только прилагаемой формулой изобретения.

В описании и формуле настоящего изобретения слова «содержать» и «включать в себя» и их различные варианты, такие как «содержащий» и «включающий в себя», не исключают присутствия других дополнительных элементов или компонентов.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Катодный палец для диафрагменного электролизера, выполненный в виде полого тела, ограничивающего внутренний объем, находящийся в гидравлическом сообщении с периметрической камерой электролизера и ограниченный проводящей поверхностью, снабженной отверстиями и покрытой химически инертной пористой диафрагмой, причем упомянутое полое тело содержит продольно установленный внутри него усиливающий и распределяющий электрический ток внутренний элемент, образованный по меньшей мере одним снабженным выступами листом, отличающийся тем, что упомянутые выступы имеют форму, эквивалентную сферическим колпачкам, или эллиптическим колпачкам, или колпачкам с призматическими сечениями.

2. Катодный палец по п.1, отличающийся тем, что снабженная отверстиями проводящая поверхность выполнена из плетеной проволочной сетки или перфорированного листа.

3. Катодный палец по п.1 или 2, отличающийся тем, что упомянутый по меньшей мере один лист представляет собой единственный лист, снабженный выступами на обеих его поверхностях.

4. Катодный палец по п.1, отличающийся тем, что упомянутый снабженный выступами лист прикреплен к упомянутой проводящей поверхности посредством электрически проводящего соединения.

5. Катодный палец по п.4, отличающийся тем, что упомянутое проводящее соединение расположено на вершине по меньшей мере части упомянутых выступов.

6. Катодный палец по п.4, отличающийся тем, что упомянутое проводящее соединение создает множество в целом эквивалентных путей для равномерного распределения электрического тока.

7. Катодный палец по п.1, отличающийся тем, что упомянутые выступы расположены в соответствии с рисунком квадратной сетки.

8. Катодный палец по п.1, отличающийся тем, что упомянутые выступы расположены в шахматном порядке.

9. Катодный палец по п.1, отличающийся тем, что каждое вертикальное сечение упомянутого по меньшей мере одного листа содержит часть по меньшей мере одного из упомянутых выступов.

10. Катодный палец по п.7, отличающийся тем, что расстояние между центрами двух соседних колпачков находится в диапазоне между 50 и 65 мм, а радиусы наружной и внутренней поверхностей упомянутых колпачков находятся соответственно в диапазонах между 17 и 22 мм и между 12 и 16 мм.

11. Катодный палец по п.1, отличающийся тем, что толщина упомянутого листа находится в диапазоне между 5 и 7 мм.

12. Катодный палец по п.1, отличающийся тем, что упомянутый внутренний объем, определяемый упомянутым полым телом, разделен упомянутым по меньшей мере одним листом на две части, находящиеся в гидравлическом сообщении с упомянутой периметрической камерой, и упомянутые части только частично заняты упомянутыми выступами и свободны для естественной внутренней рециркуляции электролитов.

13. Катодный палец по п.1, отличающийся тем, что упомянутый по меньшей мере один снабженный выступами лист дополнительно снабжен отверстиями в оставшихся плоскими областях.

14. Катодный палец по п.1, отличающийся тем, что упомянутые выступы получены пластической деформацией упомянутого по меньшей мере одного листа.

15. Катодный палец по п.1, отличающийся тем, что упомянутые выступы представляют собой самостоятельные части, прикрепленные к упомянутому по меньшей мере одному листу.

16. Катодный палец по п.15, отличающийся тем, что упомянутые выступы прикреплены к по меньшей мере одному листу сваркой или пайкой.

17. Электролизер, содержащий анодное отделение и катодное отделение, разделенные инертной пористой диафрагмой, при этом упомянутое катодное отделение состоит из периметрической камеры, снабженной по меньшей мере одним патрубком внизу для выпуска электролитов и по меньшей мере одним патрубком наверху для выпуска газа, и множества катодных пальцев по любому из пп.1-16, электрически соединенных с упомянутой периметрической камерой.

18. Способ хлоро-щелочного электролиза, который включает в себя подачу раствора хлорида натрия в анодное отделение электролизера по п.17, подвод электрического тока и выпуск раствора каустической соды и обедненного хлорида натрия, образующегося внутри упомянутого внутреннего объема упомянутого множества катодных пальцев, через упомянутый патрубок для выпуска электролитов и потока водорода через упомянутый патрубок для выпуска газа.

19. Способ по п.18, отличающийся тем, что упомянутый водород совершает свободное восходящее движение внутри внутреннего объема упомянутого множества катодных пальцев и свободное продольное движение по направлению к упомянутой периметрической камере, и что упомянутый раствор каустической соды и обедненного хлорида натрия свободно рециркулирует во внутреннем объеме упомянутого множества катодных пальцев.


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2317352

patent-2317352.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс C25B11/02 отличающиеся видом или формой

Класс C25B9/08 с диафрагмами

Класс C25B9/04 устройства для подачи тока; соединения электродов; электрическое соединение электролизеров

Патенты РФ в классе C25B9/04:
способ модификации электрохимических катализаторов на углеродном носителе -  патент 2495158 (10.10.2013)
электролизер для извлечения индия из индийсодержащего расплава в виде конденсата из вакуумной печи -  патент 2490375 (20.08.2013)
высокотемпературный высокопроизводительный электролизер высокого давления, работающий в аллотермическом режиме -  патент 2455396 (10.07.2012)
упругий коллектор тока для электрохимических ячеек -  патент 2455395 (10.07.2012)
упругий токораспределитель для перколяционных ячеек -  патент 2423554 (10.07.2011)
способ производства контактных полос для электролизеров -  патент 2421550 (20.06.2011)
коллектор тока для электролизера воды или топливного элемента с твердым полимерным электролитом и способ его изготовления -  патент 2388849 (10.05.2010)
электролитическая ячейка с сегментированной и монолитной конструкцией электрода -  патент 2362840 (27.07.2009)
эластичный коллектор тока -  патент 2304638 (20.08.2007)
механическое присоединение проводника электрического тока к инертным анодам -  патент 2299276 (20.05.2007)

Класс C25B1/46 в электролизерах с диафрагмой

Патенты РФ в классе C25B1/46:
установка для получения продуктов анодного окисления растворов хлоридов щелочных или щелочноземельных металлов -  патент 2516150 (20.05.2014)
способ регенерации ионообменной мембраны -  патент 2515453 (10.05.2014)
способ производства хлора, каустической соды и водорода -  патент 2509829 (20.03.2014)
способ получения диарилкарбоната и переработка, по меньшей мере, одной части образованного при этом раствора, содержащего хлорид щелочных металлов, в находящемся ниже по технологической цепочке электролизе хлорида щелочных металлов -  патент 2484082 (10.06.2013)
способ повышения производительности никелевых электродов -  патент 2443803 (27.02.2012)
газодиффузионный электрод для ячеек с перколяцией электролита -  патент 2423555 (10.07.2011)
катодный палец для диафрагменной ячейки -  патент 2401322 (10.10.2010)
анод для реакций с выделением газа -  патент 2400567 (27.09.2010)
способ электролиза водного раствора хлористого водорода или хлорида щелочного металла -  патент 2391448 (10.06.2010)
лабораторный электролизер -  патент 2358039 (10.06.2009)

Наверх