[发明专利]用于隔膜单元的阴极杆无效

专利信息
申请号: 200680015820.1 申请日: 2006-05-11
公开(公告)号: CN101171370A 公开(公告)日: 2008-04-30
发明(设计)人: S·佩拉吉内 申请(专利权)人: 德诺拉工业有限公司
主分类号: C25B9/08 分类号: C25B9/08;C25B9/04;C25B11/03
代理公司: 中国国际贸易促进委员会专利商标事务所 代理人: 余全平
地址: 意大*** 国省代码: 意大利;IT
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摘要:
搜索关键词: 用于 隔膜 单元 阴极
【说明书】:

背景技术

[01]  通过碱性卤化物溶液特别是氯化钠溶液的电解来生产氯气仍然主要是具有较高工业关联性的电化学方法:它可以采用膜电解、隔膜电解以及汞阴极电解三种工艺来实施。

[02]  隔膜工厂今后的发展已经倾向于引入聚合物隔膜,通过使用例如氧化锆纤维或颗粒的各种添加剂而具有亲水性的聚合物隔膜代替传统的人造石棉,从环境的观点看克服了这一技术的主要问题,从能量消耗的观点看,受益于膜技术而降低了隔膜单元的配置,取得了多个最初看来是不可能的进步。首先,如US 5534122中公开的,通过所谓的零缝隙倒转术(zero-gap version)充分提高了通常贵重金属氧化物活化的可膨胀的钛阳极的性能,该技术由一种能够施加弹性压力并使阳极的可活动表面与隔膜直接的、可延伸接触的装置加以提供;如US 5993620所示,后来提供给这些阳极以双扩展器并使得相应欧姆降显著减小,这个部件表明允许电流通过阳极的可移动表面到达集流器的连接。此外,允许灵敏地增加盐水内部再循环的装置可以方便地安装在阳极上,随之而来具有电压更低和氧释放更少的优点,两个优点都能减少生产每吨氯气的能量消耗:在US5066378中揭示后一种改进。

[03]  最后,如WO 01/34878中所述,以钛片板(sheet)代替橡胶衬套来保护固定阳极的铜基座,在阴极体和阳极支撑基底之间以及每个阳极和其支撑基底之间采用新的种类的弹性垫圈,能够显著地延长组成电解厂的单个单元的工作寿命,从而能进一步减少维护成本和增大给定的电解单元设计的生产能力。

[04]  在Ullmann的化学技术百科全书第5a版A6卷424-437页(Ullmann’s Encyclopaedia of Chemical Technology,5a Ed.,Vol.A6,pg.424-437,VCH)中以非常清楚的方式描述了氯-烧碱隔膜电解单元的功能,而这样电解单元的内部结构的细节则详尽地公开于US 5066378的附图中。只有在对隔膜和以相关的方法将阳极紧固到支撑基底的几个改进完成之后,注意力近来才聚焦到阴极上,这一术语既表示带有相应的电连接的主体,也表示氢气释放反应和产生烧碱的位置的阴极活化区域的结构。特别关于上述第二元件,即阴极活化区域,它包括均由一般是碳钢的导电材料制得的交织金属丝网或有孔片板,被成形要形成类似于具有相当平的矩形部分的棱镜的结构,通过焊接到周围的也由交织金属丝或有孔片板制得的腔室上而固定,该腔室连接到阴极体的侧壁上,并在较低的位置提供至少一个喷嘴以作为含有烧碱产品的溶液和残留氯化钠的出口和在较高位置提供至少一个喷嘴以供排放氢气。关于这些结构,如它们当中被本领域技术人员熟知的杆(一个将在后面采用的措词),隔膜通过真空吸收含有构成上述隔膜本身的聚合物纤维和颗粒的悬浮液加以沉积。在隔膜电解单元结构中,隔膜覆盖的杆插入阳极之中,阳极的表面可以与隔膜接触或者与隔膜间隔几毫米,在这两种情况下,杆必须不能有偏差,偏差会引起隔膜磨损并随后被破坏。此外,操作期间电流必须以最可能一致的方式传递到整个杆表面:不一致的分布会导致电解池电压增大以及烧碱的生产效率下降,并同时伴随在氯气中较高的氧气含量。为了得到更好的结果,杆必须具有足够的硬度,同时具有高的电导率。

[05]  根据US 4138295和WO 00/06798,杆由纵向波纹碳钢或铜内板提供:优选通过焊接将金属导线交织的网或有孔薄片板固定到波纹的顶点,完全解决了电流分布均匀和硬度的问题。然而,如上面所见的在纵向方向的发展波纹不允许氢气气泡在垂直方向自由的上升并沿着杆的上母线收集,并在此后渗透到前述的被提供有至少一个气体排放喷嘴的周围的腔室。纵向波纹片板迫使氢气聚集在每一个波纹下面并沿每一个波纹片板纵向流动直到通过合适的穿孔排放到达周围腔室:因为这种流动很难被均衡,导致存在于每一个波纹下面的氢气的量是不同的,还可能导致所面对的隔膜部分不同程度的堵塞。在其后的分析里,可以说纵向波纹内板决定了不可避免的不平衡的电流分布。这种不平衡反过来会导致苛性浓度(causticconcentration)有差别,这就在感应电的产品产量(faradic productionyield)方面和氯气中氧气的含量方面带来负面的结果。

[06]  US 4049495也揭示了波纹内板的使用,但是是带有垂直排布的波纹:在这种情况下很显然氢气可以在杆的上部自由的收集,但是它向周围腔室的流动被波纹的上部所阻碍。此外,对于给定的电流分布,垂直波纹的硬化效果是不令人满意的。

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