[发明专利]用于电解处理的基本单元和相关模块化电解装置

说明书

工业电解处理，例如用于生产氢气和氧气的水电解，以及碱盐水的电解，特别是旨在生产氯气、苛性钠和氢气的氯化钠盐水的电解，这些处理通常在图1中所示类型的电解装置中进行，其中附图标记表示：1为电解装置；2为基本单元，其模块化排列构成所述电解装置；3和4分别是到外部整流器的正极和负极的接线；5为多个基本单元的支撑物，其可位于电解装置的下方或者作为替代方式其可被成形为悬臂，所述悬臂沿电解装置的侧面成对放置；6和7为通过连接杆或液压千斤顶(图中未示出)施加的压力，其与外周衬垫(图中未示出)一起确保工艺流体相对于环境的严密密封，并且在一些类型的电解装置中还旨在改善各个单元之间的电连续性。该电解装置还配备有允许提供待电解的溶液以及回收产物和残留的废溶液的合适的喷嘴和液压连接(为了更好的可读性也在图中省略)。

图2表示与负极相连接的电解装置的末端部分沿箭头8指示的方向所取的截面，其示出了根据工业实践中的普通设计的末端元件和多个个体双极元件。附图标记表示：

9为末端阴极元件，其包括壁10和由阴极竖向带12所支撑的穿孔板或网状物构成的阴极11；

13为个体双极元件，其包括壁10、阴极11和阳极14，所述阴极11和阳极14由穿孔板或网状物构成且分别由阴极竖向带12和阳极竖向带15支撑；

16和17为在外部连接杆或千斤顶产生的压迫下紧固分隔体18(例如多孔隔膜或离子交换膜)的外周衬垫，其确保阴极隔室和阳极隔室中包含的电解质和电解产物相对于环境的严密密封。

在图2的简图中，分隔示出了各个内部组件以便于更好地理解：实际上，分隔体18与支撑所述分隔体的阳极14相接触，而阴极11被间隔开，例如间隔1-2mm的间隙。考虑到可高1-1.5米且长2-3米的双极元件13的尺寸，显然如何获得阴极和阳极的所需的平面性和平行性带来了显著的构造难度。此外，电解装置1的组装需要操作人员特别仔细，操作人员必须执行一系列操作，包括周期性地重复以下步骤：在相关支撑物上竖向放置双极元件，在其两面上提供用粘合剂固定的所需的外周衬垫，其中阳极表面面向操作者；然后将分隔体施加到阳极表面和衬垫上：在这样的组装序列的难点中，要注意的是分隔体向下滑动的趋势，这使得分隔体的精准定位复杂化，并且必须保持不同双极元件的相互对准。位于支撑物上的多个双极元件最终被外部连接杆或液压千斤顶压迫，以便确保所需的相对于外部环境的严密密封：在这个阶段，各个双极元件的任何微小失准或甚至极小的分隔体滑动都可能导致后者的损坏，阻碍其正常运行。即使当不发生这种情况时，从关于阴极对阳极的平行性和相关间隙的容差的可能偏离也会引起电流分布的不均匀，从而对电解的品质和分隔体的寿命具有负面影响，尤其是当分隔体由离子交换膜组成时。此外，在双极元件和/或分隔体出现故障的情形中，更换的介入措施(intervention)使得由外部连接杆或液压千斤顶施加的压迫被释放，从而导致双极元件有可能相对于分隔体相互滑动：这种情况可以在随后重新压紧连接杆或液压千斤顶的过程中导致另外的损坏。