[发明专利]隔膜电解槽的改进设计无效
申请号: | 00814797.3 | 申请日: | 2000-11-07 |
公开(公告)号: | CN1382230A | 公开(公告)日: | 2002-11-27 |
发明(设计)人: | L·艾科佩蒂;G·法塔 | 申请(专利权)人: | 德·诺拉电极股份公司 |
主分类号: | C25B9/04 | 分类号: | C25B9/04 |
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: | 黄淑辉 |
地址: | 意大*** | 国省代码: | 暂无信息 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 隔膜 电解槽 改进 设计 | ||
在全世界工业化学领域,氯气的生产是最普遍的工艺。目前的年生产量,它可预测为约五千万吨,几乎全部来自于碱氯化物水溶液的电解;在这些工艺中,通过氯离子的阳极放电放出氯气,典型地伴随着碱在阴极室的同时生产;在最典型的情况下,在阴极也发生氢气放出的反应。在对于此目的最通常采用的三种类型电解槽-汞阴极、膜和隔膜电解槽-中,后者在全世界市场里仍然占据最高的全球氯气生产量。图1显示了现代的隔膜电解槽,包括阳极基板(1),它由镶有薄钛片的铜主体组成,其上阳极(2)通过集电铜棒(4)固定,它也采用钛涂层保护。这些双金属结构的原因在于这样的事实,由于其优异电性能而被采用的铜,容易被阳极电解液(氯化盐水)腐蚀,相对于它,正相反,钛显示出良好的抵抗力特性。阴极(3),在它的另一侧,和精确地在面对阳极的一侧,沉积由有孔铁片或筛网组成的隔膜。盖子(5),由耐氯塑料材料组成,设置有用于气体产物氯气的出口管(6)和用于盐水进料的进口管(未示出)。在阴极产生的氢气和碱性溶液(如,苛性钠溶液)分别从导管(7)和(8)排出。隔膜,具有分隔阳极室和阴极室的目的,传统地由石棉绒和塑料粘合剂组成;放弃使用石棉的需要,石棉对健康是有害的,以及对更高收率和更长的元件持续时间的要求,导致对于传统隔膜在材料方面的根本再考虑。目前隔膜典型地由氧化锆纤维,或由塑料材料组成。然而石棉基隔膜是确定整个电解槽寿命(平均10-14个月)的组件,称为“NAD”(非石棉隔膜)的新一代隔膜的可利用性,允许在它们的劣化之前,将隔膜电解槽的操作时间从最小36个月延伸到最大60个月。然而,目前的经验指示另一个因素限制了用于氯气生产的隔膜电解槽的总寿命,且基本与阳极室的腐蚀现象有关。特别地,在其上固定阳极(2)的双金属集电棒(4),和铜阳极基板(1)之间的密封通过垫片(9)实现,如图2所示。在典型的操作条件下,基于目前可用的最好垫片的经验允许预测寿命为12-24个月。电解池中密封的多样性,其中存在几十个(典型地40-90个)阳极,进一步增加了垫片会破裂的可能性,或在NAD隔膜寿命远没有结束之前,无论如何会引起泄漏。当泄漏相应于阳极棒(4)发生时,必须关闭电解槽,这是由于发生如下现象,每个现象都是关键的:
-由于电解液的腐蚀作用,阳极棒(4)双金属的损伤。
-由于相同的现象,铜基板的损伤。
-电解槽电接地的危险。
另一方面,电解槽的关闭和它用于更换垫片的开启也意味着需要更换隔膜,隔膜在操作期间承受永久形变,该形变妨碍了它们在随后装配中的使用。由于即使部分地无效由NAD技术已经引入到隔膜持续时间上的改进是不可接受的,所以保证阳极电解液对阳极集电棒的无泄漏密封用于达到NAD隔膜的最大寿命(60个月),在隔膜氯-碱电解槽的经济上是具有基础重要性的问题。图2表示了在阳极集电棒密封领域的目前工艺水平。特别地,图2所示的实施方案包括集电棒(4),例如含有3/4″UNC内螺纹的1″(31.75mm)棒,适于容纳具有相应外螺纹的双头螺钉(10)。主要通过将该棒(4)的暴露铜部分拉紧到阳极基板(1)的铜集电底板(11)上,而保证在阳板基板(1)和集电棒(4)之间的电接触。对于传导界面的数目和对于涉及的更小部分两者,认为从铜底板(11)通过拉紧螺母(12)的螺纹到双头螺钉(10)的同时电流可以忽略不计。阳极基板(1)的铜底板(11)和阳极电解液之间的隔离,如上所述,通过阳极由钛片组成的阳极衬垫(13)达到,该衬垫例如为1mm厚的片材,是相应于棒(4)穿孔和活化的,它也是阳极密封的基本组成部件。垫片(9)典型地是由烃基弹性体(例如EPM或EPDM)组成的纹孔托,通过颈圈(14)压挤到阳极衬垫(13)。颈圈(14)优选由钛-钯合金组成,具有合适的耐裂隙腐蚀性,例如直径可以为50.0-50.8mm和焊接在从棒(4)底部4.7mm的距离处。因此垫片(9)在预定的形变下工作,其在上述示例性尺寸条件下,在衬垫区域内为3.7mm。典型的开始厚度可以是,例如,6mm,以达到40%的典型压缩比;即使将在环状橡胶垫片(9)和阳极衬垫(13)之间的整个接触区域考虑为有效的密封轴承,显然的是如何限制它的宽度;例如,对于相应于直径为35mm的衬垫(13)中的孔的直径为50mm的颈圈(14),获得的密封轴承区域的宽度仅为7.5mm。由双头螺钉(10)(它通常由黄铜或铜-镍合金组成)施加的夹紧负荷受到集电棒(4)螺纹部分机械回弹性的限制;典型地对于3/4″UNC螺纹件,指示值为约8kg.m。上述现有技术受到如下限制:
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