[發(fā)明專利]用于隔膜單元的陰極桿

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200680015820.1
• 申請日: 2006-05-11
• 公開（公告）號: CN101171370A
• 公開（公告）日: 2008-04-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: S·佩拉吉內(nèi)
• 申請（專利權(quán)）人: 德諾拉工業(yè)有限公司
• 主分類號: C25B9/08
• 分類號: C25B9/08;C25B9/04;C25B11/03
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專利商標(biāo)事務(wù)所
• 代理人: 余全平

背景技術(shù)

[01]??通過堿性鹵化物溶液特別是氯化鈉溶液的電解來生產(chǎn)氯氣仍然主要是具有較高工業(yè)關(guān)聯(lián)性的電化學(xué)方法：它可以采用膜電解、隔膜電解以及汞陰極電解三種工藝來實(shí)施。

[02]??隔膜工廠今后的發(fā)展已經(jīng)傾向于引入聚合物隔膜，通過使用例如氧化鋯纖維或顆粒的各種添加劑而具有親水性的聚合物隔膜代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人造石棉，從環(huán)境的觀點(diǎn)看克服了這一技術(shù)的主要問題，從能量消耗的觀點(diǎn)看，受益于膜技術(shù)而降低了隔膜單元的配置，取得了多個(gè)最初看來是不可能的進(jìn)步。首先，如US?5534122中公開的，通過所謂的零縫隙倒轉(zhuǎn)術(shù)(zero-gap?version)充分提高了通常貴重金屬氧化物活化的可膨脹的鈦陽極的性能，該技術(shù)由一種能夠施加彈性壓力并使陽極的可活動(dòng)表面與隔膜直接的、可延伸接觸的裝置加以提供；如US?5993620所示，后來提供給這些陽極以雙擴(kuò)展器并使得相應(yīng)歐姆降顯著減小，這個(gè)部件表明允許電流通過陽極的可移動(dòng)表面到達(dá)集流器的連接。此外，允許靈敏地增加鹽水內(nèi)部再循環(huán)的裝置可以方便地安裝在陽極上，隨之而來具有電壓更低和氧釋放更少的優(yōu)點(diǎn)，兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)都能減少生產(chǎn)每噸氯氣的能量消耗：在US5066378中揭示后一種改進(jìn)。

[03]??最后，如WO?01/34878中所述，以鈦片板(sheet)代替橡膠襯套來保護(hù)固定陽極的銅基座，在陰極體和陽極支撐基底之間以及每個(gè)陽極和其支撐基底之間采用新的種類的彈性墊圈，能夠顯著地延長組成電解廠的單個(gè)單元的工作壽命，從而能進(jìn)一步減少維護(hù)成本和增大給定的電解單元設(shè)計(jì)的生產(chǎn)能力。

[04]??在Ullmann的化學(xué)技術(shù)百科全書第5a版A6卷424-437頁(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-燒堿隔膜電解單元的功能，而這樣電解單元的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)則詳盡地公開于US?5066378的附圖中。只有在對隔膜和以相關(guān)的方法將陽極緊固到支撐基底的幾個(gè)改進(jìn)完成之后，注意力近來才聚焦到陰極上，這一術(shù)語既表示帶有相應(yīng)的電連接的主體，也表示氫氣釋放反應(yīng)和產(chǎn)生燒堿的位置的陰極活化區(qū)域的結(jié)構(gòu)。特別關(guān)于上述第二元件，即陰極活化區(qū)域，它包括均由一般是碳鋼的導(dǎo)電材料制得的交織金屬絲網(wǎng)或有孔片板，被成形要形成類似于具有相當(dāng)平的矩形部分的棱鏡的結(jié)構(gòu)，通過焊接到周圍的也由交織金屬絲或有孔片板制得的腔室上而固定，該腔室連接到陰極體的側(cè)壁上，并在較低的位置提供至少一個(gè)噴嘴以作為含有燒堿產(chǎn)品的溶液和殘留氯化鈉的出口和在較高位置提供至少一個(gè)噴嘴以供排放氫氣。關(guān)于這些結(jié)構(gòu)，如它們當(dāng)中被本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的桿(一個(gè)將在后面采用的措詞)，隔膜通過真空吸收含有構(gòu)成上述隔膜本身的聚合物纖維和顆粒的懸浮液加以沉積。在隔膜電解單元結(jié)構(gòu)中，隔膜覆蓋的桿插入陽極之中，陽極的表面可以與隔膜接觸或者與隔膜間隔幾毫米，在這兩種情況下，桿必須不能有偏差，偏差會(huì)引起隔膜磨損并隨后被破壞。此外，操作期間電流必須以最可能一致的方式傳遞到整個(gè)桿表面：不一致的分布會(huì)導(dǎo)致電解池電壓增大以及燒堿的生產(chǎn)效率下降，并同時(shí)伴隨在氯氣中較高的氧氣含量。為了得到更好的結(jié)果，桿必須具有足夠的硬度，同時(shí)具有高的電導(dǎo)率。

[05]??根據(jù)US?4138295和WO?00/06798，桿由縱向波紋碳鋼或銅內(nèi)板提供：優(yōu)選通過焊接將金屬導(dǎo)線交織的網(wǎng)或有孔薄片板固定到波紋的頂點(diǎn)，完全解決了電流分布均勻和硬度的問題。然而，如上面所見的在縱向方向的發(fā)展波紋不允許氫氣氣泡在垂直方向自由的上升并沿著桿的上母線收集，并在此后滲透到前述的被提供有至少一個(gè)氣體排放噴嘴的周圍的腔室。縱向波紋片板迫使氫氣聚集在每一個(gè)波紋下面并沿每一個(gè)波紋片板縱向流動(dòng)直到通過合適的穿孔排放到達(dá)周圍腔室：因?yàn)檫@種流動(dòng)很難被均衡，導(dǎo)致存在于每一個(gè)波紋下面的氫氣的量是不同的，還可能導(dǎo)致所面對的隔膜部分不同程度的堵塞。在其后的分析里，可以說縱向波紋內(nèi)板決定了不可避免的不平衡的電流分布。這種不平衡反過來會(huì)導(dǎo)致苛性濃度(causticconcentration)有差別，這就在感應(yīng)電的產(chǎn)品產(chǎn)量(faradic?productionyield)方面和氯氣中氧氣的含量方面帶來負(fù)面的結(jié)果。

[06]??US?4049495也揭示了波紋內(nèi)板的使用，但是是帶有垂直排布的波紋：在這種情況下很顯然氫氣可以在桿的上部自由的收集，但是它向周圍腔室的流動(dòng)被波紋的上部所阻礙。此外，對于給定的電流分布，垂直波紋的硬化效果是不令人滿意的。