Електролітична комірка і система для електролізу

1. Комірка (20) для електролізу сольового розчину з одержанням гіпохлориту натрію і активного хлору, яка включає пустотілий циліндричний катод (21), пустотілий циліндричний анод (22), розташований коаксіально всередині катода (21), визначаючи внутрішній простір (23) для проходження сольового розчину під час електролізу, корпус, що включає в себе катод (21) і анод (22), мембрану (24), розташовану між анодом (22) і катодом (21) усередині внутрішнього простору (23) для утворення анодної камери (26) і катодної камери (25), та вхідний отвір (29) для введення сольового розчину у внутрішній простір (23) і вихідні отвори (28, 30) для видалення продуктів електролізу, включаючи гіпохлорит натрію і активний хлор, яка відрізняється тим, що мембрана (24) являє собою аніонну обмінну мембрану. 2. Комірка за п.1, яка відрізняється тим, що анод (22) і катод (21) виготовлені з пористого металу. 3. Комірка за п.1, яка відрізняється тим, що внутрішній простір (23) містить макрочастки вуглецю. 4. Комірка за п.3, яка відрізняється тим, що макрочастки вуглецю являють собою графіт. 5. Комірка за п.1, яка відрізняється тим, що кожна з анодної і катодної камер мають щонайменше один вхідний отвір (27, 29) і щонайменше один вихідний отвір (28, 30). 6. Комірка за п.3, яка відрізняється тим, що середній розмір макрочасток вуглецю становить приб 2 (19) 1 3 Даний винахід стосується електролітичної комірки, що використовується для виробництва гіпохлориту натрію з сольового розчину. У даній галузі техніки відомо, що при електролізі сольового розчину виробляється хлор, гідроксид натрію, і водень згідно з даним рівнянням: 2NaCl+2Н2О 2NaOH+Сl2+Н2 або, у альтернативному випадку, гіпохлорит натрію і водень згідно з даним рівнянням: NaCl+2Н2О NaOCl+2Н2. Існує багато різних способів і приладів для виконання згаданого електролізу, але один чинник залишається незмінним - для отримання даної бажаної кількості продукції потрібні великі резервуари та складні аноди і катоди. Таке обладнання є громіздким, дорогим, і непродуктивним, однак [у патенті США №3,721,619] Ruehlen описує резервуар, що містить велику електролітичну комірку, яка складається з численних секцій. Згадані секції містять стрижнеподібний анод, оточений або додатковим катодом із сталі, або екраном із нержавіючої сталі, або перфорованою пластиною, і, крім того, ще й додатковим катодом. Анод складається з центрального металевого провідника, такого як мідь, оточеного першим шаром непористого вуглецю і другим шаром пористого вуглецю. Існує багато інших конструкцій електролітичних комірок, у яких пропонується використання коаксіальних конструкцій анодів і катодів. Деякі з них представлені у наступних патентах. [У Патенті США №3,076,754] Evans описує електролітичну комірку з пустотілим анодом і пустотілим катодом коаксіальної конструкції, причому анод оточує катод. Електроліт проходить між даними електродами, а вода надходить через порожнину згаданого катоду для охолодження даної комірки. У даному посиланні для електродів згаданих комірок використовується титан або титан з платиновим покриттям завдяки добрій стійкості вказаних речовин до ерозії. [У Патенті США №3,390,065] Cooper, описує електролітичну комірку, що складається з коаксіальних циліндричних електродів, з внутрішнім електродом, який переважно є анодом. Cooper також описує використання охолодженої води, що надходить через порожнину електроду. Діафрагма, що розміщена між двома даними електродами, призначена для поділу даного внутрішнього простору на анодне відділення і катодне відділення. У даному посиланні описано використання титану або титану з покриттям з благородного металу як речовини для виготовлення електродів. [У Патенті США №3,984,303] Peters et.al., описують електролітичну комірку, що містить пустотілий, проникний для рідини коаксіальний електрод, у якому анод знаходиться всередині катоду. Циліндрична іонно-проникна мембрана, розміщена із зовнішньої сторони аноду, призначена для відокремлення шару аноліту від шару католіту. Згаданий катод виготовляється з заліза, м'якої сталі, нікелю або їхніх сплавів. Згаданий анод виготовляється з вентильних металів, таких як титан, тантал, цирконій, вольфрам тощо з покриттям із металів платинової групи або суміші оксидів вентильних металів і металів платинової групи. 75594 4 Охолоджувач не надходить через пустотілу порожнину даного аноду. [У Патенті США №4,784,735] Sorenson описує електролітичну комірку, що має внутрішній циліндр для циркуляції католітичної рідини, оточеної коаксіальним, проникним для рідини катодом, іоннопроникну мембрану і проникний для рідини анод. Охолоджувач не прокачується через дану комірку. Для того, щоб даний електрод був проникним для рідин, його обладнують, наприклад, перфорованою пластиною або переплетеним дротом. Металом аноду може бути тантал, вольфрам, колумбій, цирконій, молібден або сплави цих металів, але переважно титан. Матеріалом катоду є залізо, нікель, свинець, молібден, кобальт або сплави зі значним вмістом таких металів. [У патенті США №4,481,303] Mclntyre et.al., описують різноманітні фізичні форми електродів, де частки можуть використовуватися як речовина для електродів. Основою є частки графіту, які щонайменш частково, але переважно повністю вкриті покриттям, причому дане покриття містить в'язку речовину і провідниковий каталізатор. Дані частки основи можуть бути меншими від 0.3мм або більшими 2,5см, але переважний діапазон знаходиться у межах приблизно від 0,7мм до 4мм (7004000мкм). Як видно з цих патентів, фахівці у даній галузі техніки і далі намагаються створити ефективнішу і дешевшу електролітичну комірку. Комірки, описані у вищезгаданих патентах, демонструють широку різноманітність втілень. Однак існує потреба у електролітичних комірках, які здатні виробляти хлор з сольового розчину ефективніше і дешевше. Згідно з даним винаходом, гіпохлорит натрію з іонами активного хлору у водному розчині виробляється з сольового розчину з використанням електролітичних комірок з циліндричними металевими електродами, які можуть включати нерухомий шар дрібних макрочасток для збільшення площі поверхні згаданих електродів. Згадана електролітична комірка даного винаходу включає пустотілий металевий циліндричний катод і металевий циліндричний анод, розташований коаксіально усередині даного катоду для утворення внутрішнього отвору між ними. Даний отвір може містити у собі макрочастки вуглецю з середнім діаметром, наприклад, 1000 мікрон. Згадана електролітична комірка даного винаходу може також включати циліндричну мембрану, яка розташована усередині даного внутрішнього отвору і ділить його на анодну і катодну камери. Спосіб з використанням електролітичної комірки у даному винаході передбачає подачу розчину через згаданий внутрішній отвір, що знаходиться між даним пустотілим циліндричним катодом і пустотілим циліндричним анодом, розташованим коаксіально усередині даного катоду, а також подачу напруги до даної комірки для здійснення електролітичного процесу отримання розчину гіпохлориту. Згідно з даним винаходом, можна послідовно встановити велику кількість електролітичних комірок. Для регулювання температури розчину, що 5 75594 6 протікає між даними комірками, між ними послідовиходить з даної системи і даний католіт подаєтьвно можуть бути встановлені теплообмінники. Такі ся знову до першої комірки, а новий сольовий розсистеми охолодження можуть включати зовнішні чин подається через даний катодну комірку. теплообмінні системи, здвоєні для розділених коВ одному з втілень даного винаходу анод і камірок і одинарні для нерозділених комірок. тод виготовляються з металевих електродів і дрібНаведений попередній загальний опис і поданих макрочасток графіту, що мають середній діальший детальний опис містять втілення даного метр приблизно від 0,1 до 1мм для утворення винаходу, які не обмежують обсягу наведеної фодостатньої кількості відкритих пор з метою отрирмули винаходу. мання максимальної площі поверхні електродів. Наведені супровідні малюнки, які є частиною При максимальному збільшенні даної площі поведаного опису, зображують системи і способи згідно рхні електродів досягається підвищена ефективз даним винаходом і допомагають пояснити сутність електролітичної комірки, зменшуються виність даного винаходу. трати енергії, потреба у сировині і необхідна На даних малюнках: кількість обладнання для вироблення такої самої Фіг.1 - вид зверху електролітичної комірки згідкількості хлору порівняно зі звичайною коміркою. но з одним з втілень даного винаходу. У наступному втіленні даного винаходу у внутФіг.2 - вид збоку комірки за Фіг.1. рішньому просторі між катодом і анодом пропонуФіг.3 - вид зверху електролітичної комірки згідється пориста аніонна мембрана для поділу внутно з іншим втіленням даного винаходу, на якому рішнього простору на анодну і катодну камери. зображено аніонну обмінну мембрану, що поділяє На Фіг.1 і 2 зображено втілення даного винавнутрішній простір. ходу, у якому електролітична комірка 10 містить Фіг.4 - бічна проекція комірки за Фіг.3. пустотілий циліндричний катод 11 і пустотілий циФіг.5 - бічне перспективне зображення комірки ліндричний анод 12, що розташований усередині за Фіг.3 і 4. даного катоду для утворення внутрішнього просФіг.6 - перспективний вид зверху, на якому зотору 13 для протікання розчину, що підлягає елекбражена внутрішня порожнина комірки Фіг.5. тролізу. На Фіг.2, що є бічною проекцією комірки На Фіг.7 зображено дослідну установку для 10, зображено вхідний отвір 14 на дні даної коміртестування даної комірки згідно з даним винахоки для введення розчину у внутрішній простір 13 і дом вихідний отвір 15 зверху даного комірки для видаНа Фіг.8 представлено графік анодної полярилення розчину електроліту. У ще одному втіленні зації згідно з даним винаходом. даного винаходу, у внутрішньому просторі 13 моНа Фіг.9 представлено графік катодної поляжуть міститися макрочастки речовини, такої як ризації згідно з даним винаходом. графіт, для максимального збільшення площі поНа Фіг.10-12 представлено графіки залежності верхні аноду і катоду. Крім того, у іншому втіленні концентрації активного хлору від струму, що проданого винаходу, множина комірок 10 можуть бути ходить через дану електролітичну комірку згідно з встановлені послідовно у такий спосіб, що електданим винаходом. роліт, виходячи з першої комірки, потрапляє у наНа Фіг.13 представлено графік залежності ступний за ним. Регулювання температури електконцентрації активного хлору від струму, що пророліту може здійснюватися теплообмінниками, ходить через електролітичну комірку, який має розташованими між даними комірками, які признааніонну мембрану згідно з даним винаходом. чені для регулювання температури протікаючого На Фіг.14 зображено три комірки такого ж типу, електроліту. як на Фіг.3-6, встановлені послідовно з теплообЩе одне втілення даного винаходу зображене мінними пристроями згідно з даним винаходом. на Фіг.3,4, 5 і 6. Далі будуть детально наведені переважні втіКомірка 20 містить пустотілий циліндричний лення даного винаходу, приклади яких зображені катод 21 і пустотілий циліндричний анод 22, розна супроводжувальних малюнках. ташований коаксіально усередині даного катоду Якщо можливо, однакові цифрові позначення для утворення внутрішнього простору 23, який, як використовуватимуться в усіх наведених малюнописано вище, може включати макрочастки вуглеках для посилань на однакові або подібні елецю, такі як графіт, що має середній розмір часток менти. від 0,1 до 1мм. Даний внутрішній простір 23 роздіУ даному винаході пропонується електролітилений пористою аніонною мембраною 24, розтачна комірка і система для виробництва гіпохлориту шованою між анодом і катодом для утворення натрію з активним хлором з сольового розчину. анодної камери 26 і катодної камери 25. Як зобраДаний винахід включає секцію з катодом і анодом, жено на Фіг.4, вхідні отвори 27 і 29 призначені для які є пустотілими циліндрами, коаксіально розмівведення розчину, такого як сольовий розчин, і щеними у електролітичній комірці, причому анод для рециркуляції католіту. Вихідні отвори 28 і 30 встановлений усередині катоду. Сольовий розчин зверху даної комірки призначені для видалення проходить крізь внутрішній простір між катодом і продукції електролізу, що включає гіпохлорит наанодом. Коли даний електроліт видаляється з датрію і активний хлор. ного внутрішнього простору, він проходить через Згадані аноди і катоди згідно з даним винахозовнішні циліндричні теплообмінники для підтримдом є пористими металевими циліндрами, які моки необхідної температури електроліту, а також жуть бути виготовлені, наприклад, з титану. Перечерез анодну і катодну зону другої комірки і так важно згадані катоди виготовляються з титану, далі. Коли досягається необхідна концентрація вкритого шаром платини, а згадані аноди є титавільного хлору, даний аноліт (кінцевий продукт) новими, вкритими окисом рутенію. У альтернатив 7 75594 8 ному випадку, титан може бути вкритим окисом ний розчин, що містить NaCl і хлор, повертається іридію, паладію, нікелю або їхніми сполуками. Хоч до згаданої термостатичної ванни 42 перед відпце не є критичним для даного винаходу, однак у равкою для хімічного аналізу. Гази видаляються типових випадках катод може бути циліндричним з аспіраційною системою. Коли даний агрегат заподіаметром приблизно чотири дюйми, анод - два внюється, система вимивається і новий сольовий дюйми й аніонна мембрана - три дюйми. розчин надходить до даної комірки згаданого агВнутрішній простір між анодом і мембраною регату. заповнюється сольовим розчином, з якого отриУ одному з втілень багатокоміркова система мують гіпохлорит натрію, що містить активний складається з двох рядів по десять комірок, прихлор у високій концентрації (>28г/л). У випадку чому кожна має температуру на вході 20°С і темнизької концентрації хлору (