NL1019070C2 - Inrichting voor het uitvoeren van een elektrolyse van een halogenideverbinding. - Google Patents

Description

Korte aanduiding: Inrichting voor het uitvoeren van een elektrolyse van een halogeni deverbinding.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een 5 inrichting voor het uitvoeren van een elektrolyse van een halogenideverbi ndi ng, in welke inrichting meerdere elektrolysecellen elektrisch in serie zijn geschakeld, welke elektrolysecellen elk een celelement, voorzien van ondergelegen toevoerlei dingen voor elektrolyt en van een nabij de bovenzijde daarvan gelegen verzamelafvoerlei dingen voor 10 elektrolyt en de bij de elektrolyse ontstane gassen, een kathode- compartiment met een kathode en een anodecompartiment met een anode en een diafragma of semipermeabel membraan omvatten, waarbij de elektrolysecellen onder voorspanning tussen twee kopse platen zijn samengeperst, zodat ieder anodecompartiment en ieder kathodecompartiment tezamen met de 15 toevoerlei dingen en de verzamelafvoerlei dingen als een geheel is opgebouwd.

Uit het Amerikaans octrooi schrift 5.064.514 is een opstelling ter bereiding van chloorzuur uit hypochlorigzuur bekend, welke opstelling slechts een mono-celconstructie omvat. Aldus is in de hieruit 20 bekende opstelling geen sprake van een bipolaire electrode of tussenplaat. De in deze opstelling toegepaste koeling bestaat uit twee, grenzend aan de anode- en kathode-dragerplaten gerangschikte koel platen, welke platen een van uitsparing of groef voorzien gebied bezitten dat open is op de zijde grenzend aan de anode en kathode maar gesloten en 25 massief is bij het oppervlak van de koel plaat op de zijde grenzend aan de dragerplaten. Dit van groeven voorziene gebied maakt de circulatie van een koelmiddel, om de bij de elektrolyse ontwikkelde warmte te sturen, mogelijk. Dit koelmiddel staat ten gevolge van de hierin toegepaste constructie in direct elektrisch contact met de elektroden.

30 Uit het Amerikaans octrooi schrift 5.082.543 is een elektrolysecel van het filterperstype bekend voor de productie van 2 peroxy- en perhalogenideverbindingen. De hieruit bekende cel is van het semi-filterperstype omdat elke cel separaat elektrisch wordt aangesloten. Derhalve is hier geen sprake van een bipolaire elektrode of tussenplaat. De toegepaste elektroden zijn volledig uit metaal vervaardigd en 5 dubbelwandig uitgevoerd waarbij tussen deze parallelle wanden een koelmiddel wordt gepompt. Het volledig in koelmiddel onderdompelen van deze cel is vanwege de vele elektrische aansluitingen in de praktijk niet redelijk mogelijk. Tengevolge van de constructie van de dubbelwandig uitgevoerde elektroden staat het koelmiddel, dat hier doorheen wordt 10 geleid, onder elektrodespanning.

Uit het Duitse Offenlegungsschrift 199 10 639 is een reactor voor het genereren van ozon bekend, waarbij echter nadere informatie omtrent de toegepaste elektrolysecel volledig ontbreekt.

De in de aanhef genoemde inrichting is op zich bekend uit 15 de Nederlandse terinzagelegging 8303210 waarbij door middel van elektrolyse chloorgas wordt bereid dat bestemd is voor het chloreren van water, zoals bijvoorbeeld zwembadwater, drinkwater of afvalwater. In deze Nederlandse terinzagelegging is een elektrolysecel weergegeven die is opgebouwd uit twee anodecompartimenten en twee kathodecompartimenten, 20 welke afwisselend zijn geplaatst. Tussen een eerste anodecompartiment en een eerste kathodecompartiment is daarbij een voor kationen permeabel en voor anionen impermeabel membraan, uit een op zich voor dit doel bekend materiaal geplaatst. Eenzelfde modulaire cel eenheid gevormd door het tweede anodecompartiment, het tweede kathodecompartiment en het 25 daartussen gelegen kationpermeabele membraan. De modulaire celeenheden zijn tegen elkaar geplaatst met tussenplaatsing van een pakking of isolator die vloei stofondoorlatend is. Aan de uiteinden van de opbouw van celeenheden zijn eindplaten aangebracht, door welke trekstangen of andere geschikte bevestigingsmiddelen zijn geleid, die zich tevens door de 30 celeenheden uitstrekken, om zo de gehele opbouw tezamen te houden. Elk cel element is voorzien van een verzamel leiding waarin het bij de 3 elektrolyse gevormde gas zich afscheidt van de elektrolyt, welke verzamel leiding ook wel ontgasser wordt genoemd.

Een nadeel van de hiervoor besproken inrichting is dat de temperatuur van de in serie geschakelde elektrolysecellen ongewenste 5 waarden kan aannemen. Vanuit het oogpunt van chemische en mechanische overwegingen is derhalve in de praktijk een temperatuur beïnvloedingsmogelijkheid gewenst. In de praktijk worden voor dit doel zogenaamde warmtewisselaars toegepast die echter buiten het cellenblok worden geïnstalleerd, waarbij aldus sprake is van externe temperatuur 10 beïnvloeding. Een dergelijke externe beïnvloeding kan echter niet verhinderen dat vooral de elektrolysecellen in het midden van het cellenpakket een ontoelaatbaar thermische afwijking vertonen. Het is aldus gewenst een inrichting te verschaffen die hoofdzakelijk thermisch beïnvloedt op de positie waar de thermische afwijking het grootst is.

15 Het doel van de onderhavige uitvinding is aldus het verschaffen van een inrichting voor het uitvoeren van een elektrolyse van een halogenideverbinding, welke inrichting voorziet in een inwendige thermische beïnvloedingsmogelijkheid op de positie waar de thermische afwijking ontstaat en aldus zorgdraagt voor interne thermische 20 stabiliteit.

Een ander doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een inrichting voor het uitvoeren van een elektrolyse van een halogenideverbinding, welke inrichting de eventueel ten gevolge van lekkage ontstane corrosieve vloeistoffen en gassen opvangt.

25 De uitvinding zoals vermeld in de aanhef wordt door de onderhavige uitvinding gekenmerkt doordat het samenstel van kopse platen en elektrolysecellen zich bevindt in een houder voorzien van een vloeibaar warmte overdragend medium, waarbij zich tussen kathode en anode een niet-elektrisch geleidend celtussenschot bevindt, welk celtussenschot 30 naast toe- en verzamelafvoerlei dingen overeenkomend met het cel element is voorzien van een of meer doorgaande kanalen voor het hier doorheen leiden 4 van het zich in de houder bevindende warmte overdragende medium, welke kanalen zodanig in het celtussenschot zijn uitgevoerd dat het in de kanalen aanwezige warmte overdragende medium niet onder elektrische spanning staat en dat geen vloeistofcontact tussen de in de elektrolyse-5 cellen aanwezige elektrolyt en het zich buiten de elektrolysecellen bevindende en in de houder aanwezige, warmte overdragend medium plaatsvindt.

Volgens de onderhavige uitvinding wordt aldus het complete cellenpakket, inclusief de beide kopse platen, in een warmte overdragend 10 medium, bijvoorbeeld water, geplaatst waarbij het warmte overdragend medium in feite voorziet in twee functies, namelijk als koelmedium, zowel inwendig in de doorgaande kanalen, die aanwezig zijn in het celtussenschot, als uitwendig in de houder buiten de elektrolysecellen, en als opvangmedium voor eventuele lekkage. Omdat ten gevolge van de in 15 de onderhavige inrichting tot stand gebrachte koeling een aanzienlijk deel van de elektrisch toegevoerde energie voor het elektrolyseproces in het warmte overdragend medium wordt verzameld, kan hierdoor een energie-terugwinning plaatsvinden waardoor sprake zal zijn van energiebesparing.

De in de onderhavige uitvinding toegepaste doorgaande 20 kanalen kunnen in principe elke denkbare doorsnede bezitten, bijvoorbeeld rond, rechthoekig, trapeziumvormig, en dergelijke. De onderhavige inrichting vindt met name toepassing in omgevingen waar gasvormige halogeniden gewenst zijn, bijvoorbeeld als desinfectant voor zwembaden of drinkwater.

25 In een voorkeursuitvoeringsvorm wordt elke combinatie van kathode en anode door het onderhavige celtussenschot gescheiden zodat steeds op de positie waar warmteontwikkeling plaatsvindt een koelende functie wordt uitgeoefend. Bij voorkeur wordt een bipolaire elektrode toegepast.

30 In een bijzondere uitvoeringsvorm is het gewenst dat het zich in de houder bevindende, warmte overdragend medium geforceerd door

j λ Δ , ƒ< ^ t. /A

5 de doorgaande kanalen wordt geleid, bijvoorbeeld door het plaatsen van een of meer pompen.

Het in de houder zich bevindende warmte overdragend medium kan ook worden benut om de temperatuur in het elektrolysecellenpakket en 5 aldus die van het elektrolyseproces te regelen, door bijvoorbeeld de temperatuur van het medium te variëren en/of de omloopsnelheid, bijvoorbeeld geforceerd onder toepassing van een of meer pompen. Ten gevolge van de onderdompeling van de complete elektrolyse-eenheid in het warmte overdragend medium wordt het risico van uitlekkende gassen of 10 elektrolyten tevens voorkomen.

De onderhavige uitvinding wordt in een bijzondere uitvoeringsvorm gekenmerkt doordat zich grenzend aan het elektrolyse-cellenpakket een omkeerelement bevindt, welk omkeerelement is voorzien van ondergelegen toevoerlei dingen voor elektrolyt naar het aangrenzende 15 elektrolysecellenpakket en verder is voorzien van nabij de bovenzijde daarvan verzamelafvoerlei dingen voor elektrolyt en de bij de elektrolyse ontstane gassen, afkomstig van het aangrenzende elektrolysecellenpakket, om de terugvoer van elektrolyt van de verzamel afvoerl ei dingen naar de toevoerlei dingen te bewerkstelligen, welk omkeerelement is voorzien van 20 een of meer doorgaande kanalen voor het hier doorheen leiden van het warmte overdragend medium, welke kanalen zodanig zijn uitgevoerd dat geen vloeistofcontact tussen de in de elektrolysecellen aanwezige elektrolyt en het zich buiten de elektrolysecellen bevindende en in de houder aanwezige warmte overdragend medium plaatsvindt.

25 In een bijzondere uitvoeringsvorm is het niet-elektrisch geleidende celtussenschot voorzien van middelen om de aangrenzende verschillende elektroden elektrisch met elkaar te verbinden, zonder dat uitwisseling van elektrolyt tussen beide elektrolysecellen via deze verbinding of elektrolytische corrosie tussen de verschillende elektrode- 30 metalen optreedt.

Daarnaast is het mogelijk om de na elektrolyse af te voeren 6 verarmde elektrolyten via een leiding door het in de houder aanwezige warmte overdragend medium te leiden, zodat de in de elektrolyten aanwezige thermische energie aan het warmte overdragend medium wordt overgebracht.

5 De onderhavige uitvinding zal hierna onder verwijzing naar een aantal tekeningen worden toegelicht, welke tekeningen echter niet als beperkend moeten worden opgevat.

Figuur 1 geeft een perspectivisch aanzicht weer van de onderhavige inrichting.

10 Figuur 2 geeft een schematisch dwarsdoorsnede-aanzicht weer van de in figuur 1 weergegeven inrichting.

Figuur 3 is een schematische weergave van het onderhavige celtussenschot.

Figuur 4 is een schematische weergave van het 15 celtussenschot volgens figuur 3.

Volgens figuur 1 zijn in houder 1, welke houder 1 is voorzien van een warmte overdragend medium 2, bijvoorbeeld water, twee elektrische in serie geschakelde elektrolysecellen van het filterperstype weergeven waarbij vanwege de eenvoud de toevoerorganen van elektrolyt, 20 bijvoorbeeld HC1, zijn weggelaten. Het moet duidelijk zijn dat de onderhavige uitvinding in geen geval tot een dergelijk aantal is beperkt. De anode 14 is van kathode 15 gescheiden door een semipermeabel membraan 6. Vervolgens is kathode 15 door middel van celtussenschot 9 gescheiden van anode 16, welke anode 16 op zijn beurt van kathode 17 is gescheiden 25 door semi permeabel membraan 6. De elektrolyt die zich door de elektrolysecellen verplaatst via verzamelafvoerl ei ding 13, 19 en toevoerleiding 7 en 22 voor elektrolyt wordt aan de anode aan een elektrolyseproces onderworpen waarbij zich bijvoorbeeld chloorgas vormt, welk chloorgas via het anodecompartiment terechtkomt in verzamel-30 afvoerlei dingen 19 en vervolgens via gasafvoerleiding 12 de inrichting verlaat. Aan de kathode 15, 17 vindt ten gevolge van het elektrolyse- 7 proces vorming van waterstofgas plaats, welk waterstofgas opstijgt vanuit het kathodecompartiment en zich verzamelt in verzamelafvoerlei ding 13, in welke verzamelafvoerlei ding 13 een scheiding plaatsvindt tussen elektrolyt en waterstofgas. Uit verzamel afvoerlei ding 13 kan vervolgens 5 de nog warme elektrolyt via leiding 24 aan de inrichting worden onttrokken, welke leiding 24 door het medium 2 wordt geleid om energie-overdracht te bewerkstelligen. Tenslotte wordt het in de elektrolyse-inrichting gevormde waterstofgas via leiding 11 afgevoerd. Om een goede stroming van elektrolyt in de onderhavige inrichting tot stand te brengen 10 wordt bij voorkeur een omkeerelement 4 toegepast dat is voorzien van ondergelegen toevoer!ei dingen voor elektrolyt naar het aangrenzende elektrolysecellenpakket en verder is voorzien van nabij de bovenzijde daarvan gelegen verzamelafvoerlei dingen voor elektrolyt en de bij de elektrolyse ontstane gassen, afkomstig van het aangrenzende elektrolyse-15 pakket, om de terugvoer van elektrolyt van de verzamel afvoerlei dingen naar de toevoerlei dingen te bewerkstelligen. Om de temperatuur van de in het omkeerelement aanwezige elektrolyt te regelen, is het omkeerelement voorzien van een of meer doorgaande kanalen (niet weergegeven) voor het hier doorheen leiden van het warmte overdragend medium 2, welke kanalen 20 zodanig zijn uitgevoerd dat geen vloeistofcontact tussen de in de elektrolysecellen aanwezige elektrolyt en het zich buiten de elektrolyse-cellen bevindende en in de houder aanwezige warmte overdragend medium plaatsvindt.

In figuur 2 is schematisch een zijaanzicht van de in figuur 25 1 weergegeven elektrolyse-inrichting getoond. In figuur 2 is de stroming van elektrolyt binnen het elektrolysecellenpakket met pijlen aangegeven waaruit duidelijk volgt dat het omkeerelement 4 ervoor zorgt dat de vloeistof afkomstig van de verzamelafvoerlei dingen 13, 19 wordt teruggeleid naar toevoerlei dingen 7 en 22 voor elektrolyt aan de 30 desbetreffende elektrolysecellen.

In figuur 3 is een opengewerkte uitvoeringsvorm van het 8 onderhavige celtussenschot 9 getoond, waarbij de doorgaande kanalen 20 schematisch zijn aangegeven. De doorgaande kanalen 20 zorgen ervoor dat op de positie waar de warmteontwikkeling hoofdzakelijk plaatsvindt, namelijk op het oppervlak van de elektroden, een temperatuurregeling 5 wordt uitgevoerd, in het bijzonder door het leiden van warmte overdragend medium door kanalen 20. Het in figuur 3 weergegeven celtussenschot 9 kan uit twee symmetrische helften zijn vervaardigd waarbij in een of in iedere helft de doorgaande kanalen 20 zijn uitgefreesd waarna de beide helften tot één geheel worden geassembleerd zodat doorgaande kanalen 20 10 ontstaan. Door de kanalen zo enigszins onder een hoek aan te brengen zullen, na onderdompeling van het geheel van kopse platen en elektrolyse-cellen in het warmte overdragend medium, deze kanalen zich gemakkelijk vullen met het warmte overdragende medium.

In figuur 4 is het celtussenschot 9 met op beide 15 weerszijden anode 15 en kathode 16 weergegeven. Anode 15 en kathode 16 zijn elektrisch met elkaar verbonden via een uit twee verschillende metalen bestaande verbinding 21 en verbinding 23, welke verbinding 21, 23 zodanig is uitgevoerd dat geen uitwisseling van elektrolyt tussen beide elektrolysecellen via deze verbinding 21, 23 kan optreden. Uit figuur 4 20 volgt duidelijk dat eventueel gewenste koeling plaatsvindt op de positie waar hoofdzakelijk warmte wordt ontwikkeld, namelijk dicht in de buurt van anode 15 en kathode 16, in het bijzonder door het leiden van warmte overdragend medium 2 door celtussenschot 9 via een of meer doorgaande kanalen 20.

Λ ^ f! η -‘λ

Claims (4)

1. Inrichting voor het uitvoeren van een elektrolyse van een halogenideverbinding, in welke inrichting meerdere elektrolysecellen 5 elektrisch in serie zijn geschakeld, welke elektrolysecellen elk een cel element, voorzien van ondergelegen toevoerlei dingen voor elektrolyt en van een nabij de bovenzijde daarvan gelegen verzamelafvoerleidingen voor elektrolyt en de bij de elektrolyse ontstane gassen, een kathode-compartiment met een kathode en een anodecompartiment met een anode en 10 een diafragma of semipermeabel membraan omvatten, waarbij de elektrolysecellen onder voorspanning tussen twee kopse platen zijn samengeperst, zodat ieder anodecompartiment en ieder kathodecompartiment tezamen met de toevoerlei dingen en de verzamelafvoerleidingen als een geheel is opgebouwd, met het kenmerk, dat het samenstel van kopse platen en 15 elektrolysecellen zich bevindt in een houder voorzien van een vloeibaar warmte overdragend medium, waarbij zich tussen kathode en anode een niet-elektrisch geleidend celtussenschot bevindt, welk celtussenschot naast toe- en verzamelafvoerleidingen overeenkomend met het cel element, is voorzien van een of meer doorgaande kanalen voor het hier doorheen leiden 20 van het zich in de houder bevindende warmte overdragende medium, welke kanalen zodanig in het celtussenschot zijn uitgevoerd dat het in de kanalen aanwezige warmte overdragende medium niet onder elektrische spanning staat en dat geen vloeistofcontact tussen de in de elektrolysecellen aanwezige elektrolyt en het zich buiten de elektrolysecellen 25 bevindende en in de houder aanwezige, warmte overdragend medium plaatsvindt.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat zich grenzend aan het elektrolysecellenpakket een omkeerelement bevindt, welk omkeerelement is voorzien van ondergelegen toevoerlei dingen voor 30 elektrolyt naar het aangrenzende elektrolysecellenpakket en van nabij de bovenzijde daarvan gelegen verzamelafvoerleidingen voor elektrolyt en de bij de elektrolyse ontstane gassen afkomstig van het aangrenzende elektrolysecellenpakket, om de terugvoer van elektrolyt van de verzamel -afvoerlei dingen naar de toevoerlei dingen te bewerkstelligen, welk omkeerelement is voorzien van een of meer doorgaande kanalen voor het 5 hier doorheen leiden van het warmte overdragend medium, welke kanalen zodanig zijn uitgevoerd dat geen vloeistofcontact tussen de in de elektrolysecellen aanwezige elektrolyt en het zich buiten de elektrolyse-cellen bevindende en in de houder aanwezige warmte overdragend medium plaatsvindt.

3. Inrichting volgens een of meer van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat het niet-elektrisch geleidende celtussenschot is voorzien van middelen om de aangrenzende verschillende elektroden elektrisch met elkaar te verbinden, zonder dat uitwisseling van elektrolyt tussen beide elektrolysecellen via deze verbinding of 15 elektrolytische corrosie tussen de verschillende elektrodemetalen optreedt.

4. Inrichting volgens een of meer van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat de elektrolyten aan de inrichting worden onttrokken via een leiding die zich in de houder in het warmte 20 overdragend medium bevindt om de in de elektrolyten aanwezige thermische energie aan het warmte overdragend medium over te dragen.