PL193177B1 - Elektrolizer przeponowy i sposób modyfikacji elektrolizera przeponowego - Google Patents

Abstract

1. Elektrolizer przeponowy do elektrolizy chlorków metali alkalicznych, zawieraj acy co najmniej jedn a anod e przytwierdzon a do pod- stawy anody i stykaj ac a si e z ni a elektrycznie za pomoc a odbieraj acego pr ad trzonka oddzie- lonego od kr azacego elektrolitu w przedziale anodowym za pomoc a hydraulicznego uk ladu uszczelniaj acego, znamienny tym, ze pomi e- dzy odbieraj acym pr ad trzonkiem (4) i podsta- w a (1) anody (2) umieszcza si e przewodz acy i odkszta lcalny element stykowy (18), a hydrau- liczny uk lad uszczelniaj acy zawiera co najmniej jeden pier scie n typu „O-ring" (16), usytuowany odpowiednio wzgl edem odbieraj acego pr ad trzonka (4) i umieszczony w szczelinie wyzna- czonej przez podstaw e (1) anody (2) i przez jeden powstrzymuj acy element umocowany na trzonku (4) odbieraj acym pr ad. PL PL PL PL PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest elektrolizer przeponowy i sposób modyfikacji elektrolizera przeponowego.

Znane są i szeroko stosowane w przemyśle chemicznym sposoby wytwarzania chloru w procesie elektrolitycznym. Aktualnie produkcja roczna, którą można ocenić na około 50 milionów ton, pochodzi prawie całkowicie z elektrolizy chlorków metali alkalicznych w roztworach wodnych. W tych procesach wykorzystuje się elektrolizery, w których chlor wydziela się w wyniku anodowego wyładowania jonów chlorkowych, typowo z jednoczesnym wytwarzaniem alkaliów w przedziale katodowym. W najbardziej typowym przypadku na katodzie elektrolizera ma takż e miejsce reakcja wydzielania wodoru. Z trzech rodzajów elektrolizerów stosowanych najczęściej do tego celu, tzn. elektrolizera z katodą rtę ciową, membranowego i przeponowego, ten ostatni jest wciąż najszerzej stosowany i wytwarza się przy jego użyciu największą globalną ilość chloru wyprodukowanego na rynku światowym. Na rysunku pos. I przedstawiono nowoczesny elektrolizer przeponowy zawierający podstawę anody 1' wykonaną z korpusu miedzianego wyłożonego cienką blachą tytanową, na której anody 2' są umocowane za pomocą obierających prąd miedzianych trzonków 4', także zabezpieczonych powłoką tytanową. Powodem stosowania tych bimetalicznych konstrukcji jest fakt, że miedź stosowana ze względu na swoje doskonałe właściwości elektryczne, łatwo korodowałaby pod wpływem cieczy anodowej (chlorowana solanka), zaś tytan wykazuje większą odporność. Katoda 3', na której jednej stronie, a dokł adnie na stronie zwróconej do anody, jest umieszczona przepona, jest wykonana z perforowanych arkuszy albo żelaznych siatek. Pokrywa 5', wykonana z odpornego na chlor materiału z tworzywa sztucznego, jest wyposażona w kanał wylotowy 6' dla gazowego produktu chlorowego i w kanał wlotowy do doprowadzania solanki (nie pokazany). Wodór i roztwór alkaliów (na przykład roztwór sody kaustycznej) wytworzone na katodzie wychodzą odpowiednio z kanału 7' i 8'. Przepona, która jest przeznaczona do oddzielania przedziału anodowego i katodowego, była wykonywana tradycyjnie z włókien azbestowych i spoiwa z tworzywa sztucznego. Konieczność rezygnacji z niebezpiecznego dla zdrowia azbestu, łącznie z potrzebą uzyskiwania wyższych wydajności i dłuższej żywotności elementów, doprowadziły do radykalnych zmian w zakresie stosowanych materiałów. Aktualnie przepony są wykonywane typowo z włókien z tlenku cyrkonu albo z materiałów z tworzyw sztucznych. Przepony zawierające azbest były elementem, który ograniczał okres użytkowania całego elektrolizera (średnio 10-14 miesięcy). Przepony nowej generacji, znane jako przepony „NAD (przepona bezazbestowa), mogłyby przed ich rozkładem, wydłużyć czas pracy elektrolizera przeponowego od minimum 36 do maksymalnie 60 miesięcy. Obecnie czynniki ograniczające ogólny okres użytkowania elektrolizerów przeponowych do produkcji chloru są w zasadzie związane ze zjawiskami korozji w przedziale anodowym. Uszczelnienie pomiędzy bimetalicznym, odbierającym prąd trzonkiem 4', do którego są przytwierdzone anody 2', a miedzianą podstawą anody 1' wykonuje się, jak przedstawiono na rysunku pos. II, w postaci uszczelki 9'. Doświadczenie z najlepszymi, aktualnie dostępnymi uszczelkami pozwala na prognozowanie czasu użytkowania elektrolizera na 12-14 miesięcy w typowych warunkach roboczych. Mnogość uszczelek w elektrolizerze, który zawiera kilkadziesiąt anod (typowo od 40 do 90), zwiększa znacznie prawdopodobieństwo przerwania uszczelki i powoduje jej przeciekanie na długo przed upływem okresu użytkowania przepon NAD.

Gdy występuje przeciekanie w odpowiednich trzonkach anodowych 4', konieczne staje się zatrzymanie pracy elektrolizera, ponieważ mają miejsce następujące zjawiska, z których każde jest zjawiskiem krytycznym: uszkodzenie bimetalu trzonka anodowego 4' na skutek korozyjnego działania elektrolitu, uszkodzenie miedzianej podstawy na skutek tego samego zjawiska i ryzyko elektrycznego uziemienia elektrolizera.

Z drugiej strony wyłączenie elektrolizera i jego otwarcie w celu wymiany uszczelek pocią ga za sobą konieczność wymiany przepon, które w czasie pracy elektrolizera podlegają ciągłej deformacji utrudniającej ich zastosowanie w następującym potem montażu.

Na rysunku pos. II przedstawiono dotychczasowy stan techniki w dziedzinie uszczelniania trzonka odbierającego prąd anodowy. Rozwiązanie pokazane na pos. II obejmuje zwłaszcza trzonek zbierający prąd 4', na przykład trzonek o średnicy 31,75 mm (1 %) z wewnętrznym gwintem UNC i pasowanie do umieszczenia śruby ustalającej 10' z odpowiednim gwintem zewnętrznym. Styk elektryczny pomiędzy podstawą anody 1' i trzonkiem odbierającym prąd (4) jest zapewniony głównie drogą uszczelniania odsłoniętej części miedzianej takiego trzonka 4', względem miedzianego dna 11' zbierającego prąd podstawy anody 1'. Jednoczesny przepływ prądu od miedzianego dna 11' do śruby

PL 193 177 B1 ustalającej 10' przez gwint nakrętki uszczelniającej 12' uważa się za nieznaczny, zarówno ze względu na liczbę przewodzących powierzchni rozdziału, jak i mniejszy przekrój. Rozdział pomiędzy miedzianym dnem 11' podstawy anody 1' i cieczą anodową uzyskuje się, jak opisano wyżej, za pomocą wyłożenia 13' anody wykonanego z blachy tytanowej, na przykład blachy o grubości 1 mm, perforowanej i aktywowanej odpowiednio do trzonków 4', które to wyłożenie jest także fundamentalną integrują cą częścią uszczelnienia anody. Uszczelka 9' ma typowo postać torusa wykonanego z elastomeru na bazie węglowodorów (na przykład EPM albo EPDM), dociśniętego do wyłożenia 13' anody kołnierzem 14'. Kołnierz 14' jest wykonany korzystnie ze stopu tytanowo-palladowego o odpowiedniej odporności na korozję szczelinową, który może mieć na przykład średnicę 50,0-50,8 mm i może być przyspawany w odległości 4,7 mm od spodu trzonka 4'. Uszczelka 9' pracuje zatem przy określonym odkształceniu, które w przypadku wyżej wymienionych przykładowych wymiarów wynosiłoby 3,7 mm w strefie wyłożenia. Typowa grubość początkowa moż e wynosić na przykład 6 mm, tak że uzyskuje się typowy stopień ściśnięcia 40%, i nawet biorąc pod uwagę cały obszar styku pomiędzy toroidalną uszczelką 9' kauczukową a wyłożeniem 13' anody jako skuteczną podporę uszczelnienia, widoczne jest jak ograniczona jest jego szerokość. Na przykład w przypadku kołnierza 14' o średnicy 50 mm, odpowiednio do otworu w wyłożeniu 13' o średnicy 35 mm, uzyskana szerokość uszczelniającej strefy nośnej wynosi dokładnie 7,5 mm. Obciążenie zaciskowe zapewnione przez śrubę ustalającą 10', która jest normalnie wykonana z mosiądzu albo stopu miedziowo-niklowego, jest ograniczone mechaniczną sprężystością gwintowanej części zbierającego prąd trzonka 4', przy czym wartość wskaźnikowa, typowa dla elementów z gwintem UNC, wynosi około 8 kgm.

W tego rodzaju konstrukcji elektrolizera, materiał uszczelnienia (EPM, EPDM) ma nieodpowiednią odporność na chlor w połączeniu z dużą powierzchnią odsłoniętą na agresywne środowisko. Ponadto zastosowanie uszczelek kompozytowych z powłoką ochronną z PTFE jest niemożliwe na skutek wysokiego stosunku uszczelnienia do grubości ściśnięcia (około 2:1) i wysokiego stopnia ściśnięcia (40%), Z drugiej strony zastosowanie materiału w postaci PTFE, takiego jak Gylon® albo Permanite™ Sigma, jest utrudnione przez słabą ściśliwość, na skutek czego, w celu zapewnienia uszczelnienia, występuje konieczność stosowania bardzo wysokich obciążeń mechanicznych. Dodatkowo, obciążenie ściskające nie jest dobrze określone, ponieważ uszczelka pracuje, jak opisano wyżej, przy określonym odkształceniu.

Połączenie tych czynników silnie ogranicza okres użytkowania uszczelek 9' uszczelniających anodę, pogarszając, jak opisano wyżej, efekty ekonomiczne pracy elektrolizerów przeponowych. Próba rozwiązania wyżej przedstawionych problemów jest opisana w szwedzkim opisie patentowym nr SE 97 020 79 i w odpowiedniej technologii pod nazwą handlową Tibac™. To rozwiązanie polega na bezpośrednim przyspawaniu kołnierza 14' do wyłożenia anody 13', wykonanego za pomocą lasera. W ten sposób, do uszczelniania nie stosuje się żadnego materiału polimerowego, z oczywistymi zaletami pod względem niezawodności, ponieważ każdy polimerowy materiał uszczelniający podlega w pewnym stopniu korozji. Jak widać, anody 2' nie można już odłączać od wyłożenia 13' anod, a zatem i od podstawy 1', bez ujemnych skutków zarówno pod względem manipulacji w czasie montażu jak i postępowania w czasie konserwacji, oraz możliwości dogodnego reaktywowania anod 2', gdy ich powłoka katalityczna staje się wyczerpana. Co więcej, ścieg spoiny ma znaczną rozciągłość i ryzyko przeciekania na skutek miejscowych defektów jest wysokie. Drugie częściowe rozwiązanie tego problemu polega na stosowaniu uszczelki 9' wyposażonej w obrzeże 15' i ukształtowanej w sposób przedstawiony na rysunku pos. III. Zasada konstrukcji uwzględnia wystawienie mniejszej powierzchni elastomeru na działanie chloru. W ten sposób zachowana jest możliwość odłączania anod 2' od ich podstawy 1', co zapewnia jednocześnie wydłużony okres użytkowania uszczelki 9' ze względu na jej zmniejszone wystawienie na czynniki korozyjne. W rozwiązaniu tym okazało się jednak, że uszczelki 9' są wciąż poddawane powodowanym przez korozję przeciekom w średnim dłuższym, lecz wciąż nieprzewidywalnym czasie. Co więcej, tolerancje konstrukcji, od których zależy stan ściśnięcia obrzeża 15' uszczelki, które jest bardzo cienkie, stają się punktami bardziej krytycznymi, a od stanu ściśnięcia obrzeża 15' uszczelki zależy z kolei jego odporność chemiczna. W uszczelce tego rodzaju uszczelnienie powierza się wewnętrznemu pierścieniowi kształtowemu, który w przypadku wystąpienia infiltracji szybko zapada się, ponieważ jest on cieńszy niż uszczelka tradycyjna.

Elektrolizer przeponowy do elektrolizy chlorków metali alkalicznych, zawierający co najmniej jedną anodę przytwierdzoną do podstawy anody i stykającą się z nią elektrycznie za pomocą odbierającego prąd trzonka oddzielonego od krążącego elektrolitu w przedziale anodowym za pomocą hydraulicznego układu uszczelniającego, według wynalazku charakteryzuje się tym, że pomiędzy

PL 193 177 B1 odbierającym prąd trzonkiem i podstawą anody umieszcza się przewodzący i odkształcalny element stykowy, a hydrauliczny układ uszczelniający zawiera co najmniej jeden pierścień typu „O-ring, usytuowany odpowiednio względem odbierającego prąd trzonka i umieszczony w szczelinie wyznaczonej przez podstawę anody i przez jeden powstrzymujący element umocowany na trzonku odbierającym prąd.

Korzystnie, pierścień typu „O-ring jest wykonany z elastomerowego rdzenia powleczonego warstwą materiału o niskiej podatności na dyfuzję chloru i chemicznie obojętnego.

Korzystnie, element stykowy jest wykonany ze srebra.

Korzystnie, element stykowy jest elementem stykowym z litego srebra.

Korzystnie, srebrny element stykowy ma kształt podkładki wyposażonej w bruzdki.

Korzystnie, element stykowy ma kształt pierścienia.

Korzystnie, element stykowy ma kształt zamknięty.

Korzystnie, element stykowy o kształcie zamkniętym jest elementem samocentrującym.

Korzystnie, element powstrzymujący zawiera pierścieniową tulejkę przyspawaną do kołnierza.

Sposób modyfikacji elektrolizera przeponowego, w szczególności zawierającego element powstrzymujący zawierający kołnierz, według wynalazku charakteryzuje się tym, że usuwa się pierwszy hydrauliczny układ uszczelniający, zawierający co najmniej jedną płaską uszczelkę, opcjonalnie wyposażoną w co najmniej jedno obrzeże, z jego położenia pomiędzy kołnierzem i podstawą anody, a następnie łączy się poprzez spawanie z tym kołnierzem dodatkowy element powstrzymujący i montuje się drugi hydrauliczny układ uszczelniający, zawierający co najmniej jeden pierścień typu „O-ring, zastępujący pierwszy hydrauliczny układ uszczelniający.

Korzystnie, łączy się z kołnierzem dodatkowy element powstrzymujący w postaci pierścieniowej tulejki.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest opracowanie konstrukcji przeponowego elektrolizera do produkcji chloru i alkaliów, o lepszej niezawodności w porównaniu ze stanem techniki, zapewniającego taki czas pracy bez konserwacji albo wymiany części składowych, który jest ograniczony tylko okresem użytkowania przepon NAD.

Kolejna zaleta rozwiązania według wynalazku polega na opracowaniu układu uszczelniającego dla anod elektrolizerów przeponowych do produkcji chloru i alkaliów, zapobiegającego zjawiskom korozji uszczelek w ciągu minimum pięciu lat, z jednoczesnym zachowaniem możliwości odłączania każdej pojedynczej anody od jej wyłożenia.

Inna zaleta rozwiązania według wynalazku polega na opracowaniu układu uszczelniającego dla anod elektrolizerów przeponowych, nadającego się nie tylko do elektrolizerów nowej konstrukcji, lecz także do elekrolizerów skonstruowanych i wytwarzanych według dotychczasowego stanu techniki, ewentualnie już pracujących, umożliwiającego zapobieganie albo pokonywanie pojawiających się problemów związanych z korozją, wynikającą z konstrukcji układu uszczelniającego.

Dalszą zaletą rozwiązania według wynalazku jest opracowanie układu uszczelniającego dla anod elektrolizerów przeponowych do produkcji chloru i alkaliów, nadającego się do elektrolizerów skonstruowanych i wytwarzanych według dotychczasowego stanu techniki, które już uległy wyraźnym zjawiskom korozji, włącznie z rozpadem dna odbierającego prąd anodowy.

Opracowanie rozwiązania według wynalazku polegające na zapewnieniu wolnego od przecieku, szczelnego zamknięcia cieczy anodowej względem trzonków zbierających prąd anodowy, w celu maksymalnego wydłużenia okresu użytkowania przepony NAD (60 miesięcy), jest sprawą o fundamentalnym znaczeniu w ekonomice przeponowych elektrolizerów chlorowo-alkalicznych, ponieważ nie do przyjęcia jest rezygnacja, nawet częściowo z ulepszeń, które wprowadziła technologia przepon NAD w zakresie ich trwałości.

Przedmiot wynalazku w przykładach wykonania przedstawiono na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia konstrukcję uszczelniania hydraulicznego elektrolizera według wynalazku, fig. 2 - sposób wytwarzania tulejki pierścieniowej uszczelnienia elektrolizera według wynalazku, fig. 3 - połączenia bimetalicznego trzonka z pierścieniową tulejką uszczelnienia elektrolizera, fig. 4 - element stykowy elektrolizera w przykładzie wykonania wynalazku, fig. 5 - element stykowy elektrolizera w innym przykładzie wykonania wynalazku oraz fig. 6 - element stykowy elektrolizera w kolejnym przykładzie wykonania wynalazku, natomiast konstrukcja elektrolizera przeponowego znanego ze stanu techniki została przedstawiona dla porównania na rysunku, na którym pos. I przedstawia znany elektrolizer przeponowy, pos. II - znane uszczelnienie hydrauliczne elektrolizera oraz pos. III - uszczelkę uszczelnienia hydraulicznego znanej konstrukcji elektrolizera przeponowego.

PL 193 177 B1

Konstrukcja elektrolizera przeponowego według wynalazku, polega na zastosowaniu nowej konfiguracji uszczelnienia hydraulicznego i elektrycznego styku pomiędzy podstawą 1 anod i anodami 2 w przeponowym elektrolizerze do wytwarzania chloru i alkaliów, która umożliwia całkowite pokonanie ograniczeń dotychczasowego stanu techniki. Elektrolizer przeponowy w zalecanym przykładzie wykonania wynalazku obejmuje układ uszczelniający oparty na pierścieniu typu „O-ring i stałym mechanicznym odstępniku, oraz elektryczny układ stykowy oparty na umieszczeniu przewodzącej, dostosowanej wymiarowo warstwy pośredniej pomiędzy podstawą 1 anody i spodem trzonka 4 zbierającego prąd. Zgodnie z tą nową konstrukcją i w przeciwieństwie do rozwiązań ze stanu techniki, część składowa odkształcalna po zaciśnięciu w elektrolizerze stanowi integralną część zestyku elektrycznego, a nie uszczelnienia hydraulicznego. Cechy innowacyjne konstrukcji elektrolizera według wynalazku przedstawiono na fig. 1. Uszczelnienie hydrauliczne opiera się na pierścieniu typu „O-ring 16 zamiast na płaskiej uszczelce 9' wyposażonej ewentualnie w obrzeże 15', jak w dotychczasowym stanie techniki. Pierścień typu „O-ring 16 powinien mieć następujące cechy charakterystyczne: powinien być wytwarzany z chemicznie obojętnego i możliwie elastycznego materiału konstrukcyjnego, mieć wymiary wystarczające do skompensowania miejscowych nieregularności, być osadzony wyłącznie na wyłożeniu 13 anody, mieć niskie obciążenie deformujące (na przykład w zasadzie niższe niż uszczelnienie spirometalowe).

Trzonek 4 zbierający prąd anodowy jest także wyposażony w dodatkową pierścieniową tulejkę 17, albo równoważny element, w celu wyznaczenia szczeliny do umieszczenia w niej pierścienia typu „O-ring 16. W korzystnym rozwiązaniu wynalazku pierścieniowa tulejka 17, jaką przedstawiono na fig. 2, w formie pierścienia tytanowo-palladowego wytoczonego na tokarce osadzana jest na kołnierzu 14 i ewentualnie przyspawana do niego. W tym ostatnim przypadku takie rozwiązanie jest szczególnie przeznaczone do stosowania w elektrolizerach wytwarzanych według dotychczasowego stanu techniki, w których jest już obecny kołnierz 14, a pierścieniową tulejkę 17 przyspawa się później, korzystnie zgodnie z geometrią pokazaną na fig. 1, która przedstawia w jaki sposób przy zewnętrznym położeniu spawu względem bimetalu trzonka 4 unika się naruszenia konstrukcyjnej zwartości (jedności) tego ostatniego, po poddaniu go działaniu wysokiej temperatury. W przypadku nowych konstrukcji, kołnierz 14 i pierścieniową tulejkę 17 można wytwarzać w postaci pojedynczego elementu wyposażonego w szczelinę do umieszczenia pierścienia typu „O-ring. Przy wyborze materiału konstrukcyjnego dla pierścienia typu „O-ring szczególnie ważna jest jego chemiczna obojętność, przy czym nie są akceptowane rozwiązania w postaci czysto elastomerowych pierścieni typu „O-ring. Odpowiednie do tego celu są pierścienie typu „O-ring wykonane z elastomerowego rdzenia pokrytego obojętną cienką warstwą, na przykład warstwą z tworzywa fluorowego. Tego rodzaju kompozytowe pierścienie typu „O-ring można wybrać spośród wymienionych kategorii pierścieni. Pierwsza z nich to pierścienie typu „O-ring powleczone FEP, polimerem charakteryzującym się bardzo niską dyfuzją chloru. Przykładem powszechnie dostępnego pierścienia typu „O-ring, powleczonego FEP, jest FEP-O-SEAL™, który ma grubość warstewki tworzywa fluorowego 0,25 mm. Materiałem stosowanym korzystnie do elastomerowego rdzenia jest Viton®, bardzo odporny na atak suchego chloru, to jest na warunki, które mogą wytworzyć się po dyfuzji chloru przez fluorową warstewkę pierścienia typu „O-ring. Druga to pierścienie typu „O-ring powleczone PTFE. W tym przypadku grubość warstewki ochronnej musi być większa (korzystnie 0,75-0,8 mm), a rdzeń musi mieć korzystnie wyraźne właściwości elastyczne. Jako elastomerowy rdzeń wybiera się korzystnie materiał z kauczuku silikonowego, na który drogą zgrzewania nakłada się warstewkę ochronną.

Pierścienie typu „O-ring, wybrane zgodnie z podanymi wyżej kryteriami, dzięki ochronie związanej z grubością i zmniejszonym wystawieniem na działanie cieczy, mogą pracować wiele lat. Wyżej opisane rdzenie elastomerowe nadają się do pracy ciągłej aż do temperatur wynoszących od 150° do 180°C w porównaniu z temperaturami 90-95°C, typowymi dla procesu przeponowego. Co więcej, ewentualne nieregularności albo uszkodzenia wyłożenia anody są kompensowane naciskiem wywieranym przez kołnierz. Styk elektryczny realizowany za pomocą odkształcalnego elementu stykowego 18, musi być jednocześnie na tyle skuteczny, aby podtrzymywać wysokie natężenie prądu, który w rzeczywistości może osiągnąć poziom 2000 A. Jak przedstawiono na fig. 1, wysokość szczeliny pomiędzy miedzianym dnem 11 zbierającym prąd a spodem trzonka anodowego 4 jest wyznaczona grubością dodanej tytanowo-palladowej pierścieniowej tulejki 17, w przypadku gdy modyfikuje się dotychczas istniejący elektrolizer.

W przypadku nowego elektrolizera pierścieniowa tulejka 17 albo równoważ ny element stanowią jeden element z kołnierzem 14, zaś położenie tego pojedynczego elementu będzie wyznaczać

PL 193 177 B1 wysokość szczeliny pomiędzy zbierającym prąd dnem 11 a trzonkiem anodowym 4. Tolerancja tej wysokości zależy jednak od czynników konstrukcyjnych, spośród których czynnikiem najbardziej decydujących jest, jak przedstawiono na fig. 3, prostopadłość pomiędzy pierścieniową tulejką 17 i bimetalicznym trzonkiem 4. Podatność na odkształcenie elektrycznego elementu stykowego 18 służy dokładnie do skompensowania podobnych odchyleń, a optymalny wybór tej części składowej okazuje się być decydujący dla elektrycznej skuteczności całego procesu. Odpowiednie rozwiązanie w celu wytworzenia odkształcalnego elementu stykowego 18 polega na zastosowaniu litego srebra, metalu o nastę pujących cechach charakterystycznych: niskim spadku napięcia stykowego takż e i przy bardzo niskich obciążenia zaciskowych, wysoką podatnością na odkształcenie, dzięki czemu srebro może się przystosować do ewentualnych nieregularności grubości z ograniczonymi obciążeniami oraz skłonnością do uszczelniania dwóch łączonych powierzchni miedzianych, jak gdyby to była prawdziwa metalowa uszczelka.

Chociaż w zalecanym przykładzie wykonania odniesiono się do elementów stykowych z czystego srebra, na przykład czystego, 99,9% srebra „Fine Silver, można stosować korzystnie także i inne materiały zawierające srebro, które mają równoważne cechy charakterystyczne w zakresie przewodności elektrycznej jak i podatności na odkształcenie mechaniczne. Na przykład do wszystkich rodzajów styków elektrycznych szeroko stosuje się stop srebra znany jako „Sterling Silver albo „SilverCopper Alloy, zawierający około 7,5% miedzi, który może być odpowiedni do stosowania w wynalazku. Do innych stopów srebra, które można stosować, należy stop srebrowo-cynkowo-antymonowy znany jako „Silanca, jak również tak zwane stopy „Coin Silver, zawierające 2,5% glinu albo miedzi.

W elektrolizerze przeponowym według wynalazku, przedstawionym na fig. 1, możliwy jest przepływ prądu stałego do 3500 A poprzez srebrny odkształcalny element stykowy 18, z jednoczesnym utrzymaniem spadku napięcia stykowego poniżej 1 mV, i ze zwykłymi obciążeniami zaciskowymi wymaganymi dla uszczelnienia. Szczególnie korzystną geometrią dla obniżenia zużycia srebra w międzymetalicznym elemencie stykowym jest geometria „typu podkładki, pokazana na fig. 4. W tym przypadku istotne jest zapewnienie ściskania całej podkładki w warunkach roboczych. Z tego powodu podkładka 19, o grubości kilku milimetrów w środkowej ciągłej podstawie, jest wyposażona na swoich dwóch powierzchniach czołowych w regularne chropowatości, na przykład w koncentryczne bruzdki 20 działające jako korzystne punkty albo obszary uszczelnienia stykowego. W typowym rozwiązaniu całkowita wysokość elementu wynosi 3,7 mm, a bruzdki mające początkowo 1,5 mm wysokości ulegają na każdej stronie ściśnięciu o 0,85 mm, co odpowiada naciskowi 1700-2000 kg na styk. Z tymi parametrami, w przypadku bruzdek 20, które mają grzbiety równoważne 40% wystającego obszaru podkładki, spadki napięcia wynoszące od 2 do 3 mV zmierzono przy przepływie prądu stałego o natężeniu 2000 A, co jest wciąż w pełni akceptowalną wartością. Inne korzystne rozwiązanie, zapewniające prostszą konstrukcję podkładki pod względem styku, polega na elemencie stykowym „typu pierścienia, jak przedstawiono na fig. 5. Pierścień 21 otrzymuje się drogą prostego ciecia srebrnej rury. Ten rodzaj styku ma zaletę szybkiej początkowej odkształcalności, a zatem i szybkiego przystosowania się, przy czym jednak nie jest on odpowiedni dla zbyt wysokich obciążeń zaciskowych. W innym korzystnym rozwiązaniu wynalazku bierze się pod uwagę zastosowanie elementu stykowego o kształcie zamkniętym, na przykład elementu przedstawionego na fig. 6. Szczególna cecha charakterystyczna tego rozwiązania polega na usytuowaniu styku na małych powierzchniach poddawanych wysokiemu obciążeniu. Płatkowy kształt pokazany na fig. 6 jest pomocny przy montażu, ponieważ nadaje elementowi właściwość samocentrowania, stąd wiele różnych elementów stykowych o kształcie zamkniętym może pełnić tę samą, technicznie równoważ ną funkcję. Nawet gdyby wszystkie tego rodzaju elementy stykowe wymagały wymiany przy wyjmowaniu anod (na przykład w celu naprawy mechanicznej albo ponownego powlekania elektrokatalicznego), gdy są one poddawane mechanicznemu odkształceniu plastycznemu, to czyste srebro stosowane do ich konstrukcji można łatwo i całkowicie odzyskać pod koniec cyklu użytkowania elementu. Mocowanie konstrukcji anodowych na dnie elektrolizera prowadzi się przez działanie na nakrętkę zaciskową 12, przy czym typowy moment skręcający wynosi około 8 kgm. Układ uszczelniający według wynalazku, oparty na zastosowaniu pierścieni typu „O-ring 16, nie wymaga stosowania żadnego sprężystego elementu, takiego jak np. podkładki krążkowe umieszczone pomiędzy miedzianym dnem 11 i nakrętką 12, ponieważ ogólne obramowanie jest wyznaczone przez sztywny styk powierzchni pierścieniowej tulejki 17 z wyłożeniem 13. To samo stosuje się do srebrnego elementu stykowego, zamkniętego w szczelinie wyznaczonej przez układ kołnierz-pierścieniowa tulejka. W opisanej wyżej konstrukcji elektrolizera unika się w ten sposób problemów zwią zanych ze stosowaniem odsłonię tych korodujących uszczelek, zaś

PL 193 177 B1 elektrolizer nadaje się do pracy także przy wysokiej gęstości prądu i wykazuje znaczną elastyczność w zakresie możliwych sposobów jego wykonania.

Opisane powyżej rozwiązania konstrukcyjne maja na celu jedynie podanie przykładu możliwych sposobów wykonania wynalazku bez ograniczania jego zakresu, określonego w zastrzeżeniach patentowych.

Claims (11)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Elektrolizer przeponowy do elektrolizy chlorków metali alkalicznych, zawierający co najmniej jedną anodę przytwierdzoną do podstawy anody i stykającą się z nią elektrycznie za pomocą odbierającego prąd trzonka oddzielonego od krążącego elektrolitu w przedziale anodowym za pomocą hydraulicznego układu uszczelniającego, znamienny tym, że pomiędzy odbierającym prąd trzonkiem (4) i podstawą (1) anody (2) umieszcza się przewodzący i odkształcalny element stykowy (18), a hydrauliczny układ uszczelniający zawiera co najmniej jeden pierścień typu „O-ring' (16), usytuowany odpowiednio względem odbierającego prąd trzonka (4) i umieszczony w szczelinie wyznaczonej przez podstawę (1) anody (2) i przez jeden powstrzymujący element umocowany na trzonku (4) odbierającym prąd.
2. 2. Elektrolizer według zastrz. 1, znamienny tym, że pierścień typu „O-ring' (16) jest wykonany z elastomerowego rdzenia powleczonego warstwą materiału o niskiej podatności na dyfuzję chloru i chemicznie obojętnego.
3. 3. Elektrolizer według zastrz. 1, znamienny tym, że element stykowy (18) jest wykonany ze srebra.
4. 4. Elektrolizer według zastrz. 3, znamienny tym, że element stykowy (18) jest elementem stykowym z litego srebra.
5. 5. Elektrolizer według zastrz. 3, znamienny tym, że srebrny element stykowy (18) ma kształt podkładki (19) wyposażonej w bruzdki (20).
6. 6. Elektrolizer według zastrz. 3, znamienny tym, że element stykowy (18) ma kształt pierścienia (21).
7. 7. Elektrolizer według zastrz. 3, znamienny tym, że element stykowy (18) ma kształt zamknięty.
8. 8. Elektrolizer według zastrz. 7, znamienny tym, że element (18) stykowy o kształcie zamkniętym jest elementem samocentrującym.
9. 9. Elektrolizer według zastrz. 1, znamienny tym, że element powstrzymujący zawiera pierścieniową tulejkę (17) przyspawaną do kołnierza (14).
10. 10. Sposób modyfikacji elektrolizera przeponowego, w szczególności zawierającego element powstrzymujący zawierający kołnierz, znamienny tym, że usuwa się pierwszy hydrauliczny układ uszczelniający, zawierający co najmniej jedną płaską uszczelkę opcjonalnie wyposażoną w co najmniej jedno obrzeże, z jego położenia pomiędzy kołnierzem (14) i podstawą (1) anody (2), a następnie łączy się poprzez spawanie z tym kołnierzem (14) dodatkowy element powstrzymujący i montuje się drugi hydrauliczny układ uszczelniający, zawierający co najmniej jeden pierścień typu „O-ring' (16), zastępując pierwszy hydrauliczny układ uszczelniający.
11. 11. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że łączy się z kołnierzem (14) dodatkowy element powstrzymujący w postaci pierścieniowej tulejki (17).