有限間隙電解槽的改裝方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種利用有限電極間間隙裝配的隔膜電解槽的改裝方法。
【背景技術】
[0002]工業電解處理，例如堿鹽水的電解，特別是旨在生產氯氣、苛性鈉和氫氣的氯化鈉鹽水的電解，通常在電解器中實施，該電解器包括通過分隔物(例如離子交換隔膜)劃分的多個電解槽，被劃分成分別包含電極的兩個隔室(陽極和陰極)。
[0003]通常所利用的基本設計使得陽極隔室包含剛性陽極，該剛性陽極通常包括涂覆有表面電催化膜的沖壓(punched)板或膨脹(expanded)板或金屬網格，該表面電催化膜包括貴金屬氧化物。陰極隔室的結構可以提供不同類型的機械設置。更確切地說，可以根據兩種基本機械設計來進行在陰極隔室中陰極的安裝。第一種設計提供與隔膜直接接觸的陰極(被本領域技術人員稱作“零間隙”的設計)，第二種設計提供與隔膜間隔開l_3mm間隙的陰極(被本領域技術人員稱作“有限間隙”的設計)。在該第二種技術中，需要在陽極與陰極表面之間保持特定距離(大約2-3_)，使得槽電壓受到與由陰極和隔膜之間的液相電流輸送而生成的電阻電壓降相關的分量的懲罰:由于槽電壓與能量消耗(通常以kWh每噸氯氣或苛性鈉表示)成正比，由此可見所述過程的總體經濟性是不利的。為了克服該問題，隔膜電解槽(特別是用于氯堿電解)的設計隨著時間經歷了重大改變，出現了能夠使得陰極的表面與隔膜接觸的陰極結構，即由前面提到的“零間隙”限定所指的結果。鑒于由完全去除和替換“有限間隙”槽引起的日益增高的能量成本以及不適宜的經濟性和可行性，已經證實需要一種技術以允許利用現有的槽設計和材料把存在于電解裝置中的這種槽轉化成更加高效的“零間隙”技術。
【發明內容】
[0004]在所附權利要求書中闡述了本發明的各個方面。
[0005]在一方面，本發明涉及一種電解槽的改裝方法，所述電解槽包括通過離子交換隔膜分開的由后壁分界的陰極隔室和陽極隔室，所述陰極隔室包含固定到陰極支撐件的平面幾何結構的剛性陰極，所述平面剛性陰極被保持在與離子交換隔膜l_3mm的間隙處，所述陽極隔室包含與離子交換隔膜接觸的陽極，所述方法包括以下同時或順序步驟:
[0006]-通過對被包括在與所述陰極支撐件的接觸表面之間的區段的塑性形變對所述剛性陰極進行整形；
[0007]-將預先成形的導電彈性元件覆蓋到所述剛性陰極上，所述導電彈性元件具有對應于所述陰極支撐件與所述陰極的接觸表面的壓縮區段；
[0008]-把設置有催化涂層的柔性平面陰極覆蓋到所述導電彈性元件上。
[0009]通過上述方法，能夠在不浪費材料的情況下將“有限間隙”技術設計的電解槽有利地轉化成“零間隙”技術設計的電解槽。實際上，除了提供操作期間的更加均勻的電流分布，從而最小化能量消耗所基于的單個電解槽的電壓的優點之外，這樣的轉化還允許將陰極復用為集流器。不焊接(unwelding)陰極，從而避免了為每一個槽提供新的陰極集流器的隨之發生的需求。
[0010]這里使用的術語“通過塑性形變進行整形”意味著使得剛性陰極永久性彎曲的形變，從而產生能夠接納適當地預先成形的導電彈性元件的體積。
[0011]本發明的方法可以被應用于包含例如采取厚度處于0.4-4_之間的鎳沖壓金屬板或網格的形式的剛性平面陰極的電解槽。
[0012]所述柔性平面陰極可以采取設置有電催化膜的厚度處于0.2和0.5_之間的薄鎳沖壓板或柔性平面網格的形式。
[0013]在一個實施例中，當在將要改裝的槽中存在所謂的格柵幾何結構的陽極時，根據本發明的方法包括以下附加步驟:把設置有催化涂層的平面陽極網格覆蓋并且固定到所述格柵形狀的陽極上。
[0014]這里使用的術語“格柵幾何結構”意味著通過在金屬板上的水平平行的和交錯的行中做出適當長度的切口，并且隨后使得所述板對應于所述切口形變從而形成多個瓦(tile)而獲得的幾何結構，正如在EP1641962中所描述的那樣。
[0015]例如通過焊接把平面幾何結構的陽極網格覆蓋并且固定到格柵陽極允許隔膜(根據“零間隙”設計壓縮在陰極側上)與陽極建立充分的接觸而不會受到損壞。
[0016]在一個實施例中，根據本發明的方法使得通過被包括在與陰極支撐件的接觸表面之間的區段的處于1_5_范圍內的塑性形變對剛性平面陰極進行整形。
[0017]在一個實施例中，預先成形的導電彈性元件具有對應于剛性陰極與陰極支撐件的接觸表面的厚度低于1_的壓縮區段。
[0018]所述陰極支撐件可以采取固定剛性陰極與陰極后壁之間的距離的平行肋條的形式。
[0019]所述陰極支撐件和陽極支撐件可以分別由鎳和鈦制成。
[0020]所述導電彈性元件可以例如通過兩個或更多導電皺褶金屬網疊加而獲得，或者可以從通過貫通(interpenetrated)的線圈形成的墊層獲得，所述線圈是從一個或多個由鎳制成的總厚度通常為2.5-5mm的金屬線開始而獲得的。
[0021]當改裝的槽是用于氯堿電解的槽時，施加在陰極和陽極上的催化膜是具有本領域內已知的成分的催化膜，用于在陰極側釋出氫氣并且在陽極側釋出氯氣。
[0022]在另一方面，本發明涉及一種包括通過離子交換隔膜分開的由陰極后壁分界的陰極隔室和陽極隔室的電解槽，所述陰極隔室包含陰極支撐件、具有被包括在與所述陰極支撐件的接觸表面之間的沿著垂直軸塑性形變1_5_的區段的剛性電流分配器、具有對應于所述剛性電流分配器與陰極支撐件的接觸表面的厚度處于0.1-1mm范圍內的區段的導電彈性元件、包括在一側與導電彈性元件均勻接觸并且在另一側與離子交換隔膜均勻接觸的厚度范圍從0.2-0.5mm的沖壓板或網格的柔性陰極，所述陽極隔室包含與離子交換隔膜均勻接觸的陽極。
[0023]在所述電解槽的一個實施例中，所述陽極由格柵形狀的基底形成，其具有厚度范圍從0.3-lmm的平面沖壓板或網格并且設置有固定在其上的電催化膜。
[0024]在另一方面中，本發明涉及一種包括通過根據本發明的前面描述的方法獲得的多個基本的槽的模塊化設置。
[0025]現在將參考附圖來描述例示根據本發明的改裝的方法的一些實現方式，附圖的唯一目的是相對于本發明的所述具體實現方式來說明不同元件的相互設置；具體來說，附圖不一定是按比例繪制的。
【附圖說明】
[0026]圖1示出了根據被稱作“有限間隙”的技術的機械設計的包括在兩個陰極支撐件之間的槽的部分的組裝。
[0027]圖2示出了根據本發明的方法改裝之后的包括在兩個陰極支撐件之間的槽的部分的組裝。
[0028]圖3示出了根據本發明改裝之后的整個槽的組裝。
【具體實施方式】
[0029]圖1示出了根據被稱作“有限間隙”的技術的機械設計的