有限间隙电解槽的改装方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种利用有限电极间间隙装配的隔膜电解槽的改装方法。
【背景技术】
[0002]工业电解处理，例如碱盐水的电解，特别是旨在生产氯气、苛性钠和氢气的氯化钠盐水的电解，通常在电解器中实施，该电解器包括通过分隔物(例如离子交换隔膜)划分的多个电解槽，被划分成分别包含电极的两个隔室(阳极和阴极)。
[0003]通常所利用的基本设计使得阳极隔室包含刚性阳极，该刚性阳极通常包括涂覆有表面电催化膜的冲压(punched)板或膨胀(expanded)板或金属网格，该表面电催化膜包括贵金属氧化物。阴极隔室的结构可以提供不同类型的机械设置。更确切地说，可以根据两种基本机械设计来进行在阴极隔室中阴极的安装。第一种设计提供与隔膜直接接触的阴极(被本领域技术人员称作“零间隙”的设计)，第二种设计提供与隔膜间隔开l_3mm间隙的阴极(被本领域技术人员称作“有限间隙”的设计)。在该第二种技术中，需要在阳极与阴极表面之间保持特定距离(大约2-3_)，使得槽电压受到与由阴极和隔膜之间的液相电流输送而生成的电阻电压降相关的分量的惩罚:由于槽电压与能量消耗(通常以kWh每吨氯气或苛性钠表示)成正比，由此可见所述过程的总体经济性是不利的。为了克服该问题，隔膜电解槽(特别是用于氯碱电解)的设计随着时间经历了重大改变，出现了能够使得阴极的表面与隔膜接触的阴极结构，即由前面提到的“零间隙”限定所指的结果。鉴于由完全去除和替换“有限间隙”槽引起的日益增高的能量成本以及不适宜的经济性和可行性，已经证实需要一种技术以允许利用现有的槽设计和材料把存在于电解装置中的这种槽转化成更加高效的“零间隙”技术。
【发明内容】
[0004]在所附权利要求书中阐述了本发明的各个方面。
[0005]在一方面，本发明涉及一种电解槽的改装方法，所述电解槽包括通过离子交换隔膜分开的由后壁分界的阴极隔室和阳极隔室，所述阴极隔室包含固定到阴极支撑件的平面几何结构的刚性阴极，所述平面刚性阴极被保持在与离子交换隔膜l_3mm的间隙处，所述阳极隔室包含与离子交换隔膜接触的阳极，所述方法包括以下同时或顺序步骤:
[0006]-通过对被包括在与所述阴极支撑件的接触表面之间的区段的塑性形变对所述刚性阴极进行整形；
[0007]-将预先成形的导电弹性元件覆盖到所述刚性阴极上，所述导电弹性元件具有对应于所述阴极支撑件与所述阴极的接触表面的压缩区段；
[0008]-把设置有催化涂层的柔性平面阴极覆盖到所述导电弹性元件上。
[0009]通过上述方法，能够在不浪费材料的情况下将“有限间隙”技术设计的电解槽有利地转化成“零间隙”技术设计的电解槽。实际上，除了提供操作期间的更加均匀的电流分布，从而最小化能量消耗所基于的单个电解槽的电压的优点之外，这样的转化还允许将阴极复用为集流器。不焊接(unwelding)阴极，从而避免了为每一个槽提供新的阴极集流器的随之发生的需求。
[0010]这里使用的术语“通过塑性形变进行整形”意味着使得刚性阴极永久性弯曲的形变，从而产生能够接纳适当地预先成形的导电弹性元件的体积。
[0011]本发明的方法可以被应用于包含例如采取厚度处于0.4-4_之间的镍冲压金属板或网格的形式的刚性平面阴极的电解槽。
[0012]所述柔性平面阴极可以采取设置有电催化膜的厚度处于0.2和0.5_之间的薄镍冲压板或柔性平面网格的形式。
[0013]在一个实施例中，当在将要改装的槽中存在所谓的格栅几何结构的阳极时，根据本发明的方法包括以下附加步骤:把设置有催化涂层的平面阳极网格覆盖并且固定到所述格栅形状的阳极上。
[0014]这里使用的术语“格栅几何结构”意味着通过在金属板上的水平平行的和交错的行中做出适当长度的切口，并且随后使得所述板对应于所述切口形变从而形成多个瓦(tile)而获得的几何结构，正如在EP1641962中所描述的那样。
[0015]例如通过焊接把平面几何结构的阳极网格覆盖并且固定到格栅阳极允许隔膜(根据“零间隙”设计压缩在阴极侧上)与阳极建立充分的接触而不会受到损坏。
[0016]在一个实施例中，根据本发明的方法使得通过被包括在与阴极支撑件的接触表面之间的区段的处于1_5_范围内的塑性形变对刚性平面阴极进行整形。
[0017]在一个实施例中，预先成形的导电弹性元件具有对应于刚性阴极与阴极支撑件的接触表面的厚度低于1_的压缩区段。
[0018]所述阴极支撑件可以采取固定刚性阴极与阴极后壁之间的距离的平行肋条的形式。
[0019]所述阴极支撑件和阳极支撑件可以分别由镍和钛制成。
[0020]所述导电弹性元件可以例如通过两个或更多导电皱褶金属网叠加而获得，或者可以从通过贯通(interpenetrated)的线圈形成的垫层获得，所述线圈是从一个或多个由镍制成的总厚度通常为2.5-5mm的金属线开始而获得的。
[0021]当改装的槽是用于氯碱电解的槽时，施加在阴极和阳极上的催化膜是具有本领域内已知的成分的催化膜，用于在阴极侧释出氢气并且在阳极侧释出氯气。
[0022]在另一方面，本发明涉及一种包括通过离子交换隔膜分开的由阴极后壁分界的阴极隔室和阳极隔室的电解槽，所述阴极隔室包含阴极支撑件、具有被包括在与所述阴极支撑件的接触表面之间的沿着垂直轴塑性形变1_5_的区段的刚性电流分配器、具有对应于所述刚性电流分配器与阴极支撑件的接触表面的厚度处于0.1-1mm范围内的区段的导电弹性元件、包括在一侧与导电弹性元件均匀接触并且在另一侧与离子交换隔膜均匀接触的厚度范围从0.2-0.5mm的冲压板或网格的柔性阴极，所述阳极隔室包含与离子交换隔膜均匀接触的阳极。
[0023]在所述电解槽的一个实施例中，所述阳极由格栅形状的基底形成，其具有厚度范围从0.3-lmm的平面冲压板或网格并且设置有固定在其上的电催化膜。
[0024]在另一方面中，本发明涉及一种包括通过根据本发明的前面描述的方法获得的多个基本的槽的模块化设置。
[0025]现在将参考附图来描述例示根据本发明的改装的方法的一些实现方式，附图的唯一目的是相对于本发明的所述具体实现方式来说明不同元件的相互设置；具体来说，附图不一定是按比例绘制的。
【附图说明】
[0026]图1示出了根据被称作“有限间隙”的技术的机械设计的包括在两个阴极支撑件之间的槽的部分的组装。
[0027]图2示出了根据本发明的方法改装之后的包括在两个阴极支撑件之间的槽的部分的组装。
[0028]图3示出了根据本发明改装之后的整个槽的组装。
【具体实施方式】
[0029]图1示出了根据被称作“有限间隙”的技术的机械设计的