Celda electrolítica bipolar, del tipo sin intersticios.

Procedimiento de modificación de una celda electrolítica bipolar, del tipo de intersticios finitos

, en una celda electrolítica bipolar, del tipo sin intersticios, siendo la celda electrolítica bipolar del tipo de intersticios finitos para su utilización en un dispositivo electrolítico del tipo de filtro prensa que tiene una serie de celdas electrolíticas bipolares y una serie de membranas de intercambio catiónico dispuestas, cada una, entre las celdas electrolíticas bipolares adyacentes, comprendiendo las celdas electrolíticas bipolares, del tipo de intersticios finitos, una cámara anódica, un ánodo dispuesto en la cámara anódica, una cámara catódica dispuesta adosada a la cámara anódica, y un cátodo dispuesto en la cámara catódica y cámaras de separación gas-líquido formadas respectivamente en las partes superiores de las cámaras anódica y catódica, estando el procedimiento caracterizado por:

configurar el cátodo existente como una placa conductiva;

disponer una capa de rejilla almohadillada conductiva apilada sobre la placa conductiva; y

disponer un nuevo cátodo de generación de hidrógeno apilado sobre la capa de rejilla almohadillada conductiva para poner en contacto el cátodo de generación de hidrógeno con la membrana de intercambio catiónico.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E09150367.

Solicitante: ASAHI KASEI CHEMICALS CORPORATION.

Nacionalidad solicitante: Japón.

Dirección: 1-2, YURAKU-CHO 1-CHOME, CHIYODA-KU TOKYO 100-8440 JAPON.

Inventor/es: NOAKI,Yasuhide , HOUDA,HIROYOSHI.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > PROCESOS ELECTROLITICOS O ELECTROFORETICOS; SUS APARATOS > PROCESOS ELECTROLITICOS O ELECTROFORETICOS PARA LA... > Células o acoplamientos de células; Elementos de... > C25B9/20 (del tipo filtro-prensa)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > PROCESOS ELECTROLITICOS O ELECTROFORETICOS; SUS APARATOS > PROCESOS ELECTROLITICOS O ELECTROFORETICOS PARA LA... > Electrodos; Su fabricación no prevista anteriormente > C25B11/03 (perforados o agujereados)

PDF original: ES-2547403_T3.pdf

 

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Ilustración 1 de Celda electrolítica bipolar, del tipo sin intersticios.
Ilustración 2 de Celda electrolítica bipolar, del tipo sin intersticios.
Ilustración 3 de Celda electrolítica bipolar, del tipo sin intersticios.
Ilustración 4 de Celda electrolítica bipolar, del tipo sin intersticios.
Ilustración 5 de Celda electrolítica bipolar, del tipo sin intersticios.
Celda electrolítica bipolar, del tipo sin intersticios.

Fragmento de la descripción:

Celda electrolítica bipolar, del tipo sin intersticios SECTOR TÉCNICO

La presente invención se refiere a una celda electrolítica bipolar, del tipo sin intersticios.

Dicha celda es una celda electrolítica bipolar para su utilización en un dispositivo electrolítico del tipo de filtro prensa. El dispositivo electrolítico tiene muchas celdas electrolíticas bipolares dispuestas en la zona intermedia de las membranas de intercambio catiónico, cada una de las cuales comprende una cámara anódica y una cámara catódica dispuestas adosadas. En la cámara catódica existen, por lo menos, dos capas de una capa de rejilla almohadillada conductiva y un cátodo de generación de hidrógeno apilado sobre la capa de rejilla almohadillada en una zona en la que ésta contacta con la membrana de intercambio catiónico.

Esta celda electrolítica tiene un ánodo que tiene un material de base formado de titanio expandido o de una malla de alambre de titanio con un porcentaje de área abierta comprendido entre el 25 % y el 70 %. La superficie del ánodo, después de que el material de base haya sido aplicado con un catalizador, tiene una diferencia de alturas máxima de 5 µm a 50 µm entre crestas y canales. El ánodo tiene de 0, 7 mm a 2, 0 mm de grosor.

ANTECEDENTES DE LA TÉCNICA

Se han realizado muchas propuestas acerca de una celda electrolítica de cloruro alcalino del tipo de membrana de intercambio iónico para producir hidróxidos de metales alcalinos, muy puros, con una elevada eficiencia de la corriente y una tensión baja. Entre las mismas hay propuestas que consisten en una del tipo sin intersticios, en el que un ánodo y un cátodo están en contacto entre sí con una membrana de intercambio iónico interpuesta entre ambos.

La patente U.S.A. número 4444632, la patente JP-B-6-70276 (correspondiente a la patente U.S.A. número 4.615.775 y a la patente europea número 124125) y la patente JP-A-57-98682 (correspondiente a la patente JP-B-125836, la patente U.S.A. número 4381979 y la patente europea número 50373) han propuesto celdas electrolíticas que utilizan rejillas de alambre. La patente japonesa número 2876427 (correspondiente a la patente U.S.A. número 5599430) propone un colchón para un baño electroquímico.

Algunas de estas patentes tienen una placa de compresión expandida y una pantalla de malla delgada del cátodo. Sin embargo, en estas celdas electrolíticas, la resistencia de la rejilla, la forma del ánodo, la distribución de la concentración de electrolito o las variaciones de presión en el interior de la celda no son adecuadas, lo que, a su vez, da lugar a problemas consistentes en un aumento de tensión no deseable y la rotura de la membrana de intercambio iónico.

Los documentos JP-B-5-34434, JP-A-2000-178781, JP-A-2000-178782, JP-A-2001-64792, JP-A-2001-152380 y JPA-2001-262387 dan a conocer rejillas elásticas y la resistencia de las mismas. Estas referencias dan a conocer asimismo la resistencia de los cátodos y una manera de impedir el aplastamiento de las rejillas.

Estas mejoras son efectivas. Sin embargo, a una densidad de corriente elevada de más de 5 kA/m2, las mejoras no son suficientes para una electrolisis con una eficiencia de la corriente y una tensión estables a largo plazo.

Otras celdas electrolíticas sin intersticios utilizan resortes. Por ejemplo, el documento JP-A-10-53887 da a conocer un dispositivo electrolítico que utiliza un resorte. Sin embargo, el resorte aumenta la presión en zonas locales y puede provocar daños a una membrana en contacto con el mismo. Se dan a conocer dispositivos electrolíticos que pueden utilizar una estructura sin intersticios, por ejemplo, en los documentos JP-A-51-43377, JP-A-62-96688 y JPA-61-500669 (que corresponde a W085/2419) .

Estas celdas electrolíticas unitarias carecen de cámara de separación aire-líquido formada en el interior de las mismas, y extraen gas y líquido en sentido ascendente, tal como sucede en una fase aire-líquido mezclado. Esto produce vibraciones en las celdas electrolíticas unitarias y da lugar a un problema de posible rotura de la membrana de intercambio iónico. Además, no está previsto el interior para mezclar el electrolito y tienen el problema de que es necesario hacer circular un gran volumen de electrolito para distribuir homogéneamente el electrolito en el interior de la cámara electrolítica.

Los documentos JP-A-61-19789 y JP-A-63-11686 dan a conocer una manera de extraer gas y electrolito en sentido descendente en lugar de en sentido ascendente. Sin embargo, en algunos casos el gas y el líquido pueden ser extraídos en una fase mezclada, lo que hace imposible impedir vibraciones en el interior de las celdas electrolíticas unitarias. Además, un elemento de dispersión conductiva o elemento de distribución de la corriente previsto para la circulación interna del electrolito, está dispuesto para hacer uniforme la concentración de electrolito en las celdas, pero tiene el inconveniente de complicar la estructura de la celda de electrolito.

El documento JP-U-59-153376 da a conocer una placa de eliminación de ondas, como una contramedida para impedir vibraciones en una celda electrolítica. Sin embargo, esto sólo, no puede proporcionar un efecto suficiente de eliminación de ondas, y es imposible eliminar completamente las vibraciones provocadas por variaciones de presión en la celda electrolítica.

Los documentos JP-A-4-289184 y JP-A-8-100286 dan a conocer un conducto cilíndrico y una bajante para hacer circular internamente un electrolito para hacer uniforme en la concentración de electrolito en las celdas. Sin embargo, esto hace compleja la estructura de las celdas electrolíticas y aumenta los costes de fabricación. Además, para una electrolisis a una densidad de corriente elevada de más de 5 kA/m2, la distribución de la concentración de electrolito sigue siendo suficientemente grande como para tener posibles efectos negativos sobre la membrana de intercambio iónico.

Además, aunque estas publicaciones intentan impedir vibraciones mediante (1) disponer de una cámara de separación aire-líquido que tiene un volumen relativamente grande y (2) extraer en sentido descendente u horizontal, gas y líquido en estado separado, se pueden seguir produciendo vibraciones en algunos casos con una densidad de corriente elevada de más de 5 kA/m2.

CARACTETÍSTICAS DE LA INVENCIÓN

La invención tiene el objetivo de dar a conocer una celda electrolítica del tipo sin intersticios, bipolar, y un procedimiento de electrolisis que permite una electrolisis estable a una densidad de corriente elevada, con una estructura simple y fiable.

Más específicamente, el objetivo de la invención es dar a conocer una celda electrolítica del tipo sin intersticios, bipolar, que tiene una estructura sin intersticios con una membrana robusta de intercambio iónico que casi nunca se rompe, en la que el líquido del ánodo y líquido del cátodo tienen una gama predeterminada de distribución de la concentración. Un objetivo es permitir la electrolisis con menores variaciones de presión en el interior de las celdas, y por lo tanto con una mayor estabilidad a largo plazo cuando se realiza la electrolisis con una densidad de corriente elevada de más de 4 kA/m2 con la utilización de un dispositivo electrolítico del tipo de membrana de intercambio iónico sin intersticios. Otro objetivo es dar a conocer un procedimiento de electrolisis para la celda.

Otro objetivo de la invención es dar a conocer una celda electrolítica del tipo sin intersticios, bipolar, que permite la electrolisis con estabilidad a largo plazo al impedir posibles daños de la membrana de intercambio iónico, provocados por vibraciones de gas en la celda electrolítica.

Esta invención... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento de modificación de una celda electrolítica bipolar, del tipo de intersticios finitos, en una celda electrolítica bipolar, del tipo sin intersticios, siendo la celda electrolítica bipolar del tipo de intersticios finitos para su 5 utilización en un dispositivo electrolítico del tipo de filtro prensa que tiene una serie de celdas electrolíticas bipolares y una serie de membranas de intercambio catiónico dispuestas, cada una, entre las celdas electrolíticas bipolares adyacentes, comprendiendo las celdas electrolíticas bipolares, del tipo de intersticios finitos, una cámara anódica, un ánodo dispuesto en la cámara anódica, una cámara catódica dispuesta adosada a la cámara anódica, y un cátodo dispuesto en la cámara catódica y cámaras de separación gas-líquido formadas respectivamente en las partes superiores de las cámaras anódica y catódica, estando el procedimiento caracterizado por:

configurar el cátodo existente como una placa conductiva;

disponer una capa de rejilla almohadillada conductiva apilada sobre la placa conductiva; y disponer un nuevo cátodo de generación de hidrógeno apilado sobre la capa de rejilla almohadillada conductiva para poner en contacto el cátodo de generación de hidrógeno con la membrana de intercambio catiónico.

2. Procedimiento de modificación, según la reivindicación 1, caracterizado porque la configuración del cátodo existente como placa conductiva incluye retirar una capa de recubrimiento del catalizador de la electrolisis del cátodo existente, en el que la capa de recubrimiento del catalizador de la electrolisis tiene un grosor de 50 µm o menor.

3. Procedimiento de modificación, según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por la formación del ánodo en un perfil plano con irregularidades dispuestas sobre una superficie. 25

4. Procedimiento de modificación, según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho ánodo está formado de un material de base del ánodo que comprende uno de titanio expandido y una red de alambre de titanio con un porcentaje de área abierta del 25 % al 75 %, y dicho ánodo, después de ser aplicado con un catalizador sobre el material de base del ánodo, tiene una diferencia de alturas de 5 µm a 50 µm como máximo entre irregularidades sobre la superficie del mismo, y un grosor de 0, 7 mm a 2, 0 mm.

5. Procedimiento de modificación, según la reivindicación 4, caracterizado porque dicho material de base del ánodo comprende el titanio expandido que está formado de una placa de titanio mediante un proceso de expansión y, a continuación, un proceso de laminación con rodillos.

6. Procedimiento de modificación, según la reivindicación 5, caracterizado porque, mediante el proceso de laminación con rodillos posterior al proceso de expansión, el grosor de dicho metal se establece en un intervalo del 95 % al 105 % del grosor de la placa antes del proceso de expansión.

7. Procedimiento de modificación, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque dicho cátodo de generación de hidrógeno está formado de un material de base que tiene un grosor de 0, 05 mm a 0, 5 mm, y seleccionado de entre un grupo de red de alambre de níquel, níquel metálico expandido y una placa de níquel perforada, porosa, y dicho cátodo de generación de hidrógeno tiene una capa de recubrimiento de un catalizador electrolítico formada sobre el mismo y con un grosor de 50 µm o menos.

8. Procedimiento de modificación, según la reivindicación 1, caracterizado porque por lo menos uno de un conducto cilíndrico y una placa deflectora que sirven como trayectoria de circulación interior para un electrolito está dispuesto, por lo menos, entre una parte de la pared de separación de las cámaras anódica y catódica que forman el electrodo asociado.

9. Procedimiento de modificación, según las reivindicaciones 1 y 8, caracterizado porque dichas cámaras de separación gas-líquido están formadas respectivamente en las partes superiores de las cámaras anódica y catódica.