Célula electrolítica bipolar, sin intersticios.

Unidad de celda electrolítica bipolar, del tipo sin intersticios, para su utilización en un dispositivo electrolítico del tipo de filtro prensa que tiene una serie de celdas electrolíticas bipolares

(30) y una serie de membranas de intercambio catiónico (28) dispuestas cada una entre celdas electrolíticas bipolares adyacentes, cuyas celdas comprenden:

- una cámara anódica;

- un ánodo (11) dispuesto en la cámara anódica, estando formado dicho ánodo (11) de un material de base del ánodo que comprende titanio expandido y una red de alambre de titanio con un porcentaje de área abierta del 25% al 75%, teniendo dicho ánodo, después de ser aplicado con un catalizador sobre el material de base del ánodo, una diferencia de alturas máxima de 5 mm a 50 mm entre las irregularidades en la superficie del mismo, y un grosor de 0,7 a 2,0 mm;

- una cámara catódica dispuesta adosada a la cámara anódica, en la que la cámara catódica está separada de la cámara anódica por un tabique de separación (5);

- un cátodo que tiene, por lo menos, dos capas apiladas en la cámara catódica sobre una placa conductiva (3), estando dispuesto entre dichas capas y el tabique de separación (5), incluyendo dichas capas una capa de un cátodo de generación de hidrógeno (1) dispuesta en una zona en contacto con la membrana (28) de intercambio catiónico y una capa de rejilla almohadillada conductiva (2) adyacente a la capa de un cátodo de generación de hidrógeno y permitiendo el paso del gas generado del cátodo hacia el lado del tabique de separación (5) y proporcionando un contacto estrecho entre el ánodo (11) y el cátodo;

- cámaras de separación gas-líquido (7) formadas integralmente con porciones no conductivas en las partes superiores de las cámaras anódica y catódica;

en la que la cámara anódica y la cámara catódica de celdas adyacentes tienen la membrana (28) de intercambio catiónico interpuesta entre una junta (27) del cátodo y una junta (29) del ánodo.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/JP2003/015101.

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-2533254_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Célula electrolítica bipolar, 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 varias celdas electrolíticas bipolares dispuestas entre las membranas de intercambio catiónico, cada una de las cuales comprende una cámara anódica y una cámara catódica dispuestas adosadas unas a las otras. En la cámara catódica existen, por lo menos, dos capas de una capa de una rejilla conductiva almohadillada y un cátodo de generación de hidrógeno apilado sobre la capa de una rejilla conductiva 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 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 la 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-1-25836, 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 presión expandida y una pantalla de malla fina en el cátodo. Sin embargo, en estas celdas electrolíticas, la resistencia de la rejilla, la forma del ánodo, la distribución de la concentración del 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 JP-A-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 JP-A-61-500669 (que corresponde al documento WO85/2419) .

Estas celdas electrolíticas unitarias carecen de cámara de separación aire-líquido formada en su interior, 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 vez 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 electrolítica.

El documento JP-U-59-153376 da a conocer una placa de eliminación de olas, como una contramedida para impedir vibraciones en una celda electrolítica. Sin embargo, esto sólo, no puede proporcionar un efecto suficiente de eliminación de olas, 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 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 es todavía suficientemente elevada como para tener posibles efectos negativos en la membrana de intercambio iónico.

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

CARACTERÃ?STICAS 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 de intercambio iónico robusta que casi nunca se rompe, en la que el líquido del ánodo y el líquido del cátodo tienen unos márgenes predeterminados 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 impidiendo posibles daños de la membrana de intercambio iónico, provocados por vibraciones de gas en la celda electrolítica.

Esta invención da a conocer... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Unidad de celda electrolítica bipolar, del tipo sin intersticios, para su utilización en un dispositivo electrolítico del tipo de filtro prensa que tiene una serie de celdas electrolíticas bipolares (30) y una serie de membranas de intercambio catiónico (28) dispuestas cada una entre celdas electrolíticas bipolares adyacentes, cuyas celdas comprenden:

- una cámara anódica;

-un ánodo (11) dispuesto en la cámara anódica, estando formado dicho ánodo (11) de un material de base del ánodo que comprende titanio expandido y una red de alambre de titanio con un porcentaje de área abierta del 25% al 75%, teniendo dicho ánodo, después de ser aplicado con un catalizador sobre el material de base del ánodo, una diferencia de alturas máxima de 5 μm a50 μm entre las irregularidades en la superficie del mismo, y un grosor de 0, 7 a 2, 0 mm;

- una cámara catódica dispuesta adosada a la cámara anódica, en la que la cámara catódica está separada de la cámara anódica por un tabique de separación (5) ;

- un cátodo que tiene, por lo menos, dos capas apiladas en la cámara catódica sobre una placa conductiva (3) , estando dispuesto entre dichas capas y el tabique de separación (5) , incluyendo dichas capas una capa de un cátodo de generación de hidrógeno (1) dispuesta en una zona en contacto con la membrana (28) de intercambio catiónico y una capa de rejilla almohadillada conductiva (2) adyacente a la capa de un cátodo de generación de hidrógeno y permitiendo el paso del gas generado del cátodo hacia el lado del tabique de separación (5) y proporcionando un contacto estrecho entre el ánodo (11) y el cátodo;

- cámaras de separación gas-líquido (7) formadas integralmente con porciones no conductivas en las partes superiores de las cámaras anódica y catódica;

en la que la cámara anódica y la cámara catódica de celdas adyacentes tienen la membrana (28) de intercambio 30 catiónico interpuesta entre una junta (27) del cátodo y una junta (29) del ánodo.

2. Unidad de celda electrolítica bipolar, del tipo sin intersticios, según la reivindicación 1, en la que dicho material de base del ánodo comprende titanio expandido que se forma durante el proceso de expansión y laminación con rodillos de una placa de titanio.

3. Unidad de celda electrolítica bipolar, del tipo sin intersticios, según la reivindicación 2, en la que el metal tiene un grosor después del proceso de expansión y laminación con rodillos del 95% al 105% del grosor de la placa antes del proceso de expansión.

4. Unidad de celda electrolítica bipolar, del tipo sin intersticios, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que dicho cátodo (1) de generación de hidrógeno está formado de un material de base con un grosor de 0, 05 mm a 0, 5 mm y está seleccionado de entre un grupo de una red de alambre de níquel, níquel metálico expandido y una placa de níquel perforada, porosa, y dicho cátodo (1) de generación de hidrógeno tiene una capa de recubrimiento de catalizador electrolítico formada en el mismo, que tiene un grosor de 50 μm o menos.

5. Unidad de celda electrolítica bipolar, del tipo sin intersticios, según la reivindicación 1, en la que en dichas cámaras (7) de separación gas-líquido, por lo menos, un conducto cilíndrico y una placa deflectora (9) sirven de trayectoria de circulación interna para el electrolito que está dispuesto, por lo menos, entre una parte del tabique divisorio de las cámaras anódica y catódica que forman el electrodo asociado (1 o 11) .

6. Unidad de celda electrolítica bipolar, del tipo sin intersticios, según la reivindicación 5, en la que dichas cámaras (7) de separación gas-líquido están formadas con placas divisorias (20) en las mismas.