Celda unitaria para utilizar en una celda electrolítica con solución acuosa de cloruro de metal alcalino de tipo filtro prensa bipolar que comprende una serie de celdas unitarias que están dispuestas en serie a través de una membrana de intercambio catiónico dispuesta entre las celdas unitarias adyacentes respectivas,

comprendiendo cada celda unitaria: un cuerpo en forma de placa del lado del ánodo que tiene un compartimiento del ánodo y una cámara de separación gas-líquido del lado del ánodo que está dispuesta en un espacio sin flujo de corriente del lado del ánodo que queda por encima de dicho compartimiento del ánodo y se extiende por toda la longitud del lado superior de dicho compartimiento del ánodo, y un cuerpo en forma de placa del lado del cátodo que tiene un compartimiento del cátodo y una cámara de separación gas-líquido del lado del cátodo que está dispuesta en un espacio sin flujo de corriente del lado del cátodo que queda por encima de dicho compartimiento del cátodo y se extiende por toda la longitud del lado superior de dicho compartimiento del cátodo, dicho cuerpo en forma de placa del lado del ánodo y dicho cuerpo en forma de placa del lado del cátodo están dispuestos de forma contigua, dichas cámaras de separación gas-líquido del lado del ánodo y del lado del cátodo tienen paredes de fondo con aberturas que separan dichas cámaras de separación gas-líquido del lado del ánodo y del lado del cátodo de dicho compartimiento del ánodo y dicho compartimiento del cátodo, respectivamente, y cada una de las cámaras de separación gas-líquido tiene, en un extremo de la misma, una boquilla de salida de gas y líquido, comprendiendo la mejora un tabique de eliminación de burbujas que está dispuesto, como mínimo, en la cámara de separación gas-líquido del lado del ánodo de dichas cámaras de separación gas-líquido del lado del ánodo y del lado del cátodo y que se extiende hacia arriba de la pared de fondo con aberturas de la cámara de separación gas-líquido, dicho tabique de eliminación de burbujas se extiende a lo largo de toda la longitud de dicha cámara de separación gas-líquido para dividir dicha cámara de separación gas-líquido en un primer pasaje A formado sobre dicha pared de fondo en un área con aberturas de la misma y un segundo pasaje B formado sobre dicha pared de fondo un área sin aberturas de la misma, teniendo dicho tabique de eliminación de burbujas un segmento con aberturas que tiene una serie de aberturas, en la que la proporción de aberturas de dicho segmento con aberturas está en el intervalo de 30 a 70%, sobre la base del área del segmento con aberturas, y el área promedio de las aberturas de dicho segmento con aberturas está en el intervalo de 3 a 60 mm 2 , estando ubicadas las aberturas de dicho segmento con aberturas del tabique de eliminación de burbujas, como mínimo, 10 mm por encima de la superficie interior de la pared de fondo de la cámara de separación gas-líquido, en la que dicho segundo pasaje B se comunica con dicha boquilla de salida de gas y líquido y en la que dicho segundo pasaje B se comunica con el compartimiento del ánodo a través de dicho segmento con aberturas y dicho primer pasaje A

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Sector de la Invención

La presente invención se refiere a una celda unitaria para utilizar en una celda electrolítica con solución acuosa de cloruro de metal alcalino, de tipo filtro prensa, bipolar. Más en particular, la presente invención 5 se refiere al mejoramiento en relación con una celda unitaria para el uso en una celda electrolítica con solución acuosa de cloruro de metal alcalino, de tipo filtro prensa, bipolar, que comprende varias celdas unitarias que se disponen en serie mediante una membrana de intercambio catiónico dispuesta entre celdas unitarias respectivas adyacentes, cada celda unitaria comprende: un cuerpo del lado del ánodo en forma de placa que tiene un compartimiento del ánodo y una cámara de separación gas-líquido del lado 10 del ánodo que se extiende a lo largo del lado superior del compartimiento del ánodo, y un cuerpo del lado del cátodo en forma de placa con un compartimiento del cátodo y una cámara de separación gas-líquido del lado del cátodo, que se extiende a lo largo del lado superior del compartimiento del cátodo, en la que el cuerpo del lado del ánodo en forma de placa y el cuerpo del lado del cátodo en forma de placa están dispuestos de manera contigua, en la que las cámaras de separación gas-líquido del lado del ánodo y del 15 lado del cátodo tienen paredes de fondo perforadas que separan las cámaras de separación gas-líquido del lado del ánodo y del lado del cátodo del compartimiento del ánodo y del compartimiento del cátodo, respectivamente. La mejora comprende un tabique de eliminación de burbujas que está dispuesto, como mínimo, en la cámara de separación de gas-líquido del lado del ánodo de las cámaras de separación de gas-líquido del lado del cátodo y del lado del ánodo y que se extienden hacia arriba de la pared con 20 aberturas del fondo de la cámara de separación gas-líquido, en la que el tabique de eliminación de burbujas se extiende a lo largo de la cámara de separación gas-líquido, para dividir la cámara de separación gas-líquido en un primer pasaje -A-, formado sobre la pared de fondo en un área con aberturas de ésta y un segundo pasaje -B-, que se forma sobre la pared de fondo en un área sin aberturas de ésta y que se comunica con una boquilla de salida de gas y líquido, y en la que el tabique de 25 eliminación de burbujas tiene un segmento con aberturas y las aberturas del segmento con aberturas del tabique de eliminación de burbujas se dispone, como mínimo, 10 mm por encima de la superficie interior de la pared de fondo de la cámara de separación gas-líquido.

La celda unitaria de la presente invención es ventajosa porque el gas y la solución electrolítica se pueden descargar en una condición en la que el gas y la solución electrolítica se separan sustancialmente de 30 forma completa uno de otro. Por lo tanto, la celda electrolítica que emplea la celda unitaria de la presente invención tiene la ventaja de que, aún cuando la electrolisis se lleva a cabo a una alta densidad de corriente, se puede suprimir la ocurrencia de ruptura de una membrana de intercambio iónico debido a las vibraciones en la celda electrolítica.

Técnica Anterior 35

En general, para llevar a cabo una electrolisis de manera estable de un cloruro de metal alcalino para lograr la producción de bajo coste de cloro, hidrógeno e hidróxido de un metal alcalino, se requiere que el coste del equipamiento sea bajo, que el voltaje electrolítico sea bajo, que las vibraciones o similares en la celda electrolítica no causen la ruptura de una membrana de intercambio iónico y que la distribución de concentración de una solución electrolítica en un compartimiento del electrodo sea pequeña, causando de 40 esta manera que el voltaje y la eficiencia de la corriente de una membrana de intercambio iónico sean estables durante un periodo de tiempo prolongado, etc.

En años recientes, de acuerdo con los requisitos mencionados anteriormente, se han llevado a cabo progresos notables en la tecnología de la electrolisis del cloruro de un metal alcalino usando una membrana de intercambio iónico (es decir, la tecnología de la electrolisis de membrana de intercambio 45 iónico). Las mejoras son especialmente notables en el funcionamiento de las membranas de intercambio iónico, electrodos y celdas electrolíticas. En el momento en que se introdujo por primera vez la electrolisis de membrana de intercambio iónico, el consumo de electricidad de la electrolisis de membrana de intercambio iónico llevada a cabo a una densidad de corriente de 30 A/dm2 era tan grande como 2.600 kW por tonelada de NaOH producido. Sin embargo, como resultado del gran progreso mencionado 50 anteriormente en la técnica en años recientes, el consumo de electricidad de la electrolisis de membrana de intercambio iónico llevada a cabo a una densidad de corriente de 30 A/dm2 se ha reducido a aproximadamente 2.000 kW o menos por tonelada de NaOH producido. Por otra parte, existe un gran interés reciente por incrementar las dimensiones del equipamiento para llevar a cabo la electrolisis, ahorrar energía e incrementar la eficiencia. Además, se desea que la electrolisis se pueda llevar a cabo a 55 una densidad de corriente tan elevada como 50 A/dm2 o más, que es mucho más elevada que la densidad de corriente de 30 A/dm2 mencionada anteriormente, que fue el valor máximo posible en el momento de la introducción de la electrolisis de membrana de intercambio iónico.

Sin embargo, cuando la electrolisis se lleva a cabo a una alta densidad de corriente, se incrementa la cantidad de gas formado, causando un incremento en las fluctuaciones de presión en la celda 60 electrolítica, de manera tal que se generan vibraciones en la celda electrolítica. Cuando se lleva a cabo la electrolisis a una elevada densidad de corriente durante mucho tiempo, se ha presentado convencionalmente el problema de que las vibraciones en la celda electrolítica pueden provocar la ruptura de la membrana de intercambio iónico.

Las burbujas de gas tienen una gran influencia, especialmente en el compartimiento del ánodo de la celda unitaria, de una celda electrolítica de cloruro de metal alcalino. Por ejemplo, cuando la electrolisis se lleva a cabo bajo condiciones de electrolisis en las que la densidad de corriente es de 40 A/dm2, la presión de 5 la reacción es de 0,1 MPa, y la temperatura de reacción es de 90 °C, la parte superior del compartimiento del ánodo se llena de burbujas de gas, de tal manera que es probable que la solución electrolítica en la parte superior del compartimiento del ánodo tenga zonas que contienen burbujas de gas en una cantidad tal alta como el 80% del volumen o más. La proporción de tales zonas de alto contenido de burbujas en la solución electrolítica tiende a incrementarse según el incremento en la densidad de corriente. 10

Dicha zona de la solución electrolítica, en la que la proporción gas/líquido es alta, tiene poca fluidez. Por lo tanto, cuando la solución electrolítica en la celda tiene una zona con una elevada proporción gas/líquido, la solución electrolítica tiene mala circulación, de manera que no sólo la concentración de la solución electrolítica se encuentra localmente reducida, sino que es probable que el gas se estanque en la celda electrolítica. La proporción de la zona de la solución electrolítica con una relación gas/líquido 15 elevada se puede disminuir hasta cierto punto por un método en el que la presión electrolítica se incrementa o la cantidad de la solución electrolítica circulada se incrementa grandemente. Sin embargo, dicho método para disminuir la proporción de una zona de la solución electrolítica con alta relación gas/líquido presenta problemas porque se sacrifica la seguridad y el coste del equipamiento se vuelve elevado. 20

De manera convencional, se han hecho muchas propuestas en relación con la celda unitaria para la electrolisis de membrana de intercambio iónico de un cloruro de metal alcalino, en el que se puede producir un hidróxido de metal alcalino de alta pureza a alta densidad de corriente. Por ejemplo, estas propuestas son hechas en la Solicitud de Patente Japonesa Abierta a Inspección Pública no examinada Núm. 51-43377 (correspondiente a la Patente de EEUU Núm. 4.111.779), la Solicitud de Patente 25 Japonesa Abierta a Inspección Pública no examinada Núm. 62-96688 (correspondiente a la Patente de EEUU Núm. 4.734.180), y la Publicación de la Solicitud de Patente Japonesa Abierta a Inspección Pública no examinada Núm. 62-500669 (correspondiente a la Patente de EEUU. Núm. 4.602.984). Las celdas unitarias que se dan a conocer en...

1. Celda unitaria para utilizar en una celda electrolítica con solución acuosa de cloruro de metal alcalino de tipo filtro prensa bipolar que comprende una serie de celdas unitarias que están dispuestas en serie a través de una membrana de intercambio catiónico dispuesta entre las celdas unitarias adyacentes respectivas, comprendiendo cada celda unitaria: 5

un cuerpo en forma de placa del lado del ánodo que tiene un compartimiento del ánodo y una cámara de separación gas-líquido del lado del ánodo que está dispuesta en un espacio sin flujo de corriente del lado del ánodo que queda por encima de dicho compartimiento del ánodo y se extiende por toda la longitud del lado superior de dicho compartimiento del ánodo, y

un cuerpo en forma de placa del lado del cátodo que tiene un compartimiento del cátodo y una cámara de 10 separación gas-líquido del lado del cátodo que está dispuesta en un espacio sin flujo de corriente del lado del cátodo que queda por encima de dicho compartimiento del cátodo y se extiende por toda la longitud del lado superior de dicho compartimiento del cátodo,

dicho cuerpo en forma de placa del lado del ánodo y dicho cuerpo en forma de placa del lado del cátodo están dispuestos de forma contigua, 15

dichas cámaras de separación gas-líquido del lado del ánodo y del lado del cátodo tienen paredes de fondo con aberturas que separan dichas cámaras de separación gas-líquido del lado del ánodo y del lado del cátodo de dicho compartimiento del ánodo y dicho compartimiento del cátodo, respectivamente, y

cada una de las cámaras de separación gas-líquido tiene, en un extremo de la misma, una boquilla de salida de gas y líquido, 20

comprendiendo la mejora un tabique de eliminación de burbujas que está dispuesto, como mínimo, en la cámara de separación gas-líquido del lado del ánodo de dichas cámaras de separación gas-líquido del lado del ánodo y del lado del cátodo y que se extiende hacia arriba de la pared de fondo con aberturas de la cámara de separación gas-líquido,

dicho tabique de eliminación de burbujas se extiende a lo largo de toda la longitud de dicha cámara de 25 separación gas-líquido para dividir dicha cámara de separación gas-líquido en un primer pasaje A formado sobre dicha pared de fondo en un área con aberturas de la misma y un segundo pasaje B formado sobre dicha pared de fondo un área sin aberturas de la misma,

teniendo dicho tabique de eliminación de burbujas un segmento con aberturas que tiene una serie de aberturas, 30

en la que la proporción de aberturas de dicho segmento con aberturas está en el intervalo de 30 a 70%, sobre la base del área del segmento con aberturas, y el área promedio de las aberturas de dicho segmento con aberturas está en el intervalo de 3 a 60 mm2,

estando ubicadas las aberturas de dicho segmento con aberturas del tabique de eliminación de burbujas, como mínimo, 10 mm por encima de la superficie interior de la pared de fondo de la cámara de 35 separación gas-líquido,

en la que dicho segundo pasaje B se comunica con dicha boquilla de salida de gas y líquido y en la que dicho segundo pasaje B se comunica con el compartimiento del ánodo a través de dicho segmento con aberturas y dicho primer pasaje A.

2. Celda unitaria, según la reivindicación 1, que comprende además, como mínimo en el compartimiento 40 del ánodo de los compartimientos del ánodo y cátodo, un deflector dispuesto en una parte superior del compartimiento del ánodo, en la que dicho deflector se ubica de manera que se forma un pasaje de flujo hacia arriba C entre dicho deflector y el ánodo y se forma un pasaje de flujo hacia abajo D entre dicho deflector y una pared interior del lado posterior del compartimiento del ánodo.

3. Celda unitaria, según la reivindicación 2, en la que dicho deflector tiene una altura de 300 mm a 600 45 mm,

dicho pasaje de flujo hacia arriba C tiene una anchura mayor en un extremo inferior del mismo que en un extremo superior del mismo, y tiene una anchura en el intervalo de 5 mm a 15 mm medido en el espacio más pequeño entre el deflector y el ánodo, y

dicho pasaje de flujo hacia abajo D tiene una anchura mayor en un extremo superior del mismo que en el 50 extremo inferior del mismo, y tiene una anchura en el intervalo de 1 mm a 20 mm medido en el espacio más pequeño entre el deflector y la pared interior del lado posterior del compartimiento del ánodo.

4. Celda unitaria, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende además, como mínimo en el compartimiento del ánodo de los compartimientos del ánodo y cátodo, un distribuidor de solución electrolítica que tiene una morfología de tipo tubo y está dispuesto en una parte inferior del 55 compartimiento del ánodo,

teniendo dicho distribuidor una serie de agujeros de alimentación de la solución electrolítica y teniendo una entrada que comunica con una boquilla de entrada de solución electrolítica del compartimiento del ánodo,

en la que cada uno de los agujeros de alimentación de la solución electrolítica tiene un área de sección transversal de manera que, durante el funcionamiento de la celda unitaria, cuando se suministra una 5 solución salina saturada como solución electrolítica a través de dicho distribuidor a un caudal mínimo para llevar a cabo una electrolisis a una densidad de corriente de 40 A/dm3, cada uno de los agujeros de alimentación de la solución electrolítica muestra una pérdida de presión de 50 mm H2O a 1000 mm H2O.