180719. lajstromszámú szabadalom • Levegő-depolarizált klóralkáli cella és eljárás annak működtetésére
3 180719 4 levő oldatból hidrogéngáz formájában. A katoüt-oldat, amely marónátront (nátriumhidroxidot), reagálatlan nátriumkloridot és más szennyezőket tartalmaz, csak akkor szolgáltat piacképes nátriumhidroxidot, ha betöményitik és tisztítják. A nátriumkloridot ismét felhasználják elektrolizáló cellákban nátriumhidroxid és klór előállítására. A hidrogén leválasztása nagyobb feszültséget igényel. így csökkenti az elektrolizáló cella lehetséges hatásfokát, tehát ez a módszer energiafogyasztás szempontjából nézve kedvezőtlen nátriumhidroxid és klórgáz előállítására. A technológiai fejlődéssel, így a méretálló anódok és a rajtuk levő bevonó-kompozíciók használatával, amelyek egyre kisebb távolság kialakítását teszik lehetővé az elektródok közölt, az elektrolizáló cella hatásosabbá vált, mivel a hatásfok jelentős mértékben megnövekedett ilyen méretálló anódok alkalmazásával. A vízátnemeresztő membránok is nagy mértékben elősegítették olyan elektrolizáló cellák használatát, amelyeknél különböző ionok szelektív vándorlása megy végbe a membránon, így szennyeződésektől mentes termékek állíthatók elő. Ennek eredményeként elhagyhatókká váltak a költséges tisztító és töményítő eljárási lépések, így tehát nagy előrehaladás történt az elmúlt időben az anód-oldal és a membrán vagy az elektrolizáló cellák elválasztó része hatásosságának a növelésére, most pedig nagyobb figyelmet szentelnek az elektrolizáló cella katód-oldalának annak érdekében, hogy növeljék az elektrolizáló cellákban alkalmazásra kerülő Hatódok hatásfokát jelentős energiamegtakaritás elérése érdekében a klór és a marónátron termelésénél. Amennyiben közelebbről megvizsgáljuk valamely hagyományos klórés marónátron-elöállító cella katódoldalán jelentkező problémát, látjuk, hogy valamely hagyományos anódot és katódot, valamint közöttük egy diafragmát alkalmazó cellában a kátédon a 2 W20 2 e -H, f 2 0H ejektrolizáló reakció játszódik le. Ennek a reakciónak a potenciálja egy standard H2- elektródda! szemben —0,83 V. A kívánt reakció ideális körülmények között a katódon a következő: 2 H20+02 ( 4e- -4 OH . Ennek a reakciónak a potenciálja +0,40 V, amely 1,23 V elméleti feszültségmegtakarítást eredményezne. A hidrogéngáz termeléséhez, amely a hagyományos cellák katódján egy nem-kívánt reakció, szükségképpen elfogyasztott elektromos energia nem ellensúlyozható kellőképpen az iparban a keletkező hidrogén felhasználása útján, mivel alapjában véve a hidrogén egy nemkívánt reakciótermék. A felesleges hidrogéngázt bizonyos mértékben felhasználják, ez a felhasználás azonban nem ellensúlyozza a hidrogénfejlődésnél elfogyasztott energiakülönbséget, így ha a hidrogénfejlődést ki lehetne küszöbölni, elektromos energiát lehetne megtakarítani és a klór, valamint a marónátron termelését energiahatásosabb reakcióvá lehetne tenni. Az oxigénelektród e reakció kiküszöbölésének egy lehetőségét képviseli, mivel elekirokémíailag aktivált oxigént fogyaszt. Az oxigén a vízzel és a kátédnál jelenlevő elektronokkal a következő módon reagál: 2 H2O f 02 f 4 e_ -4 0H . Világosan látható, hogy ez a reakció energiahatásosabb, mivel hidrogén nem válik le a katódon és ez potenciálcsökkenést okoz, ahogy fent látható. Ezt oxigénben gazdag fluidumnak, így levegőnek vagy tiszta oxigénnek az oxigénelektród oxigénoldalára való betáplálásával lehet elérni, ahol az oxigén könnyen eljut az elektrolizáló felülethez és ott a fenti egyenlet szerint felhasználódik. Ez azonban kissé eltérő elektrolizáló cella-szerkezetet kíván, mivel egy oxigéntérre van szükség a katód Hatol it-oldalán, így az oxigénben gazdag anyagot ide lehet betáplálni. Az oxigénelektród nagyon jól ismert a szakterületen, mivel számos NASA-tervezetben szerepelt az 1960-as években az űrhajózással kapcsolatban. Ez alapul szolgáit o.xigénanódot és hidrogénanódot alkalmazó fűtőelemek kifejlesztéséhez, így hidrogéngáz és oxigéngáz adagolásával elektromos energiatermelés vált lehetővé űrhajókban való felhasználásra. Ezek a kormány által szorgalmazott kutatások néhány fűtőelem-komponens, ideszámítva az oxigénelektródot is, kidolgozásához vezettek, a körülmények és a környezel, ahol az oxigénelektródot működtették, nagy mértékben eltérnek azonban azoktól, amelyeket klóralkáli cellákban alkalmaznak. A NASA-tervezetek nyomán sokféle technológia került ugyan napvilágra, amelyek a klóralkáli ipar számára hasznosak az oxigénelektród kifejlesztése terén, de további kutatásokra volt szükség az oxigénelektródnak a klóralkáli cella viszonyaihoz való alkalmazását illetően. Bizonyos figyelmet szenteltek az oxigénelektród klóralkáli cellákban való alkalmazásának az elméletileg leírt hatásosság megvalósítása érdekében, de az oxigénelektródnak mindezideig nem sikerült úgy magára vonni az érdeklődést, hogy iparilag hatásos és gazdaságosság tekintetében életképes elektródot készítsenek elektrolizáló cellákban való használatra klór és marónátron előállításához. Felismerték, hogy a fűtőelemeknél tiszta oxigénelektród szükséges az elméleti hatások eléréséhez, aklóralkáli cella azonban olyan működőképes módszert igényel, amely nagy mértékben különbözik a fűtőelemtől, mivel elektromos potenciál szükséges a klóralkáli cellánál klór és marónátron előállításához, továbbá oxigénben dús anyagot kell adagolni az elektrokémiai reakció elősegítésére. Ennélfogva szükségessé vált olyan előnyös módszer kidolgozása oxigénelektród működtetésére, amely ilyen oxigénelektróddal való maximális elméleti elektromos hatásosságot tesz lehetővé klóralkáli elektrolizáló cellában klór és marónátron termelésére. A találmánnyal az a célunk, hogy egy oxigénelektród működőképes rendszerét hozzuk létre, amely növeli és maximális mértékben fokozza az oxigénelektródból származó energiahatásosságot egy klóralkáli elektrolizáló cella körülményei között. A találmány kiterjed az oxigénelektród gáznyomásának a beállítására, az oxigénclektródhoz bevitt gáz teljes áramának a szabályozására és az oxigénelektródhoz betáplált gáz nedvesítésére is maximális hatásosság elérése érdekében. A találmány magában foglalja továbbá szennyező anyagok, így C02 eltávolítását a betáplált gázból az oxigénelektród maximális élettartamának és hatásosságának a biztosítása végett. A találmány szerinti eljárást a következőkben részletesen is leírjuk. Azt taiáltuk, hogy egy klóralkáli elektrolizáló cellát. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
