CN110205644B

CN110205644B - Ineos膜极距电解槽

Info

Publication number: CN110205644B
Application number: CN201910474909.3A
Authority: CN
Inventors: 徐国民; 杜承华; 杨仕斌
Original assignee: Hongze Jiangsu Technology Co ltd
Current assignee: Hongze Jiangsu Technology Co ltd
Priority date: 2019-06-03
Filing date: 2019-06-03
Publication date: 2024-08-27
Anticipated expiration: 2039-06-03
Also published as: CN110205644A

Abstract

本发明涉及的一种INEOS膜极距电解槽，它包括阳极单元、阴极单元以及位于两者之间的离子膜，其特征在于所述阳极单元包括阳极单元槽体，多个阳极弹性爪的左侧面设置有新阳极网，新阳极网为一面完整的网，所述阴极单元包括阴极单元槽体，每个阴极支柱上向右设置有阴极弹性爪，多个阴极弹性爪的右侧面设置有原阴极网，原阴极网的右侧面设置有弹性体，弹性体的右侧面设置有新阴极网，同一个单元槽组的新阴极网和新阳极网之间设置有离子膜。本发明INEOS膜极距电解槽具有能够降低过电压，减少离子膜损伤，后期更换阴阳极网方便，电解有效面积增加，运行可靠安全的优点。

Description

INEOS膜极距电解槽

技术领域

本发明涉及一种INEOS膜极距电解槽。

背景技术

INEOS电解槽产于英国，阴阳极单元槽体内各分布128个支柱和弹性爪，上面是电极（阴极和阳极），支柱上方的电极上开孔，网孔内安装柱销，柱销分别是金属钛、镍加氟塑料帽，（如图1所示）。1个阳极单元和1个阴极单元对合之间夹一层离子膜，阴阳极密封面上分别有橡胶垫片，背后有法兰边框条，通过螺丝组（76组），锁紧后形成一组单元槽，（如图2所示）。多组单元槽悬挂在槽架上，一侧靠在固定墙板上，另一侧由32组顶杆螺栓顶紧，电流的传导靠背靠背的阴阳极单元上的128个钛镍复合导电块接触导电，（如图3所示）。

现有的INEOS电解槽存在以下几处缺陷：

1、阴阳极单元对合后，阴阳极弹性爪的位置是2个十字形弹性爪交叉布置的，使用时弹性爪的弹性作用力施加在阴阳极网面上，造成网面凹凸不平，影响电位同时损伤离子膜，（如图4所示），图中十字形的为阳极弹性爪，X字形的为阴极弹性爪。

2、阴阳极柱销会对离子膜造成局部挤压，128个柱销也浪费了电解有效面积π*（25/2）²*128=62800mm²=0.0628m²。

在此基础上，传统的电解槽的阳极涂层普遍采用钛基钌钛涂层，然而钛基钌钛涂层经过生产实践检验，发现其缺陷是：电极寿命短，所生产的氯气中氧的含量太高，影响了氯气的纯度，并造成电流效率下降。因此，有必要提高其活性涂层的析氧电位，降低析氯电位，并提高电极寿命。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种能够降低过电压，减少离子膜损伤，后期更换阴阳极网方便，电解有效面积增加，运行可靠安全的INEOS膜极距电解槽。

本发明的目的是这样实现的：

一种INEOS膜极距电解槽，它包括阳极单元、阴极单元以及位于两者之间的离子膜，所述阳极单元包括阳极单元槽体，阳极单元槽体的右侧面具有多个阳极单元槽凹陷，每个对应阳极单元槽凹陷处的阳极单元槽体向左设置有阳极弹性爪，多个阳极弹性爪的左侧面设置有新阳极网，新阳极网为一面完整的网，所述阴极单元包括阴极单元槽体，阴极单元槽体的左侧面具有多个阴极单元槽凸起，每个对应阴极单元槽凸起处的阴极单元槽体向右设置有阴极支柱，每个阴极支柱上向右设置有阴极弹性爪，多个阴极弹性爪的右侧面设置有原阴极网，原阴极网的右侧面设置有弹性体，弹性体的右侧面设置有新阴极网，同一个单元槽组的新阴极网和新阳极网之间设置有离子膜。

作为一种优选，在新阳极网右侧加装阳极筋板，将阳极弹性爪的左侧面上加装阳极筋板，阳极筋板连接于多个阳极弹性爪的左侧中心点处，阳极筋板形成刚性结构用于对新阳极网的支撑。

作为一种优选，阳极筋板竖向连接于同一列的多个阳极弹性爪之间。

作为一种优选，在原阳极网的基础上，直接在原阳极网上安装新阳极网，也就是新阳极网与阳极弹性爪之间依旧连接有原阳极网。

作为一种优选，原阴极网左侧与阴极单元槽体之间设置有阴极筋板。

作为一种优选，拆除原阴极网以及阴极弹性爪，在相邻两列阴极弹性爪中间位置的阴极单元槽体上焊接安装阴极筋板，重新将原阴极网焊接于阴极筋板以及阴极支柱上，阴极筋板形成刚性结构用于对重新安装的原阴极网的支撑，原阴极网的高度与阴极支柱的高度一致。

作为一种优选，在原阴极网上开设阵列布置的工艺孔，工艺孔与阴极弹性爪错位布置，在工艺孔内将角钢型支撑件与阴极单元槽体焊接，在角钢型支撑件上焊接阴极筋板，阴极筋板的顶面与工艺孔开孔高度一致，在工艺孔处补上网孔，该处的网面与阴极筋板接触，在补上网孔的原阴极网上安装弹性体和新阴极网。。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、取消了原来的128对柱销，形成了弹性阴极网、离子膜、阳极平网三者贴合的膜极距结构，能够降低过电压，减少离子膜损伤，后期更换阴阳极网方便。

2、减小了128个柱销的面积，使得电解有效面积增加。

3、运行安全可靠。

因此本发明INEOS膜极距电解槽具有能够降低过电压，减少离子膜损伤，后期更换阴阳极网方便，电解有效面积增加，运行可靠安全的优点。

另外采用新的配方工艺的阳极涂层后还具有以下优点：

1、析氧电位高，催化能力强，电导率较高，不易发生析氧副反应；

2、性能稳定，耐腐蚀，寿命长，电极失效后可进行重涂后继续使用；

3、电极成本得到有效控制；

4、提升产品品质，要求氯气纯度高，含氧低（0.8%以下）。

附图说明

图1为背景技术中的原INEOS电解槽结构示意图。

图2为背景技术中的原INEOS电解槽组装示意图。

图3为背景技术中的原INEOS电解槽运行示意图。

图4为背景技术中的原INEOS电解槽中阴阳极弹性爪示意图。

图5为本发明中的INEOS膜极距电解槽示意图。

图6为本发明中的INEOS膜极距电解槽阳极加装阳极筋板示意图。

图7为本发明中的INEOS膜极距电解槽原阳极网上加装新阳极网示意图。

图8为本发明中的INEOS膜极距电解槽阴极加装阴极筋板第一种方案示意图。

图9为本发明中的INEOS膜极距电解槽阳极加装阳极筋板第二种方案示意图。

其中：

阳极单元1、阳极单元槽体101、阳极弹性爪102、新阳极网103、原阳极网104、阳极筋板105

阴极单元2、阴极单元槽体201、阴极支柱202、阴极弹性爪203、原阴极网204、弹性体205、新阴极网206、阴极筋板207、角钢型支撑件208、工艺孔209

离子膜3

阳极法兰4

阴极法兰5

螺丝组6

阳极垫片7

阴极垫片8。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图5-图9，本发明涉及的一种INEOS膜极距电解槽，它包括槽架，槽架上设置有左右相对布置的迫紧板和固定墙板，迫紧板能够在槽架上进行左右方向的横移，固定墙板固定于槽架上，迫紧板和固定墙板之间的槽架上设置有多个紧邻布置的单元槽组，通过顶紧螺栓组将迫紧板向右压紧单元槽组，使得相邻的单元槽组紧密贴合，并且迫紧板和最左侧的单元槽组紧密贴合，固定墙板和最右侧的单元槽组紧密贴合。

所述单元槽组包括阳极单元1、阴极单元2以及位于两者之间的离子膜3，阳极单元1位于阴极单元2的右方，阳极单元1上连接有阳极法兰4，阴极单元2上连接有阴极法兰5，阳极法兰4和阴极法兰5之间通过螺丝组6连接，阳极法兰4和阴极法兰5相对的一侧分别设置有阳极垫片7和阴极垫片8，离子膜3位于阳极垫片7和阴极垫片8之间。

所述阳极单元1包括阳极单元槽体101，阳极单元槽体101的右侧面具有多个阳极单元槽凹陷，每个对应阳极单元槽凹陷处的阳极单元槽体101向左设置有阳极弹性爪102，多个阳极弹性爪102的左侧面设置有新阳极网103，新阳极网103为一面完整的网，阳极单元1去除了原先的阳极支柱和柱销。

所述阴极单元2包括阴极单元槽体201，阴极单元槽体201的左侧面具有多个阴极单元槽凸起，每个对应阴极单元槽凸起处的阴极单元槽体201向右设置有阴极支柱202，每个阴极支柱202上向右设置有阴极弹性爪203，多个阴极弹性爪203的右侧面设置有原阴极网204，阴极支柱202的高度要低于背景技术中的阴极支柱的高度，因此原阴极网204的高度也相应的降低，原阴极网204我们也称为底网，原阴极网204的右侧面设置有弹性体205，弹性体205的右侧面设置有新阴极网206，同一个单元槽组的新阴极网206和新阳极网103之间设置有离子膜3。新阴极网206和弹性体205形成弹性阴极网，新阳极网103形成阳极平网，在使用过程中弹性阴极网、离子膜、阳极平网三者贴合形成的膜极距结构，能够降低过电压，减少离子膜损伤，后期更换阴阳极网方便。

相邻两个单元槽组的阳极单元1上阳极单元槽凹陷与阴极单元2上阳极单元槽凹陷的位置匹配，且相互配合接触。

为了提高单元槽组的导电性能以及新阳极网103、新阴极网206的强度，确保网面的平整性，方便单元槽组的膜极距改造，可以有进一步的辅助办法来实现。

一、对阳极进行改造：

第一种方案，可以将原阳极网104拆除重新安装新阳极网103，具体的，可以在新阳极网103右侧加装阳极筋板105，将阳极弹性爪102的左侧面上加装阳极筋板105，阳极筋板105连接于多个阳极弹性爪102的左侧中心点处，阳极筋板105形成刚性结构用于对新阳极网103的支撑（如图6所示）；作为一种优选阳极筋板105竖向连接于同一列的多个阳极弹性爪102之间；

第二种方案，可以在原阳极网104的基础上，直接在原阳极网104上安装新阳极网103；

二、对阴极进行改造：

第一种方案，可以先拆除原阴极网204以及阴极弹性爪203，在相邻两列阴极弹性爪203中间位置的阴极单元槽体201上焊接安装阴极筋板207，阴极筋板207起到增加导电和加强支撑的作用，然后重新将原阴极网204焊接于阴极筋板207以及阴极支柱202上，阴极筋板207形成刚性结构用于对重新安装的原阴极网204的支撑，然后在原阴极网204上安装弹性体205和新阴极网206；

第二种方案，在原阴极网204上开设阵列布置的工艺孔209，然后工艺孔与阴极弹性爪203错位布置，在工艺孔内将角钢型支撑件208与阴极单元槽体201焊接，将阴极筋板207倾斜从一个端部的工艺孔内插入直至另一端部的工艺孔位置处，然后将阴极筋板207垂直放置，在角钢型支撑件208上焊接阴极筋板207，阴极筋板207的顶面与工艺孔开孔高度一致，最后将工艺孔处补上网孔，形成一个完成的网面，我们还称之为原阴极网204，在工艺孔处补上网孔时，该处的网面与阴极筋板207接触，然后在补上网孔的原阴极网204上安装弹性体205和新阴极网206。

新阳极网103上采用全新的离子膜电解槽用阳极涂层，离子膜电解槽用阳极涂层的配方优选一种钌、铱、铂、钛组合配方，其中钌含量（Ru35-45mol%）,铱含量（Ir5-15mol%），铂含量（Pt5-10mol%），钛含量（Ti35-45mol%），另外可以加入4%摩尔百分比重量的其它添加剂，其它添加剂为氯化锆或者氯化钯，选择合适的配比组成稳定的金红石结构。

上述的配方作为一种优选为钌含量（Ru37-43mol%）,铱含量（Ir9-15mol%），铂含量（Pt6-9mol%），钛含量（Ti35-40mol%），其它添加剂3-4 mol%。

具体的钌的载体为三氯化钌，铱的载体为四氯化铱或氯铱酸，铂的载体为氯铂酸或氯化铂，钛的载体为四氯化钛。

上述的离子膜电解槽用阳极涂层用于活性阳极的制作办法如下：

一、制作阳极钛网（钛网基材预处理）；

采用TA1的钛板扩张网做电极的基材网；钛板厚度1-1.2mm，钛网厚度1-1.2mm，菱形网孔，网孔节距3*6 mm、3.5*6 mm、4.5*8 mm或者5*10 mm等，优选厚度1mm，节距3*6mm；

基材网要经过剪切、脱脂、高温退火校平、喷砂、酸洗、清洗等工序，提供平整、清洁、带麻面的基材，保证涂层的结合强度和比表面积最大化；

具体工艺流程如下：

1、钛网剪切；

2、脱脂处理（用工业清洗剂，浸泡去油污后清洗晾干）；

3、用胎具夹紧钛网（60-100张为一批）放入热处理炉进行热处理，所述的胎具包括矩形的上固定板以及下固定板，在上固定板以及下固定板之间堆叠60-100张钛网，然后将上固定板以及下固定板四角的拉杆收紧，从而将胎具和钛网进行夹紧；钛网在热处理炉内加温至450℃-530℃后随炉冷却出炉；

4、自动输送式喷砂机对钛网正反面喷砂处理成毛面；

5、采用温度80℃-85℃,20-25%Wt的硫酸水溶液对钛网进行酸洗；

6、对钛网进行纯水清洗；

7、烘干。

二、制作阳极涂层的涂布液；

按配方调配离子膜电解槽用阳极涂层的氯化物水溶液形成涂布液；

使用原料：a、三氯化钌（含钌80-120g/L的三氯化钌盐酸水溶液或含量37%的固体三氯化钌）；b、四氯化钛，化学纯标准试剂；c、四氯化铱（含铱80-120g/L的四氯化铱盐酸水溶液）或氯铱酸；d、氯铂酸或氯化铂；e、小于4%摩尔百分比重量的其它添加剂如氯化锆、氯化钯等（e原料可加可不加）；f、盐酸水溶液、乙二醇--丁醚或者正丁醇中的一种溶剂；

三、制作阳极涂层

将涂布液均匀涂覆在钛网基材上，采用多遍涂布的办法，每涂一遍后先烘干，然后高温烧结，重复多遍（8-12遍）后烧成，使钛网基材表面形成稳定的贵金属氧化物结晶体。

预处理好的钛网基材按涂布量要求进行多次自动静电喷涂、烘干、氧化炉高温烧结，最后一次烧结后总计钛网基材上喷涂增重量为25-35g/m²，最后再进行烧成作业和检验，其中烘干温度为80-90℃，氧化炉高温烧结温度为400-500℃，氧化炉高温烧结时间为0.5-1h，最后烧成作业的温度为480-530℃，烧成作业时进行缓慢升温和缓慢降温，烧成时间为8-12h。

具体工艺流程如下：

根据烧结后总增重量的多少可以进行8-12次循环作业的喷涂、烘干、烧结，每遍喷涂量在40-60ml/m²，每遍烧结后进行称重，重量增加2-4g/m²，

实施例

钛网基材：网孔节距3*6mm，厚度1mm；

阳极涂层的涂布液：三氯化钌、四氯化铱、氯铂酸、四氯化钛以及盐酸水溶液，按Ru43:Ir9:Pt8:Ti40的原子百分比组成配方原料；

计算得出最终各个使用原料的质量比如下：

三氯化钌：四氯化铱：氯铂酸：四氯化钛＝88.3：15.7：16.8：158.7。

制作阳极涂层：进行10次循环作业的喷涂、烘干、烧结，每遍喷涂量在55-60ml/m²，每遍烧结后进行称重，重量增加3.5-4g/m²，最后一次烧结后总计钛网基材上喷涂增重量为35-40g/m²。

产品测试指标：

1、析氯电位检测结果：1.09V-1.10V(指标：电流密度4KA/㎡,饱和盐水，温度90℃±1℃，≤1.13Ｖ VS SCE）；

2、强化失重试验结果：＜4mg（指标：30%WtNaoH溶夜（CP级），试片10 C㎡，温度90℃±1℃，电流密度20 KA/㎡，电解4小时，失重＜6.3mg）；

3、在实验小电解槽装置中试验：得出电解电压低于现有使用的阳极；氯气纯度大于98.8%（不加酸工艺），氧气含量低于0.6%。

从产品测试指标上看，三项检测指标均获得较好的结果。

实施例

钛网基材：网孔节距3.5*6 mm，厚度1mm；

阳极涂层的涂布液：固体三氯化钌、四氯化钛、四氯化铱、氯化锆、氯化铂以及乙二醇--丁醚，按Ru37:Ir15: Pt6：Ti39: Zr3:的原子百分比组成配方料，

计算得出最终各个使用原料的质量比如下：

三氯化钌:四氯化铱:氯铂酸：四氯化钛:氯化锆＝76.0：26.1：12.6：154.8：7.7。

制作阳极涂层：进行10次循环作业的喷涂、烘干、烧结，每遍喷涂量在45-50ml/m²，每遍烧结后进行称重，重量增加2.8-3.5g/m²，最后一次烧结后总计钛网基材上喷涂增重量为28-35g/m²。

产品测试指标：

1、析氯电位检测结果：1.10V-1.12V(指标：电流密度4KA/㎡,饱和盐水，温度90℃±1℃，≤1.13Ｖ VS SCE）；

2、强化失重试验结果：＜5.5mg（指标：30%WtNaoH溶夜（CP级），试片10 C㎡，温度90℃±1℃，电流密度20 KA/㎡，电解4小时，失重＜6.3mg）；

3、在实验小电解槽装置中试验：得出电解电压低于现有使用的阳极；氯气纯度大于98.6%（不加酸工艺），氧气含量低于0.7%。

实施例

钛网基材：网孔节距4.5*8 mm mm，厚度1mm；

阳极涂层的涂布液：固体三氯化钌、氯铱酸、氯铂酸、四氯化钛、氯化钯以及正丁醇，按Ru40: Ir12: Pt9: Ti35 :Pd4的原子百分比组成配方料；

计算得出最终各个使用原料的质量比如下：

三氯化钌:四氯化铱:氯铂酸：四氯化钛:氯化钯＝82.1：20.9：18.9：138.9：26.3。

制作阳极涂层：进行10次循环作业的喷涂、烘干、烧结，每遍喷涂量在40-45ml/m²，每遍烧结后进行称重，重量增加3-3.5g/m²，最后一次烧结后总计钛网基材上喷涂增重量为30-35g/m²。

产品测试指标：

2、强化失重试验结果：＜5mg（指标：30%WtNaoH溶夜（CP级），试片10 C㎡，温度90℃±1℃，电流密度20 KA/㎡，电解4小时，失重＜6.3mg）；

以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims

1.一种INEOS膜极距电解槽，它包括阳极单元（1）、阴极单元（2）以及位于两者之间的离子膜（3），其特征在于所述阳极单元（1）包括阳极单元槽体（101），阳极单元槽体（101）的右侧面具有多个阳极单元槽凹陷，每个对应阳极单元槽凹陷处的阳极单元槽体（101）向左设置有阳极弹性爪（102），多个阳极弹性爪（102）的左侧面设置有新阳极网（103），新阳极网（103）为一面完整的网，所述阴极单元（2）包括阴极单元槽体（201），阴极单元槽体（201）的左侧面具有多个阴极单元槽凸起，每个对应阴极单元槽凸起处的阴极单元槽体（201）向右设置有阴极支柱（202），每个阴极支柱（202）上向右设置有阴极弹性爪（203），多个阴极弹性爪（203）的右侧面设置有原阴极网（204），原阴极网（204）的右侧面设置有弹性体（205），弹性体（205）的右侧面设置有新阴极网（206），同一个单元槽组的新阴极网（206）和新阳极网（103）之间设置有离子膜（3）；

在原阳极网（104）的基础上，直接在原阳极网（104）上安装新阳极网（103），也就是新阳极网（103）与阳极弹性爪（102）之间依旧连接有原阳极网（104）；

原阴极网（204）左侧与阴极单元槽体（201）之间设置有阴极筋板（207）；

拆除原阴极网（204）以及阴极弹性爪（203），在相邻两列阴极弹性爪（203）中间位置的阴极单元槽体（201）上焊接安装阴极筋板（207），重新将原阴极网（204）焊接于阴极筋板（207）以及阴极支柱（202）上，阴极筋板（207）形成刚性结构用于对重新安装的原阴极网（204）的支撑，原阴极网（204）的高度与阴极支柱（202）的高度一致；

在原阴极网（204）上开设阵列布置的工艺孔（209），工艺孔与阴极弹性爪（203）错位布置，在工艺孔内将角钢型支撑件（208）与阴极单元槽体（201）焊接，在角钢型支撑件（208）上焊接阴极筋板（207），阴极筋板（207）的顶面与工艺孔开孔高度一致，在工艺孔处补上网孔，该处的网面与阴极筋板（207）接触，在补上网孔的原阴极网（204）上安装弹性体（205）和新阴极网（206）；

新阳极网（103）上采用一种离子膜电解槽用阳极涂层，离子膜电解槽用阳极涂层的配方为钌、铱、铂、钛的组合配方，其中钌含量35-45mol%,铱含量5-15mol%，铂含量5-10mol%，钛含量35-45mol%以及小于4% mol%的其它添加剂，其它添加剂为氯化锆或者氯化钯，其中钌的载体为三氯化钌，铱的载体为四氯化铱或氯铱酸，铂的载体为氯铂酸或氯化铂，钛的载体为四氯化钛；

阳极涂层的制作方法如下：

使用原料进行配比形成涂布液，各种原料如下：

a、三氯化钌；b、四氯化钛；c、四氯化铱或氯铱酸；d、氯铂酸或氯化铂；e、添加剂为氯化锆或者氯化钯；f、盐酸水溶液、乙二醇--丁醚或者正丁醇中的一种溶剂；

其中三氯化钌是指含钌80-120g/L的三氯化钌盐酸水溶液或含量37%的固体三氯化钌；四氯化钛是指四氯化钛化学纯标准试剂，四氯化铱是指含铱80-120g/L的四氯化铱盐酸水溶液；

然后将涂布液均匀涂覆在钛网基材上最终使钛网基材表面形成稳定的贵金属氧化物结晶体；

将涂布液均匀涂覆在钛网基材上最终使钛网基材表面形成稳定的贵金属氧化物结晶体的具体步骤如下：

预处理好的钛网基材按涂布量要求进行多次自动静电喷涂、烘干、氧化炉高温烧结，最后一次烧结后总计钛网基材上喷涂增重量为25-35g/m²，最后再进行烧成作业和检验，其中烘干温度为80-90℃，氧化炉高温烧结温度为400-500℃，氧化炉高温烧结时间为0.5-1h，最后烧成作业的温度为480-530℃，烧成作业时进行缓慢升温和缓慢降温，烧成时间为8-12h；

根据烧结后总增重量的多少进行8-12次循环作业的喷涂、烘干、烧结，每遍喷涂量在40-60ml/m²，每遍烧结后进行称重，重量增加2-4g/m²。

2.根据权利要求1所述的一种INEOS膜极距电解槽，其特征在于在新阳极网（103）右侧加装阳极筋板（105），将阳极弹性爪（102）的左侧面上加装阳极筋板（105），阳极筋板（105）连接于多个阳极弹性爪（102）的左侧中心点处，阳极筋板（105）形成刚性结构用于对新阳极网（103）的支撑。

3.根据权利要求2所述的一种INEOS膜极距电解槽，其特征在于阳极筋板（105）竖向连接于同一列的多个阳极弹性爪（102）之间。