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ITMI20010401A1 - Nuovo assieme bipolare per elettrolizzatore a filtro-pressa - Google Patents

Nuovo assieme bipolare per elettrolizzatore a filtro-pressa Download PDF

Info

Publication number
ITMI20010401A1
ITMI20010401A1 IT2001MI000401A ITMI20010401A ITMI20010401A1 IT MI20010401 A1 ITMI20010401 A1 IT MI20010401A1 IT 2001MI000401 A IT2001MI000401 A IT 2001MI000401A IT MI20010401 A ITMI20010401 A IT MI20010401A IT MI20010401 A1 ITMI20010401 A1 IT MI20010401A1
Authority
IT
Italy
Prior art keywords
assembly
single sheet
flange
flanges
perimeter
Prior art date
Application number
IT2001MI000401A
Other languages
English (en)
Inventor
Dario Oldani
Peter Fabian
Fulvio Federico
Antonius Fischer
Lionello Carrettin
Original Assignee
Nora Tecnologie Elettrochimich
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nora Tecnologie Elettrochimich filed Critical Nora Tecnologie Elettrochimich
Priority to IT2001MI000401A priority Critical patent/ITMI20010401A1/it
Priority to US10/466,782 priority patent/US6998030B2/en
Priority to DE60201510T priority patent/DE60201510T2/de
Priority to PCT/EP2002/002204 priority patent/WO2002068718A2/en
Priority to MXPA03007711A priority patent/MXPA03007711A/es
Priority to PL363678A priority patent/PL205527B1/pl
Priority to EP02729944A priority patent/EP1366212B1/en
Priority to AU2002302375A priority patent/AU2002302375A1/en
Priority to RU2003128979/15A priority patent/RU2280104C2/ru
Priority to ES02729944T priority patent/ES2229144T3/es
Priority to BRPI0207728-0A priority patent/BR0207728B1/pt
Priority to KR1020037011342A priority patent/KR100845727B1/ko
Priority to CNB02805461XA priority patent/CN1257316C/zh
Priority to AT02729944T priority patent/ATE278821T1/de
Priority to JP2002568808A priority patent/JP4088527B2/ja
Priority to CA002438028A priority patent/CA2438028C/en
Publication of ITMI20010401A1 publication Critical patent/ITMI20010401A1/it

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/70Assemblies comprising two or more cells
    • C25B9/73Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type
    • C25B9/75Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type having bipolar electrodes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
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    • C25B11/02Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form
    • C25B11/036Bipolar electrodes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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Description

DESCRIZIONE DI INVENZIONE INDUSTRIALE
L’acido cloridrico, HCI nel seguito, è un importante sottoprodotto che viene generato in grandi quantità da numerosi processi industriali, fra i quali particolare rilievo hanno le sintesi di cloruro di vinile per pirolisi di dicloroetano, seguita dalla polimerizzazione a polivinilcloruro (PVC), e di vari isocianati che fatti reagire con glicoli permettono di ottenere la famiglia dei poliuretani, crescentemente utilizzati per la produzione di vernici e di materiali cellulari espansi preziosi per sistemi di isolamento termico, quali coibentazioni per frigoriferi e per pareti di edifici.
La continua espansione a livello mondiale della capacità produttiva di PVC e di poliuretani sta portando, e porterà sempre di più nel prossimo futuro, a una sovra-saturazione del mercato dell’ HCI tale da mettere a rischio la costruzione di nuovi impianti.
Per svincolarsi dalle costrizioni di un mercato così difficile, nelle unità di sintesi di cloruro di vinile sono da tempo installate unità di ossiclorurazione nelle quali l'HCI generato nella pirolisi viene fatto reagire con etilene e ossigeno con produzione di dicloroetano che viene riavviato alla pirolisi. In questo modo si crea un ciclo chiuso di HCI , che tuttavia comporta problemi di sicurezza (possibilità di formazione di miscele esplosive dovute all’uso di ossigeno) e di formazione di sottoprodotti di complesso smaltimento.
Negli ultimi tempi anche l’HCI proveniente da produzione di isocianati viene avviato alle unità di ossiclorurazione, quando i due impianti, isocianato/PVC e poliuretano, siano costruiti in ragionevole prossimità. Questa soluzione non è particolarmente gradita ai gestori degli impianti isocianato, poiché con questa integrazione la loro produzione risulta in pratica asservita a quella di PVC in fatto sia di fermate programmate (solitamente legate alle ciclicità del mercato del PVC che non è per niente detto debbano coincidere con quelle del mercato dei poliuretani) sia di fermate straordinarie.
Anche se la situazione industriale è stata finora in grado di far fronte ai problemi della destinazione dell’HCI sottoprodotto, si può tuttavia dire che in generale l'assetto attuale degli impianti è lontano dall’essere soddisfacente e che esiste senza dubbio una richiesta di alternative innovative di processo.
Una di queste alternative, particolarmente interessante, è rappresentata dall’elettrolisi di HCI con generazione di nuovo cloro da riciclare all’impianto principale.
Questa elettrolisi può essere eseguita secondo due tecnologie basate rispettivamente suN’utilizzo di acido cloridrico gassoso (questo è lo stato fisico nel quale l’HCI viene formato nella pirolisi di dicloroetano e nella sintesi di isocianati) o di soluzione acquosa di HCI ottenuta avviando l’HCI gassoso ad una colonna di assorbimento alimentata con acqua. Questa colonna è un’apparecchiatura normalmente presente negli impianti che generano HCI come sottoprodotto, poiché la soluzione acquosa rappresenta in pratica l’unica via attraverso la quale si può procedere alla commercializzazione.
La prima tecnologia, basata come detto sull’uso diretto di acido gassoso e descritta nella pubblicazione PCT W095/44797 depositata da DuPont /USA, è tuttora in fase di ricerca applicata poiché alcuni importanti problemi legati essenzialmente alla eccezionale aggressività del sistema attendono di ricevere una affidabile soluzione.
La seconda tecnologia, che utilizza soluzioni acquose di acido (nota come processo Hoechst - Bayer - Uhde), è stata applicata in alcune realizzazioni industriali, ma non ha avuto l’accettazione attesa da parte dei potenziali clienti. Le ragioni per questa sostanziale delusione risiedono fondamentalmente nell’elevato consumo di energia, indicativamente 1500 kWh/ton di cloro a una densità di corrente di 4000 Ampere/m<2>, dovuto principalmente alla energia libera coinvolta nella reazione che converte l'HCI in cloro e idrogeno come indicato nello schema seguente:
2 HCI → Cl2 + H2
Un’ulteriore ragione, non secondaria, è data dall'investimento elevato richiesto dalle celle di elettrolisi i cui piatti bipolari devono essere costruiti con lastre di grafite impermeabilizzata, pericolosamente fragile, o con lastre in compositi ottenute stampando ad alta temperatura una miscela di polveri di grafite e di polimero legante chimicamente inerte, solitamente un polimero fluorurato.
Per superare in parte questi problemi è stato proposto , ad es. da General Electric Co., di sostituire il catodo ad evoluzione di idrogeno con un catodo che consumi ossigeno.
In questo caso la reazione elettrochimica globale risulta essere:
2 HCI 1⁄202 → Cl2 + H20
La corrispondente energia libera risulta sostanzialmente inferiore rispetto a quella della reazione con evoluzione di idrogeno e questo si traduce in una diminuzione del consumo di energia elettrica fino a 1000 - 1100 kW/ton di cloro. Rimane tuttavia invariato il peso del capitale investito, ancora elevato in quanto i materiali di costruzione rimangono ancora quelli basati su grafite o compositi di grafite. Un rilevante passo di avvicinamento alle condizioni di accettabilità economica è descritto in US 5,770,035: il processo di elettrolisi di soluzioni acquose di acido cloridrico incorporante il catodo a consumo di ossigeno viene condotto in una cella in cui lo scomparto catodico e anodico sono entrambi costruiti con lo stesso metallo, e in particolare un metallo valvola quale titanio o sue leghe. Una molteplicità di celle o di assiemi bipolari affiancati secondo la disposizione nota come filtro - pressa costituisce l’elettrolizzatore che è la vera unità produttiva industriale. Secondo il disegno più convenzionale le due pareti dei compartimenti catodico e anodico di due celle adiacenti possono essere messe in contatto meccanico e elettrico o mediante opportuna compressione (concetto noto ai tecnici del campo come “cella singola”) o mediante collegamento tramite opportuni elementi di fissaggio, come dadi e bulloni oppure saldature (assiemi bipolari). In quest’ultimo caso il fatto che i comparti catodici e anodici siano costruiti con lo stesso metallo facilita sostanzialmente le procedure di costruzione e ancora più interessante rende possibile un nuovo tipo di disegno in cui un catodo e un anodo adiacenti sono separati da un’unica parete le cui due facce coprono la funzione delle due pareti separate e adiacenti della tecnologia convenzionale. Questo tipo di costruzione minimizza l’impiego di materiale costoso come sono il titanio e le sue leghe con un indubbio rilevante vantaggio economico ed è delineato in termini molto generali in US 5,770,035.
Tuttavia un freno all'adozione di questo tipo di disegno viene dalla necessità che i due comparti catodico e anodico siano dotati di flange periferiche che permettano di sigillare i comparti stessi, in cooperazione con adatte guarnizioni, impedendo la fuoriuscita dei fluidi di processo. Secondo le procedure note di costruzione le flange periferiche vengono infatti ottenute o per stampo o per piegatura delle lamiere che costituiscono le pareti dei comparti: questa operazione dà in generale risultati soddisfacenti con basse percentuali di scarti per insufficiente planarità o difetti meccanici poiché ogni parete è lavorata per formare la sola propria flangia, rispettivamente catodica o anodica. Nel caso invece della singola parete di separazione di due comparti, catodico e anodico, la parete deve essere sottoposta, operando con le procedure note, a una doppia formatura visto che entrambe le flange, catodica e anodica, sono necessariamente parte della stessa parete. La doppia formatura, indipendentemente dal fatto che sia praticata per stampo o per piegatura, introduce elevati tensionamenti meccanici nel materiale con frequenti inaccettabili planarità e/o difetti quali fratture.
Esiste quindi una sentita necessità di individuare disegni e tecniche di costruzione che permettano di produrre con buona affidabilità assiemi bipolari per elettrolizzatori a filtro - pressa in cui la parete di separazione dei comparti catodico e anodico contigui sia unica e dotata di due flange periferiche catodica e anodica, caratterizzate da elevata planarità e da assenza di difetti meccanici. Sotto un primo aspetto, la presente invenzione descrive un disegno di assiemi bipolari comprendenti un’unica lamiera di separazione avente la duplice funzione di parete anodica e di parete catodica costruita in metallo o lega metallica resistente alla corrosione, e provvisti di una flangia perimetrale anodica ed una flangia perimetrale catodica; almeno una di dette flange perimetrali è costituita da un elemento preformato, e non è ricavata per piegatura della lamiera di separazione.
In una realizzazione preferita le flange perimetrali anodica e catodica sono ottenute mediante piegatura della porzione periferica della lamiera e da una cornice ricavata da un barrotto o da un tubolare entrambi a sezione quadrangolare costituiti da un metallo o lega di tipo analogo a quelli di detta lamiera di separazione.
In un’altra realizzazione preferita, una delle flange è ottenuta mediante piegatura della porzione periferica della lamiera, e l’altra è una flangia preformata saldata alla lamiera stessa: tra le due flange è preferibilmente interposto un elemento di rinforzo.
In un’altra realizzazione preferita, la flangia perimetrale anodica e quella catodica costituiscono un elemento integrale preformato avente una generica forma a U, saldato a detta lamiera di separazione; preferibilmente, un elemento di rinforzo è interposto tra le flange perimetrali anodica e catodica. L’elemento integrale preformato è ottenuto mediante piegatura di una seconda lamiera, ovvero mediante saldatura di due flange preformate.
Sotto un altro aspetto, l'invenzione è diretta ad un metodo di attivazione catalitica di un assieme bipolare comprendente almeno un elettrodo, e preferibilmente una coppia di elettrodi, fìssati alle due pareti anodica e catodica delimitate dalla lamiera di separazione.
Secondo una realizzazione preferita, detto assieme bipolare sottoposto ad attivazione catalitica è un assieme di nuova costruzione.
Secondo un’ulteriore realizzazione preferita, detto assieme bipolare è un assieme previamente catalizzato e già esercito in un elettrolizzatore, la cui attivazione catalitica, esausta, viene ripristinata mediante riattivazione.
Sotto un altro aspetto, l’invenzione è diretta ad un elettrolizzatore che comprende una molteplicità di assiemi bipolari secondo una delle realizzazioni testé descrìtte. Questo tipo di costruzione, anche se adatto a molte applicazioni di interesse industriale, risulta particolarmente vantaggioso nel caso della elettrolisi di soluzioni acquose di acido cloridrico con uso di catodi a consumo di ossigeno in cui le pareti di due comparti catodico e anodico contigui consistono in un’unica lamiera in metallo valvola, ad esempio titanio o lega di titanio.
La fig. 1 rappresenta una sezione trasversale di un assieme bipolare in cui le due pareti anodica e catodica sono separate e fissate fra di loro e le flange perimetrali sono realizzate per piegatura di ciascuna parete come descritto nella tecnologia nota.
La fig. 2 schematizza la sezione trasversale di un assieme bipolare le cui pareti anodica e catodica sono costituite da un’unica lamiera e le due flange perimetrali sono realizzate seguendo le procedure della tecnologia nota.
La fig. 3 mostra la sezione trasversale di un assieme bipolare le cui pareti anodica e catodica sono costituite da un’unica lamiera e le due flange perimetrali sono costruite, secondo una prima forma di realizzazione dell’invenzione, rispettivamente con la piegatura della porzione periferica della lamiera e con un barrotto o tubolare entrambi a sezione quadrangolare, lavorati in modo da formare una cornice e costruiti in materiale di tipo analogo a quello dell’unica lamiera.
La fig. 4 riporta la sezione trasversale di un assieme bipolare le cui pareti sono costituite da un’unica lamiera e le due flange perimetrali sono costruite, in accordo con una seconda realizzazione dell’invenzione, rispettivamente mediante piegatura della porzione periferica della lamiera e mediante saldatura di una flangia preformata con un materiale di tipo analogo a quello della lamiera.
La fig. 5 illustra una ulteriore realizzazione dell’invenzione in cui la lamiera, che ha il duplice ruolo di parete anodica e catodica, non è piegata nella sua porzione periferica ed è saldata ad un’unica cornice con sezione ad “U” preformata con un materiale analogo a quello della lamiera.
La fig. 6 mostra una variante della realizzazione della fig. 5 in cui la cornice preformata è costituita da due gusci saldati insieme in modo da formare un pezzo con sezione ad “U” provvisto di un lembo interno su cui a sua volta è saldata la lamiera.
La fig. 7 schematizza l’assieme di fig. 3 completato di supporti e di elettrodi in forma di lastre perforate o espanse o reti.
Le fig. 8A e 8B riproducono una immagine tridimensionale deH'assieme di fig. 7 secondo le viste dalle due facce.
Nel seguito vengono descritte alcune realizzazioni dell’invenzione il cui obiettivo principale è un nuovo semplificato e più affidabile disegno di assieme bipolare per elettrolizzatore a filtro - pressa comprendente un’unica lamiera avente il duplice ruolo di parete anodica e catodica, costituita da un metallo o lega metallica scelto dal gruppo dei metalli o leghe metalliche resistenti alla corrosione: questo tipo di disegno, per quanto sia di particolare vantaggio per elettrolizzatori adatti alla elettrolisi di soluzioni acquose di acido cloridrico, è tuttavia di utilità generale anche per elettrolizzatori che possono essere costruiti con molteplicità di assiemi bipolari comprendenti un’unica parete di separazione fra comparti anodici e catodici. A titolo di puro esempio di ulteriore applicazione si citano gli elettrolizzatori per l'elettrolisi alcalina dell’acqua.
La fig. 1 e la fig. 2 mostrano due sezioni trasversali di assieme bipolare corrispondenti al disegno secondo la tecnologia nota rispettivamente nel caso in cui le pareti anodica e catodica sono due lamiere distinte e nel caso in cui tali pareti sono costituite da un’unica lamiera.
In particolare in fig. 1 sono indicati gli elementi costruttivi essenziali dell’assieme, dove 1 e 2 sono le pareti separate anodica e catodica, 3 le saldature che provvedono ad assicurare la stabilità meccanica e la continuità elettrica necessaria per permettere il passaggio della corrente elettrica, 4 la superficie della flangia anodica, 5 la superficie della flangia catodica, 6 un elemento perimetrale di rinforzo in barrotto di metallo o materiale plastico adatta a garantire che le flange possano essere compresse senza che si verifichino deformazioni o deflessioni, 7 le guarnizioni rispettivamente anodica (a sinistra) e catodica (a destra), che sotto compressione sigillano la superficie perimetrale di entrambe le flange impedendo la fuoriuscita dei fluidi contenuti nei comparti anodico e catodico.
Nella fig. 2 è schematizzata la realizzazione secondo la tecnologia nota nel caso in cui le due pareti dei comparti anodico e catodico contigui sono costituite da un’unica lamiera. In base a questo tipo di costruzione la porzione periferica dell’unica lamiera viene sottoposta a una sequenza di piegature, almeno in numero di cinque o preferibilmente sei come mostrato in figura, intorno all’elemento perimetrale di rinforzo per formare le due superaci catodica e anodica di flangia.
In particolare 1 è l’unica lamiera che copre contemporaneamente i ruoli delle pareti 1 e 2 di fig. 1, 4 la superficie anodica di flangia, 5 la superficie catodica di flangia, 6 l’elemento perimetrale di rinforzo con le stesse funzioni di quello di fig.1, 7 le guarnizioni anodica e catodica, 8 la saldatura di fissaggio del lembo libero della porzione di lamiera piegata avente anche lo scopo di prevenire la penetrazione del fluido del comparto catodico (a destra nella figura). Questo fluido potrebbe essere corrosivo e il suo contatto con l’elemento perimetrale di rinforzo 6 obbligherebbe a costruire quest’ultimo in materiale resistente alla corrosione e quindi intrinsecamente costoso. Se l’elemento 6 è protetto in modo sicuro dal contatto con fluidi aggressivi, il materiale di costruzione può essere l'economico acciaio al carbonio.
L’assieme di fig. 2 è certamente vantaggioso rispetto al tipo più comune di costruzione secondo la tecnologia nota di fig. 1 in quanto utilizza una sola lamiera di materiale pregiato, ad es. titanio e sue leghe nel caso della elettrolisi di soluzioni di acido clorìdrico, e permette di eliminare le saldature 3 di fig. 1 di assemblaggio meccanico e continuità elettrica. L’assieme è però penalizzato dalla piegatura multipla necessaria per formare le due superfìci anodica e catodica di flangia utilizzando la stessa porzione periferica di lamiera: questo tipo di piegatura è molto complesso da eseguire e induce sollecitazioni meccaniche elevate con alto rischio di formazione di difetti e con conseguente inaccettabile percentuale di scarto di pezzi in fase di controllo di qualità della produzione.
La fig. 3 mostra una prima realizzazione secondo l’invenzione dell’assieme in cui le pareti di due comparti anodico e catodico contigui consistono di un’unica lamiera 1 e la porzione periferica di tale unica lamiera 1 è piegata in modo da formare la superficie 4 della sola flangia anodica (come preferito nel caso dell’elettrolisi di soluzioni di acido clorìdrico, senza per questo escludere l’alternativa in cui la sola superficie di flangia che viene formata è la superficie catodica) e tale sola superficie è saldata in 9 a una cornice 14 costruita con materiale resistente alla corrosione. In particolare la cornice 14 è costituita da un barrotto, o preferìbilmente da un tubolare a sezione poligonale, e preferìbilmente quadrangolare, per ridurre la quantità di materiale resistente alla corrosione e per questo costoso, e inoltre la saldatura 9 può essere opzionalmente una saldatura doppia come mostrato in figura per assicurare una più alta affidabilità nei confronti dell’eventuale trafilamento del fluido contenuto nel comparto catodico verso l’ambiente esterno.
Questa prima alternativa di costruzione secondo l'invenzione consente di mantenere le sollecitazioni meccaniche di piegatura entro livelli del tutto modesti, certamente non in grado di generare difetti nel materiale della lamiera. La qualità della o delle saldature 9 e adatte velocità e costi di produzione sono garantiti da opportune attrezzature di serraggio dei vari pezzi e dalle moderne tecniche di saldatura automatica, in particolare dalla tecnica laser. Dall’esame della fig. 3 si nota che l’assieme lamiera piegata - cornice crea un interstizio 15 in cui potrebbe infiltrarsi e ristagnare liquido di processo: in generale questa situazione non causa particolari inconvenienti, ad eccezione del caso specifico in cui tale liquido contiene cloruri e in particolare è acido e a temperatura superiore a quella ambiente, come accade in effetti nel caso della elettrolisi di soluzioni di acido clorìdrico. In questa situazione si può sviluppare un attacco corrosivo confinato appunto nella zona interstiziale. La protezione contro questo tipo di attacco viene realizzata o selezionando un materiale caratterizzato da superiore resistenza, ad es. nel ricordato caso della elettrolisi di soluzioni di acido clorìdrico l’uso di lega titanio - palladio 0.2% in sostituzione del titanio, o applicando alla zona soggetta a interstizio un sottile film protettivo. Questi film, ben noti nella tecnologia elettrochimica, contengono in generale piccole quantità di metalli nobili, quali platino, rutenio o iridio, o loro ossidi.
Le misure di protezione sopra accennate non costituiscono un costo di produzione aggiuntivo dell’assieme di fig. 3: in effetti essere devono essere impiegate per allontanare i rischi di corrosione sulla superfìcie delle flange 4 e 5, sulle quali si può formare un interstizio molto pericoloso a causa di una non perfetta adesione con le guarnizioni 7 dovuta normalmente a imperfezioni delle superfìci delle flange stesse. In altre parole si può dire che l'applicazione delle adatte misure di protezione alle superfìci delle flange viene eseguita contemporaneamente all'applicazione delle stesse misure alla zona interstiziale 15 senza particolari costi aggiuntivi.
La fìg. 4 rappresenta una variazione della realizzazione di fìg. 3 avente lo scopo di evitare l'uso della cornice 14 costituita da un barrotto o tubolare a sezione quadrangolare in materiale resistente alla corrosione. L’assieme, sempre in sezione trasversale, comprende ancora l’unica lamiera 1 con la porzione periferica piegata a formare la sola flangia anodica 4 come già visto in fìg. 3, con la differenza che la cornice 14 in materiale resistente alla corrosione è sostituita da una ulteriore flangia preformata 5 che funziona come flangia catodica e viene saldata alla lamiera 1 mediante la saldatura 10, eseguita con procedimento automatico, preferibilmente con tecnologia laser. Opzionalmente la saldatura 10 può essere eseguita in forma di doppia saldatura (non rappresentata in figura). L’elemento perimetrale di rinforzo 6 non viene in contatto con alcun fluido corrosivo e viene perciò costruito in materiale a basso costo, ad es. acciaio al carbonio.
Rispetto all’assieme di fìg. 3 la realizzazione di fìg. 4 consente un risparmio di materiale pregiato, ma è per contro più delicata per quanto riguarda le planarità finali del pezzo, importanti per facilitare l’assemblaggio degli elettrolizzatori. Una ulteriore alternativa costruttiva dell’assieme di fìg. 4 è data in fìg. 5 dove l’unica lamiera 1 non viene piegata nella sua porzione periferica e le due superaci di flangia anodica 4 e catodica 5 sono ottenute mediante un elemento perimetrale preformato con sezione ad “U” che viene saldato all’unica lamiera con la saldatura 11. Analogamente a quanto avviene per l’assieme di fig. 4 il materiale di costruzione dell’elemento perimetrale di rinforzo 6 non è critico: l’acciaio al carbonio è del tutto adatto.
Rispetto all’assieme di fig. 4 la soluzione rappresentata in fig. 5 è caratterizzata dallo stesso impiego ridotto di materiale pregiato e in aggiunta consente di ottenere più facilmente una buona planarità finale. Per contro, l’esecuzione della saldatura 11 è relativamente critica: per ottenere infatti una saldatura di qualità è necessario che il lembo della lamiera sia rettilineo e non presenti imperfezioni, come ad es. bave di taglio, e che il lembo della lamiera e il pezzo preformato con sezione ad “U” siano perfettamente serrati fra di loro durante l’esecuzione della saldatura, che deve essere di tipo automatico, preferibilmente con tecnologia laser. Un inconveniente “fisiologico” dell’assieme di fig. 5 è dato dalla impossibilità di eseguire la saldatura 11 come doppia saldatura: tuttavia, eventuali difetti della saldatura 11, come ad es. porosità passanti, determinerebbero un passaggio di fluidi fra i due comparti anodico e catodico contigui, almeno in parte tollerabile, e non una perdita verso l’ambiente esterno.
Infine, la fig.6 schematizza in una sezione trasversale una realizzazione dell’invenzione in cui il pezzo perimetrale con sezione ad “U” discusso a proposito della fig. 5 viene precostruito saldando due gusci ottenuti da due strisce di metallo mediante due sole piegature: la saldatura di assiemaggio 12 dei due gusci può essere singola o doppia se si desidera assicurare una elevata affidabilità nei confronti delle infiltrazioni. L’elemento così prefabbricato viene lavorato ad es. in pressa per ottenere una elevata planarità. Il pezzo presenta un lembo libero che protrude rispetto alla saldatura 12: questo lembo, cui è richiesto di essere rettilineo e privo di difetti come bave di taglio, viene saldato testa a testa (saldatura 13) con il lembo della lamiera 1.
Questa forma di realizzazione è meno vantaggiosa rispetto a quella descritta in fig. 5 essenzialmente per i passaggi addizionali rappresentati dall’esecuzione della saldatura 12 e dalla lavorazione in pressa per riportare il pezzo alla planarità richiesta dopo le deformazioni causate dal procedimento di saldatura: d’altra parte la lavorazione in pressa assicura una adeguata planarità anche dopo l’esecuzione della saldatura 13. Quest’ultima saldatura, che è forzatamente singola come la saldatura 11 deH’assieme di fig. 5, è però di più facile esecuzione (i due lembi da unire sono in posizione testa a testa, mentre nell’assieme di fig. 5 la superficie del pezzo perimetrale con sezione ad “U” e il lembo della lamiera sono posizionati a 90°). Questa facilità di esecuzione garantisce una alta probabilità di assenza di difetti, che peraltro come già detto sono almeno in parte tollerabili.
Come nei casi precedenti anche nel presente è largamente preferito che la saldatura sia di tipo automatico, preferibilmente con tecnologia laser.
Gli assiemi schematizzati nelle fig. 3, 4, 5 e 6 devono essere completati con i relativi anodi e catodi: questi sono normalmente costituiti da lastre perforate o espanse o da reti in metallo o lega metallica resistente alla corrosione, preferibilmente dotate di un sottile film superficiale di materiale elettrocatalitico. La fig. 7 riproduce una sezione trasversale dell’assieme di fig. 3 in cui sono stati installati l’anodo 17 e il catodo 18 mediante fissaggio, ad es. per saldatura, su opportuni supporti 16 a loro volta connessi alla parete 1 preferibilmente per saldatura. Per una migliore comprensione della struttura l’assieme di fig. 7 è riprodotto in una rappresentazione tridimensionale nella fig. 8A (vista del lato anodico) e 8B (vista del lato catodico).
Nella tecnologia nota è usuale applicare il film di materiale elettrocatalitico sulle lastre perforate o espanse o sulle reti 17 e 18 prima del loro fissaggio sui supporti 16: la ragione alla base di questa procedura di fabbricazione è data dalla temperatura richiesta per l'applicazione del film elettrocatalitico, frequentemente nel campo di 400 - 500°C. Se le lastre o reti venissero fissate ai supporti 16 prima dell’applicazione del film elettrocatalitico, l’applicazione successiva comporterebbe necessariamente l’esposizione dell’intero assieme alle temperature di 400 - 500°C con certezza di importanti distorsioni (perdite di planarità) dovute ai diversi coefficienti di dilatazione termica dei vari materiali di costruzione (materiale del comparto anodico, materiale del comparto catodico, materiale dell’elemento perimetrale di rinforzo). D’altra parte il fissaggio per saldatura delle lastre o reti previamente dotate di film elettrocatalitico risulta piuttosto critico poiché nelle zone di saldatura il materiale del film elettrocatalitico viene inglobato nella zona fusa con possibile inquinamento e conseguente creazione di difetti come porosità e/o fragilità. Mentre questa procedura - applicazione del film elettrocatalitico alle lastre o reti e successiva loro saldatura ai supporti 16 degli assiemi - è tollerabile in fase di costruzione di nuovi assiemi, essa risulta molto onerosa nella fase cosiddetta di “riattivazione”, che è necessario affrontare periodicamente visto che i film elettrocatalitici sono soggetti a un progressivo consumo durante l’elettrolisi. Poiché i film elettrocatalitici assicurano una minore tensione di esercizio, e quindi un minor consumo di energia elettrica, è perciò necessario procedere al loro rinnovo.
Il fatto di non poter esporre gli assiemi alle elevate temperature richieste dall’applicazione dei materiali elettrocatalitici comporta che le lastre o reti esercite debbano essere distaccate dai supporti 16, operazione che richiede tempo e che in molti casi provoca danni tali alle lastre o reti da costringere alla loro sostituzione.
Il problema sopra accennato riguarda le strutture schematizzate nelle fig. 1, 2, 4, 5 e 6, ma non la struttura di fig. 3 in cui le varie parti sono prodotte con lo stesso materiale. Pertanto l'assieme di fig. 3 è caratterizzato dall'essere costituito da parti che hanno tutte lo stesso coefficiente di dilatazione e pertanto tale assieme può essere sottoposto a elevate temperature senza rischi di distorsioni. La conseguenza importante di questa caratteristica è che gli assiemi nuovi possono essere equipaggiati con lastre o reti prive di film elettrocatalitici (con sostanziale semplificazione delle saldature ai supporti 16): in una fase successiva gli assiemi completi vengono sottoposti al procedimento di applicazione dei film elettrocatalitici alle lastre o reti con le relative elevate temperature. In modo analogo si procede per la “riattivazione” di assiemi esausti: in particolare gli assiemi esausti vengono trattati per eliminare i residui dei vecchi film elettrocatalitici, ad es. per mezzo di sabbiatura o di lavaggio chimico, e quindi sottoposti all'applicazione dei nuovi film secondo una procedura che duplica esattamente quella utilizzata per assiemi nuovi.
Un ulteriore vantaggio della applicazione dei film elettrocatalitici agli assiemi completi di lastre perforate o espanse o di reti è dato dall’assenza dei danni ai film stessi indotti necessariamente dalle saldature di fissaggio delle lastre o reti preventivamente dotate di film secondo la tecnologia nota.

Claims (22)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Assieme bipolare per elettrolizzatore del tipo a filtro - pressa adatto a processi di elettrolisi comprendente un’unica lamiera in metallo o lega scelti dal gruppo dei metalli o leghe metalliche resistenti alla corrosione, le due facce di detta unica lamiera funzionanti rispettivamente come parete anodica e come parete catodica, detta unica lamiera essendo provvista di almeno due flange perimetrali caratterizzato dal fatto che almeno una di dette flange è un elemento preformato non integrale a detta unica lamiera.
  2. 2. L'assieme della rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che dette flange perimetrali comprendono almeno una flangia catodica ed almeno una flangia anodica.
  3. 3. L’assieme della Rivendicazione 2 caratterizzato dal fatto che i materiali di costruzione di dette flange e detta almeno unica lamiera siano scelti tra i metalli valvola e le loro leghe.
  4. 4. L’assieme della Rivendicazione 3 caratterizzato dal fatto che detta almeno una flangia anodica e detta unica lamiera sono in lega di titanio e detta flangia catodica è in titanio.
  5. 5. L’assieme della Rivendicazione 3 caratterizzato dal fatto che detta almeno una flangia catodica, detta almeno una flangia anodica e detta unica lamiera sono in titanio e che almeno una di dette flange è dotata di un rivestimento protettivo contro la corrosione interstiziale.
  6. 6. L’assieme delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che detta almeno una flangia costituita da un elemento preformato non integrale a detta unica lamiera è costituita da una cornice formata da un barrotto o tubolare a sezione poligonale in metallo o lega dello stesso gruppo dei metalli o leghe di detta unica lamiera, e che una seconda flangia è fissata a detta cornice per prevenire il trafilamento dei fluidi di detti processi di elettrolisi.
  7. 7. L’assieme della rivendicazione 6 caratterizzato dal fatto che detta seconda flangia è fissata a detta cornice con una saldatura continua.
  8. 8. L’assieme delle rivendicazioni da 1 a 5 caratterizzato dal fatto che detta almeno una flangia costituita da un elemento preformato non integrale a detta unica lamiera è ricavata per piegatura di una striscia di metallo o lega dello stesso gruppo dei metalli o leghe di detta unica lamiera ed è fissata a detta unica lamiera mediante saldatura continua, che una seconda flangia è ricavata per piegatura di detta unica lamiera, e che tra detta almeno una flangia e detta seconda flangia è interposto un elemento perimetrale di rinforzo.
  9. 9. L’assieme delle rivendicazioni da 1 a 5 caratterizzato dal fatto che dette almeno due flange perimetrali costituiscono un unico elemento preformato.
  10. 10. L'assieme della rivendicazione 9 caratterizzato dal fatto che detto elemento preformato è ottenuto per piegatura di una striscia di metallo o lega dello stesso gruppo di metalli o leghe di detta unica lamiera a formare un pezzo perimetrale con sezione ad “U” racchiudente un elemento perimetrale di rinforzo.
  11. 11. L’assieme della rivendicazione 10 caratterizzato dal fatto che detto elemeto preformato è fissato a detta unica lamiera mediante saldatura continua.
  12. 12. L'assieme della rivendicazione 9 caratterizzato dal fatto che detto elemento preformato è un pezzo perimetrale con sezione a “U” provvisto di un lembo, che racchiude un elemento di rinforzo.
  13. 13. L’assieme della rivendicazione 12 caratterizzato dal fatto che detto pezzo perimetrale è ottenuto per saldatura continua di due flange preformate, e detto lembo è unito a detta unica lamiera mediante saldatura continua.
  14. 14. L’assieme delle rivendicazioni 7, 8, 11 e 13 caratterizzato dal fatto che detta saldatura continua è una saldatura laser.
  15. 15. L’assieme delle rivendicazioni precedenti ulteriormente comprendente supporti fissati a dette facce del'unica lamiera e un anodo e un catodo a loro volta fissati a detti supporti, l'anodo e il catodo essendo costituiti da lastre perforate o espanse o reti dotate di film includenti materiali elettrocatalitici ottenuti mediante applicazione di una vernice contenente composti precursori dei materiali elettrocatalitici e mediante successivo trattamento termico necessario per convertire detta vernice in detti materiali caratterizzato dal fatto che l’applicazione di detta vernice è effettuata sulle lastre o reti dopo il loro fissaggio su detti supporti e l’intero assieme è sottoposto a detto trattamento termico.
  16. 16. L’assieme della rivendicazione 15 caratterizzato dal fatto di essere un assieme di nuova costruzione.
  17. 17. L'assieme della rivendicazione 15 caratterizzato dal fatto di essere un assieme esausto.
  18. 18. Elettrolizzatore del tipo a filtro - pressa adatto a processi di elettrolisi caratterizzato dal fatto di essere costituito da una molteplicità di assiemi secondo le rivendicazioni precedenti
  19. 19. Processo di elettrolisi di una soluzione acquosa in un elettrolizzatore del tipo filtro-pressa, caratterizzato dal fatto che l’elettrolizzatore comprende almeno un assieme bipolare delle rivendicazioni da 1 a 17.
  20. 20. Il processo della rivendicazione 19 caratterizzato dal fatto che detta soluzione acquosa è una soluzione di acido cloridrico, che detta elettrolisi è condotta con anodi per l’evoluzione del cloro e con catodi a consumo di ossigeno e che il metallo o lega di dette flange perimetrali e di detta unica lamiera è titanio o una lega di titanio.
  21. 21. Il processo della rivendicazione 19 caratterizzato dal fatto che detta elettrolisi è una elettrolisi alcalina di acqua.
  22. 22. Assieme bipolare per elettrolizzatore del tipo a filtro - pressa adatto a processi di elettrolisi comprendente gli elementi caratteristici della descrizione e delle figure.
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