次氯酸鹽的制備方法和具有防垢工具的相關(guān)海水電解器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】通過(guò)噴嘴陣列間歇噴射加壓海水實(shí)現(xiàn)電氯化設(shè)備的海水電解器的電極表面和其他內(nèi)表面的水垢累積率的大量減少，該噴嘴陣列產(chǎn)生適于侵入平板式平行交錯(cuò)電極的細(xì)長(zhǎng)包的電極間間隙空間深處的高能(高速)噴流。噴流的動(dòng)能被從包含細(xì)長(zhǎng)電極包的電解器的管式外殼的入口端通過(guò)間隙空間流至出口端的工藝液體逐漸吸收。間隙空間中流動(dòng)的液體中與噴流的侵入方向垂直或傾斜的動(dòng)能輸入破壞片流，導(dǎo)致在電極間的液體本體中產(chǎn)生高能湍流，這有效阻止了水垢的穩(wěn)定累積，該水垢的大部分被液流清掃出電解器，進(jìn)入電解器下部的排液裝置。
【專(zhuān)利說(shuō)明】次氯酸鹽的制備方法和具有防垢工具的相關(guān)海水電解器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)大體上涉及一種以稀釋的不純鹽溶液(諸如海水)生成電解次氯酸鹽的方法，且特別是用于防止在電解器內(nèi)的電極和其他表面上的防垢建立的方法和工具。

【背景技術(shù)】
[0002]海水的電解通常用于直接制備次氯酸鹽以防止冷卻系統(tǒng)、水壓載等的生物積垢和生垢。
[0003]本申請(qǐng)的情況下，盡管通常參考海水，必須理解的是，問(wèn)題和解決方案的描述被發(fā)現(xiàn)也比照地適用于等效稀釋鹽溶液，該等效稀釋鹽溶液除了有機(jī)和/或無(wú)機(jī)類(lèi)型的其他鹽類(lèi)和雜質(zhì)之外，還包括氯化鈉，如自然來(lái)源的苦咸水體或人口密集的城市區(qū)域的水體等。
[0004]比將氣態(tài)氯加入海水冷卻回路安全且經(jīng)濟(jì)很多的方法的問(wèn)題與海水中存在的雜質(zhì)和溶解物質(zhì)有關(guān)。已知的是，除了為用于制備次氯酸鹽的起始材料的氯化鈉之外，海水還包括干擾工藝的很多其他離子。當(dāng)直流電通過(guò)電解器(還經(jīng)常使用電氯化器的基本名稱(chēng)提及)中的海水時(shí)發(fā)生的基本反應(yīng)為以下的:
[0005]陽(yáng)極處:生成氯氣
[0006]2Cr— Cl 2+2e_ I)
[0007]陰極處:生成氫氣和形成氫氧根離子
[0008]2H20+2e^ 20H >H2 2)
[0009]電極之間的間隙中:氯氣與氫氧根離子之間的反應(yīng)生成次氯酸鹽
[0010]C12+20!T—H 20+C10>Cr 3)
[0011]電解器內(nèi)部形成的且被水流運(yùn)送的氫氣氣泡最后浮在待稀釋在氣流中的含次氯酸鹽的溶液的存儲(chǔ)容器表面，氣流不斷將含次氯酸鹽的溶液排放至大氣。
[0012]次氯酸鹽具有特定氧化和滅菌作用，且當(dāng)與有機(jī)物質(zhì)接觸或通過(guò)光、熱或可容易氧化的離子的作用時(shí)，再生原始氯離子，因此滅菌過(guò)程之后沒(méi)有在海水中留下有害殘留物。
[0013]不幸的是，陽(yáng)極處、陰極處和電解質(zhì)溶液(海水)中，發(fā)生了很多不期望的化學(xué)反應(yīng)，該化學(xué)反應(yīng)的詳盡論述可在US-4.488.945中閱讀，盡管其大部分集中在來(lái)自寄生陽(yáng)極反應(yīng)的電化學(xué)轉(zhuǎn)化和化學(xué)轉(zhuǎn)化和因此的金屬陽(yáng)極的去活機(jī)理。有關(guān)描述意欲通過(guò)參考表示并入本申請(qǐng)。
[0014]很多其他離子通?；蚺紶柎嬖谟谘匕端小ｂ}、鎂、碘、溴、硫和很多重金屬離子可被找到。特別地，海水中存在相對(duì)大的量的鈣和鎂，且導(dǎo)致負(fù)偏壓電極表面和其他表面的嚴(yán)重結(jié)垢。這些水垢通常為多孔的且不干擾池的正常功能，但是水垢快速生長(zhǎng)使其越來(lái)越緊湊且導(dǎo)致操作池電壓的增加和隨之發(fā)生的電能的浪費(fèi)。
[0015]用于電氯化設(shè)備的電解器的通常優(yōu)選結(jié)構(gòu)在圖1中示出。管式外殼包含一包間隔交錯(cuò)的平板式陽(yáng)極和平板式陰極，平板式陽(yáng)極和平板式陰極之間限定出電極間間隙空間，特別是組成多個(gè)電解池，該多個(gè)電解池在電解器的管式外殼的橫向上電并聯(lián)(4個(gè)池并聯(lián))且在縱向上電串聯(lián)(5個(gè)池串聯(lián))，通過(guò)管式外殼相對(duì)端處的正極連接器和負(fù)極連接器與DC源連接。
[0016]特別地，電極間間隙中水垢的不斷生長(zhǎng)阻止了金屬板電極的平板式相對(duì)表面之間的海水流的正確分布，直到完全堵住電解器的電極包。
[0017]如圖2的照片可觀察到的，如果不按時(shí)控制，過(guò)量水垢趨于以指數(shù)方式生長(zhǎng)且可使金屬板電極彎曲且最后導(dǎo)致電火花和甚至破壞性的短路、還有通過(guò)金屬的電沉積的并發(fā)過(guò)程引起的現(xiàn)象。
[0018]除了酸(通常為HCl)的成本、廢液處理/處置成本和危險(xiǎn)管理成本之外，每個(gè)酸洗滌階段通?；?至5小時(shí)，伴隨著相關(guān)聯(lián)的生產(chǎn)損失。
[0019]假定陽(yáng)極處生成的每kg氯氣海水的充滿(mǎn)體積(flown volume)通常在400升與1000升之間，甚至待通過(guò)電解器的海水的整個(gè)預(yù)純化工藝會(huì)完全不經(jīng)濟(jì)。
[0020]因此，必須經(jīng)常進(jìn)行電極包的酸洗滌以除去累積水垢和金屬沉積物。取決于海水的鹽度、流速、電流密度和電極狀態(tài)，這些定期維修操作之間的間隔必須短到在10天至20天范圍內(nèi)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0021] 申請(qǐng)人:的目的是找到一種減少在操作一段時(shí)間之后對(duì)電解器內(nèi)部進(jìn)行有效酸洗滌所需要的電氯化設(shè)備的周期修理時(shí)間的頻率和/或持續(xù)時(shí)間、減少酸損耗和與該設(shè)備的不可避免的日常維修相關(guān)聯(lián)的動(dòng)力成本的可行方式。
[0022] 申請(qǐng)人:通過(guò)以下進(jìn)行的實(shí)地測(cè)驗(yàn)是不被鼓勵(lì)的:改變通過(guò)管式電解器外殼的海水的流速，該管式電解器外殼包含一包間隔交錯(cuò)的平板式陽(yáng)極和平板式陰極，該平板式陽(yáng)極和平板式陰極之間限定出電極間間隙空間，通常組成在電解器的管式外殼的橫向上電并聯(lián)且在電解器的管式外殼的縱向上電串聯(lián)的多個(gè)電解池。
[0023]甚至在大大超過(guò)用于保證湍流通過(guò)電解器的臨界雷諾圖的流速下，沒(méi)有觀察到對(duì)電極結(jié)垢過(guò)程的顯著阻礙，而增加的抽吸大大于不利氯化工藝的效率。甚至流轉(zhuǎn)向擋板的布置被證明是具有很小作用或沒(méi)有作用。
[0024]這看起來(lái)很大加強(qiáng)了因?yàn)榇龠M(jìn)了將離子運(yùn)送至電極湍流可能會(huì)使結(jié)垢的問(wèn)題更嚴(yán)重、或最多對(duì)防止結(jié)垢不起作用的主要觀點(diǎn)。然而， 申請(qǐng)人:沒(méi)有放棄海水的湍流可幫助對(duì)抗電極間間隙空間中水垢的快速建立的想法。
[0025]盡管存在這些早期失敗， 申請(qǐng)人:最后找到的解決方案被證明其本身是令人意外地有效的。
[0026]基本上，該想法已被用于通過(guò)電解器的管式外殼抽吸的海水流、形式為從噴嘴陣列噴射的高速?lài)娏鞯亩鄠€(gè)次級(jí)高壓水流或輔助高壓水流，噴嘴陣列沿細(xì)長(zhǎng)包組件的至少一側(cè)的整個(gè)長(zhǎng)度每隔一定間距設(shè)置。多個(gè)噴嘴的位置、多個(gè)噴嘴與電極包的距離和多個(gè)噴嘴彼此間的間隔間距設(shè)置為保證高速液體噴流在相對(duì)于通過(guò)電極間間隙空間的海水的縱向流動(dòng)方向垂直或傾斜的方向上侵入(引導(dǎo)朝向)電極間間隙空間；尋找的效果是破壞電極間間隙空間內(nèi)的可能的海水片流和在電極間間隙空間中引起高能液體湍流。
[0027]馬上觀察到，電解器的電極表面和其他內(nèi)表面上水垢累積率令人意外地顯著減少，這好像確認(rèn)了 申請(qǐng)人:的以下懷疑:緊密包裝的平行板電極的蜂窩效應(yīng)會(huì)是證實(shí) 申請(qǐng)人:之前的、目的為證實(shí)來(lái)自湍流的可能益處的實(shí)驗(yàn)的原因。
[0028]待注射的液體的超壓應(yīng)足以制備適于侵入電極間間隙空間內(nèi)部深處的高能(高速)噴流。噴流的動(dòng)能被從包括細(xì)長(zhǎng)電極包的電解器的管式外殼的入口端通過(guò)間隙空間流至出口端的液體逐漸吸收。間隙空間內(nèi)流動(dòng)的液體中在與噴流侵入垂直或傾斜的方向上的動(dòng)能輸入破壞片流，導(dǎo)致電極間液體本體的高能湍流，這看起來(lái)有效阻止了水垢的穩(wěn)定累積，水垢的一大部分被液流清掃出電解器和/或落入通常存在于電解器下部的排液噴嘴內(nèi)，水垢可從排液噴嘴排出。
[0029]加壓液體噴流的周期噴射可在電解器的正常操作過(guò)程中進(jìn)行，或電解工藝可在噴射階段過(guò)程中中斷。優(yōu)選地，當(dāng)沿著電解器底部存在的排液噴嘴的排放閥需要被打開(kāi)用于排放被來(lái)自電極表面的噴流移動(dòng)且沉入底部的累積水垢時(shí)，命令中斷電極的DC電能和通過(guò)電解器的工藝液體的強(qiáng)制流動(dòng)。
[0030]很多試驗(yàn)運(yùn)行已清楚地證明了，垂直/傾斜噴流的高壓注射不需要為連續(xù)的且間歇注射為優(yōu)選的。通常，對(duì)于在1，ΟΟΟΑ/m2至1，800A/m2范圍內(nèi)的電流密度下進(jìn)行的電解工藝，間歇高壓水垢清掃階段可具有約5min的持續(xù)時(shí)間，且可每10至30分鐘進(jìn)行一次。然而，水垢清掃階段的持續(xù)時(shí)間和頻率可通過(guò)控制PLC來(lái)調(diào)節(jié)，取決于操作條件和處理鹽水的質(zhì)量。根據(jù)需要或預(yù)先建立的時(shí)間表，PLC還可編程為用于實(shí)現(xiàn)沒(méi)有電化學(xué)工藝的中斷的水垢清掃階段、和同時(shí)具有電化學(xué)工藝的中斷和底部排放裝置的打開(kāi)的水垢清掃階段。
[0031]通常，注射液體的壓力可在5N/m2與10N/m2之間。
[0032]通過(guò)該多個(gè)噴嘴的液體注射的累計(jì)流速與強(qiáng)制通過(guò)電解器的工藝流的流速之間的比可以在0.2與0.6之間。
[0033]形式為高速?lài)娏鞯摹⒍鄠€(gè)次級(jí)高壓水流或輔助高壓水流的累計(jì)流速實(shí)際上為通過(guò)電解器抽吸的海水的主流的流速的一部分。當(dāng)考慮電氯化工藝的總經(jīng)濟(jì)圖時(shí)，這限制了用于加壓待注射液體需要的能源，用于令人意外的低成本/收益比。
[0034]在商業(yè)電氯化設(shè)備的四個(gè)相同電解器CHLOROPURE? - HPSC (商標(biāo)為S:E:S:P:1: sr1-MiIan-1taly)的兩個(gè)電池上進(jìn)行的評(píng)估試驗(yàn)給出了以下結(jié)果:
[0035]〇對(duì)沒(méi)有裝備本申請(qǐng)的新的輔助注射系統(tǒng)的電解器內(nèi)部進(jìn)行例行酸洗滌步驟的長(zhǎng)期建立的頻率，每18天連續(xù)操作一次，保持不變；
[0036]〇在遵照起始檢查運(yùn)行的一些調(diào)節(jié)之后，對(duì)裝備有本申請(qǐng)的新的輔助注射系統(tǒng)的電解器內(nèi)部進(jìn)行例行酸洗滌步驟的頻率可設(shè)為每165天連續(xù)操作一次，實(shí)現(xiàn)了使周期酸洗滌的工作周期減少了近十倍。
[0037]本發(fā)明在所附的權(quán)利要求書(shū)中限定，該權(quán)利要求書(shū)的內(nèi)容意欲組成說(shuō)明書(shū)的一部分且通過(guò)參考表示并入說(shuō)明書(shū)。
[0038]以下為參考附圖的本發(fā)明的實(shí)施例的描述，實(shí)施例的目的是使本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚本發(fā)明的實(shí)踐方式，而不是將本發(fā)明的實(shí)踐限制為詳細(xì)示出和描述的示例性實(shí)施例。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0039]圖1為示出了通常用于以海水或等效鹽溶液的流生成次氯酸鈉的電解器的結(jié)構(gòu)的基本截面圖。
[0040]圖2為被未檢查的水垢的生長(zhǎng)破壞的商業(yè)海水電解器的電極包的照片和其放大圖。
[0041]圖3A、圖3B、圖3C和圖3D提供了用于實(shí)施本發(fā)明的新的防垢工具的海水電解的電解器的基本說(shuō)明。
[0042]圖4A和圖4B分別為電解器的預(yù)裝配的電極包的俯視圖和局部放大圖。
[0043]圖5為根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的均勻間隔開(kāi)的噴嘴組件的加壓水分配器的詳細(xì)爆炸圖。
[0044]圖6為使用本發(fā)明的新的電解器的電氯化設(shè)備的大體功能圖。

【具體實(shí)施方式】
[0045]圖3A、圖3B、圖3C和圖3D分別為裝備有本發(fā)明的防垢工具的、用于電氯化設(shè)備的示例性商業(yè)海水電解器的沒(méi)有電極包的截面圖的、具有電極包的截面圖的、與一個(gè)隔膜陣列不一致的和與一個(gè)隔膜陣列一致的縱向截面圖和端視圖。
[0046]電解器具有管式外殼1，管式外殼I通常為外部包覆有GRP的臥式圓柱狀PVC殼體，被端部法蘭(未示出)閉合，適于容納預(yù)裝配的多個(gè)電極包(Cl、…、Al)，管式外殼I的功能性布置已在圖1中示出，可從圖4A的包的俯視圖和圖4B的局部放大圖中認(rèn)識(shí)到，其中板式電極之間的絕緣性隔膜更明顯。管式外殼I具有海水入口噴嘴2和出口噴嘴3，含次氯酸鹽的海水和液流中分散的氫氣氣泡從出口噴嘴3離開(kāi)電解器。底部噴嘴4用于沖洗排出酸溶液，如果進(jìn)行周期酸洗滌，酸溶液填充在電解器內(nèi)部?？稍陧敳吭O(shè)置任選的噴嘴5，噴嘴5使用透明窗玻璃被閉合，以提供水垢累積狀態(tài)的觀察視窗。
[0047]參考圖3A中可見(jiàn)的縱向側(cè)視圖和圖4A中的垂直視圖，在示出的實(shí)施例中，電極包組件限定出由Imm厚的平板式鈦板電極形成的多單元電器系列，在板的陽(yáng)極極化部分(Al、A2、A3、…、A7)上每個(gè)平板式鈦板電極具有非鈍化導(dǎo)電金屬氧化物涂層(具有低氯離子氧化過(guò)電壓)或不具有任何涂層，或在陰極極化部分(C1、C2、C3、…、C7)上具有低氫離子排放過(guò)電壓金屬涂層。平行陰極板和陽(yáng)極板的每個(gè)形式為約17至65個(gè)齒的梳狀組件(還參考圖1的基本功能圖)的終端陰極頭(Cl)和終端陽(yáng)極頭(Al)通過(guò)穿過(guò)管式外殼I的閉合端部法蘭的桿(電連接引線(xiàn))與DC電源連接。
[0048]根據(jù)圖5中示出的示例性實(shí)施例，本發(fā)明的新的工具由分別在外殼I的頂部和底部的兩個(gè)另外的噴嘴6t和噴嘴6b組成，噴嘴6t和噴嘴6b分別容納凸緣入口管7t和凸緣入口管7b，凸緣入口管7t和凸緣入口管7b的螺紋端在高壓水的頂部分配器管和底部分配器管的兩個(gè)部分1t (和兩個(gè)部分1b)之間的相應(yīng)的“T”聯(lián)接中緊縮，凸緣入口管7t和凸緣入口管7b兩端閉合。
[0049]當(dāng)然，在電極板包的整個(gè)長(zhǎng)度上延伸的縱向分配器(電極包的豎直保持的平行金屬板的頂邊和底邊之上和之下)的可選構(gòu)造是可能的，例如，分配器管可為單片的，分配器管的一端通過(guò)管式外殼I的端部閉合法蘭中的一個(gè)端部閉合法蘭，用于允許直接外部液壓連接。
[0050]盡管單個(gè)中心定位分配器可為充分的，在更大電極包的情況下，可在管式外殼的內(nèi)部空間的頂部和底部布置兩個(gè)或更多個(gè)平行分配器。
[0051]任何情況下，每個(gè)分配器管分別具有多個(gè)間隔相同和類(lèi)似定向的噴嘴9t和噴嘴%，噴嘴9t和噴嘴9b適于釋放引導(dǎo)朝向平行電極板的間隔邊和相關(guān)的電極間間隙空間的高能?chē)娏?加壓水的高離開(kāi)速率)，海水流沿電極間間隙空間流過(guò)電解器。
[0052]在示出的實(shí)施例中，電極包組件具有以下尺寸:長(zhǎng)度274cm、寬度24，8cm、高度16，6cm ;分配器為3/4” PVC管且具有與管分配器聯(lián)接、以150mm間距設(shè)置的17個(gè)螺紋PCV噴嘴。噴嘴與平行板電極的間隔邊的平面的距離設(shè)為60_。
[0053]用于管道、法蘭內(nèi)部載體和外部載體、液壓密封夾具和其他夾具的優(yōu)選主要構(gòu)造材料通常為PVC，盡管可以可選地使用其他塑料。
[0054]圖6為實(shí)施了本發(fā)明的新的工具的電氯化設(shè)備的簡(jiǎn)化大體功能圖。功能元件的符號(hào)表示的方案和圖例使說(shuō)明對(duì)技術(shù)人員是完全清楚的，且沒(méi)有特定描述被認(rèn)為是所包含的發(fā)明的完全理解所必要的。
[0055]在不超出本發(fā)明的精神或范圍的條件下，可對(duì)本發(fā)明的方法和設(shè)備進(jìn)行各種改變，且應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明意欲僅被所附權(quán)利要求書(shū)中限定的來(lái)限制。
【權(quán)利要求】
1.一種在至少一個(gè)電解器中電解海水或等效鹽水以在其中制備次氯酸鹽的方法，所述至少一個(gè)電解器具有多個(gè)間隔交錯(cuò)地豎直保持的平板式陽(yáng)極和平板式陰極，所述平板式陽(yáng)極與所述平板式陰極之間限定出電極間間隙空間，強(qiáng)制所述海水或等效鹽水以給定流速流動(dòng)通過(guò)所述電極間間隙空間，所述平板式陽(yáng)極與所述平板式陰極組成包含在所述電解器的管式外殼內(nèi)的多電極包組件，所述方法包括:通過(guò)沿所述包組件的至少頂側(cè)的整個(gè)長(zhǎng)度每隔一定間距設(shè)置的多個(gè)噴嘴間歇噴射加壓水、海水或等效鹽水的步驟，所述多個(gè)噴嘴的噴流與被強(qiáng)制流入所述電極間間隙空間的海水或等效鹽水的流動(dòng)方向垂直地和/或傾斜地引導(dǎo)朝向所述電極間間隙空間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中垂直引導(dǎo)的所述噴流破壞所述電極間間隙空間中的液體片流。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中被噴射的所述液體的壓力在5N/m2與ΙΟΝ/m2之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中通過(guò)所述多個(gè)噴嘴噴射的累計(jì)流速與所述被強(qiáng)制的流的流速的比在0.2與0.6之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中從所述包組件上方和下方同時(shí)噴射被引導(dǎo)入所述電極間間隙空間的所述噴流。
6.一種電解海水或等效鹽水以制備次氯酸鹽的電解器系統(tǒng)，所述電解器具有多個(gè)豎直保持地、間隔交錯(cuò)的平板式陽(yáng)極和平板式陰極，所述平板式陽(yáng)極與所述平板式陰極之間限定出電極間間隙空間且組成包含在所述電解器的管式外殼內(nèi)的多電極包組件，強(qiáng)制所述海水或等效鹽水以給定流速流動(dòng)通過(guò)所述電極間間隙空間，所述電解器進(jìn)一步包括: 至少一個(gè)噴嘴線(xiàn)性陣列，所述至少一個(gè)噴嘴線(xiàn)性陣列在所述多電極包組件的至少頂側(cè)的整個(gè)長(zhǎng)度上沿在所述外殼內(nèi)部延伸的分配器管每隔一定間距設(shè)置； 加壓水、海水或等效鹽水的間歇外部源，所述間歇外部源與所述內(nèi)部分配器管連接，用于從所述噴嘴噴射噴流，所述噴流與被強(qiáng)制流入所述電極間間隙空間的海水或等效鹽水的流動(dòng)方向垂直地引導(dǎo)朝向所述電極間間隙空間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電解器，進(jìn)一步包括:至少一個(gè)第二噴嘴線(xiàn)性陣列，所述至少一個(gè)第二噴嘴線(xiàn)性陣列在所述多電極包組件的底側(cè)的整個(gè)長(zhǎng)度上沿在所述外殼內(nèi)部延伸的第二分配器管每隔一定間距設(shè)置，用于從所述包組件的上方和下方同時(shí)噴射噴流。
【文檔編號(hào)】C02F1/467GK104507874SQ201280074939
【公開(kāi)日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2012年5月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月28日
【發(fā)明者】路易吉·萊赫提 申請(qǐng)人:Sespi有限責(zé)任公司