Villamosság, 1972 (20. évfolyam, 1-12. szám)
1972-11-01 / 11. szám
328 Villamosság 1972. 20. évf. 11. sz. Klórelektrolízis üzemek korszerűsítése KISS LÁSZLÓ* I. A klórelektrolízis üzem Bevezetés Az alkáliklorid elektrolízisek az elektrokémiai ipar hagyományos nagy teljesítményű fogyasztói közé tartoznak. Táplálásukra a forgógépes átalakítókkal és a higanygőz egyenirányítókkal szemben az ötvenes évek közepétől a kedvezőbb tulajdonságokkal rendelkező szilíciumdiódás berendezéseket használják. Jelen cikk a higanygőz egyenirányítóval táplált üzemek korszerűsítésének műszaki-gazdasági kérdéseivel foglalkozik a Budapesti Vegyiműveknél nemrég lezajlott rekonstrukció tapasztalatainak alapján. Itt a Villamos Berendezés és Készülék Művek által kifejlesztett és beépített vízhűtésű 3500, 6000 A névleges jellemzőkkel rendelkező félvezetős egyenirányító készülékek a nagyfeszültségű berendezések részleges meghagyása mellett előnyös üzemeltetési és energiaátalakítási viszonyokat, továbbá termelésnövekedést tesznek lehetővé. Fizikai alapok Az elektromos áramot vezető oldatban, az elektrolitban az áram vezetése töltéssel rendelkező anyagi részecskékkel, ionokkal történik a Faradaytörvények szerint. Az ion- és az elektron vezetés határfelületén kémiai változások mennek végbe. Az elektrolízis ezeknek az elektrolitikus folyamatoknak az összessége egy adott rendszerben [1]. Ha a rendszerre kapcsolt megfelelő irányú feszültséget lassan növeljük, az áram eleinte alig növekszik a kémiai polarizáció következtében. A bontási feszültség elérésekor fellépő csekély áram a maradékáram, amely az elektródáktól eldiffundált gáz pótlásához szolgáltat újabb töltéseket. A bontási feszültséget meghaladó feszültségértékek esetén az áram a feszültséggel lineárisan nő az Ohmtörvénynek megfelelően (1. ábra). A valóságos elektrolíziseknél irreverzibilis folyamatok is lejátszódnak, amelyek az elektróda-potenciálokat megváltoztatják és többletfeszültséget igényelnek, így az elektrolízis tényleges feszültségegyenlete lett=Eb + P + 1B [volt]. Az egyenlet jobb oldalának első tagja a bontási feszültség. A második tag az elektródákon lejátszódó irreverzibilis folyamatok energiaszükségletét fedezi. A harmadik tag az elektródák és az elektrolit ohmos ellenállását veszi figyelembe és a másodikhoz hasonlóan nem végez hasznos munkát. A megfelelő teljesítmény meleggé alakul. Az elektrolízis feszültségkihasználása E=-E ь 100%. Eb + p + IB Hasonlóképpen beszélhetünk áramkihasználásról és energiafelhasználásról is. Ezekből következik, * Kiss László okl. villamosmérnök, a Magyar Elektrotechnikai Egyesület tagja, VBKM Vezérigazgatóság hogy korszerűsítésnél előnyös az elektródákon lejátszódó irreverzibilis reakciók mértékének és a cella ohmos ellenállásának csökkentése. Az alkáliklorid cella felépítése és működése A nedves elektrolízisekhez tartozó konyhasóoldat elektrolízisnél a főtermék marónátron és klór, a melléktermék hidrogén. A kádon rendszerint felül vannak elhelyezve a párhuzamosan működő, legtöbbször grafitanyagú anódok, alul a vas-, vagy higanykatód. A termékminőség és a gazdaságosság miatt ma már általánosan használt higanykatódos eljárásnál a kádba konyhasóoldatot és higanyt juttatnak. Az anódon a klorid-ionok elvesztik töltésüket és klórgáz távozik : 2Na+ + 201 =C12+ 2Na+. A higanykatódon lejátszódó reakciók: Na+ + e=Na és Na+ aHg = NaHgx Az amalgám a lejtős kádból kifolyik és a bontócellában vízzel reagálva marónátron-oldat és hidrogéngáz keletkezik. Az eljárás során 1 kg NaOH termelésével egyidőben 0,89 kg klórgáz és 0,025 kg hidrogéngáz képződik, kb. 60—70 ° C üzemi hőmérséklet mellett. 1 kg marónátron előállításának elméleti energiaigénye a Faraday-törvény szerinti 670 amperóra mennyiség és a 3,225 V bontási feszültség alapján Selma 3,225-0,67-2,16 kWó/kg NaOH. A gyakorlatban a különböző veszteségek miatt a higanykatódos eljárás fajlagos energiaszükséglete korszerű berendezésekben 4,2—4,4 V cellafeszültség mellett 3,25—3,35 kWh/kg NaOH. A cellákat rézsinekkel sorbakapcsolják a veszteségek csak- 7. ábra. Az elektrolízis áram-feszültség jelleggörbéje