RU2288974C2 - Method of automatic control of fluorine electrolyzer - Google Patents
Method of automatic control of fluorine electrolyzer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2288974C2 RU2288974C2 RU2005103459/15A RU2005103459A RU2288974C2 RU 2288974 C2 RU2288974 C2 RU 2288974C2 RU 2005103459/15 A RU2005103459/15 A RU 2005103459/15A RU 2005103459 A RU2005103459 A RU 2005103459A RU 2288974 C2 RU2288974 C2 RU 2288974C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- level
- electrolyte
- electrolyzer
- acidity
- bell
- Prior art date
Links
Landscapes
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способу автоматического управления электролизеров с газоразделительными колоколами, предотвращающими смешение катодного и анодного газов, а конкретно к управлению электролизером для получения фтора.The invention relates to a method for automatically controlling electrolysers with gas separation bells preventing the cathode and anode gases from mixing, and more particularly, to controlling an electrolyzer to produce fluorine.
Автоматическое управление фторным электролизером заключается в поддержании заданной кислотности расплава электролита, обеспечивающей оптимальные показатели его работы (выход фтора по току и но энергии, содержание F2 и HF в анодном газе) при заданных параметрах его работы (температура электролита, плотность тока на электродах, сила тока). Поддержание заданной кислотности осуществляется подпиткой кислых расплавов фторида калия безводным фтористым водородом с использованием датчиков контроля кислотности или уровня расплава, подвергаемого электролизу.Automatic control of a fluorine electrolyzer consists in maintaining a given acidity of the electrolyte melt, which ensures optimal performance (fluorine current and energy output, F 2 and HF content in the anode gas) at given parameters of its operation (electrolyte temperature, current density on electrodes, force current). The required acidity is maintained by feeding acidic potassium fluoride melts with anhydrous hydrogen fluoride using sensors for monitoring the acidity or level of the melt subjected to electrolysis.
Известен способ автоматического управления фторным электролизером (А.с. СССР №296626, 1989 г.), заключающийся в автоматическом поиске минимально возможных значений кислотности и температуры электролита при контроле значений напряжения между электродами и его изменения по времени, обеспечивающий снижение уноса HF с газами электролиза. Известен также автоматический способ насыщения расплава фтористым водородом с использованием датчика уровня электролита в корпусе электролизера (Н.П.Галкин, А.А.Майоров и др. Химия и технология фтористых соединений урана. - М.: Госатомиздат, 1961 г.). Метод фиксирует изменение уровня электролита в ванне в пределах ±6,3 мм, что соответствует колебанию концентрации фтористого водорода в пределах ±0,5%. Данный способ является прототипом предлагаемого изобретения.A known method for the automatic control of a fluorine electrolyzer (AS USSR No. 296626, 1989), which consists in the automatic search for the minimum possible values of acidity and temperature of the electrolyte while monitoring the voltage between the electrodes and its change in time, which reduces the entrainment of HF with electrolysis gases . There is also an automatic method for saturating a melt with hydrogen fluoride using an electrolyte level sensor in the electrolyzer body (N.P. Galkin, A.A. Mayorov and others. Chemistry and technology of uranium fluoride compounds. - M .: Gosatomizdat, 1961). The method fixes a change in the electrolyte level in the bath within ± 6.3 mm, which corresponds to a fluctuation in the concentration of hydrogen fluoride within ± 0.5%. This method is a prototype of the invention.
Указанные способы стабилизируют оптимальный режим эксплуатации работы электролизеров, обеспечивают минимальный унос HF с отходящими газами, но обладают существенным недостатком. Они снижают срок службы газоразделительных колоколов.These methods stabilize the optimal operating mode of the operation of the electrolytic cells, provide minimal ablation of HF with exhaust gases, but have a significant drawback. They reduce the life of gas separation bells.
Фтор получают электролизом кислых расплавов фторида калия (KF·nHF). При электролизе расплава HF диссоциирует по схеме:Fluorine is obtained by electrolysis of acidic potassium fluoride melts (KF · nHF). During the electrolysis of the melt, HF dissociates according to the scheme:
2HF=H2F++F-,2HF = H 2 F + + F - ,
катионы H2F+ разряжаются на катоде:H 2 F + cations are discharged at the cathode:
2H2F++2e=2HF+H2,2H 2 F + + 2e = 2HF + H 2 ,
анионы (фтор-ионы) разряжаются на аноде:anions (fluorine ions) are discharged at the anode:
2F--2е=F2.2F - -2e = F 2 .
На катоде выделяется водород, на аноде - фтор. Газоразделительный колокол необходим для раздельного удаления фтора и водорода, а уровень электролита на заданной отметке колокола является затвором, предотвращающим их смешение. Газоразделительный колокол изолирован от катода и анода. Как правило, электролит заливают в электролизер до уровня, соответствующего 1/2 высоты колокола. Из уравнений разряда ионов ясно, что в процессе электролиза кислого расплава калия масса фторида калия в электролизере остается постоянной, убывает безводный фтористый водород. При этом кислотность расплава снижается и одновременно снижается уровень электролита в электролизере. Средства управления электролизером с помощью датчиков контроля уровня или кислотности расплава поддерживают заданный уровень электролита путем периодической или непрерывной подачи в электролизер безводного фтористого водорода. Это приводит к тому, что уровень электролита почти не меняется или меняется незначительно. Материал колокола на линии раздела фаз находится в зоне максимальной скорости коррозии. Повысить наработку колокола до отказа в этих условиях невозможно.Hydrogen is released at the cathode, and fluorine is released at the anode. A gas separation bell is necessary for separate removal of fluorine and hydrogen, and the electrolyte level at a given mark of the bell is a shutter that prevents their mixing. The gas separation bell is isolated from the cathode and anode. As a rule, the electrolyte is poured into the cell to a level corresponding to 1/2 the height of the bell. From the equations of the discharge of ions it is clear that during the electrolysis of an acidic potassium melt, the mass of potassium fluoride in the electrolyzer remains constant, anhydrous hydrogen fluoride decreases. In this case, the acidity of the melt decreases and at the same time the level of electrolyte in the cell decreases. Electrolyzer control means by means of sensors for monitoring the level or acidity of the melt maintain a predetermined electrolyte level by periodically or continuously supplying anhydrous hydrogen fluoride to the electrolyzer. This leads to the fact that the electrolyte level almost does not change or changes slightly. The bell material on the phase line is in the zone of maximum corrosion rate. It is impossible to increase the operating time of the bell to failure under these conditions.
Технической задачей изобретения является повышение долговечности газоразделительных колоколов электролизера при сохранении параметров процесса электролиза, обеспечивающих оптимальные показатели его эксплуатации. Поставленная задача решается тем, что в способе автоматического управления фторным электролизером, включающим поддержание заданного уровня электролита с использованием датчиков контроля кислотности или датчиков уровня электролита при сохранении заданной кислотности и температуры электролита, заданный уровень электролита понижают или повышают на 2-4% от высоты газоразделительного колокола до минимально или максимально возможного уровня соответственно и продолжают работу электролизера на новом заданном уровне, при этом периодичность смены уровней составляет 1,5-3,0 тыс. часов работы на каждом новом уровне электролита.An object of the invention is to increase the durability of the gas separation bells of the electrolyzer while maintaining the parameters of the electrolysis process, providing optimal performance. The problem is solved in that in a method for automatically controlling a fluorine electrolyzer, including maintaining a predetermined electrolyte level using acid control sensors or electrolyte level sensors while maintaining a predetermined acidity and electrolyte temperature, a predetermined electrolyte level is reduced or increased by 2-4% of the height of the gas separation bell to the minimum or maximum possible level, respectively, and continue the operation of the cell at a new predetermined level, with periodicity s change in levels of 1.5-3.0 thousand. hours of operation at each new level of electrolyte.
Основанием предлагаемого способа является следующее.The basis of the proposed method is the following.
1. Основной причиной вывода электролизера в ремонт является электрохимическая коррозия материала колокола на границе раздела жидкой и газовой фаз (где скорость коррозии максимальна) до сквозного отверстия. По данным многолетней промышленной эксплуатации среднетемпературных электролизеров СТЭ-20 срок службы стального колокола на электролизере под токовой нагрузкой (в дальнейшем - наработка колокола) находится в интервале 5600-14700 часов. Таким образом, скорость коррозии на границе раздела фаз (при толщине стенки стального колокола 6 мм) составляет 1 мм за 1000-1500 часов работы при токовой нагрузке 9-15 кА.1. The main reason for the removal of the cell for repair is the electrochemical corrosion of the bell material at the interface between the liquid and gas phases (where the corrosion rate is maximum) to the through hole. According to the long-term industrial operation of STE-20 medium temperature electrolyzers, the service life of the steel bell on the electrolyzer under current load (hereinafter - the operating time of the bell) is in the range of 5600-14700 hours. Thus, the corrosion rate at the phase boundary (with a steel bell wall thickness of 6 mm) is 1 mm for 1000-1500 hours of operation at a current load of 9-15 kA.
2. Большой интервал долговечности колокола обусловлен различной точностью поддержания уровня электролита на отдельных электролизерах. В годы промышленного освоения среднетемпературных электролизеров использовался ручной метод контроля уровня с помощью калиброванной рейки. Точность поддержания уровня была невысокой. Низкая точность приводит к "размыванию" границы раздела фаз, что вроде бы способствует увеличению долговечности колокола, но одновременно не обеспечивает поддержание заданной кислотности в оптимальных пределах, что приводит к снижению долговечности колокола. Современные датчики контроля уровня электролита типа ВМ-100 обеспечивают поддержание уровня в пределах ±1 мм. Высокая точность приводит к тому, что граница раздела газовой и жидкой фаз, где скорость коррозии максимальна, практически не меняется. При этом долговечность колокола снижается даже при оптимальной кислотности электролита, когда скорость коррозии материала колокола минимальна. Именно по этой причине несмотря на достигнутые успехи автоматического управления фторным электролизером наработка колокола до отказа остается на одном уровне в течение десятков лет. Она находится в интервале 6-14 тыс. часов, а среднегодовая наработка колоколов в производстве фтора не превышает 9 тыс. часов.2. A large interval of the durability of the bell is due to the different accuracy of maintaining the electrolyte level on individual electrolyzers. During the years of industrial development of medium-temperature electrolyzers, the manual method of level control using a calibrated rail was used. The accuracy of maintaining the level was low. Low accuracy leads to a "blurring" of the phase boundary, which seems to contribute to an increase in the durability of the bell, but at the same time it does not ensure the maintenance of the given acidity in the optimal range, which leads to a decrease in the durability of the bell. Modern sensors for monitoring the level of electrolyte type VM-100 ensure the maintenance of the level within ± 1 mm. High accuracy leads to the fact that the interface between the gas and liquid phases, where the corrosion rate is maximum, practically does not change. In this case, the durability of the bell is reduced even with the optimum acidity of the electrolyte, when the corrosion rate of the bell material is minimal. For this reason, despite the successes achieved in the automatic control of a fluorine electrolyzer, the operating time of the bell to failure has remained at the same level for decades. It is in the range of 6-14 thousand hours, and the average annual production of bells in fluorine production does not exceed 9 thousand hours.
3. Изменение заданного уровня электролита на 2-4% от высоты колокола через каждые 1,5-3,0 тыс. часов эксплуатации колокола способствует увеличению срока его службы не менее чем в 1,5-2 раза. Изменение уровня меньше 2% от высоты колокола нецелесообразно из-за технологических перепадов давления анодного и катодного газов. Изменение уровня более 4% от высоты колокола нецелесообразно из экономических соображений. Минимальный интервал наработки колокола на заданном уровне (1,5 тыс. часов) обусловлен учетом возможных дефектов структуры материала колокола, максимальный интервал наработки (3,0 тыс. часов) выбран с учетом надежности остаточной толщины стенки колокола (4 мм) при эксплуатации электролизера на неизменном уровне электролита.3. Changing the set electrolyte level by 2-4% of the height of the bell every 1.5-3.0 thousand hours of operation of the bell helps to increase its service life by no less than 1.5-2 times. A change in the level of less than 2% of the height of the bell is impractical due to technological pressure drops of the anode and cathode gases. Changing the level of more than 4% of the height of the bell is impractical for economic reasons. The minimum operating time of the bell at a given level (1.5 thousand hours) is due to allowance for possible defects in the structure of the bell material, the maximum operating time (3.0 thousand hours) is selected taking into account the reliability of the remaining thickness of the bell wall (4 mm) during operation of the electrolyzer a constant electrolyte level.
4. Эксплуатационная наработка колокола возрастает за счет перемещения зоны максимальной скорости коррозии его материала.4. The operating time of the bell increases due to the movement of the zone of maximum corrosion rate of its material.
Исходя из вышеизложенного, новый способ автоматического управления фторным электролизером осуществляют следующим образом. При вводе электролизера в эксплуатацию задают исходный уровень электролита, на котором поддерживают его в течение 1,5-3 тыс. часов. Затем уровень понижают (повышают) на 2-4% от высоты колокола (5-10 мм) и продолжают эксплуатацию на новом заданном уровне и так до минимально (максимально) возможного уровня. На среднетемпературном фторном электролизере СТЭ-20 при высоте колокола 300 мм допустимый максимальный уровень электролита от верхнего края колокола равен 80 мм, минимальный - 160 мм (при штатном допустимом избыточном давлении анодного газа 15 мм рт.ст.). Изменение уровня при сохранении постоянной кислотности осуществляют путем слива электролита из электролизера при снижении уровня и подачей в электролит безводного фтористого водорода и бифторида калия при повышении уровня.Based on the foregoing, a new method for automatically controlling a fluorine electrolyzer is as follows. When commissioning the electrolyzer, the initial level of electrolyte is set, at which it is maintained for 1.5-3 thousand hours. Then the level is lowered (increased) by 2-4% of the bell height (5-10 mm) and continued operation at a new predetermined level and so on to the minimum (maximum) possible level. On a medium temperature fluorine electrolyzer STE-20 with a bell height of 300 mm, the permissible maximum electrolyte level from the upper edge of the bell is 80 mm, the minimum is 160 mm (with a standard permissible anode gas pressure of 15 mm Hg). Changing the level while maintaining constant acidity is carried out by draining the electrolyte from the electrolysis cell while lowering the level and supplying anhydrous hydrogen fluoride and potassium bifluoride to the electrolyte with increasing level.
Ниже представлены результаты промышленных испытаний способа на среднетемпературном фторном электролизере СТЭ-20.Below are the results of industrial tests of the method on a medium temperature fluorine electrolyzer STE-20.
Графиком испытаний предусмотрено изменение уровня на 5 мм через каждые 1,5-3 тыс. часов эксплуатации указанных электролизеров. Предполагается на электролизере №1 осуществить 4 повышения уровня с последующими спусками (начиная с уровня 100 мм), на электролизере №2 - повышение уровня до предельного Н=80 мм; на электролизере №3 - понижение уровня до максимально возможного Н=160 мм. Ожидается увеличение долговечности колокола не менее чем в 1,5-2 раза.The test schedule provides for a level change of 5 mm every 1.5-3 thousand hours of operation of these electrolyzers. It is supposed to carry out 4 level increases on electrolyzer No. 1 with subsequent descents (starting from the level of 100 mm), on electrolyzer No. 2 - to increase the level to the limit H = 80 mm; on electrolyzer No. 3 - lowering the level to the maximum possible N = 160 mm. An increase in the durability of the bell is expected to be no less than 1.5–2 times.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005103459/15A RU2288974C2 (en) | 2005-02-10 | 2005-02-10 | Method of automatic control of fluorine electrolyzer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005103459/15A RU2288974C2 (en) | 2005-02-10 | 2005-02-10 | Method of automatic control of fluorine electrolyzer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2005103459A RU2005103459A (en) | 2006-07-20 |
| RU2288974C2 true RU2288974C2 (en) | 2006-12-10 |
Family
ID=37028410
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005103459/15A RU2288974C2 (en) | 2005-02-10 | 2005-02-10 | Method of automatic control of fluorine electrolyzer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2288974C2 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4125443A (en) * | 1976-10-19 | 1978-11-14 | British Nuclear Fuels Ltd. | Electrolytic production of fluorine |
| RU2032771C1 (en) * | 1991-03-25 | 1995-04-10 | Российский научный центр "Курчатовский институт" | Method of fluorine production |
| RU2114216C1 (en) * | 1991-07-26 | 1998-06-27 | Миннесота Майнинг Энд Мануфакчуринг Компани | Anode electrode for electrolyzer producing fluorine |
| RU2198962C2 (en) * | 2000-12-18 | 2003-02-20 | ГУП "Ангарский электролизный химический комбинат" | Fluorine generation technology |
-
2005
- 2005-02-10 RU RU2005103459/15A patent/RU2288974C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4125443A (en) * | 1976-10-19 | 1978-11-14 | British Nuclear Fuels Ltd. | Electrolytic production of fluorine |
| RU2032771C1 (en) * | 1991-03-25 | 1995-04-10 | Российский научный центр "Курчатовский институт" | Method of fluorine production |
| RU2114216C1 (en) * | 1991-07-26 | 1998-06-27 | Миннесота Майнинг Энд Мануфакчуринг Компани | Anode electrode for electrolyzer producing fluorine |
| RU2198962C2 (en) * | 2000-12-18 | 2003-02-20 | ГУП "Ангарский электролизный химический комбинат" | Fluorine generation technology |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ГАЛКИН Н.П. и др. Химия и технология фтористых соединений урана. - М.: Госатомиздат, 1961, с.286. ГАЛКИН Н.П. и др. Технология фтора. - М.: Атомиздат, 1968, с.106. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2005103459A (en) | 2006-07-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7474233B2 (en) | Method and system for detecting contamination in an electrolytic cell | |
| KR20130105505A (en) | Process for electrolysis of alkali metal chlorides with oxygen-consuming electrodes having orifices | |
| KR100571635B1 (en) | Electric current control method and apparatus for use in gas generators | |
| HRP20191626T1 (en) | ELECTROLYTIC FORMATION OF MANGANESE (III) IONS IN STRONG SULFURIC ACID | |
| CN107287610B (en) | High-electric-density low-electricity consumption electrolytic cell device and gas-liquid separation method thereof | |
| US8945367B2 (en) | Electrolytic apparatus, system and method for the safe production of nitrogen trifluoride | |
| RU2288974C2 (en) | Method of automatic control of fluorine electrolyzer | |
| Cheng et al. | Chlorine evolution in a centrifugal field | |
| US20070095672A1 (en) | Method of controlling aluminum reduction cell with prebaked anodes | |
| TW202022163A (en) | Fluorine gas production device | |
| EA020315B1 (en) | METHOD FOR PRODUCTION OF METAL BY ELECTROLYSIS AND ELECTROLYTIC SYSTEM | |
| RU2280717C2 (en) | Process for controlling aluminum cell parameters | |
| CN215328395U (en) | Plate-type electrolytic device for preparing ammonium persulfate by electrolytic method | |
| RU2251763C2 (en) | Preparation of vanadium electrolyte with aid of asymmetric vanadium-reducing electrolyzer and use of asymmetric vanadium-reducing electrolyzer for reducing electrolyte charge state balance in operating reduction-oxidation vanadium battery | |
| KR101751987B1 (en) | Manufacturing equipment of electrolyte for redox flow battery enhanced productivity comprising punched electrode with lattice structure | |
| JPS5810996B2 (en) | Method for controlling alumina supply to an aluminum electrolyzer | |
| RU2296188C2 (en) | Aluminum cell controlling method | |
| US6511591B1 (en) | Method for the electrolytic refining of copper | |
| Tasaka et al. | Electrolytic production of nitrogen trifluoride from a molten CsF HF NH4F system | |
| CN102251260A (en) | Continuous test controlling and adjusting device for aluminium electrolysis cell | |
| JPH0920989A (en) | Zinc electrolyzing method for controlling pb grade in electrolytic zing by using automatic pb analyzer | |
| US5120408A (en) | Electrochemical generation of N2 O5 | |
| RU2280716C2 (en) | Control method for aluminum cell | |
| RU2540248C2 (en) | Method of automatic monitoring of bath ratio | |
| WO2025205914A1 (en) | Seawater electrolysis apparatus |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| HK4A | Changes in a published invention | ||
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160211 |