Электрическая цепь электролизера и способ снижения электромагнитных полей вблизи электролизера

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА И СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ ВБЛИЗИ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА Электрическая цепь для снижения электромагнитных полей поблизости от электролизера, содержащая этот электролизер и электрическую линию, содержащую по меньшей мере одну шину для возврата тока, протекающего через электролизер, содержащая источник питания посредством по меньшей мере двух выпрямителей для подачи токов, формы волн которых сдвинуты по фазе относительно друг друга. 013978 Изобретение касается электролизеров, в частности источника питания для таких электролизеров. Изобретение более конкретно касается электрической цепи для подачи выпрямленного электрического тока на электролизер с биполярными электродами. Обычной практикой в электрохимической промышленности является применение электролизеров, в частности, электролизеров с биполярными электродами, которые запитывают постоянным током. Такие электролизеры широко применяются для электролиза водных растворов хлорида натрия с целью получения хлора, водных растворов гидроксида натрия или водных растворов хлората натрия. Из-за высоких плотностей тока, используемых в электролизерах с биполярными электродами,обычной практикой является замена постоянного тока на выпрямленный переменный ток. Выпрямленный переменный ток обычно имеет импульсы, частота и амплитуда которых зависят от используемого выпрямителя. Соответственно, электромагнитное поле, создаваемое выпрямленным переменным током,склонно генерировать индуцированные токи в организме, причем сила таких токов может быть относительно высокой в определенных промышленных областях применения, особенно в случае с биполярными электролизерами для непрерывного получения хлора и водных растворов гидроксида натрия. Также известно, что сильные электромагнитные поля могут в экстремальных условиях оказывать вредные последствия на человеческий организм, особенно поля, создаваемые выпрямленным переменным током, вследствие индуцированных токов, которые они опасно генерируют. Поэтому важно принимать меры для того, чтобы защищать персонал поблизости от промышленных установок или снизить в них величину электромагнитных полей. Кроме того, установлены стандарты в этом отношении, налагающие ограничения на величину электромагнитных полей в промышленных помещениях. Среди этих стандартов особенно строгим является европейский стандарт 89/391/ЕЕС. Задача изобретения состоит в том, чтобы предложить электрическую цепь новой конструкции для питания промышленного электролизера высокоинтенсивным электрическим током. В частности, задача изобретения состоит в том, чтобы предложить электрическую цепь, с помощью которой электромагнитное поле поблизости от электролизера снижается до достаточно низкой величины,чтобы соответствовать вышеуказанному европейскому стандарту. Более конкретно, задача изобретения состоит в том, чтобы снизить величину магнитного поля вдоль проходов возле боковых стен электролизеров с биполярными электродами. Следовательно, изобретение касается электрической цепи для снижения электромагнитных полей поблизости от электролизера, содержащей этот электролизер и электрическую линию, содержащую по меньшей мере одну шину для возврата тока, протекающего через электролизер, отличающейся тем, что она содержит источник питания посредством по меньшей мере двух выпрямителей, предпочтительно соединенных параллельно, для подачи токов, формы волны которых находятся не в фазе друг относительно друга. Электрическую цепь электролиза согласно данному изобретению преимущественно запитывают трехфазным переменным током. Выпрямление трехфазного переменного тока дает ток, колебания которого имеют основную частоту в шесть раз выше, чем основная частота трехфазного тока (например, шесть раз по 50 Гц). Использование согласно изобретению по меньшей мере двух выпрямителей не в фазе друг относительно друга позволяет увеличивать данную частоту. Учитывая высокую силу и особую конфигурацию токов, имеющих место в электролизерах, цепь согласно изобретению позволяет существенно снижать электромагнитные поля поблизости от установки. В одном преимущественном варианте реализации цепи согласно изобретению она содержит два выпрямителя, сдвинутых по фазе на от 29 до 31, предпочтительно близко к 30. В данном варианте реализации получается ток, форма волны которого имеет основную частоту в 12 раз выше, чем основная частота исходного трехфазного тока. Более конкретно, изобретение применяется к электролизерам с, по существу, вертикальными биполярными электродами. Такие электролизеры хорошо известны в данной области техники, где они широко используются для электролиза водных растворов галогенидов металлов, особенно хлорида натрия. Эти электролизеры обычно образованы из последовательности металлических рамок, каждая из которых содержит биполярный электрод, причем эти рамки сложены друг с другом фильтр-прессным образом"Hoechst-Uhde single element membrane electrolyser: concept-experiences-applications"). Рамки обычно имеют квадратный или прямоугольный контур, так что когда они сложены друг с другом фильтрпрессным образом, они образуют верхнюю стенку, нижнюю или донную стенку и две боковые стенки электролизера. В предпочтительном варианте реализации электрической цепи согласно изобретению данная цепь дополнительно включает в себя по меньшей мере одну отводную катушку, соединяющую выходы по меньшей мере двух выпрямителей. Назначение отводной катушки заключается в том, чтобы устанавливать антипараллельное реактивное сопротивление между выходами выпрямителей. Преимущественно,данная катушка образована путем сложения железных пластин и листов с тем, чтобы ограничить тепловые потери. Выходы выпрямителей входят в катушку в противоположных направлениях, так что возму-1 013978 щение тока, присутствующее в одном из выходов, вызывает обратное возмущение в токе из другого выхода. Когда два выхода накладываются, результат представляет собой менее возмущенный полный ток. В другом предпочтительном варианте реализации электрической цепи согласно изобретению упомянутая электрическая линия обратного тока содержит по меньшей мере одну шину, которая располагается под или над электролизером. Выбор расположения шины под или над электролизером определяется соображениями, относящимися к конструкции электролизера и способу монтажа биполярных электродов. В качестве варианта, вышеупомянутая электрическая линия тока может содержать одну шину, расположенную под электролизером, и другую шину, расположенную над электролизером. В другом варианте электролизер может также содержать несколько шин под электролизером и несколько шин над электролизером. На практике по соображениям, относящимся и к монтажу, и к обслуживанию электролизера, обычно является предпочтительным, чтобы вышеупомянутая электрическая линия тока не включала в себя шину над электролизером. Было обнаружено, что при прочих равных условиях электрическая цепь согласно изобретению существенно снижает электромагнитное поле поблизости от электролизера с биполярными электродами,главным образом вдоль боковых стенок последнего, особенно вдоль проходов, которые обычно присутствуют вдоль этих боковых стенок и используются рабочим и обслуживающим персоналом. В электрической цепи согласно изобретению материал шины не является критическим для характеризации изобретения. Ее обычно изготавливают из меди, алюминия или алюминиевого сплава. В электрической цепи согласно изобретению форма контура сечения шины не является критической для характеризации изобретения. Например, она может быть квадратной, прямоугольной, круглой или многоугольной. В одном конкретном варианте реализации электрической цепи согласно изобретению шина имеет прямоугольную форму контура и ориентирована так, что ее большие стороны являются приблизительно горизонтальными. Было установлено, что при прочих равных условиях при выборе шины прямоугольного сечения, расположенной горизонтально под и/или над электролизером, величина электромагнитного поля поблизости от электролизера минимальна. Также было установлено, что уменьшение электромагнитного поля поблизости от электролизера тем больше, чем меньше отношение толщины шины к ее ширине. Поэтому на практике предпочтительно использовать в качестве шины плоскую металлическую пластину. Как вариант, можно использовать несколько плоских металлических пластин, расположенных бок о бок под и/или над электролизером. Было также установлено, что при прочих равных условиях величина электромагнитного поля поблизости от электролизера уменьшается, когда шина приближена к стенке электролизера. Поэтому в другом конкретном варианте реализации электрической цепи согласно изобретению шина располагается в непосредственной близости от одной стенки электролизера. В данном варианте реализации изобретения упомянутая стенка электролизера представляет собой нижнюю или донную стенку электролизера или его верхнюю стенку в зависимости от того, располагается ли шина над или под электролизером. В данном варианте реализации изобретения выражение в непосредственной близости от стенки электролизера означает, что расстояние между данной стенкой и шиной равно, самое большее,пяти (предпочтительно трем) размерам шины по толщине. Предпочтительно это расстояние не превышает толщины шины. В предпочтительном подварианте вышеуказанного варианта реализации изобретения шина прикреплена к упомянутой стенке электролизера. В данном предпочтительном подварианте варианта реализации изобретения шина преимущественно представляет собой плоскую металлическую пластину, одна из больших сторон которой прикреплена к упомянутой стенке, причем только толщина необходимой электрической изоляции отделяет шину от стенки. Плоская металлическая пластина может быть прикреплена к части площади поверхности упомянутой стенки. Предпочтительно плоская металлическая пластина прикреплена к, по существу, всей площади поверхности упомянутой стенки. В еще одном конкретном варианте реализации изобретения вышеупомянутая электрическая линия включает в себя две дополнительные шины, которые расположены в непосредственной близости от двух соответствующих боковых стенок электролизера. В данном варианте реализации изобретения выражение в непосредственной близости согласуется с определением, данным выше для этого выражения. При прочих равных условиях присутствие дополнительных шин уменьшает величину электромагнитного поля поблизости от электролизера. В данном варианте реализации согласно изобретению дополнительные шины могут иметь любую форму, совместимую с конструкцией электролизера. Например, они могут иметь квадратное, прямоугольное, многоугольное, овальное или круглое сечение. Дополнительные шины могут также иметь одинаковое сечение или разные сечения, и они могут иметь одинаковые размеры или разные размеры. На практике однако предпочтительно, чтобы дополнительные шины имели одинаковый профиль и одинаковые размеры. Также предпочтительно, чтобы дополнительные шины имели прямоугольное сечение и чтобы они были прикреплены своей большой стороной к двум соответствующим боковым стенкам электролизера.-2 013978 В варианте реализации изобретения, который только что был описан, соответствующие размеры дополнительных шин и размеры упомянутой или каждой шины, которая расположена под и/или над электролизером, определяются согласно подходу, при котором желательно распределять электрический ток по всем этим шинам. Обычно предпочтительно, чтобы сила электрического тока в шине, расположенной под и/или над электролизером, была в по меньшей мере пять раз выше, чем сила электрического тока в каждой из дополнительных шин. В еще одном варианте реализации изобретения, который является особенно предпочтительным,электрическая линия обратного тока электрической цепи располагается так, чтобы генерировать электромагнитное поле, которое приблизительно симметрично относительно вертикальной средней плоскости электролизера. В данном варианте реализации желаемая цель (генерировать электромагнитное поле,которое приблизительно симметрично относительно вертикальной средней плоскости электролизера) достигается путем выбора размера и расположения упомянутой или каждой шины надлежащим образом. Выбор оптимальных размеров и оптимального расположения определяется специалистами в данной области техники главным образом согласно форме и размерам электролизера. На практике данный результат обычно может быть получен путем расположения шины или шин симметрично относительно вертикальной средней плоскости электролизера. В окончательном преимущественном варианте реализации изобретения поблизости от первичной цепи располагается вторичная электрическая цепь. Ток во вторичной цепи течет в противоположном направлении с целью генерации магнитного поля, которое, по меньшей мере, частично компенсирует поле,создаваемое при протекании тока в первичной цепи. Вторичная цепь должна быть поэтому способна пропускать ток с силой, близкой к силе тока, протекающего в первичной цепи. Чтобы получить хорошую компенсацию полей, вторичная цепь должна располагаться как можно лучшим образом поблизости от первичной цепи. Рекомендуется, чтобы одна часть вторичной цепи была прикреплена к электролизеру, а также предпочтительно, чтобы другая часть была прикреплена к шине(ам), для того, чтобы получить оптимальную компенсацию полей, принимая во внимание конструкционные требования, которые могут потребовать, чтобы две эти цепи располагались отдельно в определенных точках. Можно запитывать вторичную цепь посредством источника питания для первичной цепи через регулируемое сопротивление. Однако рекомендуется, чтобы по меньшей мере часть вторичной цепи, которая находится поблизости от обратной линии, запитывалась отдельно. Также рекомендуется, чтобы часть цепи, расположенная между выпрямителями и электролизерами,была сконфигурирована так, чтобы минимизировать магнитные поля. Вообще рекомендуется, чтобы проводники питающего и обратного тока были расположены как можно ближе друг к другу. Электрическая цепь согласно изобретению применяется, в частности, в электролизерах для непрерывного электролиза воды или водных растворов, таких как водные растворы галогенидов щелочных металлов, особенно водных растворов хлорида натрия. Следовательно, в предпочтительном варианте реализации изобретения электролизер включает в себя трубу для непрерывного притока водного электролита и трубу для непрерывного оттока водного электролита. Данное изобретение особенно применимо к электролизерам для производства хлората натрия электролизом водных растворов хлорида натрия. Данное изобретение особенно хорошо применимо к электролизерам для производства хлора и водных растворов гидроксида натрия путем электролиза водных растворов хлорида натрия, причем эти электролизеры содержат мембраны с избирательной проницаемостью по катионам, которые проложены между биполярными электродами. Электрическая цепь согласно изобретению применима к любой электролизной установке, которая включает в себя по меньшей мере один электролизер, с вертикальными биполярными электродами. Следовательно, изобретение также касается электролизной установки, содержащей по меньшей мере один электролизер с биполярными электродами, причем эта установка соединена с электрической цепью согласно изобретению. Установка согласно изобретению может содержать единственный электролизер или несколько электролизеров, электрически соединенных последовательно. Изобретение касается, в частности, применения данной установки для получения хлора и водных растворов гидроксида натрия. Электрическая цепь согласно изобретению существенно уменьшает электромагнитное поле поблизости от электролизеров, в частности от электролизеров с биполярными электродами. Следовательно, изобретение также касается способа снижения электромагнитных полей поблизости от электрической цепи, содержащей электролизер и электрическую линию для обратного тока, в котором данную цепь запитывают посредством по меньшей мере двух выпрямителей для подачи токов, формы волн которых находятся не в фазе друг относительно друга, предпочтительно от 29 до 31. В предпочтительном варианте способа согласно изобретению данная цепь дополнительно включает в себя по меньшей мере одну отводную катушку, соединяющую выходы по меньшей мере двух выпрямителей. В способе согласно изобретению данная цепь также преимущественно выполнена в соответствии с другими различными вариантами реализации цепи согласно изобретению. Фиг. 1 показывает вид сверху общей схемы электролизной установки в одном конкретном варианте-3 013978 реализации изобретения. Фиг. 2 представляет собой схематический вид в продольной проекции другого конкретного варианта реализации электролизной установки согласно изобретению. Фиг. 3 - вертикальное сечение в плоскости III-III по фиг. 2. Фиг. 4 - вид, аналогичный фиг. 3, другого варианта реализации установки согласно изобретению. Фиг. 5 - предпочтительный вариант установки по фиг. 4. На этих фигурах одинаковые ссылочные позиции обозначают идентичные элементы. Электролизная установка, схематично показанная на фиг. 1, содержит три электролизера 1, 2 и 3,предназначенных для получения хлора, водорода и гидроксида натрия электролизом водного раствора хлорида натрия. Электролизеры 1, 2 и 3 относятся к типу с вертикальными биполярными электродами. Они образованы путем сложения вместе вертикальных прямоугольных рамок 4, каждая из которых содержит вертикальный биполярный электрод (не показан). Рамки 4 складывают вместе фильтр-прессным образом. Мембраны избирательной проницаемостью по катионам проложены между рамками 4 для того,чтобы задавать чередование анодных и катодных камер. Анодные камеры электролизеров 1, 2 и 3 находятся в сообщении с трубой (не показана) для непрерывного притока водного раствора хлорида натрия. Они также находятся в сообщении с коллектором (не показан) для непрерывного удаления хлора. Катодные камеры электролизеров 1, 2 и 3 находятся в сообщении с двумя коллекторами (не показаны), которые служат соответственно для непрерывного извлечения водорода на одной стороне и водного раствора гидроксида натрия - на другой. Электролизеры 1, 2 и 3 электрически соединены последовательно через отводную катушку 19 с двумя выпрямителями 5 а и 5b посредством электрической цепи, содержащей, с одной стороны, шины 6,расположенные между электролизерами 1, 2 и 3, и, с другой стороны, электрическую линию 7 обратного тока, расположенную вдали от электролизеров 1, 2 и 3. Выпрямители 5 а и 5b запитываются, с фазовым сдвигом 30, источником 18 переменного тока. В электролизной установке, показанной на фиг. 1, электрическая линия 7 обратного тока состоит из длинной шины, которая проходит вдоль одной продольной боковой стенки электролизеров 1, 2 и 3. В электролизной установке, схематично показанной на фиг. 1, каждый из трех электролизеров 1, 2,3 может, например, содержать от 30 до 40 отдельных электролизных ячеек, а источник электропитания содержит, например, выпрямитель на 520 В постоянного тока, способный выдавать ток в диапазоне от 8 до 20 кА. Это может давать, в зависимости от площади электродов, плотность анодного тока в диапазоне от 2,5 до 6 кА/м 2 площади анода. Однако эти численные значения даются только в качестве показательных и не ограничивают объем изобретения и последующей формулы изобретения. Когда биполярный переключатель закрыт, выпрямленный электрический ток течет подряд через электролизеры 1, 2, 3 через их биполярные электроды и в обратную линию 7. Этот электрический ток генерирует электромагнитное поле в окружающей среде вокруг установки. Согласно изобретению поблизости от электролизеров и обратной линии располагается вторичная цепь, содержащая сегменты 17 а и 17b. Установка, схематично показанная на фиг. 2 и 3, иллюстрирует один конкретный вариант реализации изобретения, в котором вторичная цепь не показана. На этих фигурах показан только электролизер 3. В установке, показанной на фиг. 2 и 3, электрическая линия 7 обратного тока содержит две шины 9 и 10,которые расположены под нижней стенкой 11 электролизера 3. Шины 9 и 10 представляют собой призматические прутки, выполненные из металла, который является хорошим электрическим проводником(предпочтительно медь или алюминий). Эти прутки расположены симметрично с обеих сторон вертикальной средней плоскости Х-Х электролизера. Шины 9 и 10 также располагаются поблизости от нижней стенки 11 электролизера 3. Эффект от расположения шин 9 и 10, показанных на фиг. 3, таким образом заключается в снижении величины электромагнитного поля вдоль проходов 12, которые проходят вдоль боковых стенок 13 электролизера 3 и предназначены для персонала обслуживания электролизера. При прочих равных условиях наблюдали, что интенсивность электромагнитного поля вдоль проходов 12 дополнительно снижается, когда шины 9 и 10 находятся близко к средней плоскости Х-Х и к нижней стенке 11. Также наблюдали, что величина электромагнитного поля вдоль проходов 12 снижается при уменьшении отношения толщины к ширине шин 9 и 10. Следовательно, предпочтительно в качестве шин 9 и 10 использовать плоские горизонтальные пластины или листы. В варианте реализации, схематично показанном на фиг. 4, на которой вторичная цепь тоже не показана, электрическая линия 7 обратного тока содержит плоскую металлическую пластину или лист 14,который прикреплен к нижней стенке 11 электролизера и покрывает, по существу, всю поверхность данной стенки. В установке, показанной на фиг. 5, электрическая линия 7 тока содержит плоскую металлическую пластину 14, которая приделана к нижней стенке 11 электролизера 3, и две дополнительных шины 15 и 16, которые проходят по бокам двух соответствующих боковых стенок 13 электролизера 3. Две дополнительные шины 15 и 16 преимущественно представляют собой плоские металлические пластины или листы, которые прикреплены к боковым стенкам 13.-4 013978 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Электрическая цепь для снижения электромагнитных полей поблизости от электролизера (1, 2, 3),содержащая этот электролизер и электрическую линию (7), содержащую по меньшей мере одну шину для возврата тока, протекающего через электролизер, отличающаяся тем, что она содержит источник питания в виде источника трехфазного переменного тока и по меньшей мере двух трехфазных выпрямителей (5 а, 5b) для подачи токов, формы волн которых на выходе находятся не в фазе друг относительно друга, а частота колебаний которых увеличена по отношению к основной частоте трехфазного тока. 2. Цепь по предыдущему пункту, в которой токи сдвинуты по фазе на от 29 до 31. 3. Цепь по одному из предыдущих пунктов, которая дополнительно включает в себя по меньшей мере одну отводную катушку (19), соединяющую выходы по меньшей мере двух выпрямителей. 4. Цепь по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что шина (9, 10, 14) расположена под и/или над электролизером (3). 5. Цепь по предыдущему пункту, отличающаяся тем, что шина (14) прикреплена к стенке (11) электролизера (3). 6. Цепь по предыдущему пункту, отличающаяся тем, что стенка представляет собой донную стенку(11) электролизера. 7. Цепь по п.4 или 5, отличающаяся тем, что шина представляет собой плоскую металлическую пластину (14), одна из больших сторон которой прикреплена к стенке (11). 8. Цепь по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что электрическая линия (7) дополнительно включает в себя две дополнительные шины (15, 16), которые прикреплены к двум соответствующим боковым стенкам (13) электролизера (3). 9. Цепь по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что электрическая линия (7) расположена так, чтобы генерировать электромагнитное поле, которое приблизительно симметрично относительно вертикальной средней плоскости (Х-Х) электролизера. 10. Цепь по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что электролизер включает в себя трубу для непрерывного притока водного электролита и трубу для непрерывного удаления водного электролита. 11. Цепь по предыдущему пункту, отличающаяся тем, что электролизер содержит мембрану с избирательной проницаемостью по катионам, которая проложена между биполярными электродами. 12. Цепь по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что поблизости от электролизера(1, 2, 3) и электрической линии (7) расположена вторичная электрическая цепь (17 а, 17b) для того, чтобы ток протекал в направлении, противоположном току, протекающему в электролизере. 13. Способ снижения электромагнитных полей поблизости от электрической цепи, содержащей электролизер (1, 2, 3) и электрическую линию (7) для возврата тока, в котором упомянутую цепь запитывают посредством двух трехфазных выпрямителей (5 а, 5b) для подачи токов, формы волн которых сдвинуты по фазе друг относительно друга, а частота колебаний которых увеличена по отношению к основной частоте трехфазного тока, причем упомянутые выпрямители соединены параллельно и запитываются от источника трехфазного переменного тока. 14. Способ по предыдущему пункту, в котором цепь дополнительно включает в себя по меньшей мере одну отводную катушку (19), соединяющую выходы по меньшей мере двух выпрямителей (5 а, 5b).