CH104330A - Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff und Sauerstoff durch elektrolytische Wasserzersetzung. - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff und Sauerstoff durch elektrolytische Wasserzersetzung.

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CH104330A
CH104330A CH104330DA CH104330A CH 104330 A CH104330 A CH 104330A CH 104330D A CH104330D A CH 104330DA CH 104330 A CH104330 A CH 104330A
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Pressly Scott John
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    • 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

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Description


  Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff und Sauerstoff durch elektrolytische  Wasserzersetzung.         Dio    Erfindung betrifft ein Verfahren  zur Herstellung von     Wasserstoff    und Sauer  stoff     imWege    der     elektrolytischenZersetzung     von Wasser. Bei dem vorliegenden Verfahren  werden höhere Stromdichten angewendet, als  sie bisher zu diesem Zwecke benützt wur  den, wodurch eine erhebliche Steigerung der  Leistung der     Elektrolysiera.pparate,    bezogen  auf die Einheitsfläche des Querschnittes der  Strombahn zwischen zwei zusammenwirken  den Elektroden erzielt wird.  



  Die elektrische Zersetzung von Wasser  zur Erzeugung von     Wasserstoff    und Sauer  stoff war bisher durch die Verwendung von  verhältnismässig niedrigen Stromdichten ge  kennzeichnet, die im allgemeinen 0,03 oder  0,04 Ampere pro     Quadratcentimeter    freier       Elektrodenfläche    nicht überschritten., Es  sind gelegentliche Vorschläge gemacht wor  den, mit einer Stromdichte bis zu 0,08 Am  pere zu arbeiten. Nach Kenntnis des Erfin  ders haben diese Vorschläge aber niemals  Eingang in die Praxis gefunden.

   Der Er  finder hat auf Grund eingehender Unter  suchungen festgestellt, dass ein Arbeiten mit    Stromdichten, die die     früher    benutzten er  heblich überschreiten, zulässig ist.     Unerläss-          lich    ist dabei, dass .der Elektrolyt warm ge  halten wird; der Stromdurchgang ist das  zur Erwärmung geeignete     Mittel.    Infolge  der     hohen.    Stromdichten treten grosse Gas  mengen auf.

   Damit sie möglichst' schnell von  den wirksamen Flächen der Elektroden ent  fernt werden, finden vorzugsweise Elektro  den Verwendung, .die für die entwickelten  Gase durchlässig sind, insbesondere solche,  die so     angeordnet    sind,     da.ss    der gasführende  Elektrolyt ungehindert aufwärts in etwas  nach hinten geneigten, aber an die aktiven       Elektrodenflächeni    anschliessende Öffnungen  aufsteigen kann.

   Der Ausdruck ,>durchläs  sige Elektrode" ist hier im allgemeinen Sinne  gebraucht, um eine Elektrode zu bezeichnen,  die aus solchem Material besteht oder einen  solchen     mechanischen    Aufbau besitzt, dass  das Gas von der vordern oder aktiven Seite  sie nach     hinteü    durchdringen kann Das  heisst, das die Elektrode bildende Material  kann selbst genügend porös sein, um den un  mittelbaren Durchtritt von Gas zu gestatten,      oder aber die Elektrode kann zur Erleich  terung des     Durchtrittes    des Gases mit ent  sprechenden     Durchbrechungen    versehen sein,  wie es bei aus Drahtgewebe oder Metall  streifen, hergestellten Elektroden der Fall  ist.  



  Es ist ferner     erwünselit,    dass die Elek  troden so dicht, wie es praktisch ausführbar  ist, zusammenstehen. Im praktischen Betrieb       hat    es sich als vorteilhaft herausgestellt, sie  nicht mehr als etwa 0,6     ein    voneinander zu ent  fernen. Ein geringerer Zwischenraum, etwa       (0    cm, ist aber noch wesentlich günstiger.

    Soll der Wasserstoff vom Sauerstoff ge  trennt gesammelt werden, so ist die Verwen  dung eines trennenden     Dia.phragmas    prak  tisch     unerlä.sslich.    Findet ein nicht     leitendes          Diaphragma.    Verwendung. so kann es aus  einem porösen,     gegenüber    der Wirkung des       Elektrolyten    widerstandsfähigen Material,       beispielsweise    aus einem Asbestgewebe von  etwa 0,3 cm Stärke     bestellen.    In     diesem     halle können die Elektroden unmittelbar an  den     gegenüberliegenden    Seiten der Dia  phragmas anliegen.  



  Die Anwendung hoher     Stromdieliten    hat,       wie.    gesagt, zur Voraussetzung,     dass    mit       t@inern        verhältnismässig    heissen     Elektrolyten     gearbeitet wird.

   Dadurch wird nicht nur       clie        Leitfähigkeit    des Elektrolyten     erhöht     und damit die Anwendung einer geringeren       Spannung    zur Erzielung einer bestimmten       Stromstärke        ermögliplit,    sondern ausserdem  auch die schnelle     Ablösung    des erzeugten       Ctases    von den Elektroden und die beschleu  nigte     Trennung    der     Gasblasen    vom     Elektro-          lyten    ausserordentlich begünstigt.

   Der zur  Anwendung kommende Elektrolyt wird  regelmässig eine wässerige Lösung einer       Base    oder einer Säure sein. Eine Lösung  von     Xtznatron    mit ungefähr 17 %     NaOH     wird zurzeit     vorzugsweise    benutzt. Um die       ),cewiinschte    holte Temperatur des durch den       .Durchgang    des Stromes erwärmten     Elektro-          h-ten    aufrechtzuerhalten, können die     Elel@-          trolytzellen    zwecks Verringerung der Wärme  verluste durch Strahlung usw. isoliert wer  den.

   In gewissen Fällen kann es aber auch    nötig oder     wünschenswert    sein,     I3ilf.,;heiz-          vorrichtungen    vorzusehen, um die Tempera  tur des     Elektrolyten    auf der gewünschten  Höhe zu halten. Die Temperatur des Elek  trolyten wird vorteilhaft. um 50 bis<B>60'</B> C  gehalten. Oft empfiehlt sich auch die Be  nützung von höheren Temperaturen als  <B>60'</B> C.

   Diese hohen Temperaturen tragen       besonders    dazu bei, dass die Gasblasen den  Elektrolyten schnell durchdringen und aus  ihm entweichen.     illaii    wird jedoch regelmüssig  die Temperatur unter dem Siedepunkt des  Elektrolyten     beim        Betriebsdrucli#e    halten,  um die durch Erzeugung von Dampf in gro  sser Menge bedingten grossen Energieverluste  zu     vermeiden.    Der     normale    Siedepunkt des       Elehfrolyten    kann dadurch erhöht werden,  dass man unter     Druck    arbeitet,     wodurch    die       Anwendung    noch höherer Stromdichten er  möglicht wird.

   Ein Betrieb bei     gewöhrliehem          At-mosphii.rendrucli    mit Temperaturen bis       S)5      C ist aber in der Praxis im allgemeinen  vorzuziehen. Innerhalb     gewisser    Grenzen  kann die Temperatur des     Elektrolyten          durch        Änderung    der     Betriebsspannung    ver  ändert werden.

   Eine Erhöhung der Span  nung hat eine.     verli:iltnismüssiggrosse    Er  höhung der     Stronist:irl@e    zur Folge, da. die  vermehrte     Heiz -irkung    ihrerseits eine Er  höhung der Temperatur des     Elektrolyten     nach     ,sich    zieht. Durch diese Temperatur  erhöhung wird der     Widerstand    des Elektro  lyten     verringert:.    und dementsprechend die       Stromstärke        weiter    erhöht.

   Der     Gleich-          gewiclltszustand    wird natürlich     erreicht,     wenn die     Wärmeverluste    durch     Strahlun-          usw.    die Erzeugung von Wärme durch den       Strom        ausgleichen.     



  Bei Ausführung des neuen Verfahrens  hat sieh der     Bel-rieb    bei Stromdichten     voll     etwa. 0,95 bis<B>0,5</B>     Ampere    pro     Quadratcenti-          meter    freier     Elektrodenfläche,    das heisst des       Querschnittes    der Strombahn zwischen zwei  zusammenwirkenden     Elektroden    eines     Elek-          frodenpaares,    als besonders vorteilhaft her  ausgestellt.

   Arbeitet man mit     Stromdiellten     von über 0,66 oder     0,83    Ampere pro     Quadrat-          centimeter,    so ist es im allgemeinen nötig,      für einen besonders schnellen Umlauf des       Elektrolyten,    beispielsweise durch Anwen  dung einer Pumpe, zu sorgen.  



  Zur Ausführung des vorliegenden Ver  fahrens eignen sich, wie aus Obigem hervor  geht, in erster Linie elektrolytische Appa  rate mit gasdurchlässigen Elektroden. Ins  besondere kann das Verfahren vorteilhafter   -eise mittelst des im Nachstehenden anhand  der Zeichnung     beschriebenen    Apparates     aus-          meführt    werden, welcher dem amerikanischen  Patent Nr.<B>1269566</B> von Mac     Dougall        and          Middleton    entspricht.'  In der     Zeichnung    ist       Fig.    1 eine Seitenansicht eines vollstän  digen Apparates,

   wobei einzelne Teile     weg-          "'('brechen    und geschnitten gedacht darge  stellt sind;       Fig.    2 zeigt in der gleichen Darstellungs  weise den Apparat, von einem Ende aus ge  sehen.  



  Der dargestellte     Apparab    umfasst sechs  Zellen. 10 sind die Zellenwandungen, die  mit doppelten Leisten 11 versehen sind. Zwi  schen diesen Leisten sind die Ränder der aus  Asbestgewebe bestehenden     Diaphragmen    12  eingelassen. Die mechanische Verbindung  erfolgt mittelst isolierter Bolzen 13, die  durch mit Löchern versehene Lappen 14 der  Leisten der Endwandungen der ersten und  letzten Zelle hindurchgehen und die Leisten  mit dem Asbestgewebe     zusammenklemmen.     



  Die durchlässigen     Elektrodenkörper    16a  und     16b    jedes zusammenwirkenden Paares  werden von Verbindungsschienen 15 gehal  ten, die ihrerseits durch Vermittlung von  Böcken 16 von den Zellenwänden getragen  werden. Bei der     dargestellten    Ausführungs  form bestehen die     Elektrodenkörper    aus  Drahtgewebe.

   Vermöge der     beschriebenen     Anordnung werden sie     derart        unterstützt,     dass sie im wesentlichen an den gegenüber  liegenden Seiten des trennenden     Diaphragmas     anliegen und von den betreffenden Zellen  wandungen     einen!        Abstand    innehalten, der  die freie Zirkulation des Elektrolyten, so  wie den Durchgang von Gas zwischen    jedem     einzelnen        Elektrodenkörper    und der  betreffenden Zellenwand, an der er montiert  ist, gestattet.

   Jede halbe Zelle steht durch  Leitungen     17-und    18 für das Gas und den  Elektrolyten mit     Sammelköpfen    19     bezw.    20  in Verbindung. Nimmt man an, die Elek  troden 16a seien die Anoden und die Elek  troden 16b die Kathoden, so, geht der Sauer  stoff führende     Anolyt    (Elektrolyt der     ano-          dischen    Zellenhälfte) aufwärts durch die  Leitung 17 in den     Sammelkopf    19, während  der Wasserstoff führende     Katholyt    (Elek  trolyt der     kathodischen    Zellenhälfte)

   auf  wärts durch die Leitungen 18 in den     Sam-          melkopf    20 strömen. Aus dem Sammelkopf  1.9 fliessen     Anolyt    und Sauerstoff durch die  Leitung 21 in einen Scheidebehälter 22, in  dessen oberem Teil sich der Sauerstoff sam  melt, der dann durch den     Auslass    23 zu  einer beliebigen geeigneten     Sammel-    oder       Verbrauchstelle    geführt wird, während der  abgeschiedene Elektrolyt durch die vom Bo  den des Scheidebehälters ausgehende Lei  tung 24 in eine Sammelleitung 25 und von  hier durch einzelne Rohre 26 in den     untern     Teil - einzelner     Anoden-Abteilungen    oder  -Halbzellen zurückgeführt wird.

   In entspre  chender Weise strömt der Wasserstoff und  der     Katholyt    vom     Sammelkopf    20 durch die  Leitung 27 in den obern Teil eines Scheide  behälters 28, aus dem der Wasserstoff durch  ein     Auslassrohr    29 abgeführt wird, während  der Elektrolyt durch eine Leitung 30, ein       Sammelrohr        31.    und durch Einzelrohre 32 in  den untern Teil der einzelnen Kathoden  -Abteilungen oder -Halbzellen zurückgeleitet  wird. Die Scheidebehälter sind mit Wasser  standsgläsern     33    versehen. Die Leitungen  17, 18, 26 und 32 müssen von der Zellen  konstruktion in geeigneter Weise isoliert  sein.

   Die Ableitungen 17 und 18 erhalten       zweckmässigerweise    eine solche Länge und  einen solchen Durchmesser, dass die Hubwir  kung der entwickelten Gase zur Erzielung  einer möglichst lebhaften Zirkulation so  wohl des     Anolyten,    wie auch des     Katholyten     durch die Zellenabteilungen ausgenützt wird.

    Stromzuführungen 34 und 35 sind zum An-           sehluss    an eine     geeignete    Speiseleitung     vor-          gesehen,     In einem speziellen Falle, wo in     einem     Apparat gemäss Zeichnung ein 17      ö    Ätz  natron     enthaltener    Elektrolyt benutzt wurde,  der auf einer Temperatur von 75 bis 85   C:

         ';.ehalten    wurde, und wo die Elektroden durch       (-in        Diaphragma    aus     Asbestgewebe    in einem       Abstande    von etwa 0,3 cm voneinander ge  halten wurde,     erforderte    der Betrieb bei einer       Stromdichte    von etwa 0,33 Ampere pro     Qua-          d-ateentimeter    wenig mehr als 2 Volt pro  Zelle. Die Ausbeute an Sauerstoff und       Wasserstoff    war .dabei vorzüglich, sowohl  hinsichtlich der     Menge,    als auch hinsichtlich  der Reinheit.

   Wie schon     gesagt,    ist das Ver  fahren nicht auf die hier     angegebenen        Be-          triebsbedingungen    beschränkt. Lässt man  zum Beispiel den Elektrolyten eine     'Tempe-          ratur    von 90 bis 95   C     annehmen,    so wird  durch eine     verhältnismässi-        geringfügige    Er  höhung der Spannung, auf etwa.

   2,5 Volt,  ein Betrieb mit ungefähr 0,5 Ampere     Strom-          kn        ermöglicht,    der eine entsprechende       Zunahme    der Leistung der Apparate     ergibt.  

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Herstellung von @'i'asser- stoff und Sauerstoff durch elektrolytische Wasserzersetzung, dadurch #yel@eniizeicliiiet, dass mit einem verhältnismässig heissen Elek trolyten gearbeitet wird, wobei der Duruh- gang des Stromes von e= -ar Elektrode zur an dern zur Heizung benützt wird und die ver wendete Stromdichte über 0;
    15 Ampere pro Quadratcentimeter des Querschnittes der Strombahn zwischen zwei zusammenwirken den Elektroden beträgt. UNTERANSPRÜCHE: 1.
    Verfahren nach Patentansprueh, dadurch gekennzeichnet, dass' man eine Strom dichte nicht unter<B>0,33</B> Ampere pro Qua- dratcentinieter verwendet. \?. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man durchlässige Elektroden verwendet, die dem Elektro lyten. den Durchtritt auf die Rückseite der einander gcge#nüberliesenden Elek troden gestatten.
    3. Verfahren nach Patentansprueli und Un- teranspruch ?, dadurch gekennzeicliiiet, class die einander zugekehrten Flüchen der durch ein durclilässises Diaphragma getrennten Elektroden nicht mehr als etwa 0,6 cm voneinander entfernt liegen. 4.
    Verfahren nach Patentanspruch und Un- teransprüchen ? und 3, dadurch @gekenn- zeichnet, dass die Elektrolyse bei einer Temperatin, des Elektrolyten von minde stens 50 C rlurrliseführt wird. 5. Verfahren nach Pa.tentansprixch und Un teranspruch .I, dadurch gekennzeichnet, dass man den Elektrolyten auf einer Tem peratur von etwa i .r) bis 85 C hält.
    6. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch @@rkennz,@ichnet, dass man den Elektrolyten in beschleunigter Zirkulation halt. 7. Verfahren nach P < '-entapspruch, dadurch @r@,iennzeicnnet, dass die Elektrolyse bei einer dein Siedepunkt des Elektrolyten nahekommenden Temperatur durchgeführt wird.
CH104330D 1922-07-24 1922-07-24 Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff und Sauerstoff durch elektrolytische Wasserzersetzung. CH104330A (de)

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