CH649101A5

CH649101A5 - Apparat zur herstellung von natriumhypochlorit.

Info

Publication number: CH649101A5
Application number: CH548/81A
Authority: CH
Inventors: William C Conkling
Original assignee: Pennwalt Corp
Priority date: 1980-01-28
Filing date: 1981-01-28
Publication date: 1985-04-30
Also published as: NO160664C; NL8003298A; GB2068016A; IT8049071A1; BE885983A; GB2068016B; DK356380A; NO801544L; SE8005446L; FI68266B; US4248690A; ZA806851B; IT1179151B; NL188532B; IT8049071A0; LU82769A1; ES492848A0; DE3030324C2; DK167367B1; ES8102203A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elektrolyseapparat zur Elektrolyse künstlicher und natürlicher Solen zur Herstellung von Hypochlorit.

Die Vorteile von Elektrolyseeinrichtungen bei der Herstellung von Natriumhypochlorit, entweder aus künstlichen oder natürlichen Solen, sind bekannt. Es ist z.B. bekannt, dass moderne Abwasser- und Wasseraufbereitungsanlagen grössere Mengen Chlor als biozidales Mittel benötigen. Chlor in Form von Wasser oder in wasserfreier Lösung ist in der Handhabung und bei der Lagerung gefährlich. Selbst in Form von Natriumhypochlorit, das mit relativer Sicherheit gebraucht werden kann, stellen sehr grosse Ladungen verdünnter Lösungen bei der Lagerung und Bereitstellung Probleme dar.

Bekannte Elektrolyseapparate hoher elektrischer Kapazität und Salzkapazität sind im allgemeinen kompliziert und teuer in dçr Herstellung und im Service. Bei allen heute bekannten Elektrolysern werden Anoden angewendet, die sich abnützen, d.h. sie verlieren ihren katalytischen Überzug und müssen öfters komplett auseinandergenommen und wieder zusammengesetzt werden. Ausserdem bildet die hohe Anzahl von Verbindungen eine Möglichkeit, dass korrosiver Elektrolyt austreten und Wasserstoff in gefährlicher Konzentration angesammelt werden kann.

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Die Leistungsaufnahme wird durch Wasserstoffgasansammlungen im Elektrolyser nachteilig beeinflusst, was verschiedene zusätzliche Einrichtungen zum Abführen des Wasserstoffes aus dem Elektrolyser erforderlich macht. Dadurch wird das System noch komplizierter.

Einige Elektrolyser sind sehr empfindlich auf Ablagerungen an den Elektroden, die durch Verunreinigung in den Solen, z.B. Meerwasser, verursacht werden. Es kann eine Reinigung mittels Säure erforderlich werden, was die Wartungskosten weiter erhöht.

Durch verlässliche Untersuchungen und durch Versuche wurde festgestellt, dass bei niedrigen Soletemperaturen, z.B. 1,1 bis 10°C (34 bis 50°F) die Lebensdauer des Anodenüberzuges verringert wird. Auch eine hohe Stromdichte setzt die Lebensdauer der genannten Überzüge herab. Bekannte Elektrolyser sind wegen der Verringerung der Anodenlebensdauer aufgrund der sich ändernden Bedingungen störanfällig, wenn sie weltweit angewendet werden.

Ziel der Erfindung ist es, einen Elektrolyseapparat zu schaffen, bei dem die genannten Nachteile nicht auftreten.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäss mit einem Elektrolyseapparat gemäss kennzeichnendem Teil des Patentanspruches 1 erreicht.

Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise aufgeschnitten dargestellte räumliche Ansicht von unten eines Elektrolysezellenaufbaus eines erfin-dungsgemässen Elektrolysers,

Fig. 2 eine schematisch dargestellte Seitenansicht des in Fig. 1 dargestellten Aufbaues, wobei die Elektroden der Klarheit wegen weggelassen sind,

Fig. 3 eine schematisch dargestellte Draufsicht des in Fig. 1 dargestellten Aufbaues mit dem Elektrolysergehäuse und den Flanschen,

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie 4-4 in Fig. 3, Fig. 5 eine schematische Darstellung der Flusswege des Wasserstoffes und des Elektrolyts durch den Elektrolyser in vertikal gestapelter Anordnung mit einer geeigneten Anordnung der elektrischen Leiter,

Fig. 6 eine schematische Darstellung eines einzelnen Elektrolysers mit einer typischen Verdünnungswasserverteilung zu den einzelnen Zellen,

Fig. 7 eine Seitenansicht einer Elektrodenplatte, Fig. 8 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 4, die eine Einlassdüsenplatte zeigt, die bei der Elektrolyse von Meerwasser angewendet wird, und

Fig. 9 eine Draufsicht auf die in Fig. 8 dargestellte Einlassdüsenplatte.

Das erfindungsgemässe Ausführungsbeispiel des Elektrolysezellenaufbaus enthält ein Chassis und einen Elektrodenaufbau, die leicht in ein Gehäuse einsetzbar, bzw. aus diesem herausnehmbar sind. Das Gehäuse hat einen Einlass und einen Auslassstutzen für den Elektrolyten und einen Auslassstutzen für Wasserstoff sowie eine Anschlusseinrichtung für die Leiter zum Zuführen eines Gleichstromes zu den Elektroden, um durch den Einlassstutzen zugeführte natürliche oder künstliche Sole zu elektrolysieren. An den Enden des Gehäuses befestigte Deckel, im folgenden als Blindflansche bezeichnet, vervollständigen eine einzelne Elektrolyseeinheit, von denen eine Reihe hintereinander liegend angeordnet werden kann. Entlastungskanäle erlauben das Auslassen der während der Elektrolyse der Sole in den einzelnen Elektrolysern frei werdenden Gase in die Atmosphäre oder in eine Sammelleitung, von wo sie zu einer nachfolgenden Trenn- und Ablasseinrichtung strömen.

Ein neues Wasserverteilsystem zum Verdünnen der konzentrierten Sole in künstlichen Solesystemen schützt die Anoden vor Passivierung. Eine neuartige Anordnung der elektrischen Leiter bei einer Mehrzahl von Elektrolyseranordnungen führt zu einem gleichmässigen Stromfluss in den parallelen Stromzweigen, so dass die Anodenlebensdauer weiter verlängert wird.

Wie insbesondere die Fig. 1 bis 4 zeigen, enthält der Elektrolysezellenaufbau 10 ein Chassis, das ein Paar Verbindungsbolzen 12 aufweist, die durch Lagerteile 14 und 16 in festen Abständen zueinander gehalten werden. Die Lagerteile sind an den Enden der Verbindungsbolzen mittels Muttern 18 und 20 befestigt. Das Lagerteil 14 und die Mutter 18 bestehen aus elektrisch nicht leitendem, chloriniertem Polyvinylchlorid, was nachfolgend als CPVC bezeichnet wird, während das Lagerteil 16 und die Mutter 20 aus Titan bestehen. Obwohl viele der einzelnen Komponenten aus CPVC oder Titan bestehend beschrieben sind, ist die Erfindung nicht auf diese Materialien beschränkt.

Die Zwischenwände 22 aus CPVC sind über die Länge der Verbindungsbolzen 12 gleichmässig verteilt angeordnet und halten diese im Abstand. Diese Zwischenwände 22 unterstützen die Bildung der mit 1,2,3 und 4 bezeichneten Zellen (Fig. 2).

Ein zylindrisches Gehäuse und ein Abschlussdeckel bilden das Gehäuse der Zelle. Jede Zelle besteht aus zwei Reihen von jeweils zueinander beabstandeten und abwechselnd angeordneten Anoden- und Kathodenplatten oder ist mit diesen ausgerüstet. Abstandstücke 24 aus CPVC sind auf den Verbindungsbolzen 12 aufgesteckt, an denen jeweils die Zwischenwände 22 und die Lagerteile 14 und 16 anliegen.

Elektrodenhalteteile 26 aus Titan sind mittels Schrauben 28 aus Titan an jeder Seite der Zwischenwände 22 aus CPVC befestigt. Elektrodenendhalteteile 30 und 32 sind jeweils mit den Anschlussklemmen 34 bzw. 36 aus Kupfer versehen, die durch die Blindflansche ragen, und wie später beschrieben, an die Sammelschiene angeschlossen sind.

Die Elektrodenhalteteile 26 sind durch einen durch die Zwischenwand 22 geführten Leiter 40 aus Kupfer oder Bronze elektrisch miteinander verbunden. Der Leiter 40 ist durch eine flache, elastomere Dichtung 42, die an jeder Seite der Zwischenwand angeordnet ist, gegen den Elektrolyten abgedichtet. Die Zwischenwände sind mit einer Mehrzahl horizontal laufender Öffnungen 50 zum Durchlassen des Elektrolyts und einer über den Öffnungen 50 angeordneten kleineren Öffnungen 52 zum Durchlassen der während der Elektrolyse der Sole entstehenden Mischung aus Elektrolyt und Gasen versehen.

Die Muttern 18 sind elektrisch nicht leitend, um die Verbindung zum über diese strömenden Elektrolyt zu verhindern, und sind an der positiven oder spannungführenden Seite des Elektrolysers angeordnet. Die Muttern 20 sind elektrisch leitend, um die Verbindung mit dem Lagerteil 16 aus Titan herzustellen, der dann mit dem Elektrodenendhalteteil 32 an der negativen Seite des Elektrolysers elektrisch verbunden ist. Fliesst ein Leckstrom an den Verbindungsbolzen 12, z.B. an einer Verbindungsstelle, wo ein Abstandstück 24 an die Zwischenwand 22 anstösst, wird der Strom unmittelbar zur negativen Seite des Elektrolysers fliessen, um einen elektrolytischen Abbau der Verbindungsbolzen zu verhindern.

Durch jeden Elektrodenhalteteil 26 und die Elektrodenendhalteteile 30 und 32 erstrecken sich Klemmstäbe 54 aus Titan, um die Elektrodenplatten zu halten.

Wie Fig. 7 und 3 ausserdem zeigen, enthält der Elektrodenaufbau den vorstehend beschriebenen Chassisaufbau, Anoden 60 und Kathoden 62, die abwechselnd und zueinander beabstandet angeordnet sind, Zwischenscheiben 64,

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Haltemuttern 66, Kunststoffabstandstücke 70 und verschiedene Befestigungsmittel, wie Fittinge und ähnliches.

Der Elektrodenaufbau 10 ist als eine Einheit in ein zylindrisches Gehäuses 72 aus CPVC einsetzbar. Das Gehäuse ist an den Enden durch Blindflansche 74 abgeschlossen, um einen Elektrolyser oder ein Elektrolysermodul 10a zu bilden. Das Elektrolysermodul 10a ist mittels O-Ringen 76 und Dichtungsscheiben 78 wasserdicht abgedichtet, wobei der Blindflansch durch nicht dargestellte Bolzen und Muttern befestigt wird.

Jede Zelle eines Elektrolysermoduls 10a ist mit zwei Reihen von Anoden- und Kathodenplatten ausgerüstet, die in Fig. 8 als Reihe 1 und Reihe 2 bezeichnet sind. Diese Reihen bilden eine Mehrzahl von Arbeitszellen, die in den Fig. 2 und 6 mit 1 bis 4 und in Fig. 5 mit 1 bis 16 bezeichnet sind.

Zur Erleichterung der Montage ist zwischen den Zwischenwänden 22 und dem Gehäuse ein Abstand vorgesehen, wobei der Durchmesser der Zwischenwände etwa 0,4 mm kleiner als der Innendurchmesser des Gehäuses 72 ist. Dadurch entsteht zusätzlich zu den Öffnungen 50 in den Zwischenwänden 22 ein ringförmiger Durchlass 80 für den Elektrolyten.

Der Elektrodenaufbau hat allgemein als dimensionsstabil bezeichnete Anodenplatten 60 aus einem Titansubstrat mit einem Oberflächenüberzug, z.B. einer festen Lösung aus Platinoxid. Das elektrisch leitende Substrat besteht mit Vorteil aus einem Ventilmaterial, z.B. Titan. Es können jedoch auch Tantal, Niob oder Zirkon verwendet werden. Das Substrat kann glatt und undurchlöchert sein. Der Überzug kann aus einem Platin-, Palladium-, Ruthenium-, Iridium-, Rhodiumoder Osmiumoxid oder Kombinationen daraus bestehen. Die genaue Zusammensetzung der Anodenplatten ist nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Es wird daraufhingewiesen, dass dimensionsstabile Anoden verschiedener Zusammensetzung bekannt sind und bereits angewendet werden.

Die Anodenplatten 60 und Kathodenplatten 62 sind vertikal angeordnet, bzw. ausgerichtet, und abwechselnd in festem Abstand zueinander gehalten, wobei der Abstand durch die Zwischenscheiben 64 bestimmt wird. Die Elektrodenplatten und die Zwischenscheiben sind auf Bolzen 54 aufgereiht (Fig. 1). Der Abstand zwischen den Platten liegt im Bereich zwischen 0,75 und 1,8 mm. Ist der Abstand kleiner als 0,75 mm, verhindern Flusswiderstand und/oder Gasblasen einen einwandfreien Elektrolyt- und Gasstrom, und das System wird durch Partikel und/oder Kesselstein verstopft. Sind die Abstände grösser als 2,5 mm, treten wegen der Länge der elektrischen Phase grössere elektrische Verluste auf.

Die Anodenplatten 60 sind an der positiven Seite der Zelle und die Kathodenplatten 62 an der negativen Seite der Zelle befestigt (Fig. 3). Die Anoden- und Kathodenplatten sind ineinander geschachtelt, so dass ein bestimmter Spalt oder Abstand zwischen den Oberflächen entsteht. Die einander gegenüberliegenden Oberflächenabschnitte der Anoden und Kathoden bilden die effektive Arbeitszone. Die anderen Oberflächenabschnitte sind im wesentlichen inaktiv, weil ein hoher Prozentsatz des elektrischen Stromes zwischen den sich gegenüberliegenden Anoden- und Kathodenflächen fliesst. Die äusseren Platten können Anoden oder Kathoden sein, wobei letzteres bevorzugt wird, da die inaktive Seite einer Anode die Aufzehrung eines wertvollen Überzuges zur Folge hat.

Wie vorstehend erwähnt, enthält die Zelle zwei beabstan-dete Reihen von ineinander geschachtelten Elektroden, die an einander gegenüberliegenden Elektrodenhaltern 26 durch Klemmstäbe 54, Zwischenscheiben 64 und Kiemmuttern 66

gehalten sind, wobei alle diese Elemente zusätzlich als elektrische Leiter für die Elektroden dienen.

Der Abstand zwischen den Elektroden wird durch die Dicke der genau bearbeiteten Zwischenscheiben 64 aus Titan und durch Kunststoffwülste oder elektrisch nicht leitende Abstandstücke 70 aus Polytetrafluorethylen bestimmt.

Das Chassis und der Zellenaufbau bilden eine sogenannte bipolare Anordnung, die durch Zellen gekennzeichnet ist, die im Gehäuse elektrisch und hydraulisch nacheinander geschaltet sind, um den Wirkungsgrad zu verbessern, die Ausführung zu vereinfachen und die Kosten zu verringern.

Das Gehäuse 72 besteht aus verklebten oder verschweiss-ten CPVC und hat einen Durchmesser von 156,4 oder 203,2 mm. Die Sole tritt an einem Ende des Gehäuses 72 ein und am anderen Ende aus. Sie kann über Norm Verbindungen in andere Elektrolyser geleitet werden, die gewöhnlich in vertikalen Reihen so angeordnet sind, dass diese nacheinander jede Zelle durchfliesst (Fig. 5). Sind mehrere Elektrolyser vertikal gestapelt, liegt für gewöhnlich der Einlass am Boden eines Gehäuses und der Auslass an der Oberseite des anderen Gehäuses.

Der neue Elektrolyser bildet ein Modul, mit dem Systeme grösserer Kapazität aufgebaut werden können. Vier Elektrolyser können in vertikalen Stapeln hydraulisch hintereinander geschaltet werden, und einer oder mehrere Stapel können hydraulisch parallel geschaltet werden. Es werden verschiedene Leiteranordnungen angewendet, die später beschrieben werden.

Da die Anschlüsse am Boden, bzw. an der Oberseite des Gehäuses, liegen, bleiben die Blindflansche frei, wodurch das Einsetzen und Herausnehmen der Elektrodenaufbauten erleichtert wird. Es müssen lediglich die elektrischen Leiter entfernt werden, um Zugang zu den Blindflanschen und Chassisaufbauten zu schaffen. Ferner sind vertikale Stapel effizient bezüglich dem Raumbedarf.

Die in den Zwischenwänden 22 vorgesehenen Öffnungen 50 und 52 sowie die Zwischenwände 22 selbst unterstützen die Steuerung des Elektrolyt- und Gasstromes und die Regulierung des Elektrolytniveaus und deren Strömungsgeschwindigkeit. Die Zwischenwände 22 haben zwei zusätzliche wichtige Funktionen, und zwar die Herabsetzung der Zellenkopplung auf einen vernachlässigbaren Wert und der Rückmi-schung von Elektrolyt zwischen den Zellen, welche den Wirkungsgrad herabsetzt, wie dem Fachmann bekannt ist.

Bei natürlichen Solesystemen tritt der Elektrolyt für gewöhnlich am Boden des Elektrolysers oder am Boden des unteren Elektrolysers ein, überflutet danach die Zellen und fliesst an der Oberseite des Apparates ab, und zwar wegen des Einlassdruckes. In künstlichen Solesystemen werden über getrennte Anschlüsse konzentrierte Sole und Verdünnungswasser in den Elektrolyser eingeführt, wobei diese Mischung durch den Einlassdruck an der Oberseite ausgetragen wird.

Bei künstlichen und natürlichen Solesystemen bringt im Gegensatz zum Umlauf des Elektrolyts der direkte Durchlauf den hohen Wirkungsgrad. Der Umlauf neigt dazu, das niedrig belastete, aufsteigende Produkt mit dem hoch belasteten Abfluss zu verunreinigen, was eine unerwünschte Konkurrenzreaktion im Elektrolyser unterstützt. Die Mehrzahl von Zwischenwänden 22 dient als Umlenkbleche und verhindert die Rückmischung des Elektrolyts zwischen den Zellen. Dadurch wird zur Herabsetzung unerwünschter Konkurrenzreaktionen beigetragen.

Der direkte Durchlauf und die erwünschte Umwandlung eines wesentlichen Prozentsatzes von relativ teurer künstlicher Sole zum Produkt setzt relativ langsame Elektrolytströme in den künstlichen Solesystemen voraus. Deshalb ist der Fluss zwischen den Zellen, bei entsprechend niedriger Energie der aus den Öffnungen der Zwischenwände 22 aus5

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tretenden Strahlen schwach, so dass eine vorteilhafte Turbulenz und eine Reinigung der Elektrodenoberfläche kaum bewirkt wird, um die Ablagerung von Verunreinigungen zu unterdrücken. Dies ist kein bedeutender Nachteil, weil sich künstliche Solen mit einer ausreichenden Qualität leicht aus Salz und Wasser herstellen lassen, um die Ablagerung und den Überzug an den Elektroden und den Bedarf an Turbulenz oder Reinigung wesentlich herabzusetzen.

Bei natürlichen Solesystemen sind die Solekosten niedrig oder fallen praktisch nicht ins Gewicht. Die Wirtschaftlichkeit bei einem solchen Vorgang erfordert viel grössere Soleströme als bei künstlichen Solesystemen, und zwar in der Grössenordnung fünf- bis zehnmal grösser. Meerwasser und andere natürliche Solen enthalten ausserdem grössere Mengen Fremdchemikalien, die ausfallen, sich ausbreiten und dazu neigen, sich an den Elektroden oder Zellen abzusetzen, wodurch die Funktion gestört wird. Die hohen Durchflüsse zusammen mit den neuen Elektrodenreihen ergeben längere Lebenszeiten, die von den Störung verursachenden Ablagerungen nicht beeinflusst werden.

An den Anschlussklemmen 34 und 36 wird ein Gleichstrom angelegt, um eine positive EMK von 3,5 bis 6 Volt an der Anode jeder Zelle zu erzeugen. Jede Elektrolysereinheit aus vier Zellen benötigt eine Gleichspannung von 14 bis 24 Volt.

Der Elektrolyt fliesst nacheinander durch die Zellen, und zwar hauptsächlich durch die Öffnungen 50 in den Zwischenwänden 22, und in wesentlich geringerem Masse durch die ringförmigen Durchlässe 80 und die Öffnungen 52. Wie in Fig. 4 dargestellt, tritt ein starker, vertikal nach oben gerichteter IConvektionsfluss zwischen den Elektrodenplatten in der Zelle während der Elektrolyse auf, und zwar zum Teil durch Erwärmung (Verlustwärme), die zwischen den Elektrodenplatten auftritt, und zum grössten Teil durch Gasbildung, hauptsächlich Wasserstoff. Die Doppelwirkung von Erwärmung und Gasbildung erzeugt einen starken Auftrieb (ähnlich starkem Kochen) im Elektrolyt, unterstützt durch Rückläufe zur schnellen Konvektion des Elektrolyts, was den elektrischen Wirkungsgrad verbessert, weil das Gas, das elektrisch nicht leitend ist, sehr schnell aus der Arbeitszone entfernt wird. Es ist ein wesentliches Merkmal, dass das Gas sehr schnell aus der Arbeitszone in eine Zone unmittelbar über den Elektrodenreihen gebracht wird. Das Gas wird vom Elektrolyt getrennt und stufenweise aus den Zellen ausgelassen, wie später beschrieben wird. Der im Elektrolyser ablaufende Prozess ist sehr komplex und aus der Literatur bekannt Zusammen mit dem Gas, hauptsächlich Wasserstoff, wird hauptsächlich eine Mischung aus Natriumhypochlorit und ungewandelter Sole erzeugt.

Fig. 6 zeigt eine bestimmte Anwendung des neuen Elektrolysers zur künstlichen S Oleherstellung unter Verwendung einer einzigen Elektrolysereinheit, die unter atmosphärischem Druck arbeitet. Wie vorstehend beschrieben, ist bei künstlichen Systemen der Fluss durch den Elektrolyser 10a sehr schwach. Die Öffnungen 50 und 52 sind ausreichend gross, so dass die Wärmeverluste über die Zwischenwände vernachlässigbar werden. Bei atmosphärischem Druck am Gasauslassstutzen 96 und am Produktauslassstutzen 90 wird das Niveau im ganzen Elektrolyser durch den Überlauf 94 auf das Niveau des Ablaufstutzens 90 eingestellt.

Bei anderen Ausführungsbeispielen liegt der Arbeitsdruck wegen der Fluidreibung und der statischen und dynamischen Erwärmung oder des Druckstaues am Auslass über dem atmosphärischen Druck. Nachfolgend beschriebene Einrichtungen werden zur Steuerung der Erwärmung und der Austragung des Gases aus den Gaszonen verwendet.

Das zwischen den Elektroden sich bildende Gas hat eine ausschlaggebende Wirkung auf den elektrischen Widerstand in den Elektrodenspalten der Arbeitszonen und eine ausgesprochene Wirkung auf den Leistungsverbrauch und folglich auf die Betriebskosten. Je kürzer die Anoden in der vertikalen Abmessung sind, desto kürzer ist der Strömungsweg des Gases aus der Arbeitszone und je wirksamer ist der Gas-ablass. Sehr enge Elektrodenspalten ergeben einen kleinen Elektrodenbereich und hohe Elektrolyserkosten. Es ist ein Kompromiss zwischen Kosten und Gasablass zu schliessen, wenn diese von der vertikalen Anodenabmessung abhängen. Überlange Elektroden führen zu hohen Stromdichten an den Befestigungsstellen der Elektroden, wodurch sich ein unerwünscht hoher Spannungsverlust, bzw. überdimensionierte Elektroden ergeben.

Aufgrund der obengenannten Faktoren haben sich Anoden mit der Abmessung 7,9 x 10,1 x 20,2 mm als vorteilhaft erwiesen.

Zusätzlich zur Länge-Weg-Bedingung werden die beträchtlichen Konvektionsströme durch drei starke Rücklaufwege p (Fig. 4) unterstützt, um das Gas schneller aus der Arbeitszone abzulassen. Um der wirkungsvollen Konvektion Vorschub zu leisten, müssen die Anoden eingetaucht sein, um die Kammerwirkung voll auszunützen. Um die Trennung der Gasblasen zu unterstützen und die Drehzirkulation zum Boden hin und nach oben durch die Elektrodenreihen zu vermeiden, muss zwischen der Gaszone und dem Elektrolyt eine stabile Grenzschicht in Form des Elektrolytspiegels aufrechterhalten werden. Ausser bei der Anordnung nach Fig. 6 wird dieser Elektrolytspiegel durch zwei Mechanismen aufrechterhalten, und zwar wird die wesentliche im Oberteil jeder Zelle getrennte Gasmenge durch Gehäusewände 72, Flansche 74 und Zwischenwände 22 eingefangen, wodurch das Elektro-lytniveau nach unten gedrückt wird; und erreicht das Elektrolytniveau die Höhe der Öffnungen 52, werden diese freigelegt, so dass das Gas durch die nächste flussabwärts liegende Zelle durchströmt und ein weiteres Absinken des Elektrolytniveaus verhindert.

Diese Niveauregulierung erfolgt, ausser in der mit dem Auslass versehenen, in allen Zellen. Die Öffnungen 52 sind relativ klein, d.h. 1,59 bis 6,35 mm. Dies reicht aus, um das gesamte in einer Zelle entwickelte Gas plus Gas von flussaufwärts liegenden Zellen und eine geringe Elektrolytmenge, z.B. 0 bis 5%, durchzulassen.

Das Gas wird durch den Fluiddruck von Zelle zu Zelle gedrückt, bis es eine belüftete Zelle der Elektrolysereinheit erreicht, in der der Spiegel nicht reguliert wird, bzw. auf den kein Druck ausgeübt wird. Das Gas wird mit dem Elektrolyt und dem Gas in der belüfteten Zelle mitgerissen und strömt durch den Auslassstutzen zu einer externen Trenneinrichtung oder, falls stromabwärts eine Einheit vorhanden ist, in die erste Zelle dieser Einheit, worin die Trennung erfolgt. Bei einer aus mehreren Einheiten bestehenden Anordung (Fig. 5) strömt das Gas von Zelle zu Zelle, bis es einen Entlüftungsstutzen H, für gewöhnlich in einer vorletzten Zelle erreicht. Eine Blende 82 mit einem Loch von 1,59 bis 3,17 mm reicht aus, um das Gas und einen kleinen Elektrolytstrom von 0, bis 2% aus der Elektrolyseranordnung abzulassen und aus den stromabwärts liegenden Zellen auszutreten.

Bei gestapelten Anordnungen mit mehreren Entlüftungsstellen sind für gewöhnlich die Entlüftungsleitungen in der Nähe des Auslassstutzens der letzten oder obersten Elektrolysereinheit an eine Sammelleitung angeschlossen. Die Sammelleitung ist an die Produktauslassleitung angeschlossen und führt dieses Gas wieder in die Mischung mit dem Produkt ein, welches aus Natriumhypochlorit, unumgewandelter Sole und Restgas besteht. Diese Mischung wird dann zu einer externen Trenneinrichtung geführt, worin faktisch eine 100%ige Trennung erfolgt.

Fig. 5 zeigt eine Anordnung mit vier Elektrolysereinheiten,

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welche zusammen mit Fig. 4 die vorstehend erwähnten Grundsätze zeigt. Die Leitung 104 von den Stutzen H zur Sammelleitung 106 sind z.B. Kunststoffrohre, welche die Gas-Elektrolysemischung zur Sammelleitung 106 und zum Auslass 108 führen. Die Blenden 82 hemmen den Fluss, um ein übersteigertes Überströmen von unumgewandeltem Elektrolyt zu verhindern. Bei der einzelnen, in Fig. 6 dargestellten Einheit, die bei atmosphärischem Druck arbeitet, tritt der Wasserstoff am Elektrolytspiegel in den vier Zellen aus und strömt zum Entlüftungsstutzen 96, wo es in die Atmosphäre abgelassen wird. Die Gas- und Elektrolytzonen sind mit 98 bzw. 100 bezeichnet. Bei einem einzelnen, geschlossenen Elektrolyser treten die Gase für gewöhnlich in der flussaufwärts liegenden Zelle aus, strömen durch die oben liegenden Öffnungen 52, bis sie die Auslasszelle erreichen, indem sie mit dem in dieser Zelle vorhandenen Fluid gemischt werden, und werden aus dem Elektrolytauslass abgegeben. Dadurch, dass die Gase am Oberteil der Auslasszelle in der Nähe des Auslasses eintreten, wird sehr wenig Gas in den Elektrolyt dieser Zelle eingeführt, weshalb es nicht wesentlich auf den Erzeugungsvorgang in der Auslasszelle einwirkt.

Die sich entwickelnde Gasmenge ist aus der verwandten Elektrochemie bestimmbar. Der Elektrolytdurchfluss wird auf eine feststehende Geschwindigkeit reguliert. Durch die Blenden und Durchlässe verursachte Druckverluste sind für den Elektrolyt und das Gas im wesentlichen gleich, weil parallele Durchlässe angewendet werden. Die Blenden und Durchlässe können somit leicht bemessen werden, um die vorstehend beschriebene Verteilung zu erreichen.

Wie vorstehend erwähnt, verursachen Meerwasserverunreinigungen Ablagerungen an den Zelleninnenflächen, die die Elektrolyse beeinflussen, wenn sie nicht entfernt werden. Die Ablagerungen, zur Hauptsache Kalzium und Magnesiumhydroxid und Kalzium und Magnesiumkarbonat, bilden sich sehr schnell, insbesondere an Kathodenflächen und Rändern. Werden rechteckförmige Elektrodenplatten verwendet, so bleiben deren einander gegenüberliegende Elektrodenflächen ziemlich frei von Ablagerungen, d.h. es werden Überzüge von nur 0,098 bis 0,24 mm über einen Zeitraum von sechs und mehr Monaten gebildet, und zwar bei Meerwasser mittlerer Qualität, d.h. Meerwasser aus einem Tide-kanal in einer mittelmässig bebauten Zone mit Industrie. Das Meerwasser hat 85% des vollen Gehaltes. Die Verdünnung ergibt sich aus dem örtlichen Ablauf. Die Ablagerung innerhalb der Elektrolysezone beeinflusst die Funktion nicht wesentlich. Die freiliegenden Kathodenflächen, d.h. jene, denen keine Anodenflächen gegenüberliegen, hatten dickere und zähere Überzüge von cirka 0,725 bis 1,45 mm im gleichen Zeitraum, aber mit abnehmender Geschwindigkeit, die einen stabilen Zustand erreicht. Die Stellen der Ablagerung wirkten nicht in messbarem Umfang auf den Elektrolysefluss, den Stromfluss oder den Wirkungsgrad ein. An den oberen und unteren Elektrodenrändern der vertikal angeordneten Elektrodenreihen entstanden grobe Ablagerungen von weichen Fällprodukten, die die Ränder der benachbarten Elektroden überbrückten. In jenen Bereichen zwischen Anodenplatten, wo keine Kathodenplatten direkt gegenüberliegen, d.h. an den Befestigungsenden der positiven Anodenreihen, trat in Stunden eine feste Überbrückung auf und hielt bei einer Elektrolytgeschwindigkeit von cirka 3,04 m/Sek. und mehr an den Öffnungen 50 an. Diese feste Überbrückung von Fällprodukten zwischen den Anodenplatten tritt auch bei freiliegenden Kathodenplatten auf, wenn auch in geringerem Masse. Es wurde festgestellt, dass bei grossem Abstand von 1,58 mm die Anodenplatten an den nicht befestigten Enden überbrückt werden.

Alle vier Seiten der Elektrodenreihen waren in einem gewissen Masse von festen, aus der Lösung ausgefallenen festen Verunreinigungen überzogen. Diese Überbrückung belastet die Zirkulation des Elektrolyts zwischen den Platten und beeinflusst die wirkungsvolle Elektrolyse. Um dies im wesentlichen zu beheben, wird jede Anodenplatte 60 mit einer im wesentlichen rechteckförmigen Ausnehmung 112 und jede Kathodenplatte 62 mit einer Ausnehmung 114 versehen (Fig. 7). Jede Ausnehmung ist in der Mitte zwischen den Befestigungspunkten in der Platte ausgebildet und ist doppelt so breit wie hoch. Die restlichen Seitenbereiche dienen der Stromleitung und der Halterung der Platten. Die Tiefe der Anodenausnehmung 112 ist derart, dass sich ihre vertikale Kante gleich weit wie das freie oder unbefestigte Ende der Kathodenplatten 62 erstreckt. Die Tiefe der Katho-denausnehmung 114 ist derart, dass sich ihre vertikale Kante gleich weit wie das unbefestigte Ende der Anodenplatte 60 erstreckt. Die Ausnehmungen sind 24,5 x 49 mm bei den Elektroden mit 0,8 x 98 x 196 mm. Wegen der Ausnehmung sind die freiliegenden Oberflächen im Bereich der aus den Öffnungen 50 austretenden, untergetauchten Strahlen wirkungsvoll beseitigt, und es wird eine fluchtende Reihe von Elektrodenrändern gebildet. Wie bereits erwähnt, kann eine Mehrzahl von Öffnungen 50 vorgesehen werden, die gleichmässig beabstandet angeordnet sind, um Aufschlagsgeschwindigkeiten an den vertikal ausgerichteten stromaufwärts liegenden Elektrolytkanten zu erzeugen, um störende Ablagerungen zu beseitigen und einen ausreichenden Strom und eine ausreichende Turbulenz durch die Spalten zwischen den Elektroden zu erzielen, um Ablagerungen an den anderen drei Rändern der Elektrodenreihen zu verhindern.

Durch Regulierung des Elektrolytdurchflusses durch den Elektrolyser mit bekannten, externen Durchflussreglern und genauer Bemessung der Öffnungen 50 werden die Austrittsgeschwindigkeiten leicht festgestellt. Geschwindigkeiten von 1,52 bis 6,09 m/Sek., z.B. 3,04 m/Sek, haben sich als wirkungsvoll erwiesen. Die Öffnungen 50 haben Durchmesser von 6,35 bis 9,52 mm und die Soledurchflüsse betragen 118,7 bis 454,81/Min. bei Gehäusereihen von vier Zellenelektroly-sern von 147 bis 196 mm Durchmesser.

Der durch den Temperaturanstieg wegen des nicht idealen Wirkungsgrades der Elektrolytumwandlung bewirkte vertikale Konvektionsstrom und der Gasauftrieb tragen zur Turbulenz und dem sich ergebenden Gesamtfluss bei. Der sich ergebende Gesamtfluss ist das Produkt aus dem Fluss durch die Öffnungen 50 und dem vertikalen Konvektionsstrom. Der Produktionsfluss hält die Öffnungen am Rande der Elektroden bis zu 90% frei von Ablagerungen im Vergleich zu cirka 25% oder weniger bei bekannten Elektroden, und das über einen längeren Betriebszeitraum. Das Gas wird mit hoher Geschwindigkeit aus der Produktionszone entfernt.

Einige Fällprodukte setzen sich am Boden des Elektro-lysergehäuses ab. Eine halbmondförmige Ausnehmung 124 im untersten Teil der Zwischenwand 22 (Fig. 1 und 4) dient als Reinigungsdüse, um diese Fällprodukte beim nachfolgenden Auslass mitzureissen.

Da vor der ersten flussaufwärts liegenden Zelle Nr. 1 keine Zwischenwand 22 und somit keine Öffnung 50 vorhanden ist, wird eine durch die untere Verbindungsstange 12 gehaltene, an der unteren Wand des Gehäuses verschiebbare Einlassdüsenwand 120 vorgesehen, um Strahlen hoher Geschwindigkeit, z.B. 1,52 bis 6,09 m/Sek. zu erzeugen, die auf die unteren Kanten der Elektrodenplatten gerichtet werden.

Die Einlassdüsenwand 120 ist in Fig. 8 und 9 dargestellt und im Elektrolyseraufbau in Fig. 2 gezeigt. Die Einlassdüsenwand 120 wird nur bei Meerwasserelektrolysern angewendet und in der Zelle Nr. 1 oder der Zelle mit dem Soleeinlassstutzen, wenn nur ein einzelner Elektrolyser verwendet wird, oder in jeder Einlasszelle jeder Elektrolysereinheit bei grösseren Anlagen angeordnet.

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Die Wand 120 ist mit einem zylinderförmigen Einlassvorraum 130 und einem symmetrischen Körperteil versehen, der eine Mehrzahl von beabstandeten Öffnungen 132,134 und 136 aufweist. Die Öffnungen sind auf die unteren Kanten der Elektrodenreihen darüber gerichtet und haben Achsen, die progressiv grössere Winkel von einer Vertikalen haben, wenn sie am Umfang der Düsenwand austreten. Der Elektrolyt tritt in den Einlassvorraum 130 ein und wird durch die Öffnungen 132,134 und 136 herausgedrückt. Der Elektrolyt prallt auf die unteren Kanten der Reihen 1 und 2 auf, um die erforderlich hohen Geschwindigkeiten und Turbulenz in der Zelle zu erzeugen, und dadurch die Ablagerung von unerwünschten Fällprodukten zu vermeiden.

Da die Überzüge an den Anoden das Teuerste dieses Apparates sind, sind vernünftige Massnahmen, die zur Verlängerung der Lebensdauer des Überzuges beitragen, gerechtfertigt. Das nachfolgend beschriebene, neue Solezufuhrverfahren stellt mässige Temperaturen bei künstlichen Solesystemen bei Kaltwasserzufuhren, ohne auf externe Erhitzer, Wärmeaustauscher und ähnliches Zuflucht zu nehmen, sicher und demzufolge eine längere Anodenlebensdauer.

Wie Fig. 6 zeigt, hat das System einen Anschluss 205 in der ersten Zelle der Elektrolyserreihe zum Zuführen von konzentrierter Sole (NaCl). Der gesamte Verdünnungswasserfluss ist zehnmal grösser als der Fluss der konzentrierten Sole, um den Endsalzgehalt auf cirka 2,8% zu reduzieren.

Der Verdünnungsfluss wird in zwei oder mehrere Ströme, z.B. vier gleiche Ströme aufgeteilt und in die Elelctrolyserzel-lenkette in etwa gleichen Intervallen über die Länge der Kette eingeführt. Dadurch werden über die Zellenkette stufenweise Salzgehaltwerte, z.B. 8,5,5,0,3,6 und 2,8% sowie niedrige axialgerichtete mittlere Elektrolytfliessgeschwindigkeiten in den stromaufwärts liegenden Zellen erzeugt, wobei die Geschwindigkeiten erhöht werden, wenn Verdünnungswasser hinzugefügt wird. Demzufolge ist die Verweilzeit anfänglich länger, wird aber verringert, wenn jeder Verdün-nungswasseranteil hinzugefügt wird. Eine längere Verweilzeit ergibt eine grössere Erwärmung (aus den Wärmeverlusten) und höhere Produktbildung in den stromaufwärts liegenden Zellen, im Vergleich zu einfacheren Systemen ohne Verdünnungswasseraufteilung.

Typische Werte für ein vierteiliges System und für ein bekanntes System (bei dem die konzentrierte Sole und das Verdünnungswasser vor dem Eintritt in den Elektrolyser gemischt werden) sind folgende:

1. Viertel

2. Viertel-

3. Viertel

4. Viertel stufe stufe stufe stufe

Ausführung mit Aufteilung

Temperaturanstieg, °C 36

1,8

3,6

9,0

Chlorgehalt, g/1 8,7

9,1

8,9

9,0

Bekannte

Ausführung (ohne

Aufteilung)

Temperaturanstieg, °C 10,8

12,6

14,4

Chlorgehalt, g/1 2,5

4,8

7,0

9,0

Diese Angaben sind angenähert für das Ende der Stufe (Ende der Viertelzellenkette). Der Temperaturanstieg ist der Gesamtanstieg von der Stufenanfangstemperatur bis zur Stu-fenendtemperatur. Der Chlorgehalt ist der Chlorgehalt am Ende der Stufe.

Ausserdem ist die Spannung sehr unterschiedlich bei den beiden Systemen, und zwar wegen des Salzgehaltes und der Temperatur. Die Spannung nimmt mit dem Anstieg des Salzgehaltes und/oder Temperatur ab. Die bei diesem Verfahren für vier Zellen erforderliche Spannung ist etwa um ein Volt geringer als bei einem Verfahren ohne Aufteilung, d.h. 14,1 Volt anstelle von 15,1 Volt.

Die Nutzeffekte der zwei Systeme können wie folgt zusam-mengefasst werden:

a) Der höhere mittlere Salzgehalt beim System mit Aufteilung verringert die Gesamtspannung und unterstützt den Elektrolytumwandlungsprozess aufgrund der höheren, mittleren Chlorionendichte.

b) Die höhere mittlere Temperatur beim System mit Aufteilung kann den elektrochemischen Prozess in Abhängigkeit von der Temperatur, der eingelassenen Sole, des Verdünnungswassers und des Gesamttemperaturanstieges unterstützen oder behindern. Die elektrochemische Umwandlung bei einem System mit Aufteilung neigt dazu, wegen der höheren mittleren Elektrolyttemperatur wirkungsvoller zu sein, woraus sich eine geringere Spannung ergibt.

c) Der höhere mittlere Hypochloritgehalt setzt wegen der Anhebung der konkurrierenden Reaktion den Wirkungsgrad wesentlich herab. Das System mit Aufteilung hat somit aufgrund dieses Phänomens einen Nachteil.

Insgesamt wurde festgestellt, dass Wirkungsgrade, Elektrizität und Salz in Kombination für die zwei Betriebsweisen etwa gleich sind. Unter einigen Bedingungen ergibt das System mit Aufteilung etwas bessere Resultate, während das andere System bei anderen als wirkungsvoller anzusehen ist. Bei Systemen mit Aufteilung ist der anfängliche Temperaturanstieg in den ersten Zellen jedoch höher, wodurch die Anoden in den stromaufwärts liegenden Zellen höheren, vorteilhafteren Temperaturen ausgesetzt sind als bei bekannten Systemen. Hat bei einer aus vier Zellen bestehenden Anordnung mit vier Spalten das zugeführte Wasser eine Temperatur von 18,8°C, beträgt die Temperatur der Mischung in der ersten Zelle 30°C, im Gegensatz zu 22,2°C bei bekannten Systemen. Die teuren Überzüge an den Anoden sind somit besser gegen Passivierung geschützt, und zwar wegen der erhöhten Sauerstoffbildung beim Zusammentreffen mit kaltem Elektrolyt.

Die Verdünnungsmengen müssen nicht sehr genau sein, sie sollten innerhalb ± 10% liegen und werden durch einfache Durchflussbegrenzer 206 in der Verdünnungswasserleitung 207 geregelt.

Es wird daraufhingewiesen, dass die Verdünnungswasserzufuhr nicht in vier gleiche Wasserströme, die in gleichem Abstand zugeführt werden, aufgeteilt werden muss oder auf Elektrolyser mit vier Zellen beschränkt ist. Mit verschiedenen Kombinationen der vorstehend genannten variablen werden vorteilhaftere Temperaturen erreicht, wobei sich ergebende Bedingungen in Stufen geändert werden.

Lange Reihen von hydraulisch in Serie geschalteten Zellen sind erwünscht, um einen maximalen Prozesswirkungsgrad zu erzielen, da die Rückmischung und der damit verbundene Leistungsverlust wirkungsvoll verringert wird. Je grösser die Anzahl Zellen und Zellenabtrennung ist, desto grösser ist der Rückfluss. Es wurde festgestellt, dass 16 oder mehr hydraulisch in Serie geschaltete Zellen wünschenswert sind, um den Durchfluss in einer Richtung voll auszunutzen.

Eine einfache elektrische Reihenschaltung der Zellen oder Zellenreihe derartiger Länge sind wegen der sich ergebenden hohen Spannungen nicht erwünscht.

Eine Gesamtgleichspannung bis zu cirka 50 Volt ist bei industriellen Elektrolysen aus sicherheitstechnischen Gründen erwünscht. Bei hohen Strömen, z.B. 0,5 bis 10 kA wie im vorliegenden Apparat, sind unisolierte Sammelschienen wegen der Wärmeabstrahlung erwünscht. Acht in Serie geschaltete Zellen bilden praktisch ein Maximum, weil

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15

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es möglich ist, bis zu 6 Volt pro Zelle anzulegen. Bei 16 hydraulisch in Serie geschalteten Zellen (Fig. 5), ist eine kombinierte elektrische Serie-Parallelschaltung erwünscht. Für gewöhnlich werden 50% der flusabwärts liegenden Zellen der Reihe und 50% der flussaufwärts liegenden Zellen der Reihe in Serie geschaltet. Diese werden dann parallel an eine externe Stromquelle angeschlossen. Bei dem in Fig. 5 dargestellten System sind acht stromaufwärts liegende Zellen und acht stromabwärts liegende Zellen elektrisch in Serie geschaltet. Die sich daraus ergebenden Reihenschaltungen bilden eine bekannte Lösung, ergeben aber einen unausgeglichenen Stromfluss im System, was wegen der hohen Stromdichte zu Abtragungen an der Anode führt. Bei einem bekannten System ohne Verdünnungswasseraufteilung neigt der elektrische Strom dazu, in den flusabwärts liegenden Zellen wegen der höheren Elektrolyttemperatur übermässig hoch zu werden, wodurch der elektrische Widerstand verringert wird. Bei dem vorstehend beschriebenen System mit Aufteilung verursacht der hohe Salzgehalt in den flussaufwärts liegenden Zellen einen geringeren elektrischen Widerstand und dadurch einen Überstrom durch dieselben. Der höhere Strom in einem Zweig der Zellenreihe führt zu einer

Abnahme von dem durch den wechselseitigen Zweig fliessenden Strom, wodurch die Ungleichheit zwischen diesen noch verstärkt wird, was zur Anodenabnützung beiträgt und zu Verlusten führt.

s Eine höhere Betriebslebensdauer ergibt sich bei der in Fig. 5 dargestellten Anordnung. Bei dieser Anordnung werden die Differenzen im elektrischen Widerstand aufgrund der Änderung in der Temperatur und/oder dem Salzgehalt des Elektrolyts, wenn es durch die Zellen strömt, ausge-lo glichen.

Deshalb werden symmetrische, durch 4 teilbare Zellenreihen so gruppiert, dass 25% der vordersten stromaufwärts liegenden Zellen mit 25% der untersten stromabwärts liegenden Zellen elektrisch in Serie geschaltet sind. Die rest-ls liehen 50% der Zellen sind ähnlich in Serie geschaltet, so dass zwei Reihen im wesentlichen in gleiche Widerstandswerte aufgeteilt werden, um einen im wesentlichen ausgeglichenen Stromfluss zu erzeugen, wenn der Apparat aus einer Stromquelle gespeist wird. Es wird daraufhingewiesen, dass das 20 vorstehend beschriebene System auch bei Zellenreihen mit mehr als 16 Zellen anwendbar ist, wobei die Anzahl Zellen pro Reihe nicht symmetrisch sein muss.

B

5 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Elektrolyseapparat zur Elektrolyse künstlicher und natürlicher Solen zur Herstellung von Hypochlorit, gekennzeichnet durch ein längliches, elektrisch nicht leitendes Gehäuse (72), das horizontal angeordnet und an beiden Enden offen ist, durch abnehmbare Deckel (74), die an beiden Enden befestigt sind und jeweils ein Durchgangsloch aufweisen, durch Dichtungen (78), die jeweils zwischen dem Deckel (74) und dem Ende des Gehäuses (72) angeordnet sind, durch einen ersten Fluiddurchlass durch eine Wand des Gehäuses in der Nähe des einen Gehäuseendes und einem zweiten Fluiddurchlass durch eine Wand des Gehäuses in der Nähe des anderen Gehäuseendes, durch einen freistehenden, bipolaren Elektrodenaufbau aus mindestens zwei Zellen, der im Gehäuse so angeordnet ist, dass die Längsachse des Elektrodenaufbaues im wesentlichen in der Längsachse des Gehäuses liegt, wobei die Zellen Reihen von verschachtelt angeordneten Anoden- und Kathodenplatten (60,62), die in einem Rahmen gehalten sind, aufweist, wobei der Elektrodenaufbau mindestens eine elektrisch nicht leitende Zwischenwand (22), die senkrecht zur Gehäuselängsachse und zu den Stirnseiten des Elektrodenaufbaus beabstandet angeordnet ist, wobei die Zwischenwände als Leitbleche der Zelle dienen und Zellenabteile bilden, einen elektrisch leitenden Verbindungsbolzen, der an jedem Ende des Rahmens vorgesehen ist und durch das in jedem Deckel vorgesehene Durchgangsloch ragt, um eine positive Anschlussklemme (34) und eine negative Anschlussklemme (36) zu bilden, und Dichtungen (76) aufweist, die zwischen den Verbindungsbolzen und den Deckeln angeordnet sind.

2. Apparat nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch an jeder Seite der Zwischenwände (22) vorgesehene elektrisch leitende Elektrodenhalteteile (26) und Mittel (40) zum elektrischen Verbinden der Elektrodenhalteteile durch die Zwischenwand hindurch, je einen Elektrodenendhalteteil (30, 32), der an jedem der Verbindungsbolzen befestigt ist, ein Paar von Lagerteilen (14,16), von denen mindestens eines elektrisch nicht leitend ist und von denen eines jeweils an den Endhalteteilen befestigt ist, mindestens zwei beabstandete, in Längsrichtung angeordnete Verbindungsstangen (12), die an den Lagerteilen befestigt sind und sich durch die Zwischenwände (22) erstrecken, elektrisch nicht leitende Abstandstücke (24), die auf den Verbindungsstangen jeweils zwischen den Lagerteilen und deren benachbarten Zwischenwänden liegend angeordnet sind, wobei durch die Verbindungsstangen und die Abstandstücke gleiche Abstände zwischen den Zwischenwänden und jedem Halteteil und der unmittelbar benachbarten Zwischenwand erzeugt werden, und kombinierte Klemm- und Anschlussorgane (64,66,40), die jedem Elektrodenhalteteil (26) und Elektrodenendhalteteil (30,32) zugeordnet sind, um die in einer Reihe geschalteten Anoden- und Kathodenplatten untereinander und an den Halteteilen zu befestigen.

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PATENTANSPRÜCHE

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dass acht Zellen vorgesehen sind, die gleichmässig in vier Elektrolyser verteilt sind, wobei 25% der vordersten flussaufwärts liegenden Zellen in Reihe mit 25% der hintersten stromabwärts liegenden Zellen verbunden sind, um eine stromaufwärts-stromabwärts gerichtete Zellenreihe zu bilden, dass die verbleibenden Zellen des Elektrolysers elektrisch in Reihe geschaltet sind, und dass eine einzige Stromquelle vorgesehen ist, um die stromabwärts-stromaufwärts gerichtete Zellenreihe und die verbleibenden Zellenreihen zu speisen.

3. Apparat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede Zelle im wesentlichen durch die elektrisch nicht leitenden Zwischenwände (22) elektrisch und hydraulisch abgetrennt ist, dass zwischen den Gehäusewandungen und den Zwischenwänden ein Spalt von 0,392 mm vorhanden ist, und dass die Zwischenwände Durchgangslöcher aufweisen, um den Fluiddurchfluss durch die Zwischenwände zu regulieren.

4. Apparat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (72) zylinderförmig ist und im wesentlichen aus einem Kunststoffrohr und Kunststoffrohrflanschen besteht.

5. Apparat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrodenendhalteteil (30), der mit der abstehenden, positiven Anschlussklemme (34) verbunden ist und die Elektrodenhalteteile (26), die an den, der negativen

Anschlussklemme (36) zugeordneten Seiten der Zwischenwände (22) angeordnet sind, die Anodenplatten (60) halten und elektrisch verbinden, und dass der Elektrodenendhalteteil (32), der mit der abstehenden, negativen Anschlussklemme (36) verbunden ist und die Elektrodenhalteteile (26), die an den, der positiven Anschlussklemme (34) zugeordneten Seiten der Zwischenwände (22) angeordnet sind, die Kathodenplatten (62) halten und elektrisch verbinden, wobei die Anoden- und Kathodenplatten ineinander geschachtelt angeordnet sind, um mindestens eine Elektrodenreihe pro Zelle zu bilden.

6. Apparat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anoden- und Kathodenplatten rechteckförmig sind, und dass die Platten im Gehäuse so angeordnet sind, dass deren Längsseiten parallel zur Längsachse des Gehäuses liegen, und dass die Anoden- und Kathodenplatten vertikal bezüglich dem Gehäuse ausgerichtet sind.

7. Apparat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenwände mit Öffnungen (52) zum Durchlassen eines Gas/Elektrolytstromes versehen sind, wobei die Öffnungen unmittelbar oberhalb der Elektrodenreihe und unmittelbar flussaufwärts der Zwischenwände angeordnet sind, dass die Öffnungen eine Grösse haben, die ausreicht, um das gesamthaft in dem unmittelbar flussaufwärts der gelochten Zwischenwand liegenden Abteil entwickelte Gas und das aus den anderen flussaufwärts liegenden Zellenabteilen in das Zellenabteil eintretende Gas sowie das durch einen Durchlass des Gehäuses eintretende Fluid durchzulassen.

8. Apparat nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenwände Öffnungen zum Durchlassen des Gas/Elektrolytstromes enthalten, die in der Höhe der Zwischenwände unmittelbar oberhalb der Elektrodenreihe unmittelbar flussaufwärts der Zwischenwände angeordnet sind, dass die Öffnungen eine Grösse haben, die ausreicht, um das in dem unmittelbar flussaufwärts der Zwischenwände liegende Abteil entwickelte Gas und das aus den anderen flussaufwärts liegenden Zellen eintretende zusätzliche Gas sowie einen geringen Elektrolytfluss durchzulassen, und dass die Zwischenwände auch mindestens eine Elektrolytdurchlassöffnung (50) unterhalb des Oberteils der Elektrodenreihe aufweisen, um einen Elektrolythauptfluss aufzunehmen, der durch einen Durchlass des Gehäuses eintritt.

9. Apparat nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Elektrolytdurchlassöffnungen (124) für den Elektrolythauptfluss am untersten Rand der Zwischenwand vorgesehen ist.

10

IS

10. Apparat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Gasentlastungsöffnungen (96, H) in den oberen Abschnitten des Gehäuses vorgesehen sind, um Prozessgas abzulassen.

11. Apparat nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass jede Gasentlastungsöffnung mit einer Blende (82) versehen ist, deren Öffnung ausreicht, um das gesamthaft anfallende Gas und einen geringen Elektrolytfluss durchzulassen.

12. Apparat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Elektrolyser in einer vertikalen Reihe so gehalten sind, dass die Elektrolyser unmittelbar übereinanderliegend mit der vordersten flussaufwärts liegenden Zelle in der untersten Lage und mit der letzten flussabwärts liegenden Zelle in der obersten Lage angeordnet sind, dass die Elektrolyser interne Fluidverbindungen und externe Zwischenverbindungen haben, um einen Seriefluss durch jede der Zellen zu erzeugen, und dass die Elektrolyser externe, elektrische Leiterhaben, um die Elektrodenaufbauten innerhalb jedes Elektrolysers über die Verbindungsbolzen elektrisch miteinander zu verbinden.

13. Apparat nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,

s

14. Apparat nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als acht Zellen gleichmässig in vier Elektrolyser verteilt sind.

15. Apparat nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als acht Zellen gleichmässig in mehr als vier Elektrolysern verteilt sind.

16. Apparat nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrolytische Zelle vertikal ausgerichtete Anoden-und Kathodenplatten aufweist, die jeweils ein Paar vertikaler Kanten und ein Paar horizontaler Kanten hat, dass die Halteteile und die Klemm- und Verbindungsorgane, die Anoden-und Kathodenplatten an einer ihrer Kanten halten und elektrisch verbinden, so dass eine der vertikalen Kanten freibleibt, wobei die freien, vertikalen Elektrodenkanten und die gehaltenen, vertikalen Elektrodenkanten von unmittelbar benachbart liegenden Elektrodenplatten versetzt angeordnet sind, um einen Abstand zwischen den freien Kanten und den Halteteilen zu schaffen, dass in den vertikal gehaltenen Kanten mindestens der Anodenplatten (60) Ausnehmungen (112) vorgesehen sind, die eine derartige Tiefe aufweisen,

dass die vertikalen Kanten der Ausnehmungen (112) in der gleichen Ebene liegen wie die freien, vertikalen Kanten der unmittelbar benachbarten Elektrodenplatten, und dass mindestens eine Einlassöffnung (50) der stromaufwärts liegenden Zwischenwand der Zelle vorgesehen ist, um den eintretenden Elektrolytstrom in die Ausnehmungen und gegen die Kanten der Anoden- und Kathodenplatten zu richten.

17. Apparat nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathodenplatten gleich wie die Anodenplatten mit einer Ausnehmung (114) versehen sind.

18. Apparat nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Austragvorrichtungen (104) neben dem Oberteil des Zellenabteils vorgesehen sind, um den Elektrolyten und das Gas abzulassen.

19. Apparat nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen rechteckförmig sind und die Tiefe der Ausnehmung cirka 50% vom Mass der vertikalen Kante, an welcher die Ausnehmung vorgesehen ist, beträgt.

20. Apparat nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Anoden- und Kathodenplatten so angeordnet sind, dass ihre Unterkanten zueinander ausgerichtet sind, und dass eine Einlassdüsenplatte (120) in dem Chassis angeordnet ist, um den Einlassstrom aus einem der Gehäuseeinlässe abzufangen, wobei die Einlassdüsenplatte dazu bestimmt ist, den eintretenden Elektrolytstrom gegen die Unterkanten zu richten.

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21. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellenabteile hydraulisch in Reihe miteinander verbunden sind, wobei einer der Fluiddurchlässe (205) des Gehäuses eine Verbindung in das vorderste stromaufwärts liegende Abteil bildet, um konzentrierte Sole einzuführen, ein anderer Fluiddurchlass (207) durch das Gehäuse in das vorderste stromaufwärts liegende Zellenabteil eine Verbindung bildet, um einen ersten Anteil von Verdünnungswasser einzuführen, und zusätzliche Fluiddurchlässe (207) durch das Gehäuse in zusätzliche, stromabwärts liegende Abteile Verbindungen bilden, um restliche Anteile des Verdünnungswassers einzuführen, wobei der zweite Fluiddurchlass des Gehäuses einen Auslasskanal für die konzentrierte Sole und das Verdünnungs wasser bildet.

22. Apparat nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Elektrolyser in vertikalen Reihen angeordnet sind, und dass die Zellenabteile hydraulisch in Reihe miteinander verbunden sind, wobei einer der Fluiddurchlässe des flussaufwärts liegenden Gehäuses eine Verbindung in das vorderste flussaufwärts liegende Abteil bildet, um konzentrierte Sole einzuführen, ein anderer Fluiddurchlass durch das Gehäuse in das vorderste flussabwärts liegende Abteil eine Verbindung bildet, um einen ersten Anteil von Verdünnungswasser einzuführen, und zusätzliche Fluiddurchlässe durch die Gehäuse in zusätzliche flussabwärts liegende Zellenabteile Verbindungen bilden, um die restlichen Anteile von Verdünnungswasser einzuführen, wobei die Fluiddurchlässe der stromabwärts liegenden Gehäuse einen Auslasskanal für die konzentrierte Sole und das Verbindungswasser bilden.

23. Apparat nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluiddurchlässe derart ausgestaltet sind, dass die Gesamtdurchflussmenge an Verdünnungswasser ca. das Zehnfache der konzentrierten Sole beträgt, welche ca. 26,4 Gew.% Natriumchlorid enthält.

24. Apparat nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass die konzentrierte Sole und der erste Anteil Verdünnungswasser vor dem Eintreten in das flussaufwärts liegende Abteil mischbar sind.

25. Apparat nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdünnungswasseranteile etwa gleich sind, und dass die gleichen Anteile getrennt so einführbar sind, dass gleiche Anzahlen von hydraulisch in Serie verbundene Zellen zwischen den Zellenabteilen, in denen das Verdünnungswasser eingeführt wird, und zwischen dem Zellenabteil des zuletzt zugeführten Anteils und dem Zellenabteil mit dem Auslass entsteht.

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26. Apparat nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass Blenden in den Verdünnungswassereinlässen vorgesehen sind, um die Verdünnungsströme zu unterteilen und auf bestimmte Mengen zu regulieren.