DE102005004063A1 - Method and apparatus for producing an alkali metal hypochlorite solution - Google Patents

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Abstract

Es werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer Alkalimetallhypochloritlösung, insbesondere einer Natriumhypochloritlösung, angegeben, mit mindestens einer ungeteilten Elektrolysezelle (12), Mitteln (20, 22, 24, 26) zur Zuführung einer Solelösung mit einem bestimmten Volumenstrom und einer bestimmten Salzkonzentration in die Elektrolysezelle (12) und mit einer Gleichspannungsquelle (18) zur Erzeugung eines Stroms durch die Elektrolysezelle (12). Die Stromstärke wird derart fest eingestellt, dass die Konzentration von bei der Elektrolyse anfallendem Chlorat auf maximal 1,5 g/l, vorzugsweise auf 0,6 g/l begrenzt ist (Fig. 5).The invention relates to an apparatus and a method for producing an alkali metal hypochlorite solution, in particular a sodium hypochlorite solution, comprising at least one undivided electrolysis cell (12), means (20, 22, 24, 26) for supplying a brine solution having a specific volumetric flow and a certain salt concentration the electrolytic cell (12) and with a DC voltage source (18) for generating a current through the electrolytic cell (12). The current intensity is set so tightly that the concentration of chlorate obtained during the electrolysis is limited to a maximum of 1.5 g / l, preferably to 0.6 g / l (FIG. 5).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Alkalimetallhypochloritlösung, insbesondere einer Natriumhypochloritlösung, bei dem einer ungeteilten Elektrolysezelle eine Solelösung mit einem bestimmten Volumenstrom und mit einer bestimmten Salzkonzentration zugeführt wird. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Herstellung einer Alkalimetallhypochloritlösung, insbesondere einer Natriumhypochlorit lösung, mit mindestens einer ungeteilten Elektrolysezelle, Mitteln zur Zuführung einer Solelösung mit einem bestimmten Volumenstrom und einer bestimmten Salzkonzentration in die Elektrolysezelle, und mit einer Gleichspannungsquelle zur Erzeugung eines Stroms durch die Elektrolysezelle.The The invention relates to a process for the preparation of an alkali metal hypochlorite solution, in particular a sodium hypochlorite solution, in an undivided electrolysis cell, a brine solution with a certain volume flow and with a certain salt concentration supplied becomes. The invention further relates to a device for producing a alkali metal hypochlorite, in particular a sodium hypochlorite solution, with at least one undivided one Electrolytic cell, means for supplying a brine solution a certain volume flow and a certain salt concentration in the electrolysis cell, and with a DC voltage source for Generation of a current through the electrolytic cell.

Es besteht ein beständiges Bedürfnis zur Erzeugung von Natriumhypochloritlösungen, die zur Desinfektion von Wasser verwendet werden. Während eine derartige "Chlorung" von Wasser im großtechnischen Maßstab etwa bei der Trinkwasseraufbereitung bei den Wasserwerken der Städte und Gemeinden durchgeführt wird, besteht für den mobilen Einsatz, insbesondere in Katastrophengebieten, ein Bedürfnis nach der Erzeugung von Natriumhypochloritlösung vor Ort. Aufgereinigtes Wasser wird nach dem Filtern und einer Umkehrosmose mit der Natriumhypochloritlösung versetzt, um eine erneute Keimbildung zu verhindern.It is a stable one desire for the production of sodium hypochlorite solutions for disinfection be used by water. While Such a "chlorination" of water in the industrial scale scale for example, in drinking water treatment at the waterworks of the cities and Municipalities carried out is, exists for mobile use, especially in disaster areas, a need for the production of sodium hypochlorite solution on site. purified Water is added to the sodium hypochlorite solution after filtering and reverse osmosis, to prevent re-nucleation.

Es sind bereits mobile Anlagen bekannt, um Natriumhypochloritlösungen durch Elektrolyse von Meerwasser oder Salzsole herzustellen.It Mobile plants are already known to pass sodium hypochlorite solutions Produce electrolysis of seawater or brine.

Derartige Anlagen werden von der Firma Wallace & Tiernan GmbH, Günzburg, unter der Bezeichnung OSEC-S® und OSEC-B® angeboten.Such systems are offered by Wallace & Tiernan GmbH, Günzburg, under the name OSEC- and OSEC- .

Hierbei wird entweder gefiltertes Meerwasser oder eine gesättigte Salzsole mit einer Dosierpumpe einer Elektrolysezelle zugeführt. Durch ebenfalls der Elektrolysezelle zufließendes Verdünnungswasser wird die Konzentration der Salzsole auf ca. 2 % abgesenkt. In der Elektrolysezelle wird Natriumhypochloritlösung und Wasserstoff erzeugt, wobei der Wasserstoff von der Natriumhypochloritlösung getrennt und mit einem Ventilator auf eine ungefährliche Konzentration mit Luft verdünnt und ins Freie abgeführt wird. Die hergestellte Natriumhypochloritlösung hat eine Konzentration von etwa 6 g/l wirksamem Chlor. Der gesamte Prozess der Erzeugung von Natriumhypochloritlösung wird durch eine SPS-Steuerung überwacht und geregelt, um eine optimale Chlorausbeute bei möglichst niedrigem Anfall von Abfallprodukten zu gewährleisten.in this connection becomes either filtered seawater or a saturated brine supplied with a metering pump of an electrolytic cell. By also dilution water flowing into the electrolysis cell becomes the concentration the brine is lowered to about 2%. In the electrolytic cell is sodium hypochlorite and hydrogen is generated, with the hydrogen separated from the sodium hypochlorite solution and with a fan to a safe concentration with air dilute and discharged to the outside becomes. The produced sodium hypochlorite solution has a concentration of about 6 g / l of active chlorine. The entire process of production of sodium hypochlorite solution is monitored by a PLC control and regulated to maximize chlorine yield if possible to ensure a low rate of waste production.

Als problematisch bei einer derartigen Anlage ist die Verwendung einer SPS-Steuerung in Verbindung mit entsprechenden Sensoren anzusehen, da dies eine regelmäßige Wartung und Kontrolle erfordert. Gerade bei Einsätzen in Katastrophengebieten kann dies jedoch häufig nicht gewährleistet werden.When The problem with such a system is the use of a SPS control in conjunction with corresponding sensors to look at, since this is a regular maintenance and control required. Especially in operations in disaster areas However, this can happen frequently not guaranteed become.

Bei einer weiteren aus der DE 37 04 955 A1 bekannten Anlage zur Erzeugung einer Natriumhypochloritlösung wird die in der Elektrolysezelle befindliche Solekonzentration durch Auswertung der Spannung an den Elektroden und des fließenden Stromes gemessen. Hieraus wird ein der Leitfähigkeit proportionales Signal erzeugt, das zur Steuerung einer Dosierpumpe für gesättigte Kochsalzlösung genutzt wird.In another from the DE 37 04 955 A1 known plant for producing a sodium hypochlorite solution, the brine concentration in the electrolytic cell is measured by evaluating the voltage at the electrodes and the flowing current. From this, a conductivity-proportional signal is generated which is used to control a saturated saline dosing pump.

Auch diese Anlage ist mit den oben beschriebenen Nachteilen behaftet.Also This system is subject to the disadvantages described above.

Bei einer weiteren aus der DE 28 06 441 A1 bekannten Anlage zur Herstellung von Natriumhypochloritlösung wird eine diaphraqmafreie Elektrolysezelle verwendet, bei der das Verhältnis zu der wirksamen Anodenfläche und der wirksamen Kathodenfläche in der Elektrolysezelle mindestens 1,5:1 oder größer ist. Auf diese Weise soll die wirksame Ausnutzung des Natriumhypochlo rits und die Stromausbeute bei stationären Durchflussbedingungen verbessert werden. Gemäß einer Variante dieser Ausführung wird die Elektrolysezelle zusätzlich gekühlt, um die gebildete Natriumchloratmenge zu verringern.In another from the DE 28 06 441 A1 In the known plant for producing sodium hypochlorite solution, a diaphraqm-free electrolysis cell is used in which the ratio to the effective anode area and the effective cathode area in the electrolysis cell is at least 1.5: 1 or greater. In this way, the effective utilization of Natriumhypochlo rits and the current efficiency at steady flow conditions should be improved. According to a variant of this embodiment, the electrolytic cell is additionally cooled in order to reduce the amount of sodium chlorate formed.

Auch eine derartige Anlage kann keine optimale Prozessführung gewährleisten, insbesondere, wenn auf eine Kühlung verzichtet wird, um den Prozess so einfach wie möglich zu gestalten.Also Such a system can not guarantee optimal process control especially if on a cooling is omitted to make the process as easy as possible.

Aus der US 4 329 215 ist es ferner bekannt, eine Elektrolysezelle zur Natriumhypochloriterzeugung zu verwenden, bei der die Anodenkammer und die Kathodenkammer der Elektrolysezelle durch eine Ionenaustauschmembran voneinander getrennt sind, die gegenüber Anionen, Gasen und Flüssigkeiten undurchlässig ist.From the US 4,329,215 It is also known to use an electrolysis cell for sodium hypochlorite production in which the anode compartment and the cathode compartment of the electrolytic cell are separated by an ion exchange membrane which is impermeable to anions, gases and liquids.

Durch die Verwendung einer derartigen Membran kann das Problem der Chloratbildung während der Elektrolyse reduziert werden.By the use of such a membrane can solve the problem of chlorate formation while the electrolysis are reduced.

Allerdings ist eine derartige Elektrolysezelle sehr wartungsintensiv.Indeed is such an electrolysis cell very maintenance-intensive.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer Alkalimetallhypochloritlösung anzugeben, womit ein möglichst einfacher, störungsfreier und wartungsarmer Aufbau gewährleistet ist und dennoch ausreichende Konzentration an Alkalimetallhypochloritlösung erzeugt werden kann.Against this background, the invention has for its object to provide a method and apparatus for producing a Alkalimetallhypochloritlösung, making a simple, trouble-free and low-maintenance construction is ensured and yet sufficient concentration of alkali metal hypochlorite solution can be generated.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung einer Alkalimetallhypochloritlösung, insbesondere einer Natriumhypochloritlösung, gelöst, bei dem einer ungeteilten Elektrolyse zelle eine Solelösung mit einem bestimmten Volumenstrom und mit einer bestimmten Salzkonzentration zugeführt wird, und wobei die Stromstärke derart fest eingestellt wird, dass die Konzentration von bei der Elektrolyse anfallendem Chlorat auf maximal 1,5 g/l, vorzugsweise auf maximal 1 g/l, besonders bevorzugt auf maximal 0,6 g/l begrenzt wird.These The object is achieved by a process for producing an alkali metal hypochlorite solution, in particular a sodium hypochlorite solution, solved, at the one undivided electrolysis cell with a brine solution a certain volume flow and with a certain salt concentration is fed and where the current strength is set so firmly that the concentration of at the Electrolysis accumulating chlorate to a maximum of 1.5 g / l, preferably limited to a maximum of 1 g / l, more preferably to a maximum of 0.6 g / l becomes.

Die Aufgabe der Erfindung wird ferner durch eine Vorrichtung zur Herstellung einer Alkalimetallhypochloritlösung, insbesondere einer Natriumhypochloritlösung, gelöst, mit mindestens einer ungeteilten Elektrolysezelle, Mitteln zur Zuführung einer Solelösung mit einem bestimmten Volumenstrom und einer bestimmten Salzkonzentration in die Elektrolysezelle, und mit einer Gleichspannungsquelle zur Erzeugung eines Stroms durch die Elektrolysezelle, wobei die Stromstärke derart fest eingestellt ist, dass die Konzentration von bei der Elektrolyse anfallendem Chlorat auf maximal 1,5 g/l, vorzugsweise auf maximal 1 g/l, besonders bevorzugt auf maximal 0,6 g/l begrenzt ist.The The object of the invention is further characterized by an apparatus for manufacturing an alkali metal hypochlorite solution, in particular a sodium hypochlorite solution, dissolved, with at least one undivided Electrolytic cell, means for supplying a brine solution a certain volume flow and a certain salt concentration in the electrolysis cell, and with a DC voltage source for Generation of a current through the electrolytic cell, the current strength such It is fixed that the concentration of electrolysis accumulating chlorate to a maximum of 1.5 g / l, preferably to a maximum 1 g / l, more preferably limited to a maximum of 0.6 g / l.

Die Aufgabe der Erfindung wird auf diese Weise vollkommen gelöst.The The object of the invention is completely solved in this way.

Erfindungsgemäß wird nämlich durch die Verwendung einer ungeteilten Elektrolysezelle ohne Diaphragma zwischen Anode und Kathode ein besonders einfacher und wartungsarmer Aufbau gewährleistet. Erfindungsgemäß wurde festgestellt, dass die Erzeugung einer Alkalimetallhypochloritlösung mit fest eingestellten Parametern vorteilhaft gefahren werden kann, indem die Konzentration von bei der Elektrolyse anfallendem Chlorat durch eine fest eingestellte Stromstärke begrenzt wird. Insbesondere wurde erfindungsgemäß erkannt, dass die Konzentration an Aktiv- Chlor mit Vergrößerung der Stromstärke über einen bestimmten Wert hinaus nur noch unterproportional zunimmt, während gleichzeitig die Erzeugung von unerwünschtem Chlorat als Nebenprodukt überproportional zunimmt.Namely, according to the invention the use of an undivided electrolysis cell without a diaphragm between anode and cathode a particularly simple and low-maintenance Construction guaranteed. According to the invention was found that the production of an alkali metal hypochlorite solution with fixed parameters can be operated advantageously, by the concentration of chlorate obtained during electrolysis is limited by a fixed current. Especially has been recognized according to the invention, that the concentration of active chlorine with increasing the current across one certain value increases only disproportionately, while at the same time the generation of undesirable Chlorate by-product disproportionately high increases.

Erfindungsgemäß wird somit durch eine geeignete Festlegung der Stromstärke einerseits eine günstige Konzentration des Aktiv-Chlors in der hergestellten Alkalimetallhypochloritlösung gewährleistet und andererseits die Erzeugung von unerwünschtem Chlorat auf ein erträgliches Maß begrenzt.Thus, according to the invention by a suitable determination of the current on the one hand a favorable concentration of active chlorine ensured in the produced alkali metal hypochlorite solution and on the other hand the generation of undesirable Chlorate on a bearable Limited measure.

Insgesamt kann das Verfahren auf diese Weise mit fest eingestellten Betriebsparametern ohne den Aufwand einer speziellen Regelung auf derart günstige Weise betrieben werden, dass ein vorteilhafter Dauerbetrieb mit einem geringen Wartungsaufwand gewährleistet ist,All in all The procedure can be done in this way with fixed operating parameters without the effort of a special scheme in such a favorable manner be operated that an advantageous continuous operation with a low maintenance guaranteed is

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung wird hierbei die Stromstärke zwischen 2 und 6 Ampere, vorzugsweise zwischen 2 und 4,5 Ampere, besonders bevorzugt zwischen 2,5 und 3,5 Ampere eingestellt.In Advantageous development of the invention here is the current between 2 and 6 amps, preferably between 2 and 4.5 amps, especially preferably set between 2.5 and 3.5 amps.

Hierdurch wird ein optimaler Kompromiss zwischen der erzeugten Konzentration an Aktiv-Chlor und dem Anfall von unerwünschtem Chlorat gewährleistet.hereby will be an optimal compromise between the generated concentration ensures active chlorine and the accumulation of unwanted chlorate.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Solelösung mit einer konstanten Salzkonzentration durch Mischung einer gesättigten Solelösung mit Wasser hergestellt.According to one Another embodiment of the invention, the brine solution with a constant salt concentration by mixing a saturated brine solution with Water produced.

Auf diese Weise kann die gewünschte Eingangskonzentration der Elektrolysezelle mit Salzlösung auf besonders einfache Weise auf einen günstigen Wert fest eingestellt werden. Da als Ausgangsprodukt eine gesättigte Salzlösung verwendet wird, die mit Wasser, vorzugsweise mit deionisiertem Wasser oder Trinkwasser, vermischt wird, kann so ohne zusätzlichen Regelungsaufwand eine geeignete Konzentration der der Elektrolysezelle zugeführten Salzlösung sichergestellt werden.On this way can be the desired one Input concentration of the electrolytic cell with brine on particularly simple way set to a favorable value become. Because the starting product is a saturated salt solution is made with water, preferably with deionized water or Drinking water is mixed, so without additional regulatory effort ensures appropriate concentration of the electrolysis cell supplied salt solution become.

Alternativ ist es auch denkbar, eine Salzlösung mit einer bestimmten Salzkonzentration zu verwenden, die mit einem konstanten Förderstrom in die Elektrolysezelle gefördert wird.alternative it is also possible to have a saline solution to use with a certain salt concentration, which with a constant flow rate conveyed into the electrolysis cell becomes.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung wird die Salzkonzentration der der Elektrolysezelle zugeführten Solelösung auf einen Wert zwischen 2 und 10 g/l, vorzugsweise zwischen 5 und 10 g/l eingestellt.In Advantageous development of the invention, the salt concentration the supplied to the electrolysis cell brine solution to a value between 2 and 10 g / l, preferably between 5 and 10 g / l set.

Auf diese Weise kann eine ausreichende Chlorausbeute gewährleistet werden, ohne dass der Anfall an unerwünschtem Chlorat übermäßig zunimmt.On This way, sufficient chlorine yield can be guaranteed without the accumulation of unwanted chlorate increases excessively.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird der Elektrolysezelle die Solelösung mit einem konstanten Volumenstrom V zugeführt, dessen Wert in Abhängigkeit von der wirksamen Elektrodenfläche A (in m2) nach der Beziehung V = w·A festgelegt wird, wobei w die Strömungsgeschwindigkeit ist, die zwischen 4·10–5 m/s und 12·10–5 m/s, vorzugsweise zwischen 6·10–5 m/s und 9·10–5 m/s, ausgewählt wird.In a further embodiment of the invention, the electrolysis cell is supplied with the brine solution having a constant volumetric flow V whose value is determined as a function of the effective electrode area A (in m 2 ) according to the relationship V = w × A, where w is the flow velocity between 4 x 10 -5 m / s and 12 x 10 -5 m / s, preferably between 6 x 10 -5 m / s and 9 x 10 -5 m / s.

Auf diese Weise wird die Elektrolysezelle mit einem optimalen Volumenstrom betrieben, durch den eine optimale Ausbeute in Abhängigkeit von der Zellengröße gewährleistet ist.In this way, the electrolytic cell is operated with an optimum volume flow through which an optimal yield depending on the cell size is ensured.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Gleichspannungsquelle vorzugsweise als Konstantstromquelle ausgebildet.at the device according to the invention the DC voltage source is preferably as a constant current source educated.

Auf diese Weise kann die als optimal festgelegte Stromstärke der Elektrolysezelle besonders präzise eingehalten werden.On this way, the optimally set current of the Electrolysis cell particularly precise be respected.

Wie bereits erwähnt, kann die gewünschte Konzentration der der Elektrolysezelle zugeführten Solelösung entweder durch Mischung einer gesättigten Solelösung mit Wasser oder durch Verwendung einer Solelösung mit einer bestimmten Konzentration eingestellt werden. Zur Mischung bzw. Zuführung der voreingestellten Solelösung werden vorzugsweise Dosierpumpen verwendet, durch die ein konstantes Mischungsverhältnis bzw. ein konstanter Förderstrom gewährleistet ist.As already mentioned, can the desired concentration the brine solution supplied to the electrolytic cell either by mixing a saturated one brine solution adjusted with water or by using a brine solution with a certain concentration become. For mixing or feeding the pre-set brine solution Dosing pumps are preferably used, through which a constant mixing ratio or a constant flow rate guaranteed is.

Die Elektroden der Elektrolysezelle können beispielsweise aus einem Material bestehen, das Eisen, Quecksilber, Edelstahl, Titan und/oder Platin enthält. Bevorzugt bestehen die Elektroden aus unbeschichtetem Titan.The Electrodes of the electrolysis cell can for example consist of a Material consisting of iron, mercury, stainless steel, titanium and / or Contains platinum. The electrodes preferably consist of uncoated titanium.

Hiermit hat sich eine gute Ausbeute und eine hohe Standfestigkeit der Elektroden ergeben.Herewith has a good yield and a high stability of the electrodes result.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.It it is understood that the above and the following yet to be explained features of the invention not only in the respective specified combination, but also usable in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the invention.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:Further Features and advantages of the invention will become apparent from the following Description of a preferred embodiment with reference on the drawing. Show it:

1 den Zusammenhang zwischen Stromstärke und der erzeugten Konzentration an Aktiv-Chlor bzw. an Chlorat und der Ablauftemperatur bei einer erfindungsgemäßen Elektrolysezelle; 1 the relationship between current intensity and the concentration of active chlorine or chlorate produced and the discharge temperature in an electrolysis cell according to the invention;

2 den Zusammenhang zwischen Zulaufkonzentration einer zugeführten Natriumchloridlösung und der erzeugten Aktiv-Chlor-Konzentration; 2 the relationship between the feed concentration of a sodium chloride solution supplied and the generated active chlorine concentration;

3 den Zusammenhang zwischen der Zulaufkonzentration an Natriumhypochlorit und der Konzentration an erzeugtem Aktiv-Chlor und an Chlorat sowie der Ablauftemperatur; 3 the relationship between the feed concentration of sodium hypochlorite and the concentration of active chlorine and chlorate produced and the discharge temperature;

4 den Zusammenhang zwischen dem verwendeten Volumenstrom und der Konzentration an erzeugtem Aktiv-Chlor und an Chlorat und 4 the relationship between the volume flow used and the concentration of active chlorine generated and chlorate and

5 eine vereinfachte Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. 5 a simplified schematic diagram of a device according to the invention.

Der grundsätzliche Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in 5 dargestellt und insgesamt mit der Ziffer 10 bezeichnet.The basic structure of a device according to the invention is in 5 represented and in total with the numeral 10 designated.

Die Vorrichtung 10 dient zur Herstellung einer Alkalimetallhypochloritlösung, insbesondere einer Natriumhypochloritlösung, mit Hilfe einer Elektrolysezelle 12. Der Elektrolysezelle 12 wird aus einem Solebehälter 20 eine gesättigte Salzlösung zugeführt, die vor Zuführung zur Elektrolysezelle 12 mit Wasser aus einem Wasserbehälter 22 vermischt wird. Die Elektrolysezelle 12 ist als einteilige, nicht durch eine Membran geteilte Zelle ausgeführt und weist ein Gehäuse aus PVDF auf. Die Elektroden 14, 16, die aus unbeschichtetem Titan bestehen, sind mit einer Gleichspannungsquelle 18 verbunden, die als Konstantstromquelle ausgebildet ist, um einen konstanten Strom von 3 Ampere bei einer Spannung von etwa 3,5 bis 4,5 Volt zu erzeugen. In der Elektrolysezelle wird aus der wässrigen Natriumchloridlösung Natriumhypochlorit bei Freisetzung von Wasserstoff gebildet. Der Ausgang der Elektrolysezelle ist über eine Leitung 34 mit einem Auffangbehälter 36 verbunden. Die hierbei erzeugte Natriumhypochloritlösung wird über eine Leitung 38 nach außen abgeführt, während der Wasserstoff nach oben aufsteigt und über eine Abgasleitung 40 abgeführt und auf eine unschädliche Konzentration verdünnt wird. Die Konzentration der Elektrolysezelle 12 zugeführten Salzlösung wird durch Dosierpumpen 24, 26 eingestellt, die jeweils einen konstanten Volumenstrom erzeugen. Die erste Dosierpumpe 24 saugt aus dem Solebehälter 20 gesättigte Salzlösung mit einem Volumenstrom von 42 ml/h an. Die zweite Dosierpumpe saugt aus dem Wasserbehälter 22 deionisiertes Wasser (oder Trinkwasser) über eine Leitung 32 mit einem Volumenstrom von 2,958 l/h an. Die Druckleitungen der beiden Dosierpumpen 24, 26 münden über eine gemeinsame Leitung 30 in den Zufluss der Elektrolysezelle 12. Der Elektrolysezelle 12 wird somit im dargestellten Beispiel ein Volumenstrom von 3 l/h Natriumchloritlösung zugeführt, deren Konzentration durch die Mischung der gesättigten Salzlösung mit deionisiertem Wasser auf einen Wert von etwa 5 g/l eingestellt ist.The device 10 is used to prepare a Alkalimetallhypochloritlösung, in particular a Natriumhypochloritlösung, using an electrolytic cell 12 , The electrolytic cell 12 gets out of a brine tank 20 fed to a saturated salt solution prior to delivery to the electrolysis cell 12 with water from a water tank 22 is mixed. The electrolytic cell 12 is designed as a one-piece cell not divided by a membrane and has a housing made of PVDF. The electrodes 14 . 16 , which consist of uncoated titanium, are with a DC voltage source 18 connected as a constant current source to generate a constant current of 3 amps at a voltage of about 3.5 to 4.5 volts. In the electrolytic cell, sodium hypochlorite is formed from the aqueous sodium chloride solution upon release of hydrogen. The output of the electrolysis cell is via a line 34 with a collecting container 36 connected. The sodium hypochlorite solution produced in this process is passed through a line 38 discharged to the outside, while the hydrogen rises upward and via an exhaust pipe 40 removed and diluted to a harmless concentration. The concentration of the electrolytic cell 12 supplied saline solution is by metering pumps 24 . 26 are set, each generating a constant volume flow. The first metering pump 24 sucks from the brine tank 20 saturated saline solution with a volume flow of 42 ml / h. The second dosing pump sucks out of the water tank 22 deionized water (or drinking water) via a pipe 32 with a flow rate of 2.958 l / h. The pressure lines of the two dosing pumps 24 . 26 lead through a common line 30 into the inflow of the electrolysis cell 12 , The electrolytic cell 12 Thus, in the example shown, a volume flow of 3 l / h sodium chlorite solution is supplied, whose concentration is adjusted by the mixture of the saturated salt solution with deionized water to a value of about 5 g / l.

In 5 ist ferner angedeutet, dass die Füllstände des Solebehälters 20, des Wasserbehälters 22 und des Auffangbehälters 36 vorzugsweise mit einer Füllstandsüberwachung überwacht werden, die etwa Füllstandssensoren 42, 44, 46 und Schwimmerschalter (nicht dargestellt) umfassen kann.In 5 is further indicated that the levels of the brine tank 20 , the water tank 22 and the collection container 36 preferably be monitored with a level monitoring, the about level sensors 42 . 44 . 46 and float switch (not shown).

Die Betriebsparameter der Vorrichtung 10 sind nun derart fest eingestellt, dass die Ausbeute der Natriumhypochloritgewinnung in einem für die Natriumhypochlorit-Herstellung günstigen Bereich gefahren wird, bei dem gleichzeitig der Anfall von unerwünschtem Chlorat minimiert ist.The operating parameters of the device 10 are now set so tightly that the yield of sodium hypochlorite recovery in a range favorable for sodium hypochlorite production is driven, at the same time the accumulation of unwanted chlorate is minimized.

Dies wird im Folgenden an Hand der 14 näher erläutert.This will be described below with reference to 1 - 4 explained in more detail.

1 zeigt die Konzentration an Aktiv-Chlor (Natriumhypochlorit, NaOCl), sowie an Chlorat in Abhängigkeit verschiedener Stromstärken. Zusätzlich ist die Ablauftemperatur aus der Elektrolysezelle aufgetragen, bei einer konstanten Zulauftemperatur von 17°C. Der Durchfluss beträgt im dargestellten Beispiel 3,5 l/h bei einer Natriumchlorit-Konzentration von 10 g/l. Alle Messergebnisse (auch bei den nachfolgenden 24) beziehen sich auf eine Elektrolysezelle mit einer wirksamen Elektrodenfläche von 140 mm·80 mm und einem Elektrodenabstand von 2 mm. 1 shows the concentration of active chlorine (sodium hypochlorite, NaOCl), as well as of chlorate depending on different current levels. In addition, the discharge temperature from the electrolysis cell is applied, at a constant inlet temperature of 17 ° C. The flow rate in the example shown is 3.5 l / h at a sodium chloride concentration of 10 g / l. All measurement results (also with the following 2 - 4 ) refer to an electrolytic cell having an effective electrode area of 140 mm x 80 mm and an electrode gap of 2 mm.

Wie aus 1 zu ersehen ist, wird bei Stromstärken von mehr als 3 Ampere überproportional das unerwünschte Nebenprodukt Chlorat gebildet. Weiter ist gut zu erkennen, dass die Ablauf temperatur des Produktes bei steigender Stromstärke ebenfalls zunimmt.How out 1 can be seen, is disproportionately formed at currents greater than 3 amps, the undesirable by-product chlorate. It is also easy to see that the flow temperature of the product also increases with increasing current.

Die Stromstärke wird nun erfindungsgemäß derart begrenzt, dass die Chloratkonzentration im Ablauf geringer als 1,5 g/l ist, vorzugsweise geringer als 1,0 g/l, besonders bevorzugt kleiner als 0,6 g/l oder als 0,5 g/l ist. Dies lässt sich mit einer Stromstärke erreichen, die vorzugsweise zwischen 2,5 und 3,5 Ampere eingestellt wird, optimal auf 3 Ampere.The amperage will now be according to the invention limits the chlorate concentration in the effluent to less than 1.5 g / l is, preferably less than 1.0 g / l, particularly preferred less than 0.6 g / l or 0.5 g / l. This can be achieved with a current which is preferably set between 2.5 and 3.5 amps, optimally to 3 amps.

In 2 ist der Einfluss der Zulaufkonzentration an NaCl auf den Aktiv-Chlorgehalt am Ablauf dargestellt, wobei eine Stromstärke von 3 Ampere verwendet wurde.In 2 the influence of the inlet concentration of NaCl on the active chlorine content at the outlet is shown, wherein a current of 3 amps was used.

Es ist zu erkennen, dass ab einer Zulaufkonzentration von mehr als 7 g/l der Gehalt an Aktiv-Chlor nur noch unwesentlich zunimmt.It It can be seen that from a feed concentration of more than 7 g / l, the content of active chlorine increases only slightly.

Darüber hinaus zeigt 3, dass bei einer Erhöhung des Salzgehaltes die Chloratbildung überproportional zunimmt. 3 zeigt die Konzentration von Aktiv-Chlor und an Chlorat im Ablauf sowie wie Ablauftemperatur der Elektrolysezelle als Funktion der Zulaufkonzentration an NaCl (Stromstärke 3A). Es ist daher ein Kompromiss zu treffen zwischen der Chlorausbeute auf der einen Seite und der Chloratbildung, die vermieden werden soll, auf der anderen Seite.In addition, shows 3 in that, if the salt content is increased, the formation of chlorate increases disproportionately. 3 shows the concentration of active chlorine and of chlorate in the effluent and the effluent temperature of the electrolysis cell as a function of the feed concentration of NaCl (current 3A). It is therefore a compromise between the chlorine yield on the one hand and the chlorate formation that should be avoided on the other.

Vorzugsweise wird daher die Zulaufkonzentration auf einen Wert zwischen 2 und 10 g/l, vorzugsweise auf 5 g/l festgelegt.Preferably Therefore, the feed concentration is set to a value between 2 and 10 g / l, preferably set to 5 g / l.

4 zeigt den Einfluss des Volumenstroms an zugeführter Salzlösung auf die Konzentration an Aktiv-Chlor und Chlorat im Ablauf, wobei eine Zulaufkonzentration von 10 g/l NaCl verwendet wurde (Stromstärke 3A). 4 shows the influence of the volume flow of salt solution supplied on the concentration of active chlorine and chlorate in the effluent, with a feed concentration of 10 g / l NaCl was used (current 3A).

Es zeigt sich, dass bei der hier verwendeten Elektrolysezelle mit einer wirksamen Elektrodenfläche von 140 mm·80 mm bei einem Elektrodenabstand von 2 mm die Chlorat-Konzentration bei einem Volumenstrom von 2,77 l/h sowie darüber deutlich verringert ist. Für die Elektrolysezelle mit den vorstehend erwähnten Abmessungen wird daher ein Volumenstrom von 3 l/h verwendet.It shows that in the electrolytic cell used here with a effective electrode surface of 140 mm x 80 mm with an electrode distance of 2 mm, the chlorate concentration is significantly reduced at a flow rate of 2.77 l / h and above. For the Electrolysis cell with the dimensions mentioned above is therefore used a volume flow of 3 l / h.

Der optimale Volumenstrom, mit dem die Elektrolysezelle zu betreiben ist, ist natürlich von den geometrischen Abmessungen der Zelle abhängig. Die Abmessungen der verwendeten Zelle betragen 140·80 mm Elektrodenfläche bei einem Abstand von 2 mm. Der Volumenstrom und die Zellengröße sind funktional miteinander verknüpft, da bei größeren Zellen der Durchsatz (und die Ausbeute) in Abhängigkeit der Ionenwanderungsgeschwindigkeit proportional ansteigt.Of the optimum volume flow with which to operate the electrolytic cell is, of course, is depending on the geometric dimensions of the cell. The dimensions of the used Cell is 140 x 80 mm electrode area at a distance of 2 mm. The volume flow and cell size are functional linked together, there with larger cells the throughput (and the yield) as a function of the ion migration rate increases proportionally.

Der Volumenstrom V wird vorzugsweise in Abhängigkeit von der wirksamen Elektrodenfläche A (in m2) nach der Beziehung V = w A festgelegt, wobei w die Strömungsgeschwindigkeit ist, die zwischen 4·10–5 m/s und 12·10–5 m/s, vorzugsweise zwischen 6·10–5 m/s und 9·10–5 m/s ausgewählt wird.The volume flow V is preferably determined as a function of the effective electrode area A (in m 2 ) according to the relationship V = w A, where w is the flow velocity which is between 4 · 10 -5 m / s and 12 · 10 -5 m / s, preferably between 6 · 10 -5 m / s and 9 · 10 -5 m / s is selected.

Hiermit ist ein optimaler Betrieb im gewünschten Bereich gemäß 4 sichergestellt, bei dem die Chloratbildung minimiert ist.This is an optimal operation in the desired range according to 4 ensured, in which the formation of chlorate is minimized.

Es versteht sich, dass somit unterschiedlich große Elektrolysezellen im gewünschten optimalen Bereich betrieben werden können, sofern der Volumenstrom entsprechend festgelegt wird.It is understood that thus different sized electrolytic cells in the desired optimal range can be operated, provided the volume flow is determined accordingly.

Weiter versteht es sich, dass größere Einheiten natürlich unter Verwendung einer Mehrzahl von Elektrolysezellen in beliebiger Größe aufgebaut werden können.Further It is understood that larger units Naturally using a plurality of electrolytic cells in any one Size built up can be.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich durch ihre besonders einfache und zuverlässige Konstruktion aus und arbeitet trotz des Verzichtes auf eine Regelungseinrichtung in einem optimalen Bereich, in dem die Chloratbildung minimiert ist und dennoch eine ausreichend hohe Natriumhypochlorit-Konzentration erzielt wird.The inventive device is characterized by its particularly simple and reliable construction and works despite the absence of a control device in an optimal range where chlorate formation is minimized is and still a high enough sodium hypochlorite concentration is achieved.

Da sich die Einflussgröße der Temperatur im praktischen Einsatz nur schwer beeinflussen lässt und in den dargestellten Untersuchungen der Temperatureinfluss relativ gering war, wurde die Temperatur lediglich durch Begrenzung der Stromstärke berücksichtigt (Ablauftemperatur steigt bei erhöhter Stromstärke an). Kühlmaßnahmen können somit vermieden werden.Since the influencing variable of the temperature is difficult to influence in practical use and the temperature influence was relatively low in the investigations shown, the temperature was taken into account merely by limiting the current intensity (discharge temperature increases with increased current intensity). Cooling measures can thus avoid to become.

Veränderungen der Aktiv-Chlor-Konzentration wurden bei stationären Bedingungen auch nach längerer Betriebszeit von 30 Stunden und mehr nicht festgestellt. Eine aufwändige Regelung kann somit entfallen.changes The active chlorine concentration was also reached at steady-state conditions after a prolonged period of operation of 30 hours and more not detected. An elaborate scheme can thus be omitted.

Claims (14)

Verfahren zur Herstellung einer Alkalimetallhypochloritlösung, insbesondere einer Natriumhypochloritlösung, bei dem einer ungeteilten Elektrolysezelle (12) eine Solelösung mit einem bestimmten Volumenstrom und mit einer bestimmten Salzkonzentration zugeführt wird, und wobei die Stromstärke derart fest eingestellt wird, dass die Konzentration von bei der Elektrolyse anfallendem Chlorat auf maximal 1,5 g/l, vorzugsweise auf maximal 1 g/l, besonders bevorzugt auf maximal 0,6 g/l begrenzt wird.Process for the preparation of an alkali metal hypochlorite solution, in particular a sodium hypochlorite solution, in which an undivided electrolysis cell ( 12 ) is supplied to a brine solution having a certain volume flow and with a certain salt concentration, and wherein the current strength is set such that the concentration of chlorate obtained during electrolysis to a maximum of 1.5 g / l, preferably to a maximum of 1 g / l, is particularly preferably limited to a maximum of 0.6 g / l. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Stromstärke zwischen 2 und 6 Ampere, vorzugsweise zwischen 2 und 4,5 Ampere, besonders bevorzugt zwischen 2,5 und 3,5 Ampere eingestellt wird.Method according to Claim 1, in which the current intensity is between 2 and 6 amps, preferably between 2 and 4.5 amps, especially preferably between 2.5 and 3.5 amps is set. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Solelösung mit einer konstanten Salzkonzentration durch Mischung einer gesättigten Solelösung mit Wasser hergestellt wird.The method of claim 1 or 2, wherein the brine solution with a constant salt concentration by mixing a saturated brine solution is made with water. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem als Solelösung eine Salzlösung mit einer bestimmten Salzkonzentration verwendet wird, die mit einem konstanten Förderstrom in die Elektrolysezelle (12) gefördert wird.Process according to Claim 1 or 2, in which the brine solution used is a salt solution having a specific salt concentration which is introduced into the electrolysis cell at a constant flow rate ( 12 ). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Salzkonzentration der der Elektrolysezelle (12) zugeführten Solelösung auf einen Wert zwischen 2 und 10 g/l, vorzugsweise zwischen 5 und 10 g/l eingestellt wird.Method according to one of the preceding claims, in which the salt concentration of the electrolysis cell ( 12 ) is adjusted to a value between 2 and 10 g / l, preferably between 5 and 10 g / l. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Elektrolysezelle (12) eine Solelösung mit einem konstanten Volumenstrom V zugeführt wird, dessen Wert in Abhängigkeit von der wirksamen Elektrodenfläche A (in m2) nach der Beziehung v = w·A festgelegt wird, wobei w die Strömungsgeschwindigkeit ist, die zwischen 4·10–5 m/s und 12·10–5 m/s, vorzugsweise zwischen 6·10–5 m/s und 9·10–5 m/s, ausgewählt wird.Method according to one of the preceding claims, in which the electrolytic cell ( 12 ) is supplied to a brine solution having a constant volumetric flow V, the value of which is determined as a function of the effective electrode area A (in m2) according to the relationship v = w · A, where w is the flow velocity which is between 4 · 10 -5 m / s and 12 x 10 -5 m / s, preferably between 6 x 10 -5 m / s and 9 x 10 -5 m / s. Vorrichtung zur Herstellung einer Alkalimetallhypochloritlösung, insbesondere einer Natriumhypochloritlösunq, mit mindestens einer ungeteilten Elektrolysezelle (12), Mitteln (20, 22, 24, 26) zur Zuführung einer Solelösung mit einem bestimmten Volumenstrom und einer bestimmten Salzkonzentration in die Elektrolysezelle (12), und mit einer Gleichspannungsquelle (18) zur Erzeugung eines Stroms durch die Elektrolysezelle (12), dadurch gekennzeichnet, dass die Stromstärke derart fest eingestellt ist, dass die Konzentration von bei der Elektrolyse anfallendem Chlorat auf maximal 1,5 g/l, vorzugsweise auf maximal 1 g/l, besonders bevorzugt auf 0,6 g/l begrenzt ist.Device for producing an alkali metal hypochlorite solution, in particular a sodium hypochlorite solution, with at least one undivided electrolytic cell ( 12 ), Means ( 20 . 22 . 24 . 26 ) for supplying a brine solution having a certain volume flow and a certain salt concentration into the electrolysis cell ( 12 ), and with a DC voltage source ( 18 ) for generating a current through the electrolytic cell ( 12 ), characterized in that the current intensity is set such that the concentration of chlorate obtained in the electrolysis is limited to a maximum of 1.5 g / l, preferably to a maximum of 1 g / l, more preferably to 0.6 g / l , Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromstärke zwischen 2 und 6 Ampere, vorzugsweise zwischen 2 und 4,5 Ampere, besonders bevorzugt zwischen 2,5 und 3,5 Ampere eingestellt ist.Device according to claim 7, characterized in that that the current strength between 2 and 6 amperes, preferably between 2 and 4.5 amperes, more preferably between 2.5 and 3.5 amps is set. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichspannungsquelle (18) als Konstantstromquelle ausgebildet ist.Apparatus according to claim 8, characterized in that the DC voltage source ( 18 ) is designed as a constant current source. Vorrichtung nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Zuführung von Solelösung einen Solebehälter (20) mit gesättigter Solelösung und einen Wasserbehälter (22) mit Wasser umfassen, die über je eine Dosierpumpe (24, 26) mit der Elektrolysezelle (12) gekoppelt sind.Apparatus according to claim 7, 8 or 9, characterized in that the means for feeding brine solution comprises a brine tank ( 20 ) with saturated brine solution and a water tank ( 22 ) with water, which in each case via a metering pump ( 24 . 26 ) with the electrolysis cell ( 12 ) are coupled. Vorrichtung nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Zuführung von Solelösung einen Solebehälter (20) mit Solelösung aufweisen, der über eine Dosierpumpe (24) mit der Elektrolysezelle (12) gekoppelt ist.Apparatus according to claim 7, 8 or 9, characterized in that the means for feeding brine solution comprises a brine tank ( 20 ) with brine solution, which via a metering pump ( 24 ) with the electrolysis cell ( 12 ) is coupled. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolysezelle (12) eine Solelösung mit einer konstanten Salzkonzentration zugeführt ist, die im Bereich zwischen 2 und 10 g/l, vorzugsweise im Bereich zwischen 5 und 10 g/l eingestellt ist.Device according to one of claims 7 to 11, characterized in that the electrolysis cell ( 12 ) is fed to a brine solution having a constant salt concentration, which is set in the range between 2 and 10 g / l, preferably in the range between 5 and 10 g / l. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolysezelle (12) eine Solelösung mit einem konstanten Volumenstrom V zugeführt ist, dessen Wert in Abhängigkeit von der wirksamen Elektrodenfläche A (in m2) nach der Beziehung V = w·A eingestellt ist, wobei w die Strömungsgeschwindigkeit ist, die zwischen 4·10–5 m/s und 12·10–5 m/s, vorzugsweise zwischen 6·10–5 m/s und 9·10–5 m/s, ausgewählt ist.Device according to one of claims 7 to 12, characterized in that the electrolytic cell ( 12 ) is supplied to a brine solution having a constant volumetric flow V whose value is set as a function of the effective electrode area A (in m2) according to the relationship V = w · A, where w is the flow velocity which is between 4 · 10 -5 m / s and 12 x 10 -5 m / s, preferably between 6 x 10 -5 m / s and 9 x 10 -5 m / s. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, bei der die Elektrolysezelle (12) Elektroden (14, 16) aufweist, die aus einem Material bestehen, das Eisen, Quecksilber, Edel stahl, Titan und/oder Platin enthält und die vorzugsweise aus unbeschichtetem Titan bestehen.Device according to one of claims 7 to 13, wherein the electrolytic cell ( 12 ) Electrodes ( 14 . 16 ), which consist of a material containing iron, mercury, stainless steel, titanium and / or platinum and which preferably consist of uncoated titanium.
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