DE1233366B

DE1233366B - Elektrolyseur fuer die gleichzeitige Herstellung von Chlor und Alkalicarbonaten

Info

Publication number: DE1233366B
Application number: DEC33023A
Authority: DE
Inventors: Ing Jan Balej; Ing Ivo Paseka; Ing Jiri Vondrak; Ing Vojtech Koudelka
Original assignee: Czech Academy of Sciences CAS
Current assignee: Czech Academy of Sciences CAS
Priority date: 1963-06-28
Filing date: 1964-06-02
Publication date: 1967-02-02
Also published as: US3374164A; GB1022706A

Description

DEUTSCHES WTWW^ PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche Kl.: 12 i-7/06

Nummer: 1233 366

Aktenzeichen: C 33023IV a/12 i

1 233 366 Anmeldetag: 2.Juni 1964

Auslegetag: 2. Februar 1967

Bekannt ist die Herstellung von Chlor auf elektrolytischem Wege aus Alkalichloriden, wobei gleichzeitig das gewonnene Alkalihydroxyd durch eine nachfolgende Carbonisierung in Alkalicarbonat umgewandelt wird. Diese Herstellung macht es jedoch notwendig, daß bei Anwendung einer Diaphragmaelektrolyse der Katholyt unter vorangehendem Eindicken von den restlichen Chloriden durch Filtration befreit wird. Der Nachteil dieses Vorganges ist insbesondere der bedeutende Verbrauch an Wärmeenergie für das erwähnte Eindicken des Katholyts.

Eine Verbesserung dieser Erzeugung führt die deutsche Patentschrift 85 041 an, aus der bekannt ist, den rohen Katholyten auf Alkalicarbonat so zu verarbeiten, daß der Katholyt, enthaltend 110 bis 135 g NaOH und 90 bis 175 g NaCl im Liter, mit Hilfe von Kohlendioxyd in Carbonisiertürmen in das saure Carbonat übergeführt wird, das dann nach der Filtration in normales Carbonat umgewandelt wird. Bei diesem Vorgang bleibt die Anordnung der Elektrolyseure ohne Änderung, und es entfällt das Eindicken in Eindampfern, aber der Umwandlungsgrad des im Rohelektrolyten enthaltenen Chlorids in Hydroxyd und damit in das Carbonat beträgt höchstens 50%, da die Erreichung einer höheren Umwandlung mit einer bedeutenden Herabsetzung der Stromausbeuten bei der Elektrolyse verbunden ist. Der Prozeß setzt den Umlauf von bedeutenden Lösungsmengen voraus.

Eine höhere Umwandlung von Chlorid in Carbonat unter gleich hohen Stromausbeuten kann durch Umwandlung der entstehenden Hydroxylionen in Carbonationen direkt im Kathodenraum des Elektrolyseurs erreicht werden. Grund hierfür ist die geringere Beweglichkeit der C0₃ ^2_-Ionen als die der OH^--Ionen, wodurch auch ihr Anteil, übertragen durch die Migration aus dem Kathodenraum in den Anodenraum, und hierdurch auch die Verluste an Produkten kleiner sind. Mit Hilfe des zuletzt beschriebenen Verfahrens wurde Soda nach dem Hargreaves-Bird-Verfahren (z. B. gemäß den britischen Patentschriften 5197 und 5198 aus dem Jahre 1893) hergestellt. Hier war das selbsttragende Diaphragma aus einem Gemisch von Asbest, Zement und Kreide aufgebaut und mit Wasserglaslösung imprägniert. Die Kathoden bestanden aus einem eisernen oder kupfernen Flechtwerk aus Draht des Durchmessers 2 bis 3 mm und wurden mittels einer kupfernen Stütze, die am anderen Ende an der Wand des Elektrolyseurs befestigt war, fest auf die Diaphragma gepreßt. Dieses Verfahren wurde jedoch verlassen, da die Energieausbeuten in den Elektrolyseuren dieser Art den heutigen Anforderungen nicht entsprechen.

Elektrolyseur für die gleichzeitige Herstellung
von Chlor und Alkalicarbonaten

Anmelder:

Ceskoslovenska akademie ved, Prag
Vertreter:

Dipl.-Ing. K. Siebert, Patentanwalt,
Starnberg, Almeidaweg 12

Als Erfinder benannt:

Ing. Jan. Balej,

Ing. Ivo Paseka,

Ing. Jiri Vondrak, Prag;

Ing. Vojtech Koudelka,

Mlada Boleslav (Tschechoslowakei)

Beanspruchte Priorität:

Tschechoslowakei vom 28. Juni 1963 (3729)

Die Anwendung der bekannten Diaphragmaelektrolyseure mit vertikalem Filterdiaphragma für die Herstellung von Chlor und Laugen ist für Zwecke der Erzeugung von Natriumcarbonat mit direkter Carbonisierung im Kathodenraum nicht geeignet. Bei diesen Elektrolyseuren wird nämlich das Diaphragma in der Regel so hergestellt, daß eine Schicht von Asbest auf dem Kathodennetz durch Ansaugen befestigt wird. Die so gebildete Kathode mit dem angesaugten Diaphragma ist jedoch für die Carbonisierung des Katholyten im Kathodenraum nicht geeignet, da ein Teil der OH^--Ionen, die an den Flächen der mit dem Diaphragma bedeckten Kathodenflachen entstehen, der Carbonisierung nicht zugänglich ist und in der Migration in den Anodenraum fortschreitet. Hierdurch kommt es zu Verlustreaktionen, so daß die Möglichkeit einer Erhöhung des Konversionsgrades bei Erhaltung von hohen Stromausbeuten nicht in vollem Maß gegeben ist.
Diesen Nachteil beseitigt der Elektrolyseur gemäß der Erfindung mit vertikalem Filterdiaphragma für die gleichzeitige Erzeugung von Chlor und Alkalicarbonat, wobei Kohlendioxyd in den Kathodenraum eingeführt wird. Der erfindungsgemäße Elektrolyseur ist dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Fläche der Kathode vom Diaphragma räumlich oder durch Isolierung abgetrennt ist. Vorteilhaft ist das abge-

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Claims

trennte Diaphragma auf einem Hilfsnetz aus Isoliermaterial oder aus Metall mit einem elektroisolierenden und antikorrosiven Überzug befestigt. Eine Abänderung der Einrichtung gemäß der Erfindung besteht darin, daß zum Abtrennen der wirksamen Fläche der Kathode vom Diaphragma der der Anode zugewandte Teil der Kathodenoberfläche mit einem Isolierüberzug versehen ist. Wie ersichtlich ist, besteht das Wesen der Erfindung in einer Ausführung -des Elektrolyseurs für die Herstellung von Chlor und Alkalicarbonat mit direkter Carbonisierung des Katholyten, welche die angeführten Nachteile auf Grund der Abtrennung von Kathode und Diaphragma beseitigt. Diese Ausführung ermöglicht die Anwendung der bewährten Asbestdiaphragmen und das Erreichen eines hohen Umwandlungsgrades in Carbonat bei Erhaltung von hohen Stromausbeuten. Die Grundidee der Ausführung besteht im Bestreben, für das Entstehen von Hydroxylionen als primärem Kathodenprodukt Vorbedingungen lediglich an solchen Stellen der Kathode zu schaffen, welche dem Zutritt des in den Kathodenraum eingeführten Kohlendioxyds genug zugänglich sind. Hierdurch wird verhindert, daß ein Teil der Hydroxylionen der Carbonisierung entgeht und durch die Wirkung des elektrischen Pols in die Poren des Diaphragmas und weiter in den Anodenraum gelangt. Der angeführte Effekt kann gemäß der Erfindung durch zweierlei Herrichtung des Elektrolyseurs erreicht werden, wie aus den Zeichnungen zu ersehen ist. In Fig. 1 ist schematisch der senkrecht zur Kathodenebene geführte Querschnitt des Elektrolyseurs gezeigt, wo die Kathode vom Diaphragma getrennt ist, während in F i g. 2 ein Querschnitt des Elektrolyseurs gezeigt ist, wo zur Abtrennung der Kathode vom Diaphragma ein isolierender Überzug dient, mit dem der der Anode zugewandte Teil der Kathodenoberfläche versehen ist. In Fig. 1 bedeutet 1 die Graphitanode, 2 das Asbestdiaphragma, das an das Hilfsnetz 3 angesaugt ist, und 4 die Kathode. Das Hilfsnetz 3 besteht entweder aus Isoliermaterial oder aus Metall, das mit einem Isolierüberzug versehen ist, gegebenenfalls gegen Korrosion durch kathodische Polarisation bei sehr geringer Stromdichte geschützt ist. Die Kathode 4 bildet ein Drahtnetz oder ein gelochtes Blech für die vollkommene und schnelle Absorption des Kohlendioxyd im Katholyten und dies vor allem im Raum zwischen Kathode und Diaphragma. Aus diesem gleichen Grund kann auch das Hilfstragnetz des Diaphragmas entsprechend hergerichtet und auch die Zuführungseinrichtung für CO2 angepaßt sein, um eine möglichst rasche Absorption des CO2 im Raum zwischen Kathode und Diaphragma zu erreichen. Außer einem Asbestdiaphragma kann auch ein Diaphragma aus Kunststoff, z. B. aus Polyvinylchlorid, verwendet werden. Fig. 2 zeigt die Graphitanode 1 und die Kathode 4, welche mit Vorteil aus einem gelochten Blech angefertigt ist und an der der Anode zugewandten Seite mit einem entsprechende Eigenschaften besitzenden Isolierüberzug 5 versehen ist. Auf den so hergerichteten Kathoden ist das Asbestdiaphragma 2 angesaugt. Das Kohlendioxyd wird am Boden des Kathodenraumes eingeführt. In modernen Diaphragmaelektrolyseuren für die Herstellung von Chlor und Alkalihydroxyd wird bei einer Stromausbeute von 95 bis 96 % eine Umwandlung von Chlorid in Hydroxyd von höchstens 50 bis 53% erreicht. Durch Einleiten von CO2 in den Kathodenraum solcher Elektrolyseure, ohne Anwendung des Gegenstandes dieser Erfindung, wird eine Umwandlung von höchstens 60°/o bei gleicher Stromausbeute erreicht. In Elektrolyseuren, die gemäß der F i g. 2 der Erfindung eingerichtet sind, kann eine Umwandlung von 70 bis 75% und in Elektrolyseuren, die gemäß Fig. 1 ausgebildet sind, eine bis 80%ige Umwandlung von Chlorid in Carbonat bei Stromausbeuten von 95 bis 96% erreicht werden. Der erhöhte Grad der Umwandlung zeigt sich in günstiger Weise bei der weiteren Verarbeitung des Katholyten auf das feste Endprodukt einerseits durch Verkleinerung des Volumens der umlaufenden Lösungen und andererseits in der Verbesserung der Ausbeuten an festem Endprodukt bei Verarbeitung der an Carbonat reicheren Katholyten. Patentansprüche:

1. Elektrolyseur für die gleichzeitige Herstellung von Chlor und Alkalicarbonaten mit vertikalem Diaphragmafilter, wobei Kohlendioxyd in den Kathodenraum eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Kathodenfläche (4) vom Diaphragma (2) räumlich oder durch Isolierung abgetrennt ist.

2. Elektrolyseur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das abgetrennte Diaphragma (2) auf einem Hilfsnetz (3) befestigt ist, das aus Isoliermaterial oder aus mit einem elektroisolierenden und antikorrosiven Überzug versehenen Metall besteht.

3. Elektrolyseur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abtrennen der wirksamen Kathodenfläche (4) von Diaphragma (2) die der Anode (1) zugekehrte Oberfläche der Kathode mit einem isolierenden Überzug (5) überzogen ist.

4. Elektrolyseur nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Diaphragma (2) aus Asbest oder Kunststoff, z. B. Polyvinylchlorid, besteht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen