DE1567508C - Vorrichtung zur Chloralkalielektrolyse nach dem Amalgam verfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung zielt auf eine Vorrichtung, die für Betrieb mit hoher Spannung und niedrigem Strom zur elektrolytischen Dissotiation aller Elektrolyten geeignet ist. Die Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, eine besonders wirtschaftliche Bauart einer solchen Vorrichtung bzw. Anlage zu schaffen.

Bei bekannten Vorrichtungen dieser Art sind die Chlorzellen — Seite an Seite mit den entsprechenden Zersetzern — unabhängig voneinander arbeitend nebeneinander aufgestellt, und zwar meistens in zwei Reihen, so daß für den elektrischen Strom eine Kreisleitung gebildet wird, um in den Stromschienen durch ihre Kürze möglichst geringe Verluste zu haben. Die Chlorzellen sind dabei in elektrischer Hinsicht in Reihe geschaltet, so daß der Strom nacheinander durch die Chlorzellen tritt. Der Stromweg verläuft von einem Satz metallischer Anodenschienen (aus Kupfer oder Aluminium) zu elektrisch mit diesen verbundenen Graphitanoden. Dann tritt der Strom durch den Elektrolyten, wo er die Elektrolyse bewirkt, und aus dem Elektrolyten in die Quecksilberkathode, die ihrerseits in elektrischem Kontakt mit der eisernen Kathodenwanne- steht. In dieser Wanne sind nach oben führende Stromschienen zur Weiterleitung des Stromes an die Anodenschienen im Deckel der nächsten Chlorzelle angebracht. Die Anodenschienen verlaufen oberhalb der Abdeckung der Elektrolysegefäße, die Kathodenschienen unter diesen. An den Seiten laufen die Verbindungsschienen zwischen Anode und Kathode, so daß man weitere Schienen anschließen kann, die zum Kurzschließen einer Chlorzelle über einen entsprechenden Schalter dienen. Um jede Chlorzelle und jeden Zersetzer muß Platz für die Bedienungsmannschaft sein, weshalb die Verbindungsschienen im wesentlichen unter dem Boden der Arbeitsfläche hindurchgeführt werden. Damit müssen die Chlorzellen und die Zersetzer auf einer Platte -beispielsweise aus Beton gestellt sein, wobei eine entsprechend schwere Bauart dieser Unterfangung erforderlich ist, da die ganze Vorrichtung ziemlich schwer ist. Bekannte Anlagen dieser Bauart haben also ein Zwischenstockwerk unter der Fläche, auf welcher die Einzelteile der Anlage stehen.

Die Erfindung schafft eine Anordnung, bei welcher die Verbindungsschienen im wesentlichen an der Oberseite der Chlorzellen angebracht werden können, womit vermieden wird, daß zur Durchführung dieser Schienen die ganze Anlage unterkellert werden muß. Dies wird dadurch ermöglicht, daß bei einer Vorrichtung zur Chloralkalielektrolyse nach dem Amalgamverfahren mit in Reihe geschalteten Chlorzellen und zugeordneten Zersetzern, bei denen die Quecksilbermengen sowohl in den Chlorzellen als auch in den Zersetzern elektrisch voneinander isoliert sind, einerseits die Chlorzellen zu einem Block und andererseits die zugehörigen Zersetzer zu einem von diesem räumlich getrennten Block zusammengefaßt sind und die Chlorzellen je Block sowie die Zersetzer je Block hinsichtlich des Stoffumlaufs parallel geschaltet und die Stromschienen oberhalb der Tröge angeordnet sind.

Die Wirtschaftlichkeit der ganzen Vorrichtung bzw. Anlage wird also einmal dadurch verbessert, daß keine zwei »Stockwerke« zur Aufstellung erforderlich sind. Weiterhin werden elektrische Verluste durch die sehr kurzen Stromschienen vermieden. Damit werden wiederum die Aufwendungen für die Gleichrichter kleiner. Man kann die Tröge erheblich massiver und fester bauen. So kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung der Trog einer jeden Chlorzelle eine längsgerichtete, im Querschnitt im wesentlichen rechteckige Vertiefung zum Hineinlegen der Kathodenschiene erhalten. Die Kathodenschiene in jedem Trog ist elektrisch mit einer nach oben über den Deckel des Troges ragenden Säule verbunden, welche ihrerseits mit der oberhalb der Tröge liegenden Anodenschiene der nächsten Chlorzelle verbunden ist. Um die Stromausnutzung noch weiter zu verbessern, kann bei einer solchen Konstruktion der elektrisch leitende Querschnitt sowohl der Anodenais auch der Kathodenschiene sich, ausgehend von der Säule, in Längsrichtung im Sinne gleichbleibender Strombelastung verringern.

Dank der durch die Erfindung geschaffenen besseren Zugänglichkeit zu den Zellen eines Blocks lassen sich die Graphit-Elemente leichter und in kürzerer Zeit austauschen. Die Einstellung der einzelnen Elektroden ist einfacher. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß weniger Fachleute für die Bedienung der Anlage erforderlich sind.

Da bei der Anlage nach der Erfindung die Chlorzellen einerseits und die Zersetzer hinsichtlich des Stoffumlaufes parallel geschaltet sind, hat man-nur einen einzigen Soleeintritt und einen einzigen Cl₂ + Anolit-Austritt je Blockeinheit; ebenso ist für einen Zersetzerblock nur ein Wassereintritt und ein NaOH + H₂-Austritt vorhanden. Man erhält reineres Chlor und verringert dadurch die Explosionsgefahr.

Zur Veranschaulichung der durch die Erfindung erzielten wirtschaftlichen Vorteile seien nachfolgend die Ersparnis an Installationskosten aufgezählt, die gegenüber einer am Anmeldetag üblichen Anlage mit Betriebswerten zu erzielen sind, wie sie z. B. den »Reinhold Electrochemical Enciclopedia« Verlag CA. Hampel, 1963, zu entnehmen sind:

Eisenkonstruktionen 31%

Kupferstromschienen ·.". 28%

Zubehör 20%

Quecksilber 8%

Konstruktion des Gebäudes 50%

Montage 30%

Raumersparnis, m² 25%

Daß auch im Betrieb die Anlage wirtschaftlicher arbeitet als bekannte Anlagen, zeigt die Vergleichstabelle, in der in der Reihe a) Betriebsdaten einer Anlage nach der Erfindung und in der unteren Reihe b) Vergleichsdaten eingetragen sind, die den zuvor genannten »Reinhold Electrochemical Enciclopedia«, 1963, entnommen sind. Für die drei Felder mit einem X konnten keine Vergleichsdaten in dieser Literaturstelle gefunden werden. Für die Anlage nach der Erfindung gelten außerdem die Werte:

1. Kathodenfläche =

100 000 Δ
5000Jm²

= 20 m².

' 2. Quecksilberdurchlauf: 0,65 1 Hg/Sek.
3. Zersetzer (kein Stromdurchfluß) Wasserzusatz bei einer Produktion von NaOH = 3433 kg/Tag:

NaOH 50% = 4977 kg H₂O/Tag,
NaOH 70% = 3014 kg H₂O/Tag.

Zellenpannung

Stromstärke

Amp.

Stromdichte

Anode

Amp./m²

Kathode
Amp./m²

Stromausbeute

(Durchschnitt) Produktion

Cl

je Tag NaOH
kg

je 1000 kWh

NaOH
kg

Cl₂
kg

je m
Bodenfläche
Cl₂
kg

Temperatur

Sole

"C

Dünnsole

Zers.-Lauge

3,6 100000 5500 5000 96/98 3043 3433 351,5 396,8 152

Fortsetzung 85

85

Dünnsole

Gehalt

Zers.-Lauge

NaCI
g/I

NaOH

Reinheit

Cl₂

H₂

Graph.-Anoden

Lebensdauer

tage

Verschleiß je t Cl₂

kg Quecksilber Inhalt

je Zelle je
1000 Amp.

kg

Verlust
je t Cl₂

kg

Betriebs- ■

dauer
im Mittel

Tage .

Stromverbrauch je t/Tag Cl₂

kWh -

Bodenfläche je t/Tag Cl₂

50/70

99;·

99,9

450

18

0,1

330

2844

6,6

Zellen spannung

Strom stärke

Strom Anode

dichte Kathode

Strom ausbeute

je Tag

NaOH kg

Produktion je 1000 kWh

NaOH kg

je m2 Boden fläche

T Sole

emperati -Dünn sole

ir Zers.- 1 Lauge

V

Amp.

Amp./m2

Amp./m2

(Durch schnitt)

Cl2 kg

6758

Cl2 kg

369

Cl2 . kg

"C

0C

0C

4,02

200000

5500

5000

95

5994

327

149

•55

75

80/100

Fortsetzung

Dünnsole

NaCl
g/l

Gehalt

Zers,-Lauge
NaOH

Reinheit

Cl₂

H₂

Graph.-Anoden

Lebensdauer

Tage

Verschleiß je t Cl₂

kg Quecksilber Inhalt

je Zelle je
1000 Amp.

kg

Verlust
je t Cl₂

kg

Betriebsdauer
im Mittel

Tage

Stromverbrauch je t/Tag Cl₂

kWh

Bodenfläche je t/Tag Cl₂

•270

50/73

300

2,27

0,09

3000

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung -geben sich aus der nun folgenden Beschreibung :nes Ausführungsbeispiels unter Hinweis auf die Zeichnung. In dieser zeigen

F i g. I und II eine Draufsicht auf Chlorzelle (I) und ^ersetzer (II) mit Stoffkreislauf,

Fig. III einen Querschnitt durch die Chlorzelle ur Darstellung der Elektrodenanordnung,

F i g. IV einen Querschnitt durch die Chlorzelle η Bereich der Stromschienen,

F i g. V einen Querschnitt durch den Zersetzer,

F i g. VI einen Längsschnitt durch die Chlorzelle nd

Fig. VII einen Längsschnitt durch den Zersetzen In den F i g. I und II sind in Draufsicht je vier hlorzellen und vier entsprechende Zersetzer mit nem Fließplan der Stoffe dargestellt. Die Anzahl on Chlorzellen bzw. Zersetzern in jedem derart isammengefaßten Block ist unbegrenzt.

In F i g. IV ist nun ein Querschnitt durch die vier hlorzellen auf demjenigen Längenabschnitt gezeigt, af dem nach einem Merkmal der Erfindung die zur erienschaltung der einzelnen Zellen dienenden Strom-.hienen angebracht sind.

Der Trog 1 einer jeden Chlorzelle ist unten abjschlossen und bildet eine längsverlaufende kanalrmige öffnung 2 (es können auch mehrere solche anale vorgesehen sein), in/welche die Kathodenhiene 3 einfach eingesetzt ^vird bzw. hineingelegt ird, so daß sie einfach ausgetauscht werden kann. Die Schiene besteht aus einem hohlen Eisenkörper, in welchem plattenförmige Schichten 4 aus Kupfer oder einem anderen gut leitenden Material angeordnet sind.

über der Kathode ist ein säulenartiges Element (oder mehrere bei langen Trögen) 5 angeordnet, welches elektrisch mit der ganzen Kathode in Verbindung ist und über den Deckel 6 hinausführt. Mit der Oberseite der Säule 5 ist eine Schiene 8 jeweils verbunden, die elektrisch die Verbindung zur Anode der nächsten (in Serie liegenden) Chlorzelle herstellt.

Die Anodenschiene 7 (s. auch F i g. III) ist U-förmig im Querschnitt ausgebildet und von solchen Abmessungen, daß möglichst geringe elektrische Verluste entstehen. Die Anodenschiene 7 trägt die eigentlichen aus Graphit bestehenden Anodenplatten 9 über entsprechende Säulen 10. Die Schiene hat seitlich ragende Tragarme 11, welche ihrerseits zur vertikalen Verstellung der Schiene Stellschrauben 13 haben, die mit ihrer Unterseite in geeigneter Weise auf den Seiten wänden der Träger aufliegen. Die jeder Graphitplatte 9 zugeordnete Säule 10 ist beispielsweise mit Gewinde versehen, und durch die Stellung der Schraube 14 wird die Höhe der Graphitplatte 9 über dem Boden des Troges eingestellt.

In F i g. I ist eine (elektrische) Serienschaltung von vier nebeneinanderliegenden Chlorzellen dargestellt, wobei die Darstellung so gewählt ist, daß man den Aufbau der Chlorzellen sehr schön sehen kann. In der untersten (in Fig. I) Zelle sind nur der

Trog mit dem kanalartigen Teil für die Aufnahme der Kathodenschiene zu sehen. Bei dem darüberiiegenden Element sieht man die darüberhängenden Anodenelemente 9 aus Graphit. In der von unten dritten Chlorzelle sieht man den Deckel 6, der übrigens nicht aus Blech sein muß, sondern beispielsweise aus Gummi bestehen kann. Dieser Deckel deckt die Elektroden 9 ab. Bei der obersten der vier dargestellten Chlorzellen sieht man die Anodenschiene 7 mit cien entsprechenden Halterungen 11. Jede Chlorzelle ist dabei mit dem Bezugszeichen 15 versehen.

Unter weiterer Bezugnahme auf F i g. I bezeichnet der Kreis 16 den Querschnitt derjenigen Säule oder Säulen 5, welche den Kontakt zur Kathodenschiene 3 herstellt und. an welcher die bündelartig ausgebildeten Stromschienen zur Verbindung der einen Kathode mit der Anode der folgenden Chlorzeile. Der in Fig.II in teilweiser Draufsicht gezeigte -Zersetzer weist eine Vielzahl von hintereinander ungeordneten Platten. 17 auf, die zur Gewinnung uer Metallbestandteile der zersetzten Lösung aus üem Amalgam dienen.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Chloralkalielektrolyse nach dem Amaigamverfahren mit in Reihe geschalteten Chlorzellen und zugeordneten Zersetzen!, bei

25 denen die Quecksilbermengen sowohl in den Chlorzellen als auch in den Zersetzern elektrisch voneinander isoliert sind, dadurchgekennzeichnet, daß einerseits die Chlorzellen zu einem Block und andererseits die zugehörigen Zersetzer zu einem von diesem räumlich getrennten Block, zusammengefaßt, die Chlorzellen je Block sowie die Zersetzer je Block hinsichtlich des Stoffumlaufs parallel geschaltet und die Stromschienen oberhalb der Tröge angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trog einer jeden Chlorzelie eine längsgerichtete im Querschnitt rechteckige Vertiefung zum Hineinlegen der Kathodenschiene aufweist.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodenschiene elektrisch mit einer nach oben über den Deckel des Troges einer jeden Chlorzelle ragenden Säule verbunden ist, welche ihrerseits elektrisch mit der oberhalb der Tröge liegenden Anodenschiene der nächsten Chlorzelle verbunden ist.

4. Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Querschnitt sowohl der Anoden- als auch der Kathodenschiene sich ausgehend von der Säule (5) in Längsrichtung im Sinne gleichbleibender Strombelastung verringert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen