DE1934082A1 - Process for the electrolysis of a dilute brine solution - Google Patents
Process for the electrolysis of a dilute brine solutionInfo
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Description
Soh/Gl CaSe1 2083Soh / Gl CaSe 1 2083
Hooker Chemical Corporation, Niagara lallSj New YorkP IT.X./USAHooker Chemical Corporation, Niagara Illinois New York P IT.X./USA
Verfahren sur Elektrolysierimg einer Tarüünnten Solelösung Method for electrolysing a tarüünnten brine solution
Die derzeit aus wirtschaftlichen Gründen am häufigsten angewendeten Elektrolyseverf&frren uat-ar Verwendung ainer diaphragmaartigen Ghlov-Alk.a.li-^Elakt^olyBeseHe benutzen gesättigte oder nahezu gesättigte Beschielmngssolen. ia praktisch reinem' Zustand„ In den meisten Pällen wird der llotv/endigkeit, eine praktisch reine und gesättigte Sole su Ter-weadens in der Weise entsprochen, dass die Beschielamgssolelösimg aus einer Quellsole oder aus einem kristallinen SaIa mit höher Reinheit formuliert wird» d.h., dass eine Besekieiamgssolelösung verwendet wird j deren Salzgehalt au 95 $ oder mehr aus lfeG3.The electrolysis methods currently most frequently used for economic reasons are the use of a diaphragm -like Ghlov alkali metal alkali metal molecule, which uses saturated or almost saturated insolation brines. ia practically pure ' state " In most cases, the solubility, a practically pure and saturated brine su Ter-weaden s is met in such a way that the Beschielamgssolelösimg is formulated from a source brine or from a crystalline salt with higher purity" ie that a Besekieiamg brine solution is used j whose salt content is 95 $ or more from lfeG3.
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besteht. Die Sole wird ε-ur Entfernung von Calcium Lind Magnesium jsur weiteren Reinigung des: Lösung "heliandelt«, Jedoch, msGhon es Quellen verdünnter unreiner Solep., die sich liberal! auf der Erde finden» in hohem Maße erstreberaöwart, Hethoden su entwickeln, um derartige Solen so direkt wie möglich den Blektrolyßeaellen ßuführen zu können, wid swar ohne den Aufwand einer Reinigung und Konzentration.consists. The brine is ε-ur removal of calcium and magnesium jsur further cleaning of the: solution "helielten", however, msGhon it sources of diluted, impure brine, which are liberal! on to find the earth »to a high degree streberaöwart, Hethods, see below develop such brines as directly as possible to the electrolysis areas To be able to do it was possible without the hassle a purification and concentration.
Von den sahllosen Quellen verdünnter unreiner Solen, die potentielle Quellen solcher Beschiekungssolen darstellen, die diaphragmaartigen Ghlor-Alkali-Zellen ztigeführt werden können, seien "beispielsweise folgende erwähnt:Impure brines diluted by the innumerable sources, the potential ones Represent sources of such charging brines, which can be used to supply diaphragm-like chlorine-alkali cells, the following may be mentioned, for example:
1. In3.and-SalEseen, wie böispielovreiße das Tote Meer, welches Sole mit einer 5- bis 15 $igen Koiiaentration enthält.1. In3.and-SalEseen, how böi-playo tear up the dead Sea, which brine with a $ 5 to $ 15 Contains koia concentration.
2. Solen, die durch teilweiae Konsentration infolge Verdampfung durch Sonneneinwirkung oder durch Konzentration mittels Ionenaustauscher-Membranzellen erhalten werden.2. Brines resulting from partial consentration Evaporation through exposure to the sun or through concentration using ion exchange membrane cells can be obtained.
3. Seewasser, das bis su einer Konzentration zwischen ungefähr 5 und 15 f> Natriumchlorid aufbe-3. seawater, the su to a concentration of between about 5 and 15 f> sodium chloride aufbe-
- reitet worden iet.- been ridden.
4. Verdünnte Soleabflüsse aus chemischen Verfahre^ beispielsweise diejenigen Abflüsse, die bei der Umsetzung von jJatriiimhydroxyä mit halogenlerten organischen Verbindung bei der Herstellung von Alkoholen anfallen, und4. Dilute brine discharges from chemical processes for example those outflows that halogenated in the reaction of jJatriiimhydroxyä with organic compounds are obtained in the production of alcohols, and
5. verdünnte Solen, die aus dem Erdinneren gefördert werden.5. Dilute brines that are extracted from the interior of the earth.
Diese Soleojuellen stellen ein Potential von B0schiclamg8i3olenThese solitary sources represent a potential of bogus people
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für diaphragnmartige Ghlor-Alkali-Zellen dar. Sie (enthalten Verunreinigungen j wie beispielsweise Sulfat-, Phosphat-, Nitratlind Carbonatanioiien, sowie organische Verunreinigungen, wie beispielsweise Glyzerin und dessen Vorläufer. Die nachteiligen anorganischen Anionen können als stark hydratisierte Sauerstoff enthaltende Anionen charakterisiert werden.for diaphragm-like chlorine-alkali cells. They (contain impurities j such as sulphate, phosphate, nitrate lind Carbonatanioiien, as well as organic impurities, such as for example glycerine and its precursors. The disadvantageous Inorganic anions can be considered highly hydrated oxygen containing anions are characterized.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass unter bestimmten spezifischen Bedingungen unreine verdünnte Solen in wirtschaftlicher Weise in einer Diaphragma-OMor-Alkali-gelle elektrolyt siert werden könneno Diese Zelle ist mit Anoden versehen, die eine aktive Oberfläche auf einem elektrisch leitenden Unterlagenmetall besitzen. Unter dem Begriff "ünterlagenmetall" sollen diejenigen Metalle und Metallegierungen verstanden werden, die dann passiviert werden, wenn sie anodisch geschaltet werden, und über die Anodenspannung, welche erforderlich ist, ein Chlorion in Chlor zu überführen^ hinaus passiv bleiben. Die Erscheinung der Passivität in diesem Zusammenhang wird in einem-Artikel von Greene diskutiert, v/elcher im Aprilheft 1962 von "Corrosion-National Association of Corrosion Engineers"8 Seite 156t - 142t, veröffentlicht worden ist. In diesem Artikel wird unter anderem die Pigur 1 erläutert, welche einen typischen aktiven-passiven Übergang eines Metalls- gegenüber einem korrosiven Medium zeigt. Die in den Elektroden erfindungsgemäss verwendete Metallunterlage gelangt solange nicht in den transpasaiven Bereich, bis nicht eine Spannung erreicht ist, die beträchtlich höher ist als diejenige Spannung, die zur Erzeugung von Chlor aus den Chloridionen erforderlich ist„ Daher bleibt das ünterlagenmetall während des Betriebs der Elektrolysezelle passiv«,The invention is based on the knowledge that, under certain specific conditions, impure, dilute brines can be electrolyzed economically in a diaphragm-OMor-alkali gel o This cell is provided with anodes which have an active surface on an electrically conductive base metal. The term "underlay metal" is to be understood as meaning those metals and metal alloys which are passivated when they are connected anodically and remain passive beyond the anode voltage, which is necessary to convert a chlorine ion into chlorine. The phenomenon of passivity in this context is discussed in an article by Greene, published in April 1962 by Corrosion-National Association of Corrosion Engineers 8 pp. 156t-142t. This article explains, among other things, Pigur 1, which shows a typical active-passive transition between a metal and a corrosive medium. The metal base used in the electrodes according to the invention does not get into the transpasive area until a voltage is reached which is considerably higher than the voltage required to generate chlorine from the chloride ions passive",
Beispiele für ünterlagenmetalle sind ganz allgemein dieExamples of base metals are generally the
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"Valve"-Metalls (mit Ausnahme bestimmter Metalle, die aus naheliegenden Gründen nicht einastsbar sind» wie "beispielsweise Aluminium, Zirkon oder dergleichen)*, 'i'itan, l'antal oder Hiöb sind geeignete TJnterlagenmstalle. Bei dem eingesetzten Sitan handelt es sich normalerweise um ein technisch reines üJitan mit mittlerer Festigkeit. i'itanlegierungen können ebenfalls verwendet v/erden, sofern eie dem in dem vorangegangenen Absats geschilderten Kriterium der Massivität entsprechen. Beispielsweise können l'itanlegierungsn von Aluminium, Vanadium» Palladium, Chrom oder Zinn eingesetzt Garden, wobei diese letztgenannten Metalle in einer Menge von weniger als ungefähr 10 $, besögen auf die Legierung, vorliegen«"Valve" metal (with the exception of certain metals derived from obvious Reasons cannot be keyed in »like" for example Aluminum, zircon or the like) *, 'i'itan, l'antal or Hiöb are suitable documentation stalls. With the Sitan used it is usually a technically pure üJitan with medium strength. i'itan alloys can also used if one of the conditions in the previous paragraph correspond to the described criterion of massiveness. For example, titanium alloys of aluminum, vanadium » Palladium, chrome or tin used Garden, these being latter metals in an amount less than about 10 $, for the alloy, are present «
Die Oberfläche des tinte rl agenine tails kann nach verschiedenen Methoden aktiv gemacht werden. Beispielsweise kann ein Leiter, wie a,B. ein Edelmetall (vorzugsweise Platin) auf der Oberfläche des Unterlagenmatails nach bekannten Methoden aufge~ bracht werden. Mischungen aus Edelmetallen und Platin können zur Aktivierung der Oberfläche der Mstallunterläge verwendet werden. Die bevorzugte Oberflächenffietallmisohimg oder -legierung enthält mehr als ungefähr 50 fo Platin. In ähnlicher Weise können E&elinetalioxyde allein oder in Kombination mit Edelmetallen unter Bildimg der aktiven Elektrodenoberfläche verwendet werden, unter dem Bögriff "Edelmetall" sollen die Platin- und Palladitsmtriaden des Periodischen Systems der Elemente tinter Ausschluss von Osmium verstanden werden. Ruthenium, Rhodium, Palladiums Iridium und Platin stellen Edelmetalle öar0 die besonders in ihrer MetallxOrmp in 3?orin ihrer Legierungen oder in I?©rm von Oxyden geeignet sind.The surface of the inte rl agenine tail can be made active using various methods. For example, a conductor such as a, B. a noble metal (preferably platinum) can be applied to the surface of the substrate material by known methods. Mixtures of precious metals and platinum can be used to activate the surface of the stalls. The preferred surface frietal misalignment or alloy contains greater than about 50 % platinum. Similarly, elinetal oxides can be used alone or in combination with noble metals to form the active electrode surface; the term "noble metal" is to be understood as meaning the platinum and palladite triads of the Periodic Table of the Elements, excluding osmium. Ruthenium, rhodium, palladium, iridium and platinum s represent 0 öar noble metals particularly in their MetallxOrm p in 3 Norin their alloys or © rm suitable of oxides in I?.
Verwendet man Platin~2itan-Elektroden oder platinisierte Sitanelektrodens dann kann es sich bei dem eingesetzten I'itän um technisch reines !Ditan mit mittlerer Festigkeit oder um eineUsing platinum ~ 2itan electrodes or platinized Sitanelektroden s then it may, the employed I'itän technically pure! Ditan with medium strength or a
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Titanlegierung von Aluminium» Yanadln, Palladium, Chrom, oder Zinn handeln, wobsi in diesen Legierungen ungefähr 90 ^ öder mehr 5Citan vorliege*»» Die Platin-Eitan- oder Edelnietalloxyd-Sitan-Blektroclen sind annehmbar* Das gleiche gilt für mit Platin oder Bclelaetallosqyden an der Oberfläche Überzogene ΦΪ-tan~ oder Eantal-plattierte Kupferelektroden, bei deren Herstellung das Tltan oder Tantal auf den Kupferkern atif mechani-" schem Wege oder unter Verwendung ^on elektrisch leitenden Klebstoffen aufgebracht wird.Titanium alloys of aluminum, yanadium, palladium, chromium, or tin, where about 90 or more titanium is present in these alloys On the surface coated-tan ~ or Eantal-plated copper electrodes, during the manufacture of which the Tl tan or tantalum is applied to the copper core by mechanical means or by using electrically conductive adhesives.
Die Anoden können in die diaphragiöaartige Chlor-AHsaÜ-Zelle in jeder bekannten Weise eingebaut werden. Die Anodenstromleiterverbindungen können iron dan korroisiiren Inhalten der Elektrolysezelle durch bituminöse Materialien, beispielsweise Mastix- oder Syntheseharz-Abdichtungsiaittel, isoliert werden* Eine besondere vorteilhafte Anodenanordnung wird in der deutschen Patentschrift * „, * ... ("Patentanmeldung beschrieben* In dieser Patentschrift wird eine Anodenanordnung offenbart» die auf einen einpolaren sowie auf einen zweipolaren ) Ghlor-Alkali-Eellen-Betrieb anwendbar ist. Die erwähnte Anodenanordnung besteht aus einem einsigen Hektrodengefüge, das aus einer Hetallgrundplatte (vorzugsweise aus Stahl) besteht» an welcher Abstandöstäbe aus einem elektriech leitenden Material, wie beispielsweise platinisisrtem Si tan, Alundniumlegie* rungen und vorzugsweise Kupfer, angeschweiBst oder angelötet sind, und zwar in vorherbestimmten Intervallen, welche sich , nach dem gewünschten Abstand der Anoden richten. Besteht der Abstandsßtab aus platinisiertem SItOn9 dann kann man von einer Verwendung von Abdiehtuagsmitteln als Schutz gegen einen Angriff durch die korrosiven Materialien, mit welohem es in Berührung steht, absehen. Der Abatandsatab ist in einer solchen Weise angebracht, dass die mit ihm verbundenen Anoden mit anliegenden Rändern, welche vertikal innerhalb derThe anodes can be built into the diaphragm-like chlorine AHSA cell in any known manner. The anode current conductor connections can be isolated because of the corrosive contents of the electrolysis cell by bituminous materials, for example mastic or synthetic resin sealing agents Anode arrangement discloses "which is applicable to a single-polar as well as to a two-polar) chlorine-alkali-Eellen operation. The anode arrangement mentioned consists of a single electrode structure, which consists of a metal base plate (preferably made of steel) on which spacer rods made of an electrically conductive material such as platinisisrtem Si tan, stanchions Alundniumlegie * and preferably copper, are angeschweiBst or soldered, in predetermined intervals which, depend on the desired spacing of the anodes. If the Abstandsßtab from platinised SITON 9 then can be of a Verwend Refrain from using sealing devices as protection against attack by the corrosive materials with which it is in contact. The Abatandsatab is mounted in such a way that the anodes connected to it have abutting edges which extend vertically within the
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angeordnet sind, fluchten. Der Abstandsstab enthält Löcher, durch welche Bolzen geführt Eind, die parallel zu der Basisplatte verlaufen,, Die Löcher durch die Abstandsstäbe sind vorzugsweise geschlitzt, und zwar unter einem Winkel, der sich in Abwärtorichtung von der vertikalen Staboberfläche erstreckt. Die Anzahl der Anoden, die mit den Abstandsistäben durch Drucketäbe verbunden sein kann, hängt von der Höhe der Zelle ab, falls die Anoden horizontal mit dem Abstandestab in einer vertikal angeordneten Anodenbank verbunden sind. Die Anzahl der Anoden hängt ferner von der Zellbreite ab, falls die Anoden vertikal mit dem Abstandsstab in einer Bank verbunden sind, die eich quer zu der Zelle erstreckt.are arranged, align. The spacer bar contains holes through which bolts are guided and that run parallel to the base plate, the holes are through the spacer rods preferably slotted at an angle extending downwardly from the vertical rod surface extends. The number of anodes attached to the spacer bars can be connected by pressure bars depends on the height of the Cell if the anodes are horizontally connected to the spacer rod in a vertically arranged anode bank. the The number of anodes also depends on the cell width if the anodes are connected vertically to the spacer bar in a bank extending across the cell.
Die Druckstäbe, von denen einer ausgebohrt und angekörnt ist, während der andere mit Löchern versehen ist, die Schraubengewinde aufweisen, wirken in Verbindung mit dem Bolzen, der durch sie, die Anode und den Abstandsstab hindurohgeführt ist, als die Elektrode zusammenklammernde Einrichtungeno In zusammengeklammerter Stellung ist der elektrische Widerstand des Kontakts Anode /Abstandsstab eine Funktion des. Druckes, der an den kontaktierenden Oberflächen entwickelt wird. Daher kann der Widerstand, der auf die zusammengeklammerte Verbindung zwischen Anode und AbB tandss tab zurückzuführen ist, durch Regulierung des Drucke gesteuert werden, der durch die zusammenhaltenden Bolzen ausgeübt wird. Ferner muss man die Wärmeaus dehnung des Abs tandss tabes während des Betriebes der Zelle berücksichtigen. Beim Betrieb der Zelle sind Temperaturen von mehr als 950C üblich. In der Praxis können die Bolzen aus irgendeinem geeigneten Metall oder einer geeigneten Metallegierung bestehen, wobei das Metall und die Metallegierung derart ausgewählt werden müssen; dass die Ausdehnung der Abstandsstäbe sowie der Druckstäbe kompensiert wird, In ahn-The pressure rods, one of which is drilled out and punched, while the other is provided with holes having screw threads, in conjunction with the bolt passed through them, the anode and the spacer rod, act as means for clamping the electrode together o In clamped together Position, the electrical resistance of the anode / spacer rod contact is a function of the pressure developed on the contacting surfaces. Thus, the resistance due to the clamped connection between the anode and spacer tab can be controlled by regulating the pressure exerted by the clamped bolts. Furthermore, the heat expansion of the distance tabs must be taken into account during operation of the cell. Temperatures of more than 95 ° C. are common when the cell is in operation. In practice, the bolts may be made of any suitable metal or metal alloy, the metal and metal alloy being so selected; that the expansion of the spacer bars and the compression bars is compensated,
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lieher Weise können die Druckstäte aus jedem geeigneten Material,, wie beispielsweise Stahl, bestehen.Usually the printing units can be made of any suitable material, such as steel.
Über den Verbindungßelementen zwischen einer jeden Elektrode kann man jedes korrosionsbeständige Abdichtungsmittel aufbringen. Beispielsweise können natürliche oder synthetische Kautschuke verwendet werden, und zwar entweder allein oder in Kombination mit anderen Harzen. Gegebenenfalls können bituminöse Materialien eingesetzt werden. Phenol/Formaldehyd-Harze sowie Polyesterharze sind annehmbare Abdichtungsmittel. Besonders gute Abdichtungsmittel können durch Reaktion eines mehrwertigen Alkohols mit einem Diels-Alder-Addukt eines Hexahalogencyclopentadiens mit einer α,β-ungesättigten Dicarbonsäure hergestellt werden (vergleiche die US-Patentschrift 3 216 884). Die erfindungsgemäss eingesetzten Abdichtungsmittel werden in vorteilhafter Weise in hohem Maße mit beispielsweise Sand, SiOg» Graphitteilchen oder inerten Materialien gefüllt.Above the connecting elements between each electrode any corrosion-resistant sealant can be applied. For example, natural or synthetic rubbers can be used, either alone or in Combination with other resins. Bituminous materials can optionally be used. Phenol / formaldehyde resins as well as polyester resins are acceptable sealants. Particularly good sealing agents can be produced by the reaction of a polyhydric alcohol with a Diels-Alder adduct of a hexahalogencyclopentadiene with an α, β-unsaturated dicarboxylic acid (see U.S. Patent 3,216,884). The sealing means used according to the invention are advantageously filled to a large extent with, for example, sand, SiOg »graphite particles or inert materials.
Bei den erfindungsgemäss verwendeten Elektrolysezellen handelt es sich um solche Zellen, wie sie in Üblicher Weise zur Elektrolyse von Natriumchlorid!ösungen verwendet werden. Die Elektrolysezelle besteht aus einem Zellenoberteil, einem Zellenboden, S.eitenwänden, einem Anodenabteil und einem Kathodenabteil, wobei die beiden Abteile durch ein poröses Diaphragma getrennt sind. Dieses Diaphragma kann aus abgelagertem Asbest bestehen. Die Sole wird dem Anodenabteil zugeführt, aus welchem sie durch das Diaphragma in das Kathodeaabteil flieset. Chlor und Wasserstoff werden von dem Anodenabteil bzw. Kathodenabteil abgezogen. Die Zellflüssigkeit, die Hatriumhydroxyd, Natriumchlorid und andere Verunreinigungen enthält, wird aus dem Kathodenabteil abgeführt.The electrolysis cells used according to the invention are These are cells such as those normally used for the electrolysis of sodium chloride solutions. the Electrolysis cell consists of a cell top, a cell bottom, side walls, an anode compartment and a cathode compartment, the two compartments being separated by a porous diaphragm. This diaphragm can be made from deposited asbestos exist. The brine is fed to the anode compartment, from which it flows through the diaphragm into the cathode compartment. Chlorine and hydrogen are supplied from the anode compartment and cathode compartment, respectively deducted. The cell fluid, the sodium hydroxide, Containing sodium chloride and other impurities is drained from the cathode compartment.
Bei Verwendung siner verdünnten Solst.eschickung gemäss vorlie-When using the diluted Solst. Charge according to the available
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gender Erfindung kann man die Besehiekungsgesehiiindigkeit einhalten, wie sie üblicherweise beim Betrieb von Zellen einreguiiert wird. Ss ist jedoch vorzuziehen, eine verdünnte Beschickungssole in die Zelle mit einer solchen Geschwindigkeit einzuführen, die höher ist ale die Geschwindigkeit des Fliessens durch das Diaphragma. Die überschüssige Sole wird zusammen mit frischer Sole rezyklisiert. Sie Vorteile des Rezyklisierens bestehen darin, eine relativ konstante analytische Chloridkcnzentration sowie einen konstanten pH aufrecht erhalten zu können. Bei der Durchführung des Verfahrens wird eine verdünnte Beschickungssole, die ungefähr 3,5 - 15 $ Alkalichlorid enthält, dem Anodenabteil der Diaphragmazelle zugeführt, welches mit den vorstehend beschriebenen Selektroden versehen ist. Sauerstoff-enthaltende Verunreinigungen, die in der Beschickungssole enthalten sind, können in Konzentrationen bis zu ungefähr 5 $ der gesamten Feststoffe, bezogen auf die Sulfationen, vorliegen. Zur Erzielung zufriedenstellender Stromwirkungsgrade sollte die Umwandlung von Sole in Natriumhydroxyd unterhalb 50 # der ursprünglichen Solebeschiclcungskonzentration gehalten werden. Daher schwankt die laugenkonzentration in dem Eatholyten zwischen ungefähr 15 und 100 g pro Liter» Die Elektrolysezelle kann in wirksamer Weise innerhalb des 2e.mperaturb8reich.es von ungefähr 800C bis su dem Siedepunkt der Sole (welcher von der Solekonsentration abhängt) betrieben werden. Die Anodenstromdichte der Elektrolysezelle ist vorzugsweise grosser als 0,8 Ampere/6g5 cm (square inch).According to the invention, it is possible to adhere to the safety standards that are usually regulated in the operation of cells. However, it is preferable to introduce a dilute feed brine into the cell at a rate greater than the rate of flow through the diaphragm. The excess brine is recycled together with fresh brine. The advantages of recycling consist in being able to maintain a relatively constant analytical chloride concentration and a constant pH. In carrying out the process, a dilute feed brine containing approximately 3.5-15% alkali metal chloride is fed to the anode compartment of the diaphragm cell which is provided with the selector electrodes described above. Oxygen-containing impurities contained in the feed brine can be present in concentrations up to about 5 % of the total solids based on the sulfate ions. To achieve satisfactory current efficiencies, the conversion of brine to sodium hydroxide should be kept below 50% of the original brine charge concentration. Therefore, the alkali concentration varies in the Eatholyten between about 15 and 100 g per liter of "The electrolytic cell may in an effective manner within the 2e.mperaturb8reich.es of about 80 0 C to below the boiling point of the brine (which depends on the Solekonsentration) are operated. The anode current density of the electrolytic cell is preferably greater than 0.8 amps / 6 g 5 cm (square inch).
Eine Äusführungsform der Erfindung besteht in einer Kombination mit einem Seewasser-Entsalsungsverfaliren. Eb wird wie folgt VerfahrensOne embodiment of the invention is a combination with a seawater desalination process. Eb becomes as follows Procedure
1. Behandlung des Seewassers mit einer Alkalicarbonat-1. Treatment of the sea water with an alkali carbonate
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enthaltenden Lösung zur Ausfällung eines Teils des gelösten Calciums als Galeiumcarbonat.containing solution for the precipitation of part of the dissolved calcium as gallium carbonate.
2. Einstellung des pH des behandelten Seewassers auf ungefähr den Neutralpunkt. 2. Adjust the pH of the treated seawater to approximately neutral.
5. Verdampfung zur Gewinnung von Trinkwasser.5. Evaporation for the production of drinking water.
4· Behandlung der Solebeschickung für die Elektrolysezelle mit einer Alkalicarbonat-enthaltenden Lösung zur Entfernung von Calcium und Magnesium als Garbonat bzw. Hydroxyd.4 · Treatment of the brine feed for the electrolytic cell with an alkali carbonate-containing solution for removal of calcium and magnesium as carbonate or hydroxide.
5, Elektrolyse der behandelten Sole, und zwar direkt oder gegebenenfalls nach einer weiteren Konzentration der Sole oder nach einer Zugabe von Natriumchlorid, zur Gewinnung von Wasserstoff 5 Chlor sowie einer alkalischen Zellfliissigkeit.5, electrolysis of the treated brine, directly or optionally after a further concentration of the brine or after an addition of sodium chloride, for recovery of hydrogen 5 chlorine as well as an alkaline cell liquid.
6. Rekombination eines feile des Wasserstoffs und Chlors, erzeugt in Stufe 5, unter Bildung von Chlorwasserstoffsäure, die in der Stufe 2 eingesetzt wird.6. Recombination of a file of hydrogen and chlorine, generated in stage 5, with the formation of hydrochloric acid, which is used in stage 2.
7. Calcinierung von Calciumcarbonate das in der Stufe 1 ausgefällt worden ist, zur Erzeugung von Calciumoxid und Kohlendioxid,7. Calcination of calcium carbonate in step 1 has been precipitated to produce calcium oxide and carbon dioxide,
8, Kombination des iiatriuzohydroxyd-enthaltenden alkalischen Produkts von Stufe 5 mit Kohlendioxyd aus Stufe 6 zur Gewinnung einer Alkslicarbonat-enthaltenden Mischung zur Behandlung von Seewasser gemäss Stufen 1 und 4.8, combination of iiatriuzohydroxyd-containing alkaline Product of stage 5 with carbon dioxide from stage 6 for Obtaining an alkali carbonate-containing mixture for Treatment of sea water according to levels 1 and 4.
Der Abstrom eines Entsalsungsverfahrens enthält Natriumchlorid, in Konzentrationen, die im allgemeinen oberhalb 5,5 Gewichts-^ ' liegen und normalerweise zwischen 7 und 12 Gewichts-^ schwanken. Dieser Abstrom enthält ebenfalls natriumsulfat in einer Konzentration bis zu ungefähr 5 $, wobei diese Konzentration normalerweise innerhalb des Bereiches von 3 - 4 Gewichts-^ liegt, und zwar bezogen auf die gesamten !feststoffe. Dieser Abstrom wurde bisher is allgemeinen als wertloses HebenproduktThe effluent from a desalsification process contains sodium chloride, in concentrations generally above 5.5% by weight and usually vary between 7 and 12 weight ^. This effluent also contains sodium sulfate in one Concentration up to about $ 5, this concentration being usually within the range of 3 - 4 weight ^ based on the total! solids. This effluent has hitherto generally been seen as a worthless byproduct
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der Waaserentsalzung verworfen.discarded the waaser desalination.
Das Vorliegen von Natriumsulfat in dem Abfluss des Wasserentsalsungsverfahrens in Kox&zentrationen bis zu ungefähr 5 Gewichts-$, bezogen auf die gesamten Feststoffe, maoht diesen Abstrom für die Elektrolyse in dar üblichen Diaphragma-Ohlor-Alkali-Zelle ungeeignet, und zwar wegen der niedrigen Stromausbeuten. Demgegenüber kann der Sulfat-enthaltende Abfluss eines Entsalssungs verfahrene bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens als verdünnte Sole eingesetzt werden.The presence of sodium sulfate in the effluent from the water desalination process in cox & centrations up to about 5 weight- $, based on the total solids, this effluent is used for electrolysis in the usual diaphragm-Ohlor-alkali cell unsuitable because of the low current yield. In contrast, the sulphate-containing runoff a desalination process when carrying out the invention Process can be used as a dilute brine.
Die Vorbehandlung von Seewasser mit einer teilweise oder vollständig carbonisieren Zellflüssigkeit dient zur Ausfällung eines Teils des gelösten Calciums. Die anschliessende Korrektur des pH-Wertes des Seewassers auf die Nähe des Neutralpunktes vor dessen Einführung in den Verdampfer setzt den Calciumgehalt in einer solchen Weise herab, dass ein grösserer Prozentsatz an Trinkwasser von einer gegebenen Menge Seewasser entfernt werden kann» bevor Ablagerungen aufzutreten beginnen.The pretreatment of sea water with a partial or complete carbonizing cell fluid serves to precipitate part of the dissolved calcium. The subsequent correction the pH value of the sea water to the vicinity of the neutral point before its introduction into the vaporizer sets the calcium content in such a way that a greater percentage come down Drinking water can be removed from a given amount of seawater »before deposits begin to appear.
Da eine Alkalicarbonat-enthaltende LSsung für die Vorbehandlung von Seewasser an Ort und Stelle zur Verfügung steht, wobei gleichzeitig der Verdampferahstrom zur Erzeugung von wertvollen Produkten verwendet werden kann, stellt das erfindungsgemässe Verfahren eine erhebliche Bereicherung der Technik dar.As an alkali carbonate solution for pretreatment of seawater is available on the spot, while at the same time the evaporator stream is used to generate valuable Products can be used, the inventive method represents a considerable enrichment of the technology.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Dieee Zeichnung aeigt eine zusammengefasste, aus einer Salswasser-Umwandlungsanlage und einer Abflusselektrolyse-Anlage bestehende (resamtanlage.The invention is explained in more detail with reference to the accompanying drawing. The drawing shows a summarized, from one Sals water conversion plant and a drainage electrolysis plant existing (complete system.
Es wird eine Reihe von Versuchen durchgeführt, um die WirkungA number of attempts are made to determine the effect
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der Anolyt-Natriumchlorid-Konzentration sowohl auf die Anodenstromausbeute als auch auf die Zellspannung zu untersuchen« Es werden jeweils Graphitanoden und platinisierte Titananoden verwendet.the anolyte sodium chloride concentration both on the anodic current yield as well as to examine the cell voltage «There are graphite anodes and platinized titanium anodes used.
Um die Elektrolyse verdünnter Beschicfcungssolen, welche mit einem Sauerstoff-enthaltenden Material verschmutzt sind, zu zeigen, wird eine Sole, die aus einem sjTithe tischen Seewassersalz hergestellt worden ist, chemisch mit Natriumhydroxyd und Natriumcarbonat zur Ausfällung von Calcium und Magnesium behandelt . Nach der Behandlung enthält diese Sole 314 g pro 1 Natriumchlorid, 3,8 fi Natriumsulfat, 12 ppm Calciumoxyd und 7 ppm Magnesiumoxyd. Diese Lösung sowie eine behandelte Sole, die eine entsprechende Menge an Natriumsulfat enthält, werden für den labortest verwende«·«, Bei der Durchführung dieser lests wird eine Labor-Veraion einer Hooker-Diaphragmazelle verwendet» Die Anodenstromdichten werden bei O99 Ampere/6,5 cm (square inch) gehalten.In order to demonstrate the electrolysis of dilute feed brines which are contaminated with an oxygen-containing material, a brine which has been prepared from a sjTithe table seawater salt is chemically treated with sodium hydroxide and sodium carbonate to precipitate calcium and magnesium. After the treatment, this brine contains 314 g per liter of sodium chloride, 3.8 μl of sodium sulfate, 12 ppm of calcium oxide and 7 ppm of magnesium oxide. This solution as well as a treated brine containing a corresponding amount of sodium sulfate are used for the laboratory test. «·«, A laboratory version of a Hooker diaphragm cell is used to carry out these tests »The anode current densities are 9 9 amps / 6 , 5 cm (square inch).
Alle Versuche wurden unter Verwendung eines Überschusses von 300 g pro 1 (gpl) Natriumchlorid in der Sole gestartet. Während des Verlaufs der Versuche, die sich über ungefähr 2 Wochen erstrecken, wird die Sole mit destilliertem Wasser verdünnt, um Werte bei den geringeren Salzkonzentrationen zu erhalten. Das Verhältnis von Natriumsulfat zu Natriumchlorid bleibt als Ergebnis dieser Verdünnungen konstant. Die in den folgenden Tabellen Z und IZ zusammengefassten Ergebnisse repräsentieren Beispiele für die Verwendung einer platinisierten Titananode (Eyp B-Englehard Coating). Die platinisierten Eitananoden sind direkt mit einem Kupferstromleiter zueaiamengßschraubtc Ein in hohem Maße gefüllter Polyester wird als Abdichtungsmittel verwendet, um die Anoaenverbindung von dem Anolyten su isolieren. All experiments were carried out using an excess of 300 g per 1 (gpl) sodium chloride started in the brine. While the course of the experiments, which last about 2 weeks, the brine is diluted with distilled water in order to obtain values for the lower salt concentrations. That Ratio of sodium sulfate to sodium chloride remains as a result these dilutions constant. Represent the results summarized in Tables Z and IZ below Examples of the use of a platinized titanium anode (Eyp B-Englehard Coating). The platinized egg anodes are directly with a copper conductor to aiamengßschraubtc a in Highly filled polyester is used as a sealant to isolate the anolyte from the anolyte.
OC98 3S/2 0/3OC98 3S / 2 0/3
BADBATH
193 408193 408
Κ"» CM VO VO OtA 00 GStXS CU CO CDrJ-C^ ω tA co c£vo σ* ε*- ε- «\ε- νό* νίΓίτν t-c-vmrvc- Κ "» CM VO VO OtA 00 GStXS CU CO CDrJ-C ^ ω tA co c £ vo σ * ε * - ε- «\ ε- νό * νίΓίτν tc-vmrvc-
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BAD ORiQtNAL BAD ORiQtNAL
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0 0 9 8 3 8/20280 0 9 8 3 8/2028
ORIGINAL INSPEGTEDORIGINAL INSPEGTED
Die folgenden Werte werden bei Verwendung einer Hooker-Diaphragmazelle erhalten, wobei Gra phltanoden verwendet werden, die in Blei gegossen sind. Auseerdem wird ein Kupfers tromloiter eingesetet, wie er in üblicher Weise verwendet wird.The following values are obtained using a Hooker diaphragm cell, where Gra Electrodes cast in lead can be used. In addition, a copper tromloiter is used, as it is used in the usual way.
0.9 Anmere/6.5 om fstrass« lntsh)0.9 Anmere / 6.5 om fstrass «lntsh)
Beschiekungssple AnolytAnolyte dispenser
KatholytCatholyte
Tempe- Zeil«- AnodengasTempe-Zeil "- anode gas
gpl ITaOl' " pH gpl NaOl pH gpl HaOl gpl HaOH ratür,°0 span- 0O2 0g gpl ITaOl '"pH gpl NAOL pH gpl HaOl gpl Haoh ratür, 0 ° rake 0O 2 0 g
0000
# Stromausbeute # Electricity yield
264264
231231
172172
135135
8989
4040
4040
4646
4343
1313th
48 78 64 62 64 98 80 78 70 44 5448 78 64 62 64 98 80 78 70 44 54
95
95
93
92
97
97
93
94
94
96
9795
95
93
92
97
97
93
94
94
96
97
3,2 2,15 0,07 -3.2 2.15 0.07 -
3.2 1,65 0,76 -3.2 1.65 0.76 -
3.3 2,333.3 2.33
3.5 3,S9
3,55 9,433.5 3, S9
3.55 9.43
3.6 8,91
3,65 6,20
3,65 8,81
3,8 13,153.6 8.91
3.65 6.20
3.65 8.81
3.8 13.15
1,7 0,43 0,20 2,32 0,40 2,37 0,36 2,12 0,50 1,62 0,55 1,60 0,68 1.7 0.43 0.20 2.32 0.40 2.37 0.36 2.12 0.50 1.62 0.55 1.60 0.68
4.3 17,19 1,56 1,074.3 17.19 1.56 1.07
4.4 14,26 1,32 1,434.4 14.26 1.32 1.43
95,7 95,2 92,3 91,2 78,4 88,3 83,5 80s3 73,195.7 95.2 92.3 91.2 78.4 88.3 83.5 80 s 3 73.1
66,9 7O9 666.9 7O 9 6
■ -.. 15 -■ - .. 15 -
Aus den Irgebnissönj die bei Verwendung einer platinisierten ELtananode erhalten werden, wobei diese Ergebnisse in den Sabellen X und II zusammengefasst sind, ist zu ersehen, dass hohe Anodenstromauebeuten, und zwar oberhalb 95 ## "bis herab zu einer Anolyt-Natriumchlorid-Konzentration von 60-7Og pro 1 erzielt werden können. Bei Anclyt-Zell-Konzentrationen von weniger als 50 g pro 1 Natriumchlorid nehmen die Stromausbeuten schnellFrom the results of the use of a platinized ELtanode can be obtained, these results in the Sabellen X and II are combined, it can be seen that high anode current build-up, namely above 95 ## "down to an anolyte sodium chloride concentration of 60-70 g per 1 can be achieved. At anclyt cell concentrations of less than 50 g per liter of sodium chloride, the current yields decrease rapidly
Höhere Stromausbeuten, die bei einer Verwendung von platinisierten Anoden bei niedrigeren Anolyt-Katriumchloridkonzentrationen beobachtet werden, können als Ergebnis der höheren Sauerstoffüberspannung auf Platin im Vergleich zu Graphit sowie durch dl© latsache interpretiert werden, dass Kohlenstoff mit einigen Sauerstoff-enthaltenden Anionen, wie beispielsweise Sulfat oder Phosphat, auf Graphitanoden Komplexe bildet, wodurch d#r Graphitverbrauch beschleunigt wird.Higher current yields that are achieved when using platinized Anodes at lower anolyte sodium chloride concentrations Can be observed as a result of the higher oxygen overvoltage on platinum compared to graphite as well be interpreted by the fact that carbon with some oxygen-containing anions such as Sulphate, or phosphate, forms complexes on graphite anodes, which accelerates the consumption of graphite.
Sie in der !Tabelle III zusammengefassten Ergebnisse zeigen die Verwendung einer Graphitanode. Aus diesen Ergebnissen ist der erhöhte Graphitverbrauch in Gegenwart von natriumsulfat, wodurch in nachteiliger Weise der Anodenwirkungsgrad beeinflusst wird, zu ersehen. Die Verhältnisse KohlendioxydiSauerstoff schwanken von. 2:1 bis 22:1, und zwar auch dann, wenn die Anodenstromausbeuten oberhalb 95 f9 liegen. Bei Stromausbeuten von 95 $> oder darüber wird der Graphitverbrauch zu 2,7 - 6,3 kg (6 - 14 lbs,) pro Sonne Chlor berechnet. Bei einem Anodenwirkungegrad von 90 36 (150 g pro 1 Natriumchlorid in dem Anolyten) beträgt der Graphitverbrauch ungefähr 9,1 kg (20 lbs.) pro Sonne Chlor. Unterhalb einer Anolyt-Eonzentration von 120 g pro 1 Natriumchlorid steigt der Graphitverbrauch auf einen Wert «wischen 13,6 und 45,4 kg (20 - 100 lbs.) pro Qkmne Chlor»The results summarized in Table III show the use of a graphite anode. From these results, the increased graphite consumption in the presence of sodium sulfate, which adversely affects the anode efficiency, can be seen. The carbon dioxide / oxygen ratios vary from. 2: 1 to 22: 1, even if the anode current yields are above 95 f 9 . For power efficiencies of $ 95 or more, graphite consumption is calculated to be 6-14 lbs. (2.7-6.3 kg) per sun of chlorine. With an anode efficiency of 90 36 (150 g per 1 sodium chloride in the anolyte), the graphite consumption is approximately 9.1 kg (20 lbs.) Per sun of chlorine. Below an anolyte concentration of 120 g per liter of sodium chloride, the graphite consumption increases to a value between 13.6 and 45.4 kg (20 - 100 lbs.) Per square kilometer of chlorine.
0 C 9 8 3 ο / 2 0 7 80 C 9 8 3 ο / 2 0 7 8
BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
Im Gegensatz zu dem hohen und unwirtschaftlichen Graphitverlust "beträgt die Verlustmenge an Edelmetall-Elektroden weniger als 2 g pro lonne Chlor. Während dieses Versuchs werden solche Bedingungen aufrechterhalten, dass der Edelmetallverlust swischen 0,1 und 2 g pro Tonne Chlor gehalten wird, Dieser geringe Verbrauch an Edelmetall erzeugt Chlor und seine Nebenprodukte zu Kosten, welche eine Durchführung des Verfahrens in technischem Maßstäbe als annehmbar erscheinen lassen. Zur Herabsetzung von Platinverlusten auf ein Minimum werden Gleichrichter ausgewählt, die eine minimale Welligkeit in dem Gleichstrom garantieren.In contrast to the high and uneconomical loss of graphite "The amount of precious metal electrodes lost is less than 2 g per lonne of chlorine. During this experiment, such Maintaining conditions that the precious metal loss is kept between 0.1 and 2 g per ton of chlorine, this low Consumption of precious metal creates chlorine and its by-products at the expense of carrying out the process appear to be acceptable on a technical scale. To the To reduce platinum losses to a minimum, rectifiers are selected that have a minimum ripple in guarantee the direct current.
Es wurde ferner gefunden, dass beim Arbeiten unter den angegebenen Bedingungen Zellspamiuagen erhalten werden, die swischen 3,2 und 4,4 Volt bei einer Stromdichte von 0,9 Ampsra/ 6,5 cm (square inch) liegen. Die erhaltenen Spannungen sind derartig niedrig, dass das Verfahren in wirtschaftlicher V/eise in technischem Maßstabe durchgeführt x^erdan kann.It was also found that when working under the specified Conditions cell spamules are obtained that swipe 3.2 and 4.4 volts at a current density of 0.9 ampsra / 6.5 cm (square inch). The voltages obtained are so low that the process is economical carried out on a technical scale x ^ erdan can.
Bei der Durchführung der Versuchsreihen^ deren Ergebnisse in den Tabellen I - III susaEmengefasst sind, steigen die Spannungen mit abnehmendes? Anolyt-ITatriumehlorid-KongentratioB ane Zelispannusagen bei Verwendung von platiniserten !üitananoden sind niedriger als diejenigen bei einer Verwendung von Graphitanodeno Der Spannungsanstieg mit abfallender Anolyt-Salskonssn» tration scheint unabhängig von dem eingesetzten Anodentyp zu sein. Die Stroraausbeuten baaieren auf einer Gasanalyse und wurden nicht im Hinblick auf den Chlorverluat infolg® der Löslichkeit des Ghlors in dem Anoiytea oder des erhaltenen GhIorats in dem Zataolyten korrigiert.When carrying out the test series, the results of which are summarized in Tables I - III, do the tensions increase with decreasing? Anolyte ITatriumehlorid-KongentratioB are üitananoden to e Zelispannusagen when using platinum-plated! To be lower than those seem concentration in a use of graphite anodes o The voltage increase with decreasing anolyte Salskonssn "regardless of the used anode type. The current yields are based on a gas analysis and have not been corrected for the chlorine loss due to the solubility of the chlorine in the anolyte or of the chlorate obtained in the cataolyte.
Unter ähnlichen Bedingungen war der Anolyt~pH bei der Durchführung von Versuchen unter Verwendung von platinisierten Oütananoden höher als bei der Durchführung von Versuchen unter Verwendung von GrapMtano&en,The anolyte pH was under similar conditions during the implementation of experiments using platinized outer anodes higher than when carrying out experiments using GrapMtano & en,
., ,00^836/20 2 8 '.,, 00 ^ 836/20 2 8 '
BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
Claims (10)
Mastelltmg dee vm & Magnesium sw? Wrosutusig give ©. © & t wiri. isad ^ mmlgmt ^ mm ete rope des OhXors mtß.
Mastelltmg dee
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