DE19816334A1 - Elektrolyseapparat zur Herstellung von Halogengasen - Google Patents

Abstract

Mit einem Elektrolyseapparat zur Herstellung von Halogengasen aus wäßriger Alkalihalogenidlösung mit mehreren nebeneinander in einem Stapel angeordneten und in elektrischem Kontakt stehenden plattenförmigen Elektrolysezellen, die jeweils ein Gehäuse aus zwei Halbschalen aus elektrisch leitendem Material mit außenseitigen Kontaktstreifen an wenigstens einer Gehäuserückwand aufweisen, jeweils zwei im wesentlichen ebenflächige Elektroden (Anode und Kathode) aufweist und die Anode und die Kathode mit jalousieartigen Durchbrüchen für eine Durchströmung der Elektolyseeingangsstoffe und der Elektrolyseprodukte versehen und durch eine Trennwand voneinander getrennt und parallel zueinander angeordnet sind und mittels metallischer Versteifungen mit der jeweils zugeordneten Rückwand des Gehäuses elektrisch leitend verbunden sind, soll eine Lösung geschaffen werden, mit dem auch bei Stromdichten oberhalb von 4 kA/m·2· und dementsprechend vermehrter Gaserzeugung in der Grenzschicht unter Beibehaltung nachhaltiger Standzeiten der Membran und pulsationsarm betrieben werden kann. DOLLAR A Dies wird dadurch erreicht, daß die jalousieartigen Durchbrüche (8B, 9B) der Anode (8) und Kathode (9) gegen die Horizontale geneigt angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektrolyseapparat zur Herstel­ lung von Halogengasen aus wässriger Alkalihalogenidlösung mit mehreren nebeneinander in einem Stapel angeordneten und in elektrischem Kontakt stehenden plattenförmigen Elektrolysezel­ len, die jeweils ein Gehäuse aus zwei Halbschalen aus elek­ trisch leitendem Material mit außenseitigen Kontaktstreifen an wenigstens einer Gehäuserückwand aufweisen, wobei das Gehäuse Einrichtungen zum Zuführen des Elektrolysestromes und der Elektrolyseeingangsstoffe und Einrichtungen zum Abführen des Elektrolysestroms und der Elektrolyseprodukte und jeweils zwei im wesentlichen ebenflächige Elektroden (Anode und Kathode) aufweist, wobei die Anode und die Kathode mit jalousieartigen Durchbrüchen für eine Durchströmung der Elektrolyseeingangs­ stoffe und der Elektrolyseprodukte versehen und durch eine Trennwand voneinander getrennt und parallel zueinander ange­ ordnet sind und mittels metallischer Versteifungen mit der je­ weils zugeordneten Rückwand des Gehäuses elektrisch leitend verbunden sind.

Die einzelnen Elektrolysezellen werden derart hergestellt, daß die jeweiligen Gehäuse aus jeweils zwei Halbschalen unter Zwi­ schenschaltung der erforderlichen Einrichtungen und der Katho­ de und Anode sowie der Trennwand und durch Fixierung derselben mittels metallischer Versteifungen zusammengesetzt und Anode und Gehäuse bzw. Kathode und Gehäuse elektrisch leitend anein­ ander befestigt werden, anschließend die so hergestellten plattenförmigen Elektrolysezellen nebeneinander in einem Sta­ pel elektrisch leitend angeordnet und gegeneinander im Stapel zwecks nachhaltiger Kontaktgabe verspannt werden.

Der Elektrolysestrom wird dem Zellenstapel an der einen Außen­ zelle des Stapels zugeführt, er durchsetzt den Zellenstapel in im wesentlichen senkrechter Richtung zu den Mittelebenen der plattenförmigen Elektrolysezellen und er wird an der anderen Außenzelle des Stapels abgeführt. Bezogen auf die Mittelebene erreicht der Elektrolysestrom mittlere Stromdichtewerte von mindestens 4 kA/m².

Ein solcher Elektrolyseapparat ist aus DE 196 41 125 A1 der Anmelderin bekannt. Bei diesem bekannten Elektrolyseapparat sind die Anode bzw. die Kathode mit der jeweiligen Rückwand der Gehäusehälften über senkrechte, stegartige metallische Versteifungen verbunden. Auf der Rückseite der Anoden bzw. Kathodenhalbschale ist jeweils ein senkrechter Kontaktstreifen für den elektrischen Kontakt zur benachbarten, gleich aufge­ bauten Elektrolysezelle angebracht. Der Strom fließt über den Kontaktstreifen durch die Rückwand in die senkrechten, stegar­ tigen metallischen Versteifungen und von dort verteilt er sich ausgehend von den metallischen Kontaktstellen (Versteifung/­ Anode) über die Anode. Nachdem der Strom durch die Trennwand (die Membran) hindurchgetreten ist, wird er von der Kathode aufgenommen, um über die senkrechten, stegartigen Versteifun­ gen in die Rückwand auf der Kathodenseite zu fließen und dann wieder in den Kontaktstreifen und von dort in die nächste Elektrolysezelle einzutreten. Die Verbindung der stromleiten­ den Bauteile wird hierbei durch Schweißung vorgenommen. In den Schweißstellen bündelt sich der Elektrolysestrom zu Spitzen­ stromdichten.

Die senkrechten, stegartigen metallischen Versteifungen sind als mit den Kontaktstreifen fluchtende Stege ausgebildet, de­ ren Seitenränder über der gesamten Höhe der Rückwand und der Anode bzw. Kathode an der Rückwand und der Anode bzw. Kathode anliegen.

Die senkrechten Stege unterteilen den Elektrodenrückraum in­ nerhalb der jeweiligen Gehäusehälfte in einzelne elektrolyt­ führende Segmente. Damit es nicht zu einer völlig ungleichmä­ ßigen Konzentrationsverteilung im Elektrolyten entlang der Tiefe der jeweiligen Gehäusehälfte kommt, ist in jeder Gehäu­ sehälfte unten ein Einlaufverteiler vorgesehen, über den die Elektrolyseeingangsstoffe in die einzelnen, von den Stegen ge­ bildeten Segmente in den Halbschalen einspeisbar sind.

Mittels eines derartig gestalteten Elektrolyseurs werden gas­ erzeugende Elektrolyseprozesse, wie beispielsweise die Chlo­ ralkali-Elektrolyse, die Salzsäure-Elektrolyse oder die alka­ lische Wasserelektrolyse durchgeführt. Bei der Chloralkali- Elektrolyse werden wässrige Alkalihalogenidlösungen, zum Bei­ spiel Natrium- und Kaliumchlorid, in der Elektrolysezelle un­ ter Einfluß des elektrischen Stromes in eine wässrige Alkali­ lauge, zum Beispiel Natron- oder Kalilauge, sowie in ein Halo­ gengas, zum Beispiel Chlor und Wasserstoff zersetzt. In der Wasserelektrolyse wird Wasser zersetzt und Wasserstoff und Sauerstoff werden an den Elektroden gebildet.

Die räumliche Trennung der Elektrodenräume geschieht mittels der eingangs genannten Trennwand, im allgemeinen einem Dia­ phragma oder einer sogenannten Ionentauschermembran. Das Diaphragma besteht aus einem porösen Material, das bezüglich der in der Zelle auftretenden Medien, Temperaturen und Drücken chemisch, thermisch und mechanisch stabil ist. Bei der Ionen­ tauschermembran handelt es sich im allgemeinen um perfluorier­ te Kohlenwasserstoffe. Diese Membranen sind gas- und nahezu flüssigkeitsdicht, lassen aber einen Ionentransport im elek­ trischen Feld zu.

Eine besondere Eigenheit dieser Elektrolyseprozesse besteht in der Tatsache, daß das Diaphragma bzw. die Ionentauschermembran gegen wenigstens eine der beiden Elektroden gepreßt wird. Dies ist notwendig, weil dadurch die Trennwand fixiert und somit mechanisch weitgehend unbelastet ist. Häufig darf die Trenn­ wand nur auf einer der beiden Elektroden aufliegen, da nur auf diese Weise eine möglichst lange Lebensdauer aller Komponenten (Elektroden und Trennwand) zu erreichen ist. Bei direktem Kon­ takt der Trennwand mit beiden Elektroden kann in einigen Fäl­ len eine chemische Reaktion zwischen der Trennwand und den Elektroden bzw. den an den Elektroden entwickelten Gasen stattfinden. So wird ein Abstand zwischen der Membran und der Kathode in der Chloralkali-Elektrolyse etabliert, da sonst der Elektrokatalysator, oder bei unaktivierten Nickelkathoden, Nickel aus der Elektrode gelöst wird. Ein anderes Beispiel sind Nickeloxid-Diaphragmen, die in der alkalischen Wasser­ elektrolyse eingesetzt werden. Bei zu kleinem Abstand zur was­ serstoffentwickelnden Elektrode wird das Nickeloxid zu Nickel reduziert und damit leitfähig, was schließlich zu einem Kurz­ schluß führt.

Die Auflage der Membran bzw. des Diaphragmas auf mindestens eine Elektrode führt dazu, daß es bei gasentwickelnden Prozes­ sen zu einem Gasstau in der Elektrolyt-Grenzschicht zwischen der Elektrode und der Membran bzw. dem Diaphragma kommt. Hier­ von sind selbst die eingangs angesprochenen Elektroden betrof­ fen, die so gestaltet sind, daß sie von den Elektrolyseein­ gangsstoffen und den Elektrolyseprodukten durchströmbar sind. Solche Elektroden sind vorzugsweise mit Durchbrechungen verse­ hen (Lochblech, Streckmetall, Flechtwerk oder dünne Bleche mit jalousieartigen Durchbrüchen), so daß trotz ihrer flächigen Anordnung in der Elektrolysezelle die bei der Elektrolyse in der Grenzschicht gebildeten Gase leichter in den Rückraum der Elektrolysezelle eintreten können.

Insbesondere in den in der Zelle nach unten orientierten Kan­ ten bzw. Berandungen der Durchbrüche agglomerieren die im Elektrolyt aufsteigenden Gasblasen und bleiben dort in den Zwickeln zwischen anliegender Trennwand (Membran) und den Durchbrechungsrändern fest sitzen. Diese Blasen stören den Stromtransport, d. h. den Stofftransport durch die Trennwand, weil sie die Membranaustauschfläche blockieren und damit un­ zugänglich, also inaktiv, machen.

Bei einer Elektrodengestaltung, die seitens der Anmelderin zur Verringerung dieses Gasstaues geschaffen wurde und die in der deutschen Patentschrift DE 44 15 146 C2 beschrieben ist, wer­ den die Elektroden profiliert, indem diese beispielsweise mit Rillen und Löchern versehen werden. Auf diese Weise kann ei­ nerseits das Gas leichter entweichen und andererseits kann wieder frischer Elektrolyt in die elektrolytisch aktive Grenz­ schicht zwischen der Elektrode und der Membran gelangen. Bei Beaufschlagung derart profilierter Elektroden mit Stromdichten oberhalb von 4 kA/m² nimmt die Gasentwicklung jedoch noch zu und die profilierte Elektrode kommt dann an die Grenze ihrer Gasabfuhrfähigkeit.

Bei gasentwickelnden Elektrolysereaktionen kommt es, wie es beispielsweise bei der anodischen Chlorentwicklung der Chlo­ ralkalielektrolyse oder der anodischen Sauerstoffentwicklung der alkalischen Wasserelektrolyse auftritt, außerdem zu einem Separationsproblem, d. h., das entwickelte Gas trennt sich nicht vom Elektrolyten, was zur Schaumbildung führt. Dieses Problem führt dazu, daß die Stromdichteverteilung insbesondere bei Stromdichten oberhalb von 4 kA/m² inhomogen ist. Dadurch wird zum einen die Lebensdauer der aktiven Zellenkomponenten, wie Membranen, Diaphragmen und Elektrodenaktivierungen be­ schränkt. Zum anderen sind die Elektrolyseure dadurch auch hinsichtlich der maximalen Stromdichte auf etwa 4 kA/m² be­ grenzt. Außerdem führt die Schaumbildung zu Druckschwankungen innerhalb der elektrochemischen Zelle, da der Schaum den Zel­ lenaustritt für das gebildete Gas zumindest kurzzeitig ver­ schließt. Der Austritt wird durch eine geringfügige Druckerhö­ hung innerhalb der Zelle wieder freigeblasen, was zu dem be­ kannten Effekt der Schwallströmung und zu den genannten Druck­ schwankungen führt. Das ist nachteilig für den Betrieb eines Elektrolyseurs.

Weiterhin wird die Lebensdauer insbesondere von Membranen durch die Konzentrationsverteilung beeinflußt. Je homogener beispielsweise die Kochsalz-Konzentration im Anodenraum eines Chloralkalielektrolyseurs ist, desto größer die Lebensdauer der Membran. Um eine homogene Elektrolytverteilung zu errei­ chen, wird entweder über extern angeordnete Pumpen eine zu­ sätzliche Zirkulation erzeugt, oder durch Einbau eines Leit­ bleches in die Zelle eine interne Zirkulation aufgrund eines Dichteunterschiedes hervorgerufen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Elektrolyseapparat zu schaffen, der auch bei Stromdichten oberhalb von 4 kA/m² und dementsprechend vermehrter Gaserzeugung in der Grenzschicht unter Beibehaltung nachhaltiger Standzeiten der Membran und pulsationsarm betrieben werden kann.

Diese Aufgabe wird mit einem Elektrolyseapparat der eingangs bezeichneten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die ja­ lousieartigen Durchbrüche der Anode und Kathode gegen die Ho­ rizontale geneigt angeordnet sind.

Durch diese erfindungsgemäße Gestaltung läßt sich, wie sich herausgestellt hat, die Gasabfuhr aus der membrannahen Elek­ trolytgrenzschicht so verbessern, daß erstmals Stromdichten von 6 bis 8 kA/m² unter Beibehaltung nachhaltiger Standzeiten der Membran erreicht werden. Die sich bildenden Gasblasen rol­ len aufgrund der Neigung der Elektrodenstäbe gegenüber der Ho­ rizontalen an der Unterkante der Elektrode entlang, stoßen mit noch an der Elektrodenkante anhaftenden Blasen zusammen und koaleszieren. Dies wiederum führt dazu, daß die Gasblasen auf­ grund des zunehmenden Volumens beschleunigt werden, d. h. der Effekt beschleunigt sich selbst. Gleichzeitig sinkt das in der elektroaktiven Zone befindliche Gasvolumen, wodurch eine ge­ ringere Zellspannung erreicht wird. Ein Sogeffekt, der durch die Bewegung der Glasblasen entlang der Elektrodenkante her­ vorgerufen wird, sorgt dafür, das Frischeelektrolyt in die elektroaktive Zone zwischen Membran bzw. Diaphragma und Elek­ trode gesaugt wird, was beispielsweise in der Chloralkalielek­ trolyse eine notwendige Voraussetzung für eine lange Membran­ lebensdauer ist. Darüber hinaus kommt es zu einer gerichteten Strömung, da alle Gasblasen in eine Richtung zwangsgeführt werden. Dadurch sinkt auf einer Seite aufgrund des zunehmenden Gasgehaltes die Dichte des Elektrolyt-/Gasgemisches, was zu einer internen Zirkulation führt, die verglichen mit dem Ein­ treten in den Elektrolytstrom, um den Faktor 10 bis 100 größer ist. Dadurch wird eine ausgezeichnete Homogenisierung des Elektrolyten erreicht.

Als besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt, daß der Neigungswinkel der jalousieartigen Durchbrüche gegenüber der Horizontalen zwischen 7° und 10° liegt.

In konstruktiv besonders bevorzugter Ausgestaltung ist vorge­ sehen, daß die Unterseite des jeweiligen Gehäuses parallel zur Horizontalen angeordnet und die jalousieartigen Durchbrüche der Anode und Kathode gegen die Unterseite des jeweiligen Ge­ häuses geneigt angeordnet sind. Der Elektrolyseapparat an sich ist dann gegenüber bekannten Elektrolyseapparaten nur gering­ fügig zu modifizieren, lediglich die Anode und die Kathode müssen geneigt eingebaut und randseitig entsprechend gestaltet werden, damit sie entsprechend eingebaut werden können.

Alternativ kann auch vorgesehen sein, daß die Unterseite des jeweiligen Gehäuses gegenüber der Horizontalen geneigt ange­ ordnet ist. Die einzelnen Gehäuse müssen dann gegenüber bisher bekannten Gehäusen praktisch nicht verändert werden, sie müs­ sen lediglich geneigt gegenüber der Horizontalen eingebaut werden, wodurch automatisch auch die jalousieartigen Durchbrü­ che von Kathode und Anode gegenüber der Horizontalen geneigt angeordnet sind.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispiels­ weise näher erläutert. Diese zeigt in

Fig. 1 einen Schnitt durch zwei nebeneinander angeordnete Elektrolysezellen eines Elektrolyseapparates,

Fig. 2 einen Ausschnitt aus Fig. 1 in perspektivischer Dar­ stellung und

Fig. 3 ebenfalls in perspektivischer Darstellung einen ver­ größerten Ausschnitt aus Fig. 1.

Ein allgemein mit 1 bezeichneter Elektrolyseapparat zur Her­ stellung von Halogengasen aus wässriger Alkalihalogenidlösung weist mehrere, nebeneinander in einem Stapel angeordnete und in elektrischem Kontakt stehende plattenförmige Elektrolyse­ zellen 2 auf, von denen in Fig. 1 beispielhaft zwei solche Elektrolysezellen 2 nebeneinander angeordnet dargestellt sind. Jede dieser Elektrolysezellen 2 weist ein Gehäuse aus zwei Halbschalen 3, 4 auf, die mit flanschartigen Rändern versehen sind, zwischen denen mittels Dichtungen 5 jeweils eine Trenn­ wand (Membran) 6 eingespannt ist. Die Einspannung der Membran 6 kann ggf. auch auf andere Weise erfolgen.

Über der gesamten Tiefe der Gehäuserückwände 4A der jeweiligen Elektrolysezelle 2 sind parallel zueinander eine Mehrzahl von Kontaktstreifen 7 angeordnet, die durch Schweißen oder dgl. an der Außenseite der betreffenden Gehäuserückwand 4A befestigt oder aufgebracht sind. Diese Kontaktstreifen 7 stellen den elektrischen Kontakt zur benachbarten Elektrolysezelle 2, näm­ lich zur betreffenden Gehäuserückwand 3A her, an welcher kein eigener Kontaktstreifen vorgesehen ist.

Innerhalb des jeweiligen Gehäuses 3, 4 sind jeweils an die Membran 6 angrenzend eine ebenflächige Anode 8 und eine eben­ flächige Kathode 9 vorgesehen, wobei die Anode 8 bzw. die Ka­ thode 9 jeweils mit fluchtend mit den Kontaktstreifen 7 ange­ ordneten Versteifungen verbunden sind, die als Stege 10 ausge­ bildet sind. Dabei sind die Stege 10 vorzugsweise entlang ih­ res gesamten Seitenrandes 10A an der Anode bzw. Kathode 8, 9 metallisch leitend befestigt. Um das Zuführen der Elektrolyse­ eingangsstoffe und das Abführen der Elektrolyseprodukte zu er­ möglichen, verjüngen sich die Stege 10 ausgehend von den Sei­ tenrändern 10A über ihrer Breite bis zum benachbarten Seiten­ rand 10B und weisen dort eine Höhe auf, die der Höhe der Kon­ taktstreifen 7 entspricht. Sie sind dementsprechend mit ihren beiden Rändern 10B über der gesamten Höhe der Kontaktstreifen 7 an der den Kontaktstreifen 7 gegenüberliegenden Rückseite der Gehäuserückwand 12A bzw. 4A befestigt.

Zur Zuführung der Elektrolyseprodukte ist eine geeignete Ein­ richtung für die jeweilige Elektrolysezelle 2 vorgesehen, eine solche Einrichtung ist mit 11 angedeutet. Ebenfalls ist in je­ der Elektrolysezelle eine Einrichtung zum Abführen der Elek­ trolyseprodukte vorgesehen, diese ist jedoch nicht darge­ stellt.

Die Elektroden (Anode 8 und Kathode 9) sind derart gestaltet, daß sie das Elektrolyseeingangsprodukt bzw. die Ausgangspro­ dukte 3 durchfließen bzw. durchströmen lassen, wozu die Anode 8 und die Kathode 9 jalousieartig gestaltet sind, d. h. jeweils aus einzelnen jalousieartigen Elektrodenstäben bestehen, und zwischen den jalousieartigen Durchbrüche vorhanden sind. Dies gilt sowohl für die Anode 8 als auch für Kathode 9, wobei in den Fig. 2 und 3 jeweils nur eine Elektrode 8, 9 darge­ stellt ist. Dort sind die einzelnen Elektrodenstäbe mit 8A bzw. 9A bezeichnet, während die jalousieartigen Durchbrüche mit 8B bzw. 9B bezeichnet sind. Wesentlich für die Erfindung ist dabei, daß diese jalousieartigen Durchbrüche 8B, 9B gegen­ über der Horizontalen geneigt angeordnet sind, vorzugsweise mit einem Winkel zwischen 7° und 10°. Dieser Winkel ist in Fig. 2 mit α bezeichnet.

Wie aus den Fig. 2 und 3 hervorgeht, ist der Rückraum der Elektrode 8 bzw. 9 durch die vertikalen Stege 10 gekammert (also in mehrere Kammern unterteilt). Wie sich herausgestellt hat, führt diese Gestaltung dazu, daß die sich bildenden Glas­ blasen durch die geneigte Anordnung der Elektrodenstäbe 8A, 9A an der Unterkante der Anode 8 bzw. der Kathode 9 entlangrol­ len, dann mit noch an der Elektrodenkante anhaftenden Blasen zusammentreffen und koaleszieren. Dies führt dazu, daß die Gasblasen aufgrund des zunehmenden Volumens beschleunigt wer­ den, so daß sich der Effekt selbst beschleunigt. Gleichzeitig sinkt das in der elektroaktiven Zone befindliche Gasvolumen, wodurch eine geringere Zellspannung erreicht wird. Ein Sogef­ fekt, der durch die Bewegung der Glasblasen entlang der Elek­ trodenkante hervorgerufen wird, sorgt dafür, daß frischer Elektrolyt in die elektroaktive Zone zwischen Membran 6 bzw. Diaphragma und Elektrode 8, 9 gesorgt wird, was beispielsweise in der Chloralkalielektrolyse eine notwendige Voraussetzung für eine lange Membranlebensdauer ist. Darüber hinaus kommt es zu einer gerichteten Strömung, da alle Glasblasen in eine Richtung zwangsgeführt werden. Diese Strömung ist durch die Pfeile in Fig. 2 angedeutet. Dadurch sinkt auf einer Seite aufgrund des zunehmenden Gasgehaltes die Dichte des Elektro­ lytgasgemisches, was zu einer internen Zirkulation führt, die verglichen mit dem eintretenden Elektrolytstrom um den Faktor 10 bis 100 größer ist. Dadurch wird eine ausgezeichnete Homo­ genisierung des Elektrolyten erreicht.

Der Aufbau des Elektrolyseapparates unterscheidet sich anson­ sten nicht von bekannten Elektrolyseapparaten. Die Aneinander­ reihung mehrerer plattenförmiger Elektrolysezellen 2 geschieht in einem Gerüst, dem sogenannten Zellengerüst. Die plattenför­ migen Elektrolysezellen 2 werden zwischen den beiden oberen Längsträgern des Zellengerüstes so eingehängt, daß ihre Plat­ tenebene senkrecht zur Längsträgerachse steht. Damit die plat­ tenförmigen Elektrolysezellen 2 ihr Gewicht auf den Ober­ flansch des Längsträgers übertragen können, besitzen sie an der oberen Plattenkante auf jeder Seite einen kragarmartigen Halter. Der Halter erstreckt sich horizontal in Richtung der Plattenebene und ragt über die Berandung der Flansche hinaus. Bei den in das Gerüst eingehängten plattenförmigen Elektroly­ sezellen liegt die Unterkante des kragarmartigen Halters auf dem Oberflansch auf.

Die plattenförmigen Elektrolysezellen 2 hängen vergleichsweise wie Ordner in einer Hängekartei im Zellengerüst. Im Zellenge­ rüst stehen die Plattenflächen der Elektrolysezellen in mecha­ nischem und elektrischem Kontakt, so als ob sie gestapelt wer­ den. Elektrolyseure dieser Bauform werden Elektrolyseure in Hängestapelbauart genannt.

Durch Aneinanderreihung von mehreren Elektrolysezellen 2 in Hängestapelbauweise mittels bekannter Spanneinrichtungen wer­ den die Elektrolysezellen 2 über die Kontaktstreifen 7 jeweils mit benachbarten Elektrolysezellen in einem Stapel elektrisch leitend verbunden. Von den Kontaktstreifen 7 fließt der Strom dann durch die Halbschalen über die Stege 10 in die Anode 8. Nach Durchtritt durch die Membran 6 wird der Strom von der Kathode 9 aufgenommen, um über die Stege 10 in die andere Halbschale bzw. deren Rückwand 3A zu fließen und hier in den Kontaktstreifen 7 der nächsten Zelle überzutreten. Auf diese Art und Weise durchsetzt der Elektrolysestrom den gesamten Elektrolysezellenstapel, wobei er an der einen Außenzelle ein­ geleitet und an der anderen Außenzelle abgeleitet wird.

In den Figuren nicht im einzelnen dargestellt ist die Ausge­ staltung der Elektrolysezellen 2 im unteren Bereich mit dem Elektrolyteintritt. Der Elektrolyteintritt kann sowohl punktu­ ell als auch mit einem sogenannten Einlaufverteiler erfolgen. Der Einlaufverteiler ist dabei so gestaltet, daß ein Rohr im Element angeordnet ist, das über Öffnungen verfügt. Da eine Halbschale durch die Stege 10, die die Verbindung zwischen den Rückwänden 3A bzw. 4A und den Elektroden 8, 9 darstellen, seg­ mentiert ist, erreicht man eine optimale Konzentrationsvertei­ lung, wenn beide Halbschalen 3, 4 mit einem Einlaufverteiler ausgestattet sind, wobei die Länge des in der Halbschale ange­ ordneten Einlaufverteilers der Breite der Halbschale ent­ spricht und jedes Segment durch mindestens eine Öffnung im Einlaufverteiler mit dem jeweiligen Elektrolyt versorgt wird. Die Summe der Querschnittsfläche der Öffnungen im Einlaufver­ teiler sollte dabei kleiner oder gleich dem Rohrinnenquer­ schnitt des Verteilerrohres sein.

Wie aus Fig. 1 zu erkennen ist, werden die beiden Halbschalen 3, 4 im Flanschbereich mit Flanschen versehen, die verschraubt sind. Die so aufgebauten Zellen werden in ein nicht darge­ stelltes Zellengerüst entweder eingehängt oder gestellt. Das Einhängen oder Einstellen in das Zellengerüst erfolgt über nicht dargestellte, an den Flanschen befindliche Haltevorrich­ tungen. Der Elektrolyseapparat 1 kann aus einer einzelnen Zel­ le bestehen oder vorzugsweise durch Aneinanderreihung von meh­ reren Elektrolysezellen 2 in Hängestapelbauart. Werden mehrere Einzelzellen nach dem Hängestapelprinzip zusammengepreßt, müs­ sen die Einzelzellen planparallel ausgerichtet werden, bevor die Spannvorrichtung geschlossen wird, da sonst der Stromüber­ gang von einer Einzelzelle zur nächsten nicht über alle Kon­ taktstreifen 7 erfolgen kann. Um die Zellen nach dem Einhängen oder Einstellen in das Zellengerüst parallel ausrichten zu können, ist es notwendig, daß sich die im Leerzustand übli­ cherweise etwa 210 kg schweren Elemente leicht bewegen lassen. Um diese Voraussetzung zu erfüllen, sind die nicht dargestell­ ten Halterungen bzw. am Zellenrahmen und Zellengerüst befind­ liche Auflageflächen mit zugeordneten Beschichtungen versehen. Dabei sind die am Elementflanschrahmen befindlichen Halterun­ gen mit einem Kunststoff, z. B. PE, PP, PVC, PFA, FEP, E/TFE, PVIF oder PTFE, unterfüttert, während die Auflageflächen am Zellengerüst ebenfalls mit einem dieser Kunststoffe beschich­ tet ist. Der Kunststoff kann dabei nur aufgelegt oder über eine Nut geführt, aufgeklebt, aufgeschweißt oder aufgeschraubt sein. Wesentlich ist lediglich, daß die Kunststoffauflage fi­ xiert ist. Dadurch, daß sich zwei Kunststoffflächen berühren, sind die im Gerüst befindlichen Einzelelemente so leicht be­ weglich, daß diese ohne zusätzliche Hebe- bzw. Schiebevorrich­ tung per Hand parallel ausgerichtet werden können. Beim Schließen der Spannvorrichtung legen sich die Elemente auf­ grund ihrer im Zellengerüst leichten Verschiebbarkeit über die gesamte Rückwand flächig an, was die Voraussetzung für eine gleichmäßige Stromverteilung ist. Darüber hinaus ist auf diese Weise die Zelle gegenüber dem Zellengerüst elektrisch iso­ liert.

Natürlich ist die Erfindung nicht auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Weitere Ausgestal­ tungen sind möglich, ohne den Grundgedanken zu verlassen. So kann, um die Neigung der jalousieartigen Durchbrüche 8B, 9B bzw. der Elektrodenstäbe 8A, 9A der beiden Elektroden 8, 9 gegenüber der Horizontalen, wie dargestellt, die jeweilige Elektrode 8, 9 entsprechend schräg in die jeweilige Elektroly­ sezelle 2 eingebaut werden. Alternativ kann aber auch vorgese­ hen sein, daß die gesamte Elektrolysezelle schräg angeordnet wird, derart, daß die Unterseite der jeweiligen Gehäusehalb­ schale gegenüber der Horizontalen geneigt angeordnet ist, so daß zwangsläufig auch die jalousieartigen Durchbrüche 8A, 9B geneigt angeordnet sind und sich der in bezug auf die Fig. 2 und 3 beschriebene Effekt einstellt.

Claims (4)

1. Elektrolyseapparat zur Herstellung von Halogengasen aus wässriger Alkalihalogenidlösung mit mehreren nebeneinander in einem Stapel angeordneten und in elektrischem Kontakt stehen­ den plattenförmigen Elektrolysezellen, die jeweils ein Gehäuse aus zwei Halbschalen aus elektrisch leitendem Material mit au­ ßenseitigen Kontaktstreifen an wenigstens einer Gehäuserück­ wand aufweisen, wobei das Gehäuse Einrichtungen zum Zuführen des Elektrolysestromes und der Elektrolyseeingangsstoffe und Einrichtungen zum Abführen des Elektrolysestroms und der Elek­ trolyseprodukte und jeweils zwei im wesentlichen ebenflächige Elektroden (Anode und Kathode) aufweist, wobei die Anode und die Kathode mit jalousieartigen Durchbrüchen für eine Durch­ strömung der Elektrolyseeingangsstoffe und der Elektrolyse­ produkte versehen und durch eine Trennwand voneinander ge­ trennt und parallel zueinander angeordnet sind und mittels me­ tallischer Versteifungen mit der jeweils zugeordneten Rückwand des Gehäuses elektrisch leitend verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die jalousieartigen Durchbrüche (8B, 9B) der Anode (8) und Kathode (9) gegen die Horizontale geneigt angeordnet sind.

2. Elektrolyseapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel der jalousieartigen Durchbrüche (8B, 9B) gegenüber der Horizontalen zwischen 7° und 10° liegt.

3. Elektrolyseapparat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterseite des jeweiligen Gehäuses (3, 4) parallel zur Horizontalen angeordnet und die jalousieartigen Durchbrüche (8B, 9B) der Anode (8) und Kathode (9) gegen die Unterseite des jeweiligen Gehäuses (3, 4) geneigt angeordnet sind.

4. Elektrolyseapparat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterseite des jeweiligen Gehäuses (3, 4) gegen die Horizontale geneigt angeordnet ist.