DE19954247A1 - Elektrolysezelle mit Gasdiffusionselektrode für großtechnische Anlagen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Elektrolysezelle mit mindestens einer Gasdiffusionselektrode. Der der Gasdiffusionselektrode benachbarte Gasraum besteht aus mehreren, übereinanderliegenden und durch Reduzierstücke miteinander verbundenen Gaskanälen, die vom Gasstrom nacheinander mäanderförmig von unten nach oben durchlaufen werden. Der der Gasdiffusionselektrode benachbarte Flüssigkeitsraum ist mittels einer Anzahl von Distanzleisten so gestaltet, daß die Elektrolytflüssigkeit gleichmäßig alle Bereiche der Gasdiffusionszelle benetzt und daß zwischen Elektrolyteintritt und -austritt durch Strömungsverengungen wiederholt Turbulenzbereiche mit guter Flüssigkeitsverteilung entstehen. Durch die Gestaltung der Elektrodenräume ist es möglich, Elektrolysezellen mit großen Elektrodenflächen wirtschaftlich herzustellen und zu betreiben.

Description

Die Technik der Gasdiffusionselektroden ist seit Jahrzehnten bekannt. Besonders durch die intensiven Forschungs- und Entwicklungsarbeiten auf dem Gebiet der Brennstoffzellen ist inzwischen für diesen Elektrodentyp ein hoher technischer Stand erreicht worden. Es werden deshalb immer wieder Anstrengungen unternommen, Gasdiffusionselektroden auch für andere Einsatzgebiete der Elektrochemie nutzbar zu machen, so auch für die großtechnische Herstellung von Chlor und Natronlauge.

Der besondere Anreiz besteht hier in dem hohen theoretischen Spannungsgewinn von 1,23 Volt und den damit verbundenen erheblichen Energieeinsparungen. Wenn auch infolge unvermeidlicher Irreversibilitäten der theoretische Gewinn nicht vollständig genutzt werden kann, so ist doch ein realer Spannungsgewinn von ca. 0,8 Volt möglich. Daraus errechnet sich eine Einsparung an elektrischem Strom von 550 kWh je t NaOH, das sind etwa 30% des zur Zeit üblichen Stromverbrauchs von 2000 bis 2100 kWh/t bei modernen Elektrolyseanlagen.

Diesem wirtschaftlichen Vorteil stehen jedoch im Vergleich zur herkömmlichen Chloralkali-Elektrolyse verschiedene verfahrenstechnische und apparatetechnische Besonderheiten gegenüber, die bislang den Durchbruch dieser Technologie bei der großtechnischen Herstellung verhindert haben.

So zeigt es sich insbesonders als schwierig, den Reaktionsablauf an der Oberfläche und im Innern der Elektrodenstruktur bei grösseren Zellendimensionen, wie sie für großtechnische Elektrolysen erforderlich sind, gleichmässig auf der gesamten Elektrodenfläche zu beherrschen.

Das Prinzip einer Gasdiffusionselektrode basiert auf der Gasabscheidung im Innern der gesamten Elektrodenstruktur, wobei die Reaktion an der Dreiphasengrenze fest-flüssig-gasförmig erfolgt. Dazu muß das Gas aus dem Gasraum einer Elektrodenseite zugeführt werden, während die Gegenseite der Elektrode den elektrischen Kontakt zum flüssigen Elektrolyten im Elektrolytraum herstellen muß. Um einen günstigen Reaktionsablauf für den Stoffaustausch an der Dreiphasengrenze zu erzielen, werden Gasdiffusionselektroden in bekannter Weise plattenförmig mit poröser und hydrophober Struktur ausgeführt.

Der Gastransport von der Oberfläche ins Innere der Elektrode muss dabei so gesteuert werden, daß das Gas über die gesamte Oberfläche verteilt möglichst gleichmäßig tief in die Elektrode eindringen kann, ohne dabei in den Elektrolytraum durchzuschlagen. Dazu ist es erforderlich, daß im Gasraum vor der Elektrode ein Druck (Pgas) herrscht, der von der Summe aus hydrostatischem Gegendruck des Elektrolyten (Phyd) plus Druckverlust des Gases beim Transport ins Elektrodeninnere (Pv) bestimmt wird.

Die Grundgleichung für die Hydraulik des Gastransports in der Elektrode lautet demnach

Pgas = Phyd + Pv [1]

Dieser Gleichgewichtszustand stellt den Idealzustand dar, bei dem sich in der gesamten Innenstruktur der Elektrode eine Dreiphasengrenze einstellen kann, ohne daß Gas in den Elektrolytraum oder Elektrolyt in den Gasraum durchschlägt.

In der Praxis kann sich dagegen infolge Unstabilitäten im Prozessablauf ein Ungleichgewicht in die eine oder andere Richtung einstellen:

Pgas < Phyd + Pv [2]

oder

Pgas < Phyd + Pv [3]

Im Zustand [2] wird ein Teil des Gases nicht an der Reaktion teilnehmen und in den Elektrolytraum durchschlagen, zudem wird der Elektrolytaustausch in Richtung Gasraum stärker behindert als im Idealzustand [1]. Im Zustand [3] dagegen verhindert der zu geringe Gasdruck einen ausreichenden Gastransport ins Elektrodeninnere, ein Teil der Struktur wird vom Elektrolyten ertränkt und geht für den Reaktionsprozess verloren.

Beide Ungleichgewichtszustände verschlechtern somit das Reaktionsverhalten der Elektrode. Für eine zufriedenstellende Funktion der Elektrode ist es deshalb erforderlich, den Elektrolyseprozess so zu steuern, daß er möglichst nahe dem Idealzustand eingestellt und in allen Betriebszuständen aufrechterhalten werden kann.

Eine weitere Besonderheit der Chloralkalielektrolyse mit einer Gasdiffusionselektrode als Kathode ist die Tatsache, daß im Gegensatz zum herkömmlichen Verfahren an der Kathode kein Wasserstoff erzeugt wird. Dadurch entfällt die Gasrührung im Katholyten, die beim herkömmlichen Verfahren für eine turbulente Strömungsbewegung des Katholyten und damit für seine gleichmäßige Verteilung über die gesamte Kathodenfläche sorgt. Ohne Gasrührung stellt sich im Katholytraum eine laminare Vertikalströmung mit nur sehr geringer Querbewegung ein, wodurch an strömungstechnisch ungünstigen Stellen der Kathode der Stoffumsatz beträchtlich behindert werden kann.

Bei der herkömmlichen Chloralkalielaktrolyse mittels Ionenaustauschermembranzellen sind die plattenförmigen Elektroden senkrecht und parallel zueinander angeordnet. Die Höhe der Elektroden liegt bei etwa 100 bis 150 cm. Der Spalt zwischen Anode und Kathode mit der dazwischen liegenden Membran beträgt nur wenige mm. Bei einer solchen Elektrodenhöhe ist aber die Änderung von Phyd mit der Höhe so groß, daß kein zufriedenstellender Zellenbetrieb mit einer Gasdiffusionskathode zu erwarten ist. Aus den Erfahrungen mit Brennstoffzellen ist bekannt, daß für einen wirtschaftlichen Betrieb Elektrodenhöhen von etwa 150 bis 200 mm nicht überschritten werden sollten, um vom Idealzustand gemäß Gleichung [1] nicht zu stark abzuweichen. Solche geringen Elektrodenhöhen würden jedoch die Anwendung von Chloralkalizellen völlig unwirtschaftlich machen. Zum wirtschaftlichen Einsatz in der Chloralkalielektrolyse ist es deshalb unumgänglich, die Konstruktion der Zellen und teilweise auch das Verfahrensprinzip grundsätzlich anders als bei Membranzellen und bei Brennstoffzellen zu gestalten.

Aus der Patentliteratur sind verschiedene Vorschläge zur Lösung dieses Problems bekannt.

Eine Lösung mit einer Horizontalzelle wird in der deutschen Patentschrift DE 34 39 265 beschrieben. Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die einzelnen Elemente eines Membranzellen- Elektrolyseurs nicht in senkrechter Lage parallel nebeneinander, sondern statt dessen die Elemente in horizontaler Lage übereinander zu stapeln. Dabei liegt in jedem Element die Kathode unten, die Anode oben. Bei dieser Elektrodenanordnung wird sowohl für das unterhalb der Elektrode eingeleitete O₂-Gas wie auch für das an der Anode gebildete Chlorgas der natürliche Auftrieb zum Vertikaltransport durch die Zellen ausgenutzt. Dadurch wird Chlorgasstau im Anolyten vermieden. Durch die horizontale Lage der Kathode ist gewährleistet, daß der hydraulische Druck des Katholyten über die gesamte Kathodenfläche praktisch gleich ist, so daß der Idealzustand [1] in einem Zellenelement theoretisch erreicht werden kann.

Nachteilig ist bei dieser Anordnung jedoch, daß der Gaseintritt zur Kathode und der Chlorgasaustritt in horizontaler Richtung erfolgen müssen. Auch die beiden Elektrolyte werden horizontal durch die Zeilen transportiert. Dadurch entfällt die turbulente Durchmischung der Elektrolyte, die bei senkrechter Strömung durch die Rührwirkung der aufsteigenden Gasblasen erfolgt. Es ist zu erwarten, daß die fehlende Gasrührung eine schlechte Elektrolytverteilung innerhalb der Zelle und damit einen Ausbeuteverlust zur Folge hat. Durch die Stapelung der Zellenelemente übereinander nimmt zudem der Katholytdruck in einem Elektrolyseur von unten nach oben ab, wenn alle Elemente durch eine gemeinsame Verteilerleitung gespeist werden. Das bedeutet, daß der Idealzustand [1] zwar innerhalb der Elemente, nicht aber von Element zu Element eingehalten werden kann. Für die Anlagenauslegung ergeben sich dadurch weitere Nachteile: entweder können in jedem Elektrolyseur nur wenige Element gestapelt werden, um die kritische Höhe von ca. 200 mm nicht zu überschreiten, oder das Katholytverteilersytem muß durch komplizierte verfahrenstechnische Maßnahmen entsprechend angepasst werden.

Bei einer weiteren Erfindung, die in der US-Patentschrift 4,657,651 beschrieben wird, sind die Elektroden wie in herkömmlichen Membranzellen senkrecht angeordnet. In den Zellen sind mehrere übereinanderliegende Gasräume vorhanden, die gasdicht voneinander getrennt sind. Die Katholytkammer auf der Gegenseite der Kathode ist wie in bekannten Membranzellen ungeteilt, sodaß der Flüssigkeitsdruck gegen die Gasseite über die gesamte Zellenhöhe von oben nach unten zunimmt. Jede Gaskammer ist in ihrer Höhe auf z. B. 200 mm begrenzt und wird von separaten Rohrleitungen gespeist und entleert. Durch die Höhenbegrenzung der Kammern wird erreicht, daß die Dreiphasengrenze über die gesamte Kathodenhöhe innerhalb der Struktur gehalten werden kann, ohne auf große Elektrodenhöhen verzichten zu müssen. Dies kann zum Beispiel bei einer Zellenhöhe von 1200 mm durch Aufteilung des Katholytraumes in 6 separate Kammern erfolgen. Da in jeder Kammer der Gasdruck an den hydraulischen Druck des gegenüberliegenden Katholytbereichs angepaßt werden muß, werden alle Gasaustrittsleitungen in einzelne Tauchtöpfe geführt, deren Überlaufhöhe dem entsprechenden hydraulischen Druck angepasst ist. Die separate Gasführung zu den einzelnen Kammern verbunden mit einer entsprechenden Mengenregelung führt gegenüber der herkömmlichen Membranzellentechnik zu einem erheblichen Zusatzaufwand hinsichtlich Zellenkonstruktion, Verfahrensauslegung und Apparateeinsatz. Das Restgas fliesst über die offenen Tauchtöpfe ab, wodurch kein einfacher Rückgewinn des Gasüberschusses möglich ist.

Eine Erfindung mit einer druckkompensierten Zelle ist in der Europäischen Patentanmeldung EP 0 717 130 beschrieben. Ähnlich wie bei der Kammerzelle hat auch diese Zelle vertikale Elektroden und eine Gasversorgung über mehrere übereinanderliegende Gastaschen mit begrenzter Höhe. Der Gasfluß zu den einzelnen Gastaschen ist hier jedoch nicht parallel, sondern hintereinander geschaltet: die unterste Tasche erhält den gesamten Gasbedarf der Zelle von außen und gibt den Überschuß an die darüberliegende Tasche weiter. Dieses Verfahren wiederholt sich von Tasche zu Tasche. Die oberste Gastasche gibt schließlich das Restgas wieder nach außen ab. Alle Gastaschen sind unten offen und mit einer rückwärtigen Elektrolytkammer hydraulisch verbunden, wodurch die Druckkompensation zu dem jeweiligen Höhenabschnitt des Elektrolyten erreicht wird. Neben dem Elektrolytspalt zwischen Elektrode und Ionenaustauschermembran ist demnach bei dieser Erfindung ein weiterer Elektrolytraum auf der Rückseite der Gastaschen erforderlich. Zur gezielten Weiterleitung des O₂- Überschusses von einer Tasche zur nächsten ist in dem Rückraum eine entsprechende Anordnung von Gasschürzen und Verteileröffnungen vorhanden. Die Erfindung erfordert somit eine aufwendige Konstruktion des gesamten Kathodenrückraums, um eine gleichmäßige Gasbeaufschlagung der gesamten Kathodenfläche zu gewährleisten.

In der Europäischen Patentanmeldung EP 0150 017 ist eine Zelle mit Fallfilmelektroden beschrieben. Auch diese Zelle ist mit senkrechten Elektroden ausgestattet. Der Elektrolyt wird hier aber nicht in einer erzwungenen Strömung durch die Zelle geführt, sondern er wird am Kopf der Zelle über ein Sprührohr auf die gesamte Breite der Elektrode verteilt und läuft als Rieselfilm von oben nach unten, wobei er die gesamte Oberfläche benetzt. Da im Rieselfilm keine Druckänderung mit der Höhe erfolgt, tritt auch keine Verschiebung des Dreiphasensystem auf. Deshalb kann bei dieser Zelle die Elektrodenhöhe ohne Funktionseinbußen mehr als 1 m betragen.

Es ist jedoch sicherzustellen, daß in jedem Betriebszustand die Kathodenfläche vollständig mit Flüssigkeit benetzt ist. Dies soll dadurch erreicht werden, daß der Rieselfilm mit einer entsprechenden Mindestdurchflußmenge betrieben wird. Aus Versuchen mit Testeinrichtungen ist bekannt, daß diese Mindestmenge wesentlich größer als bei herkömmlichen Membranzellen sein muß.

Da aus konstruktiven und verfahrenstechnischen Gründen alle bekannten Elektrolysezellen rechteckige Elektroden besitzen, ist erfahrungsgemäß die gleichmäßige Verteilung von Elektrolyt und Gas auf alle Bereiche der Elektrodenfläche umso schwieriger, je größer Höhe und Breite der Elektroden ist. Die Rand- und Eckenbereiche der Elektroden sind infolge der ungünstigen Geometrie von den Stoffströmen nur unzulänglich zu erreichen, besonders dann, wenn die Strömung im laminaren und nicht im turbulenten Bereich liegt. So liegt bei den bekannten Betriebsweisen der Chloralkalielektrolyse die Strömungsgeschwindigkeit der Zellengase in der Größenordnung von 1 cm/s, die der Elektrolyseflüssigkeiten bei 1 mm/s. Bei solchen "schleichenden" Strömungen ist eine Stoffverteilung durch Turbulenz nicht vorhanden. Alle bekannten Ausführungen von Elektrolysezellen für den Chloralkaliprozess leiden deshalb unter dem Problem, daß die Funktion der Elektrolyse umso schlechter wird, je grösser die Zellendimensionen, besonders Breite und Höhe der Elektroden, sind. Im allgemeinen drückt sich das durch eine Abnahme der Stromausbeute und der Produktqualität mit zunehmender Zellengrösse aus.

Ziel dieser Erfindung ist deshalb eine neuartige Elektrolysezelle, die auch bei Ausführung mit Gasdiffusionselektroden grosser Dimensionen eine gleichmässige Verteilung der Stoffströme sicherstellt. Solche Zellen können wirtschaftlich mit Elektroden von über 1 m Höhe und mehreren Meter Breite hergestellt werden, ohne dabei im bestimmungsgemäßen Betrieb an Produktqualität und Stromausbeute einzubüssen. Sie sind damit als leistungsfähige Apparate für die Ausstattung von Großanlagen gut geeignet.

Ein wesentliches Merkmal dieser Erfindung ist die horizontale Führung des Elektrolysegases durch eine Reihe horizontaler, hydraulisch hintereinander geschalteter und geometrisch übereinander angeordneter Kanäle. Das Elektrolysegas wird am Anfang des untersten Kanals zugeführt und dann im Zwangsdurchlauf von Kanal zu Kanal mäanderförmig durch die Zelle geleitet, wobei es durch den Reaktionsablauf in der Elektrode kontinuierlich an Menge verliert. Am Ende des obersten Kanals wird der dann noch vorhandene Gasüberschuss wieder aus der Zelle abgeführt. An jedem Übergang zwischen zwei Kanälen ist eine Drosseleinrichtung angeordnet. Jede einzelne Drosseleinrichtung ist dergestalt dimensioniert, daß der Gasdruck in jedem Kanal entsprechend dem entgegenwirkenden hydrostatischen Druck aus dem Katholytraum kompensiert wird. Damit wird über die gesamte Elektrodenhöhe ein gleichmässiger Stoffaustausch erreicht, ohne daß wesentliche Mengen an Elektrolyt oder Gas durch die Elektrodenstruktur durchschlagen. Durch die horizontale mäanderförmige Gasführung durch eine Vielzahl von Kanälen wird das Gas an alle Stellen der Gasdiffusionselektrode zwangsläufig vorbeigeführt und durch den engen Kanalquerschnitt wird die Gasgeschwindigkeit erheblich vergrössert. Durch die erhöhte Gasgeschwindigkeit, die Kanalumlenkungen und die Drosseleinrichtungen werden im Verlauf des Gastransports durch die Zelle wiederholt Strömungsturbulenzen erzeugt, die für eine gleichmässige Verteilung der Gasmoleküle im Gasraum sorgen und damit den Reaktionsablauf in der gesamten Zelle verbessern. Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist die besondere konstruktive Gestaltung des Raums für den Transport des flüssigen Elektrolyten zwischen der Gasdiffusionselektrode und der Ionenaustauschermembran. Die erfindungsgemäße Form des Elektrolyseraums sorgt für wiederholte turbulente Durchmischungen auf dem Weg durch die Elektrolysezelle und ermöglicht dadurch einen zuverlässigen Stoffaustausch auch an strömungstechnisch ungünstigen Stellen wie Ränder und Ecken.

Eine mögliche Ausführung der Erfindung ist im folgenden am Beispiel einer Kathodenhalbzelle für eine Elektrolyse zur Herstellung von Chlor und Natronlauge beschrieben und in den Fig. 1, 2, 3 schematisch dargestellt.

Fig. 1 ist eine Schnittdarstellung über eine vollständige Elektrolysezelle, die aus der Kathodenhalbzelle (1) mit der Gasdiffusionselektrode (2) und der Anodenhalbzelle (3) mit einer konventionellen Elektrode (4) besteht. Beide Halbzellen sind durch eine Ionenaustauschermembran (5) gasdicht voneinander und durch Dichtungen (6) nach aussen hin abgedichtet. Die Anodenhalbzelle (3) kann in einer Vielzahl bekannter Konstruktionen ausgeführt werden und ist deshalb im folgenden nicht näher beschrieben. Die Kathodenhalbzelle (1) umfasst einen Gasraum (7) und einen Elektrolytraum (8). Der Gasraum (7) ist durch Trennwände (9) in mehrere übereinanderliegende Gaskanäle (10) aufgeteilt. Der Elektrolytraum (8) enthält am Boden ein Verteilerrohr (11) für den Elektrolyten und jeweils in Höhe der Trennwände (9) horizontale Distanzleisten (12). Diese erfüllen mehrere Aufgaben: sie sorgen für einen gleichmässigen Abstand in dem spaltförmigen Elektrolytraum (8) zwischen der Gasdiffusionselektrode (2) und der Ionenaustauschermembran (5), sie ermöglichen die zur Zellenabdichtung notwendige Übertragung des Anpressdrucks über die Trennwände (9) und die Ionenaustauschermembran (5) zur Anodenhalbzelle und sie verbessern die Strömungsverhältnisse im Elektrolytraum (8) wie weiter unten beschrieben und in Fig. 3 näher dargestellt.

Es ist vorteilhaft, die Trennwände (9) ebenso wie die Rückwand der Halbzelle aus einem elektrisch gut leitendem und chemisch beständigen Material herzustellen. Sie können dann in einfacher Weise für die Zuführung des Elektrolysestroms zur Gasdiffusiondelektrode (2) benutzt werden. Für die Chloralkalielektrolyse sind dafür zum Beispiel Nickel und verschiedene Edelstähle gut geeignet. Die Distanzleisten (12) müssen elektrisch isolierend und chemisch beständig sein, wofür eine Reihe bekannter Kunststoffe geeignet ist.

Fig. 2 ist ein Schnitt über die gesamte Breite und Höhe des Gasraums (7) mit der Darstellung des Verlaufs der Gasströmung durch die Kathodenhalbzelle (1). Das Sauerstoffgas wird über den Gaseintritt (13) in den untersten Gaskanal (10) eingeleitet, wird dann am gegenüberliegenden Ende in den darüberliegenden Kanal umgelenkt und durchläuft in ähnlicher Weise mäanderförmig von unten nach oben den gesamten Gasraum (7), wie in der Zeichnung durch die Pfeilrichtung dargestellt. Das Gas reagiert in jedem Kanal durch Kontakt mit der auf der Innenseite des Kanals liegenden Gasdiffusionskathode (2) und dem die Kathodenstruktur benetzenden Elektrolyten. Die Gasmenge wird während des Transports durch die Kanäle bis auf eine Restmenge kontinuierlich reduziert, die am Ende des obersten Kanals über den Gasaustritt (14) die Halbzelle verlässt. An jeder Kanalumlenkung besitzt der Gasraum (7) ein Reduzierstück (15), mit dem der Gasdruck von Kanal zu Kanal so vermindert werden kann, daß in jedem Kanal eine geregelte Kompensation zum Flüssigkeitsdruck im Elektrolytraum (8) aufrechterhalten werden kann. Alle Reduzierstücke (15) sitzen dicht an den Seitenrändern des Gasraums und sind auch nach der Zellenmontage über ein Handloch mit Deckel (16) leicht zugänglich. Damit ist es möglich, die Reduzierstücke ohne Zellendemontage auszuwechseln, was zum Beispiel bei Verschleiß oder zur Einstellung auf eine geänderte Betriebsweise der Elektrolyse erforderlich sein kann. Bei O₂-verbrauchenden Prozessen, wie zum Beispiel Chloralkalielektrolyse oder Brennstoffzellen, ist es damit möglich, allein durch Auswechseln der Reduzierstücke den Zellenbetrieb von Sauerstoff auf Luftbetrieb umzustellen oder umgekehrt. In einer anderen Ausführung können statt starrer Reduzierstücke auch regelbare Druckminderventile eingesetzt werden, bei denen die Drosselwirkung auch während des Zellenbetriebes über einem aussenliegenden Schaft jederzeit verändert werden kann.

Fig. 3 ist ein Schnitt über die gesamte Breite und Höhe des Elektrolytraums (8) mit einer Darstellung des Strömungsverlaufs der Elektrolytflüssigkeit durch Richtungspfeile. Über das Verteilerrohr (11) wird der Elektrolyt gleichmässig über die gesamte Bodenbreite verteilt und dann in einem zweidimensionalen Strömungsfeld zum Elektrolytaustritt (17) transportiert. Die darüber liegenden Distanzleisten (12) sind so im Elektrolytraum (8) angeordnet, daß die sonst ungeregelte Elektrolytstömung gezwungen wird, eine Anzahl von Engstellen zu passieren, in denen die Laminarströmung immer wieder turbulent verwirbelt wird. Ferner wird durch das Verteilerrohr (11) und die Lage der Distanzleisten erreicht, daß auch die strömungsmässig ungünstig liegenden Rand- und Eckenbereiche des Elektrolytraums (8) ständig mit frisch nachströmenden Elektrolyten versorgt werden.

Aus Gründen der besseren Anschaulichkeit sind die Darstellungen der Fig. 1 bis 3 nicht maßstäblich und nicht detailliert. So kann es für Elektrolysezellen mit grossen Elektrodenflächen zweckmässig sein, mehr als die dargestellten 5 Gaskanäle und 4 Kontaktleisten vorzusehen. Auch kann es vorteilhaft sein, die Querschnitte der Gaskanäle nach oben hin zu verkleinern, um in Anpassung an die nach oben abnehmende Gasmenge in jedem Kanal eine turbulente Strömung aufrechtzuerhalten.

Claims (9)

1. Elektrolysezelle für die elektrochemische Umwandlung flüssiger und gasförmiger Stoffe mit einer Kathodenhalbzelle (1), einer Anodenhalbzelle (3) und mindestens einer Gasdiffusionselektrode (2), die zwischen dem Gasraum (7) und dem Flüssigkeitsraum (8) der Elektrolyten angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasraum (7) des gasförmigen Elektrolyten aus mehreren horizontalen, übereinanderliegenden Gaskanälen (10) besteht, das Gas die Kanäle horizontal nacheinander mäanderförmig von unten nach oben durchströmt und in den Übergängen zwischen den Kanälen Reduzierstücke (15) vorhanden sind, die so dimensioniert sind, daß in jedem Kanal ein Gasdruck aufrecht erhalten wird, der entgegen dem Gegendruck des flüssigen Elektrolyten ein Eindringen des Gases in die Struktur der Gasdiffusionselektrode (2) ermöglicht.

2. Elektrolysezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände der Gaskanäle (10) zu den benachbarten Kanälen und zur Aussenwand gasdicht sind und die Innenwände der Gaskanäle (10) von einem Abschnitt der Gasdiffusionselektrode (2) gebildet werden.

3. Elektrolysezelle nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt jedes Gaskanals (10) so dimensioniert ist, daß in dem Kanal bei bestimmungsgemäßem Betrieb der Elektrolysezelle eine turbulente Gasströmung aufrechterhalten wird.

4. Elekrolysezelle nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Flüssigkeitsraum (8) ein Verteilerrohr (11) und Distanzstreifen (12) so angeordnet sind, daß alle Bereiche der Gasdiffusionselektrode gleichmässig mit Elektrolytflüssigkeit versorgt werden.

5. Elektrolysezelle nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Lage und Gestaltung der Distanzstreifen (12) zahlreiche Engstellen für die Flüssigkeitspassage vorhanden sind, durch die die Elektrolytflüssigkeit wiederholt verwirbelt wird.

6. Elektrolysezelle nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie für die Herstellung von Chlor und Alkalilaugen verwendet wird.

7. Elektrolysezelle nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie für die Erzeugung von elektrischem Strom verwendet wird.

8. Elektrolysezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reduzierstücke (15) ohne Demontage der Elektrolysezelle ausgewechselt werden können.

9. Elektrolysezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reduzierstücke (15) als regelbare Druckminderventile mit aussenliegendem Schaft ausgeführt werden.