DE2006660B2 - METHOD OF ELECTROLYZING AN AQUATIC ALKALINE SOLUTION - Google Patents

METHOD OF ELECTROLYZING AN AQUATIC ALKALINE SOLUTION

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DE2006660B2 DE19702006660 DE2006660A DE2006660B2 DE 2006660 B2 DE2006660 B2 DE 2006660B2 DE 19702006660 DE19702006660 DE 19702006660 DE 2006660 A DE2006660 A DE 2006660A DE 2006660 B2 DE2006660 B2 DE 2006660B2
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Elektrolysieren einer wäßrigen Alkalihalogenidlösung oder von Salzsäure in einer aus drei Abteilen bestehenden elektrolytischen Zelle, welche ein neutrales Diaphragma und eine Kationenaustauschmembran enthält. The invention relates to a method for electrolyzing an aqueous alkali halide solution or of hydrochloric acid in an electrolytic cell consisting of three compartments, which has a neutral diaphragm and contains a cation exchange membrane.

Es sind bereits verschiedene Verfahren zum Elektrolysieren einer wäßrigen Elektrolytlösung unter Anwendung einer Ionenaustauschmembran bekannt. Es ist jedoch sehr schwierig, diese Verfahren in industriellem Maßstab anzuwenden, da sie verschiedene technische Nachteile aufweisen.There are already various methods of electrolyzing an aqueous electrolyte solution using an ion exchange membrane is known. However, it is very difficult to apply these methods on an industrial scale because they are various have technical disadvantages.

In den USA.-Patentschriften 3 017 338 and 3 135 673 sind beispielsweise Verfahren zum Herstellen von Natronlauge durch Elektrolysieren einer wäßrigen Natriumchloridlösung in einer aus drei Abteilen bestehenden Elektrolysezelle beschrieben, welche eine Kationenaustauschmembran und ein stark wasserdurchlässiges neutrales Diaphragma enthält. Diese bekannten Verfahren weisen den unvermeidlichen Nachteil auf, daß sich Natronlauge schlechter Qualität, d. h. Verunreinigungen enthallende Natronlauge, als Nebenprodukt bildet. Da die gesamte zugeführte Elektrolytlösung durch das neutrale Diaphragma in das entsprechende Abteil geleitet werden muß, besteht die Gefahr der Verstopfung des neutralen Diaphragmas, so daß man das Verfahren nicht längere Zeit stationär und stabil ausführen kann. Ferner besteht die Gefahr der Polymerisation der Kationer-iiistauschmembran, was eine Erhöhung der erforderlichen Elektrolysespannung aur Folge hat.For example, U.S. Patents 3,017,338 and 3,135,673 teach methods of making of sodium hydroxide solution by electrolyzing an aqueous sodium chloride solution in one of three compartments existing electrolytic cell described, which a cation exchange membrane and a contains highly water-permeable, neutral diaphragm. These known methods exhibit the inevitable Disadvantage that caustic soda is poor quality, d. H. Containing impurities Caustic soda, forms as a by-product. Since the entire electrolyte solution supplied through the neutral If the diaphragm has to be led into the corresponding compartment, there is a risk of clogging of the neutral diaphragm, so that the process cannot be carried out in a stationary and stable manner for a long time can. There is also the risk of polymerization of the cation exchange membrane, which is a An increase in the required electrolysis voltage.

Aufgabe der Erfindung ist die Beseitigung der Kachteile dieser bekannten Verfahren der Elektrolyse einer wäßrigen Elektrolytlösung durch Anwendung einer Ionenaustauschmembran und eines neufralen Diaphragmas. Die Erfindung schafft ein Verfahren, bei welchem die Elektrolyse eines Alkalifcalogenids oder von Salzsäure bei hoher Stromdichte «nd niedriger Spannung in äußerst stabiler Weife iber einen langen Zeitraum hinweg ausgeführt werden kann.The object of the invention is to eliminate the tile parts of these known methods of electrolysis an aqueous electrolyte solution by using an ion exchange membrane and a neutral one Diaphragms. The invention provides a method in which the electrolysis of an alkali calogenide or of hydrochloric acid at high current density and low voltage in an extremely stable manner can be run for a long period of time.

F.s wurde nun gefunden, daß sich die., erreichen Kißt. wenn man die Elektrolyse in einer aus drei Abteilen bestehenden Elektrolysezelle ausführt, welche •in neutrales Diaphragma mit sehr geringer Wasserdurchlässigkeit und eine Kationenaustauschmembran enthält, wobei man die Elektrolytlösung unter bestimmten Bedingungen hindurchieitet.It has now been found that the., Reach each other Kisses. if the electrolysis is carried out in a three-compartment electrolytic cell, which • in a neutral diaphragm with very low water permeability and a cation exchange membrane contains, whereby the electrolyte solution under certain Conditions.

Die Konzentration an Chloridionen in der nach dem crfinclungsiiemäßcn Verfahren hergestellten natronlauge kann bis auf 20 bis 30 Teile pro Million fterabgcdrückt werden.The concentration of chloride ions in the prepared by the refinement method Sodium hydroxide can be extracted to as low as 20 to 30 parts per million.

Die bei der Erfindung angewendete Elcktrolysc-IcIIe besteht aus wenigstens einer Zellencinheit. »eiche eine Kathode, eine Anode, eine Kationenaustauschmembran und ein neutrales Diaphragma mit sehr geringer VVasserdurchlässigkeit enthält, wobei Kationenaustauschmembran und das neutrale Diaphragma so in einem Abstand zwischen der Kathode und der Anode angeordnet sind, daß sich die Kationenaustauschmembran an der Kathodenseite und das neutrale Diaphragma an der Anoclen*cite befinden; auf diese Weise werden ein durch die Anode und das neutrale Diaphragma begrenztes Anodenabteil, ein durch das neutrale Diaphragma und die Kationenaustauschmembran begrenztes Zwischenabteil und ein durch die Kationenaustauschmembran und die Kathode begrenztes Kathodenabteil gebildet. Erfindungsgemäß wird eine wäßrige Elektrolytlösung durch das Anodenabteil und das Zwischenabteil und eine Kathodenlösung durch das Kathodenabteil mit einer Fließgeschwindigkeit von wenigstens jeweil·; 3cm/Sek. durchgeleitet, wobei der Innendruck des Zwischenabteils höher als der Innendruck des Anodenabteils gehalten wird.The Elcktrolysc-IcIIe used in the invention consists of at least one cell unit. “Calibrate a cathode, an anode, a cation exchange membrane and contains a neutral diaphragm with very low water permeability, wherein Cation exchange membrane and the neutral diaphragm so at a distance between the cathode and the anode are arranged that the cation exchange membrane on the cathode side and the neutral diaphragm on the anoclen * cite; in this way an anode compartment delimited by the anode and the neutral diaphragm, an intermediate compartment delimited by the neutral diaphragm and the cation exchange membrane and a cathode compartment defined by the cation exchange membrane and the cathode is formed. According to the invention an aqueous electrolyte solution is passed through the anode compartment and the intermediate compartment and a cathode solution through the cathode compartment at a flow rate of at least each; 3cm / sec. passed through, the internal pressure of the intermediate compartment being higher than the internal pressure of the Anode compartment is held.

Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung,!The invention will now be based on the drawing!

ίο weiter erläutert. In den Zeichnungen zeigtίο further explained. In the drawings shows

F i g. 1 einen schematischen Längsschnitt durch die erfindungsgemäß angewendete Elektrolysezelle und ein Fließschema einer Ausführungsform der Erfindung, F i g. 1 shows a schematic longitudinal section through the electrolytic cell used according to the invention and a flow diagram of an embodiment of the invention,

F'\ g. 2 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Fließgeschwindigkeit in einer Elektrolysezelle und der Spannung der Zelle gemäß Beispiel 3. F '\ g. FIG. 2 is a graph showing the relationship between the flow rate in an electrolytic cell and the voltage of the cell according to Example 3. FIG.

In Fi s. 1 besteht die Elektrolysezelle 19 aus ein τ Anode 1, einer Kathode 2, einem neutralen Diaphragma 3 und einer Kationenaustauschmembran 4; das neutrale Diaphragma 3 und die Kationenan·,-tauschmembran sind im Abstand von etwa 1 bis 10 mm zwischen der Anode 1 und der Kathode 2 angeordnet, so daß das neutrale Diaphragma an der Anodenseite und die Kationenaustauschmembran an der Kathodenseite angeordnet sind. Auf diese Weise werden ein Anodenabtcii 9 durch die Anode 1 und das neutrale Diaphragma 3, ein Zwischenabteil 8 durch das neutrale Diaphragma 3 und die Kationenaustauschmembran 4 und ein Kathodenabteil 13 durch die Kationenaustauschmembran 4 und die Kathode 2 gebildet. Die Stärke des jeweiligen Abteils beträgt gewöhnlich mehrere Millimeter. In Fig. 1In Fig. 1, the electrolytic cell 19 consists of an anode 1, a cathode 2 and a neutral diaphragm 3 and a cation exchange membrane 4; the neutral diaphragm 3 and the cation exchange membrane are arranged at a distance of about 1 to 10 mm between the anode 1 and the cathode 2, so that the neutral diaphragm on the anode side and the cation exchange membrane on the cathode side are arranged. In this way an anode compartment 9 through the anode 1 and the neutral diaphragm 3, an intermediate compartment 8 through the neutral diaphragm 3 and the cation exchange membrane 4 and a cathode compartment 13 formed by the cation exchange membrane 4 and the cathode 2. The strength of each compartment is usually several millimeters. In Fig. 1

ist der Einfachheit halber lediglich eine aus einer Zelleneinheit bestehende Elektrolysezelle dargestellt; bei der praktischen Ausführungsform besteht die Elektrolysezelle jedoch aus einem Verbund von mehreren derartigen Zelleneinheiten.is only one of a unit cell for the sake of simplicity existing electrolytic cell shown; in the practical embodiment there is the electrolytic cell but from a composite of several such cell units.

Als Material für die Anode 1 kann man übliche Materialien für Elektrolysezellen anwenden, z. B. Graphit. Platin, sowie ein Edelmetall, wie Platin oder Rhodium, plattiertes Titan oder Tantal.As the material for the anode 1, conventional materials for electrolytic cells can be used, e.g. B. Graphite. Platinum, as well as a noble metal such as platinum or rhodium, plated titanium or tantalum.

Als Material für die Kathode 2 können üblicheThe material for the cathode 2 can be conventional

4.', Materialien für Flektrolvsezellen. wie z. B. Fken rostfreier Stahl oder Nickel, angewendet werden.4. 'Materials for Flektrolvsezellen. such as B. Fken stainless steel or nickel.

Bei der Erfindung muß das neutrale Diaphragma 3 eine möglichst niedrige Wasserdurchlässigkeit aufweisen, die zweckmäßigerweise bei einer DruckdifTcrenz von I kg cm-' nicht mehr als 5 ml/Min./cm·, vorzugsweise nichi mehr als 2 ml/Min./cm2 betragen soll. Ein neutrales Diaphragma mit derartigen Eigenschaften läßt sich leicht in an sich bekannter Weise herstellen, z. B. aus säure- und chlorbcstäncligcn Materialien, wie blauem Asbest, Polytetrafluorethylen (»Teflon«) sowie Polyestern; gegebenenfalls kann das neutrale Diaphragma durch Oberflächenbehandlung, Einbringen von netzartigem Material in Form von Polyvinylidenchlorid (saran), Polyester oder Polyäthylen als Kern oder an der Oberfläche des Diaphragmas, verstärkt werden. Beispielsweise erhält man ein neutrales Diaphragma aus blauem Asbest durch Dispergieren eines Bindemittels, wie z. B. eines Latex aus Polyvinylidenchlorid (saran), in eine wäßrigc Aufschlämmung von blauem Asbest, anschließendes Verarbeiten der Aufschlämmung zu einem Diaphragma und Pressen des Diaphragmas, und gegebenenfalls Aufbringen eines geeigneten Materials,In the invention, the neutral diaphragm 3 must have the lowest possible water permeability, which is expediently not more than 5 ml / min. / Cm2, preferably not more than 2 ml / min. / Cm 2 , at a pressure difference of 1 kg cm- ' target. A neutral diaphragm with such properties can easily be manufactured in a manner known per se, e.g. B. made of acid and chlorine-containing materials such as blue asbestos, polytetrafluoroethylene ("Teflon") and polyesters; If necessary, the neutral diaphragm can be reinforced by surface treatment, the introduction of net-like material in the form of polyvinylidene chloride (saran), polyester or polyethylene as the core or on the surface of the diaphragm. For example, a neutral diaphragm made of blue asbestos is obtained by dispersing a binder such as, for. B. a latex made of polyvinylidene chloride (saran), in an aqueous slurry of blue asbestos, then processing the slurry to a diaphragm and pressing the diaphragm, and if necessary, applying a suitable material,

y\c Di\iny'ibenzo|, auf die Oberfläche des erhaltenen pjaphnmmas. Man kann auch ein Diaphragma aus piunsisiifl herstellen, indem man einen Kunststoff, wje Polytetrafluorethylen, Polyvinylidenchlorid oder polyäthvlenterephthalat mit einem Weichmacher vermisciu. das Gemisch anschließend zu einem Film formt und den Weichmacher aus dem Film extrahiert. y \ c Di \ iny'ibenzo |, on the surface of the preserved pjaphnmmas. One can also manufacture a diaphragm of piunsisiifl by a plastic, w per polytetrafluoroethylene, polyvinylidene chloride, or with a plasticizer polyäthvlenterephthalat vermisciu. the mixture is then formed into a film and the plasticizer is extracted from the film.

Ais Kationenaustauschmembran 4 kann man eine beliebige, in an sich bekannter Weise hergestellte Hlcmt"'1 an anwenden: vorzugsweise wendet man jedoch ι üie solche Membran an, welche eine geringe pilTiiiiiiicrbarkeit für Alkali aus dem Kathodenabteil Γι in das Zwischenabteil 8 sowie eine gute jCatii'i'cntransportzahl aufweist.Ais cation-exchange membrane 4 can be 'apply 1 to: Preferably, however, applies ι üie such a membrane to which a low pilTiiiiiiicrbarkeit of alkali from the cathode compartment Γι in the intermediate compartment 8 as well as a good jCatii', any Hlcmt prepared in manner known per se "i'cntransportzahl has.

Bl] der Erfindung bestehen die zugeführten Elek- 15 »as trol·. I i.ungen aus Alkalihalogenid, wie Natriumchlorid oder Kaliumchlorid, sowie Salzsäure. Falls Alk:iüiialogenid eingeführt wird, so erhält man im \vi>:nilichen eine Lösung des entsprechenden H\d;\i\ids. gasförmigen Was erstoff und Chlor. FaL- eine aus Salzsäure bestehende Beschickung eingcüihrt wird, so erhält man im wesentlichen gasförmig π Wasserstoff und Chlor.Bl] of the invention consist of the supplied electricity trol ·. I ions of alkali halide, such as sodium chloride or potassium chloride, as well as hydrochloric acid. If alkali is introduced, im \ vi>: nilichen a solution of the corresponding H \ d; \ i \ ids. gaseous water and chlorine. If a feed consisting of hydrochloric acid is introduced is essentially gaseous π hydrogen and chlorine.

erfindungsgemäße Elektrolyseverfahren wird Sek. beträgt. Hierbei kann eine geringe I.ösungsmenge aus dem Zwischenabteil 8 in das Anodenabteil 9 durch das neutrale Diaphragma 3 übergeführt werden.electrolysis process according to the invention is sec. A small amount of the solution can be used transferred from the intermediate compartment 8 into the anode compartment 9 through the neutral diaphragm 3 will.

Falls ein neutrales Diaphragma mit großer Wasserdurchlässigkeit angewendet wird, geht eine große Menge der Zwischenabteillösung im unteren Teil der Elektrolysezelle in das Anodenabteil 9 über; es tritt aher kaum im oberen Teil der Elektrolysezelle über.If a neutral diaphragm with high water permeability is used, a large one will work Amount of the intermediate compartment solution in the lower part of the electrolytic cell into the anode compartment 9; it occurs hardly over in the upper part of the electrolysis cell.

Aus diesem Grund fließt ein Teil der Anodenahteillösung in das Zwischenabteil 8 im oberen Teil der Elektrolysezelle zurück und es ist daher unmöglich, das Verfahren mit Hilfe des neutralen Diaphragmas 3 auszuführen. Es ist also unmöglich, eine von Chlorfreie wäßrige Salzlösung der Oberfläche der kationenaustauschmembran 4 zuzuführen. Ferner tritt beinahe kein Fließen der ZwischenabteillösiiPg an der Oberfläche d-τ Kationenaustauschmembran auf, was eine Erhöhung der Spannung zur Folge hat. Wendet man andererseits erfindungsgemäß ein neutrales Diaphragma 3 mit sehr geringer Wasserdurchlässigkeit an, so tritt praktisch keine Überführung der Lösung aus dem Zwischenabteil 8 in das nodenabteil 9 durch das neutrale Diaphragma 3For this reason, part of the anode suture solution flows into the intermediate compartment 8 in the upper part of FIG Electrolytic cell and it is therefore impossible to carry out the process with the help of the neutral diaphragm 3 to execute. It is therefore impossible to use a chlorine-free aqueous salt solution on the surface of the supply cation exchange membrane 4. Furthermore, there is almost no flow of the intermediate solution at the surface d-τ cation exchange membrane resulting in an increase in tension. If, on the other hand, one applies according to the invention neutral diaphragm 3 with very low water permeability, so practically no transfer occurs the solution from the intermediate compartment 8 into the node compartment 9 through the neutral diaphragm 3

nun an Hand \on Fig. 1 für den Fall erläutert, daß 25 hindurch auf. Ferner tritt praktisch keine Schwankung der Fließgeschwindigkeit zwischen dem oberen und unteren TeTl des Zvischenabteils 8 auf. Eine sehr geringe Menge der Zwischenabteillösung wird lediglich in das Anodenabteil, entsprechend der gesam-now explained with reference to Fig. 1 for the case that 25 through. Furthermore, there is practically no fluctuation the flow rate between the upper and lower TeTl of the intermediate compartment 8. A very small amount of the intermediate compartment solution is only poured into the anode compartment, corresponding to the total

Kme zu elekirolysieiende wäßrige Salzlösung 5 3" ten Oberfläche des neutralen Diaphragmas 3, überführt. Auf diese Weise tritt bei der Erfindung keine Verstopfung des neutralen Diaphragmas 3 und eine Vcrunreiniäung durch Anodenabteillösung .n den Zwischenabteif auf. Die Eigenschaften des neutralenKme to electrolytic aqueous salt solution 5 3 "th surface of the neutral diaphragm 3, transferred. In this way, clogging of the neutral diaphragm 3 and a does not occur in the invention Vcrunreiniäung by anode compartment solution .n the intermediate compartment. The characteristics of the neutral

ο-, ringer Anteil der Zwischenabteillösung manchmal 35 Diaphragmas 3 und der Kathodenaustauschmem- \,)n dem Zwischenabteils durch da^ neutrale Dia- bran 4 verschlechtern sich auüi bei längerer Bc- ; hranma 3 in das Anodenabteil 9 wandert, wandert triebszcit nicht. A small proportion of the intermediate compartment solution sometimes 35 diaphragms 3 and the cathode exchange mem- bers in the intermediate compartment due to the neutral diaphragm 4 also deteriorate with longer periods; hranma 3 migrates into the anode compartment 9, driebszcit does not migrate.

last die gesamte Zwischenabteillösung in den Tank 6 Bei der Erfindung beträgt die Fließgeschwindigkeitload all the interdepartmental solution into the tank 6 In the invention, the flow rate is

zurück. Ein Teil der so rückgeführten Lösung wird der jeweiligen Abteillösung innerhalb der Elektroin einen Tank 7 zur Rückführung der Anodenabteil- 40 lysezelle wenigstens 3cm/Sek. Dadurch wird diereturn. Part of the solution returned in this way becomes the respective departmental solution within the electronics department a tank 7 for returning the anode compartment lysis cell at least 3 cm / sec. This will make the

Fließgeschwindigkeitsve.t^iluitg der Lösung verbessert, eine Polarisation der Kationenaustauschmembran 4 wird völlig verhindert und die Entfernung der Gase an der Anode 1 und der Kathode 2 von derFlow velocity ve.t ^ iluitg of the solution improved, polarization of the cation exchange membrane 4 is completely prevented and the removal of the Gases at the anode 1 and the cathode 2 from the

man als Beschickungslösung ein Alkalihalogenid anv,endet und die Lösung aus jedem Abteil zwischen ι1..·:ι Rückführtanks und der Elektrolysezelle rückfiiiirt. an alkali halide is used as the feed solution and the solution from each compartment between ι1 .. ·: ι return tanks and the electrolytic cell refilled.

v. !p.l in einen Tank 6 zur Rückführung der Zwisdienai'icillösung eingebracht. Die Zwischcnabieillösung ν ird von dem Tank 6 in das Zwischenabteil 8 mit Hilfe einer Pumpe 17 eingeführt. Obwohl ein sehrv. ! p.l into a tank 6 for recycling the intermediate solution brought in. The Zwischencnabieillösung ν ird from the tank 6 in the intermediate compartment 8 with Introduced using a pump 17. Although a very

lösung überführt. Die Anodenabteillösung wird aus dem Tank 7 mit einer Pumpe 16 in das Anodenabteil 9 eingeführt und erneut in den Tank 7 rückgeführt, nachdem das an der Anode gebildete Gassolution transferred. The anode compartment solution is drawn from the tank 7 with a pump 16 into the anode compartment 9 introduced and again returned to the tank 7 after the gas formed at the anode

'tKrri'trpnii^ u/ri-rlr» Pm Toil rlf1*' πιι<; rlpr F-'lfVtrol vcr»_ ■ L - -·- ·■- - - --·- .._,..«.'tKrri'trpnii ^ u / r i-rlr »Pm Toil rlf 1 *' πιι <; rlpr F-'lfVtrol vcr »_ ■ L - - · - · ■ - - - - · - .._, ..«.

zelle rückgeführten Anodenabteillösung wird, nach Entfernung des restlichen Anodciigases in einer Anodcngas-Entfernungsapparatnr 10, mit dem als Ausgangsinaterial eingesetzten Salz und Wasser vereine stabile Ausführbarkeit des Verfahrens bei geringer Spannung gewährleistet ist.cell recirculated anode compartment solution is, after removal of the remaining anodic gas in a Anodising gas removal apparatus no 10, with the as The salt and water used as the starting material combine stable feasibility of the process at low levels Tension is guaranteed.

Im Vorangegangenen wurde die Erfindung für den Fall erläutert, daß die jeweiligen AbteillösungcnIn the foregoing, the invention was explained for the case that the respective Abteillöscn

Reinigen einer wäßrigen SalzPurifying an aqueous salt

mischt und in den Tank 6 als lösung 5 über Hne 5c zwischen der Elektrolysezelle und den Tanks rückgeführt werden. Es ist aber auch möglich, die Tanks bei dor Erfindung völlig entfallen zu lassen.mixed and returned to tank 6 as solution 5 via Hne 5c between the electrolytic cell and the tanks will. But it is also possible to completely dispense with the tanks in the invention.

Das crfindungsgemäßc Verfahren der Zerlegung von Alkalihalogenid oder Salzsäure in das entweiter erläutert.The process according to the invention of the decomposition of alkali halide or hydrochloric acid into the dehydrogenator explained.

Apparatur 11 zum
lösung überführt.
Apparatus 11 for
solution transferred.

Die Kathci.lcnabtcillösung wird auf analoge Weise /wischen einem Tank 12 zur Rückführung derThe Kathci.lcnabtillösung is in an analogous way / wipe a tank 12 to return the

Kathodenabteillör.ung unti dem Kathodenabteil 13 35 sprechende freie" Halogen. Metallhydroxid und Wasmit Hilfe einer Pumpe 18 im Kreislauf geführt. serstoff wird nun an Hand der folgenden Beispiele Nach Abscheidung des an der Kathode gebildeten
Oases wird ein Teil der aus der Elektrolysezelle
kommenden Kathodenabteillösung üüä dem Elektrolysesystcm als Produkt nach Gifäß 14 ausgetragen. 60
In den Tank 12 wird getrennt Wasser IS eingeführt.
Kathodenabteillör.ung unti the cathode compartment 13 35 speaking free "halogen, metal hydroxide and water circulated with the aid of a pump 18. Hydrogen is now based on the following examples
Oases becomes part of the electrolytic cell
Coming cathode compartment solution üüä the Elektrolysesystcm discharged as a product to Gifäß 14. 60
Water IS is introduced into the tank 12 separately.

Bei der Erfindung muß der Druck in dem Zwischenabtei! S bei diesem Lösungskreislauf höher alsWith the invention, the pressure in the intermediate abbey! S higher than in this solution cycle

der in dem Anodenabteil 9 der Elektrolysezelle herr- r D the r D in the anode compartment 9 of the electrolytic cell

sehende Druck liegen, Ferner ist es wichtig für einen 65 nicht im Rahmen der Erfindung liegt, beschrieben. Betrieb bei niedriger Spannung, wie sich aus den Es wurde eine Elektrolysezelle der folgenden Zu-Seeing pressure lie, furthermore it is important for a 65 not to be described within the scope of the invention. Operation at low voltage, as can be seen from the An electrolytic cell of the following

folgcnden Beispielen ergibt, daß die Fließgeschwin- snfflmensetzung angewendet: dif''cit der jeweiligen Abteillösung wenigstens 3 cm/ Anode: Elektrode aus platinplattiertem Titan.The following examples show that the flow rate calculation is applied: dif''cit of the respective compartment solution at least 3 cm / anode: electrode made of platinum-plated titanium.

Beispiel 1example 1

tn diesem Beispiel wird die Elektrolyse von Natriumchlorid unter Anwendung eines neutralen Diaphragmas mit großer Wasserduvchla'ssigkeit, welcheIn this example, the electrolysis of sodium chloride is carried out using a neutral diaphragm with great water density, which

Kathode: Elektrode aus rostfreiem Stahl.Cathode: stainless steel electrode.

Neutrales Diaphragma: Polyestergewebe mit einer Wasserdurchliissigkeit von 20 ml/Min./cm-' bei einem Druckunterschied von 1 kg/cm'-'.Neutral diaphragm: polyester fabric with a water permeability of 20 ml / min. / Cm- 'for a Pressure difference of 1 kg / cm'- '.

Kationenaustauschmembran: Homogene Membran, hergestellt durch Mischpolymerisieren eines Phenylesters von Vinylsulfonsäure, Styrol und Divinylbenzol als Hauptbestandteile und anschließendes Hydrolysieren des so erhaltenen Mischpolymeren.Cation exchange membrane: Homogeneous membrane made by interpolymerizing a phenyl ester of vinylsulfonic acid, styrene and divinylbenzene as main components and subsequent hydrolysis of the copolymer thus obtained.

Die verfügbare Fläche der Membranen und des Diaphragmas für den Stromdurchgang zwischen den Elektroden betrug 500 cm2 (5 cm ' 100 cm). Der Abstand zwischen den Elektroden betrug 8 mm. Die Stärke des Anodenabteils betrug 2.5 mm. die Stärke des Zwischenabteils betrug 2.0 mm und die Stärke des Kathodenabteils betrug 2.8 mm. Die Stärke des neutralen Diaphragmas betrug 0.5 mm und die Stärke der Kationenaustauschmembran betrug 0.2 mm. Eine 5 η NaCl-Lösung wurde sowohl als Anodenabteillösung als auch als Zwischenabteillösung im Kreislauf geführt. Eine wäßrige 5 η NaOH-Lösung wurde als Kathodenabteillösung rückgeführt. Die Lösungstemperatur betrug 60 C und die Stromstärke des Gleichstroms betrug 75 A (15 A/dm2). Die Fließgeschwindigkeit der Abteillösungen betrug jeweils 4 cm Sek. am Einlaß der Elektrolysezelle und der Druck in dem Zwischenabteil war um etwa 0.10 kg cm2 höher als der Druck in dem Anodenabteil. Beim Hindurchleiten des elektrischen Stroms wurde der größte Teil der Zwischenabteillösung durch das neutrale Diaphragma im unteren Teil der Elektrolysezelle in das Anodenabteil überführt. Gleichzeitig wurde die Anodenabtcillösung im oberen Teil der Elektrolysezelle in das Zwischenabteil überführt. Die rückgeführte Zwischenabteillösung wies nur eine Fließgeschwindigkeit von 0.5 cm Sek. auf. Obwohl die Zellspannune 4.85 V betrug, wurde eine Stromausbeute, bezogen auf das Alkali, von 92" η erhalten.The available area of the membranes and the diaphragm for the passage of current between the electrodes was 500 cm 2 (5 cm ' 100 cm). The distance between the electrodes was 8 mm. The thickness of the anode compartment was 2.5 mm. the thickness of the intermediate compartment was 2.0 mm and the thickness of the cathode compartment was 2.8 mm. The thickness of the neutral diaphragm was 0.5 mm and the thickness of the cation exchange membrane was 0.2 mm. A 5 η NaCl solution was circulated both as an anode compartment solution and as an intermediate compartment solution. An aqueous 5 η NaOH solution was recycled as the cathode compartment solution. The solution temperature was 60 ° C. and the strength of the direct current was 75 A (15 A / dm 2 ). The flow rate of the compartment solutions was in each case 4 cm sec. At the inlet of the electrolytic cell and the pressure in the intermediate compartment was about 0.10 kg cm 2 higher than the pressure in the anode compartment. When the electrical current was passed through, most of the intermediate compartment solution was transferred through the neutral diaphragm in the lower part of the electrolytic cell into the anode compartment. At the same time, the anode compartment solution in the upper part of the electrolytic cell was transferred to the intermediate compartment. The recirculated intermediate compartment solution had a flow rate of only 0.5 cm sec. Although the cell voltage was 4.85 V, a current efficiency, based on the alkali, of 92 "η was obtained.

Das Verfahren wurde dann fortgeführt, indem die Fließgeschwindigkeit der Anodenabteillösung auf 1 cm Sek. und die Fließgeschwindigkeit der Zwischenabteillösung auf 7 cm Sek. am Einlaß der Elektrolysezelle eingestellt wurden. Das Verfahren konnte ohne irgendeine Überführung der Anodenabteillösung in das Zwischenabteil der Elektrolysezelle ausgeführt werden jedoch weist die rückgeführte Zwischenabteillösung lediglich eine Fließgeschwindigkeit von 1.0 cm Sek. auf. Die Zellspannung betrug 4.40 V und die Alkalistromausbeute betrug noch 920O. Die »ereinigte Salzlösung konnte jedoch in diesem Fall nicht beizeiten in den Tank 6 zur Rückführung der Zwischenabteillösung eingeleitet werden und ein Teil der riickgeführten Anodenableillösung mußte in den Tank 6 zur Rückführung der Zwischenabteillösuns rückgeführt werden: dabei trat eine Verunreinmuns durch Chlorgas in der Zwischenabteillösung auf.The procedure was then continued by setting the flow rate of the anode compartment solution to 1 cm sec and the flow rate of the intercompartment solution to 7 cm sec at the inlet of the electrolytic cell. The process could be carried out without any transfer of the anode compartment solution to the intermediate compartment of the electrolytic cell, but the recycled intermediate compartment solution only has a flow rate of 1.0 cm sec. The cell voltage was 4.40 V and the alkali current yield was still 92 0 O. In this case, however, the purified salt solution could not be introduced in time into the tank 6 for the return of the intermediate compartment solution and part of the returned anode drain solution had to go into the tank 6 for the return of the intermediate compartment solution be recycled: there was contamination by chlorine gas in the intermediate compartment solution.

Durch die Verunreinigung der Zwischenabteillö'-ung mit Chlorgas trat eine Verschlechterune der Kationenaustauschmembran ein und die Spannung erhöhte sich nach lOOstündiger kontinuierlicher Ausführung de? Verfahrens um etwa 0.2 V; ferner verrincerie sich die Alkalistromausbeute um 4° ο und betrug demzufolge 88 °n.Due to the contamination of the intermediate compartment solution with chlorine gas deterioration of the cation exchange membrane and tension occurred increased after 100 hours of continuous execution de? Procedure by about 0.2 V; also verrincerie the alkali current yield increased by 4 ° ο and was therefore 88 ° n.

Die Reinheit der bei diesem Beispiel erhaltenen Natronlauge war nicht zufriedenstellend; der Chloridionenaehalt der Natronlauge betrug einige tausend Teile pro Million.The purity of the sodium hydroxide solution obtained in this example was not satisfactory; the chloride ion content the caustic soda was a few thousand parts per million.

Beispiel 2Example 2

In diesem Beispiel wird die Elektrolyse von Natriumchlorid unter Verwendung eines neutralen Diaphragmas mit geringer Wasserdurchlässigkeit erläutert. In this example the electrolysis of sodium chloride is carried out using a neutral Diaphragms with low water permeability explained.

Der elektrische Strom wurde durch dieselbe Elektrolysezelle wie in Beispiel 1 unter den dort beschriebenen Bedingungen durchgeleitet, mit der Ausnahme,The electric current was through the same electrolytic cell as passed through in example 1 under the conditions described there, with the exception,

ίο daß ein neutrales Diaphragma aus einer blauen Asbestfolie verwendet wurde, deren Oberfläche zur Verringerung der Porosität mit Divinylbenzol behandelt und mit einem Sarannetz entlang der Oberfläche verstärkt worden war; dieses Diaphragma wies eine Wasserdiirchlässigkeit von 5 ml/Min./cm2 bei einer Druckdifferenz von I kg/cm auf. Die Fließgeschwindigkeit der jeweiligen Abteillösung wurde auf 4 cm Sek. am Einlaß der Elektrolysezelle eingestellt. Die Überführung der Zwischenabteillösungίο that a neutral diaphragm made of a blue asbestos film was used, the surface of which had been treated with divinylbenzene to reduce the porosity and reinforced with a saran net along the surface; this diaphragm had a water permeability of 5 ml / min. / cm 2 at a pressure difference of 1 kg / cm. The flow rate of each compartment solution was adjusted to 4 cm sec. At the inlet of the electrolytic cell. The transfer of the interdepartmental solution

in das Anodenabteil durch das neutrale Diaphragma betrug hierbei etwa 50 ml/Min, und die rückgeführte Zwischenabteillösung wies eine Fließgeschwindigkeit von etwa 3.1 ml Sek. auf. Nach lOOstündigem kontinuierlichem Hindurchleiten von elektrischem Strom betrug die Zellspannung 4,20 V und war stabil. Es trat keinerlei Verschlechterung der Kationenauslauschmembran auf und die Alkalistromausbeute betrug 93"'Ό.into the anode compartment through the neutral diaphragm was about 50 ml / min, and the return Intermediate solution had a flow rate of about 3.1 ml sec. After 100 hours of continuous The cell voltage was 4.20 V and it was stable while passing an electric current. It there was no deterioration of the cation exhaust membrane and the alkali current yield was 93 "'Ό.

Die Konzentration an Chloridionen in der gemäßThe concentration of chloride ions in the according to

diesem Beispiel erhaltenen Natronlauge betrug 20 Teile pro Million.The caustic soda obtained in this example was 20 parts per million.

Beispiel 3Example 3

Die Beziehung zwischen der Fließgeschwindigkeit in jedem Abteil am Auslaß und die Spannung wurden in derselben elektrolytischen Zelle unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 2 untersucht, wobei die in Fig. 2 dargestellten Ergehnisse erhalten wurden. Die elektroH tischen Bedingungen sind im folgenden angegeben:The relationship between the flow rate in each compartment at the outlet and the voltage were examined in the same electrolytic cell under the same conditions as in Example 2, wherein the results shown in FIG. 2 were obtained. The electrical conditions are in given the following:

Anoden- und Zwischenabteillösungen: 5 η NaCl.Anode and intermediate compartment solutions: 5 η NaCl.

Kathodenabteillösung: 5 η NaOH-Lösung.Cathode compartment solution: 5 η NaOH solution.

Temperatur: fiO C. elektrische Stromdichte. 75 A (l5Adm2).Temperature: fiO C. Electric current density. 75 A (15Adm 2 ).

Beispiel 4Example 4

Es wurde eine aus 7 Zelleneinheiten ' ^stehende elektrolytische Zelle angewendet, wobei jede Zelleneinheit eine verfügbare Fläche von 70 drn2 (70 cm ■ 100cm) für den Stromdurchfluß aufwies und alle Zelleneinheiten in einer Filterpresse eingeklemmt waren. AK Anode wurde eine platinplattierte Titanelektrode, als Kathode eine Eiscnelektrode. als neutrales Diaphragma eine mit Polyestergewebe als Kernmnierial hergestellte Asbestfolie, welche mit Divinylbenzol zur Verringerung dei Porosität oberflächenbehandelt wurde, verwendet; als Kationenaustauschmembran wurde eine Membran aus Vinylsulfonsäure-Divinylbenzol verwendet. Der Zwischenelektrodenabstand betrug 8 mm. Es wurde eine wäßrige 5 η NaCI-Lösung als Anoden- und Zwischenabteillösung angewendet. Als Kathodenabteillösung wurde eine wäßrige 5 η Natronlauge angewendet. Eine gesättigte NaCl-Lösung als gereinigte wäPrigeAn electrolytic cell consisting of 7 cell units was used, each cell unit having an available area of 70 drn 2 (70 cm · 100 cm) for the flow of current and all cell units being clamped in a filter press. The AK anode was a platinum-plated titanium electrode, the cathode an ice electrode. an asbestos film made with polyester fabric as the core, which has been surface-treated with divinylbenzene to reduce the porosity, is used as the neutral diaphragm; a vinylsulfonic acid-divinylbenzene membrane was used as the cation exchange membrane. The inter-electrode distance was 8 mm. An aqueous 5 η NaCl solution was used as the anode and intermediate compartment solution. An aqueous 5 η sodium hydroxide solution was used as the cathode compartment solution. A saturated NaCl solution as a purified aqueous solution

Salzlösung wurde in den Tank 6 für die Rückführung der Zwischenabteillösung angebracht. Die Elektrolyse wurde bei einer Lösungstemperatur von 70" C und einer Stromdichte von 7350 A (15 A/dm2) beiSaline solution was placed in the tank 6 for recycle of the intermediate compartment solution. The electrolysis was carried out at a solution temperature of 70 "C and a current density of 7350 A (15 A / dm 2 ) at

18061806

einer Fließgeschwindigkeit der jeweiligen Abteillösung von etwa 40 Lit./Min. und einer Fließgeschwindigkeit von etwa 7 cm/Sek. innerhalb der Elektrolysezelle ausgeführt, wobei der Druck innerhalb des Anodenabteils gehalten wurde, Es trat keine Verunreinigung der Zwischenabteillösung durch Chlorgas auf und die Menge der in das Anodenabteil durch das neutrale Diaphragma überführten Zwischenabteillösung betrug etwa 5 Lit. Min. und veränderte Sich praktisch überhaupt nicht. Die Zellenspannung betrug 3.80 V und die Alkalistromausbeute betrug 94,5%. Die Konzentration an Chloridionen in der 6uf diese Weise erhaltenen Natronlauge betrug 20 bis SO Teile pro Million.a flow rate of the respective compartment solution of about 40 lit./min. and a flow rate of about 7 cm / sec. carried out inside the electrolytic cell, the pressure being within the The anode compartment was kept, there was no contamination of the intermediate compartment solution by chlorine gas and the amount of intercompartment solution transferred into the anode compartment through the neutral diaphragm was about 5 lit. min. and practically did not change at all. The cell voltage was 3.80 V and the alkali current efficiency was 94.5%. The concentration of chloride ions in the The caustic soda obtained in this way was 20 to 50 parts per million.

Es trat keinerlei Verschlechterung der Kationenfiustauschmembran ein und es wurde keine Verändetung der Wasserdurchlässigkeit und des elektrischen Widerstands des neutralen Diaphragmas beobachtet. t>as Verfahren konnte 93 Tage unter stabilen Verhältnissen ausgeführt werden.There was no deterioration of the cation exchange membrane one and there was no change in water permeability and electrical Resistance of the neutral diaphragm observed. The process lasted 93 days under stable conditions are executed.

Beispiel 5Example 5

In derselben Vorrichtung wie in Beispiel I wurde •ine Kationenaustauschmembran angeordnet, welche durch Polymerisieren von Acrylsäure, Divinylbenzol «nd Styrol zu einem Film und anschließendes Verleifen des Polymeren mit Natronlauge hergestellt worden war; die neutrale Membran wurde hergestellt •uf Grund eines Papierherstellungsverfahren aus «iner wäßrigen Aufschlämmung von zerfasertem Hauern Asbest, welcher Saranlatex als Bindemittel enthielt, und anschließendes Pressen unter einem Druck von 80 kg cm-'; hierbei wurde eine neutrale Membran erhalten, welche eine Wasserdurchlässigleit von 2 ml Min. cm2 bei einem Druckunterschied »on 1 kg cm2 aufwies. Eine gesättigte wäßrige Löiung von Kaliumchlorid wurde in das Zwischen-•bteil und das Anodenabteil eingebracht; in das Kathodenabteil wurde eine wäßrige Lösung einer 5 η KOH eingebracht. Die lineare Fließgeschwindigkeit der Flüssigkeiten in dem jeweiligen Abteil betrug 4 cm Sek. Die Elektrolyse wurde bei einer Lösungslemperatur von 60 C und einer Gleichstromdichte von 75 A (15 A dm-') ausgeführt.In the same device as in Example I, a cation exchange membrane was arranged, which had been produced by polymerizing acrylic acid, divinylbenzene and styrene to form a film and then grinding the polymer with sodium hydroxide solution; the neutral membrane was made by a papermaking process from "an aqueous slurry of shredded tusks of asbestos containing saran latex as a binding agent, and then pressing under a pressure of 80 kg cm-"; this gave a neutral membrane which had a water permeability of 2 ml min. cm 2 with a pressure difference of 1 kg cm 2 . A saturated aqueous solution of potassium chloride was placed in the intermediate • compartment and the anode compartment; An aqueous solution of a 5 η KOH was introduced into the cathode compartment. The linear flow rate of the liquids in each compartment was 4 cm sec. The electrolysis was carried out at a solution temperature of 60 ° C. and a direct current density of 75 A (15 A dm- ').

Der Druck innerhalb des Zwischenabteils war 11m etwa 0.1 kg cm2 höher als innerhalb des Anodcn-•btcils. The pressure inside the intermediate compartment was about 0.1 kg cm 2 higher than inside the anodic part.

Bei diesem Verfahren betrug die Überführung der Zwischenabteillösung durch das neutrale Diaphragma in das Anodenabteil etwa 18 ml Min. Die Fließeeschwindigkeit der rückgeführten Zwischenabteillösung betrug etwa 3.7 cm Sek. Eine Verunreinigung der Zwischenabteillösung durch gasförmiges Chlor wurde nicht beobachtet. Nachdem die Elektrolyse kontinuierlich 25 Tage lang ausgeführt vvorden war. betrug die Zellspannung stabil 3.8 V und es war keinerlei Verschlechterung der Kationenaustauschmembran und des neutralen Diaphragmas festzustellen. Die Alkaliausbeute betrug 94° 0.In this procedure, the transfer of the interstitial solution was through the neutral diaphragm into the anode compartment about 18 ml min. The flow rate of the recirculated intermediate compartment solution was about 3.7 cm sec. Gaseous contamination of the intermediate compartment solution Chlorine was not observed. After the electrolysis was carried out continuously for 25 days was. the cell voltage was stable at 3.8 V and there was no deterioration of the cation exchange membrane and the neutral diaphragm. The alkali yield was 94 ° 0.

Die Konzentration der bei diesem Beispiel erhalte nen Natronlauge überstieg nicht 40 Teile pro MillionThe concentration of the caustic soda obtained in this example did not exceed 40 parts per million

Beispiel 6Example 6

Die Elektrolyse einer wäßrigen Salzsäure wurdi unter Anwendung derselben elektrolytischen Zelle Ionenaustauschmembran und desselben neutralei Diaphragmas ausgeführt. Eine 1On wäßrige HCI Lösung wurde sowohl in das Anodenabteil als aucl in das Zwischenabteil eingeführt. In das Kaihoden abteil wurde eine wäßrige 5 η HCl-Lösung eingeführt Die lineare Fließgeschwindigkeit der Flüssigkeitei am Einlaß des jeweiligen Abteils betrug 4 cm Sek. die Temperatur betrug 60 C und die elektrisch« Stromdichte 15 A, dm2. Der Druck innerhalb de; Zwischenabteils war um etwa 0,05 kg/cm* höher al: innerhalb des Anodenabteils. Bei diesem Verfahret betrug die Überführung der Zwischenabtcillösunj durch das neutrale Diaphragma in das Anodenabtei ml/Mm.; die rückgeführte Zwischenabtcillö'-uni wies eine Fließgeschwindigkeit von etwa 3,6 cm Sek auf. Es trat keinerlei Verunreinigung der Zwi then abteillosung durch gasförmiges Chlor ein. N:U:derr die Elektrolyse kontinuierlich 100 Stunden Urne aus gefuhrt worder, war. betrug die Zellspannung >abi 3,20 V. Es wurde praktisch keine Verschied:: ; int der Kationenaustauschmembran und des mi,:,;iler Diaphragmas beobachtet.The electrolysis of an aqueous hydrochloric acid was carried out using the same electrolytic cell ion exchange membrane and the same neutral diaphragm. A 10N aqueous HCl solution was introduced both into the anode compartment and into the intermediate compartment. An aqueous 5 η HCl solution was introduced into the compartment. The linear flow rate of the liquid at the inlet of the respective compartment was 4 cm sec. The temperature was 60 ° C. and the electrical current density was 15 A, dm 2 . The pressure within de; Intermediate compartment was about 0.05 kg / cm * higher than: inside the anode compartment. In this process, the transfer of the intermediate compartment through the neutral diaphragm into the anode compartment was ml / mm .; the recirculated intermediate compartment had a flow rate of about 3.6 cm sec. There was no contamination of the intermediate compartment solution by gaseous chlorine. N: U: continuous electrolysis derr 100 hours urn passworder led was. the cell voltage was> abi 3.20 V. There was practically no difference:; int the cation exchange membrane and the mi,:,; iler diaphragm observed.

Claims (1)

Patentanspruch:Claim: Verfahren zum Elektrolysieren einer waT>r!<:er Alkahhalogenidlösung oder von wäßriger J/ säure in einer Elektrolysezelle, bestehend ui< wenigstens einer Zelleneinheit, weiche eine Cathode, eine Anode, eine Kationenaustausch,, η bran und ein neutrales Diaphragma aufneis:. '■■■> bei die Kationenaustauschmembran und da-· .: ' trale Diaphragma einander gegenüber in ο·:.!- solchen Abstand zwischen der Kathode und der Anode angeordnet sind, daß sich die Katuv, naustauschmembran an der Kathodenseite und neutrale Diaphragma an der Anodenseite be:. · den und ein durch die Anode und das nemnlc Diaphragma begrenztes Anodenabteil bilden. einem durch das neutrale Diaphragma und Ow Kationenaustauschmembran begrenztes Zwischenabteil, und einem durch die Kationenaustausch membran und die Kathode bearenztes Kathr.cl.yiabteil. dadurch gekennzeichnet ü .·■ man eine wäßrige, zu elektrolysierende F n<\nz durch das Anodenabteil und das ZwischenaH.-i: und eine Kathodenlösung durch das Kathodcnabteil mit einer Fließgeschwindigkeit von jeweils wenigstens 3 cm Sek. leitet, wobei man ein neutrales Diaphragma mit einer Wasserdurchlässi·:- keit von nicht mehr als 5m[/Min./cm2 bei einer Uruckdifferenz von 1 ke/cm2 anwendet und den Innendruck in dem Zwischenabteil höher als in dem Anodenabteil hältProcess for the electrolysis of a water alkali halide solution or of aqueous acid in an electrolysis cell, consisting of at least one cell unit, which has a cathode, an anode, a cation exchange, and a neutral diaphragm. '■■■> in the case of the cation exchange membrane and there- ·.:' Central diaphragm opposite each other in ο ·:.! - such a distance between the cathode and the anode that the Katuv, n exchange membrane on the cathode side and the neutral diaphragm on the anode side be :. · The and form an anode compartment delimited by the anode and the internal diaphragm. an intermediate compartment bounded by the neutral diaphragm and Ow cation exchange membrane, and a Kathr.cl.yi compartment supported by the cation exchange membrane and the cathode. characterized in that an aqueous F n <\ nz to be electrolyzed through the anode compartment and the intermediate aH.-i: and a cathode solution through the cathode compartment at a flow rate of at least 3 cm in each case, a neutral diaphragm with a water permeability of not more than 5m [/ min./cm 2 ] at a pressure difference of 1 ke / cm 2 and keeps the internal pressure in the intermediate compartment higher than in the anode compartment Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 109 549/5151 sheet of drawings 109 549/515 18 0 618 0 6
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