DE2255742A1 - Hohle metallanoden fuer elektrolysezellen mit vertikalen elektroden und zelle mit solchen anoden - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

DR. INC. VAN DERWERTH DR. FRANZ LEDERER

21 HAMBURG 90 ? J C E f / *\ 8MONCHENaO

WlWTORfER STR. 32 · TSL. <04 U> TT 08 61 & C <J \* f H ζ !.UCItE-URAHN-STR. 23 · TEL. (00 H> 47 29*7

München, 27. Oktober 1972 S. /

M/Br

SOLVAY «Ss CIE. , 33, Rue du Prince Albert, Brüssel, Belgien

Hohle Metallanoden für Elektrolysezellen mit vertikalen Elektroden und Zelle mit solchen Anoden

Die Erfindung betrifft Anoden der Zellen zur Elektrolyse von Lösungen, bei der ein Gas an den Elektroden zurückgewonnen wird, insbesondere zur Elektrolyse von Lösungen von Alkalimetallhalogeniden wie Natriumchlorid.

Die Erfindung betrifft im besonderen eine hohle Metallanode für eine derartige Zelle, wobei die Anode an ihrem oberen und ihrem unteren Ende offen ist und zwei im wesentlichen vertikale und einander gegenüberliegende ¥ände aufweist.

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DEUTSCHH BANK AO.. HARBURG 93/20813 P O S T S C H E C K. ι HAMBURG 117320 TEtBORAMMEl LEDERERPATENT MÖNCHEN

Bei don bekannten Zellen mit vertikalen Elektroden, in denen ein Gas, beispielsweise Chlor, an den Elektroden entsteht bzw. abgeschieden wird, besteht im allgemeinen hinsichtlich der Wahl der Höhe der Elektroden eine Grenze. Zu hohe Elektroden behindern in dar Tat die Abscheidung bzw. das Entweichen des Gases in den oberen Teil der Zelle mit der ausgesprochen nachteiligen Folge einer Herabsetzung der Stromleistung bzw. des Stromwirkungsgrads und einer Vergrößerung der Spannung·

Die Verwendung hohler und an ihrem oberen und ihrem unteren Ende offener Metallanoden gemäß der GBPS 1 087 529 ermöglicht die Überwindung dieses Nachteil;, durch Sicherstellung der absinkenden Zirkulation des Anolyten zwischen den vertikalen Wänden Jeder Anode und einer aufsteigenden Zirkulation des Anolyten in den Anoden/Xathoden-Zwischenräumen. Die Erfahrung hat stets gezeigt bzw. bestätigt, daß es zur Sicherstellung einer korrekten Zirkulation des Anolyten in den bekannten Zellen mit hohlen Anoden notwendig ist, einerseits einen ausreichenden Abstand zwischen den beiden vertikalen Wänden dor Anoden und andererseits eine ausreichende Breite der Anoden/ Kathoden-Zwischenräume vorzusehen. Dies führt zu dem Nachteil einer erheblichen Sperrigkeit bzw. Baugröße der Zelle und einer Vergrößerung des elektrischen Widerstands des Elektrolyten zwischen den Elektroden.

Die Erfindung überwindet diese Nachteile. Zu diesem Zweck sind bei der erfindungsgemäßen Anode die beiden vertikalen Wände von zwei derart nach außen ausgestellten Deflektor-Blechen überragt, das letztere nach oben auseinanderstreben.

Ee ist festgestellt worden, daß in einer im übrigen gleichen Zelle nit den erfindungsgemäßen Anoden die Vorsehung

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der oben angesprochenen Deflektor-Bleche eine Erhöhung der Aufstiegsgescnwindigkeit des Anolyten und des Gases in den Anoden/Kathoden—Zwischenräumen und eine Erleichterung der anschließenden Trennung des Gaseis und des Anolyten in dem oberhalb der Deflektor-Bleche gelegenen Bereich der Zelle bewirkt.

Die erfindungsgemäße Anode bietet'des weiteren den bemerkenswerten Vorteil, ©inen geringeren Abstand zwischen ihren vertikalen Wänden zu ermöglichen; sie gestattet zudem eine Verkleinerung der Breite der Anoden/ Kathoden-Zwischenräume der Zellen.

Die Erfindung: betrifft in gleicher ¥eise eine Zelle zur Elektrolyse von Lösungen, bei der ein Gas an den Elektroden zurückgewonnen wird, insbesondere zur Elektrolyse von Lösungen von Alkaliaetallnalogeniden wie Natriumchlorid, wobei, diese Zelle in einer ¥anne eine Reihe hohler, im wesentlichen vertikaler und an ihrem oberen und ihrem unteren Ende offener Metallanoden aufweist, die alternierend mit im wesentlicher vertikalen Kathoden angeordnet sind.

Bei der erfindungsgemäßeu Zelle ist jede Anode von zwei schräg nach, oben und in Richtung auf die beiden beiderseits der Anode angeordneten Kathoden ausgerichteten Deflektor-Bleciie überragt* Vorzugsweise ist der Abstand zwischen den oberen Enden der beiden Deflektor-Bleche, die zu zwei aufeinander folgenden Anoden gehören und die in Richtung auf die zwischen diesen beiden Anoden liegende Kathode ausgestellt sind, höchstens so groß wie der doppelte Anoden/Kathoden-Abstand.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zelle kann jede Anode zwei Platten aus einem Metall

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ti αϊ" Titangruppc boisitzon, die oinandor gegenüberliegen und auf oinoiii Toil mindostens ihre Außcnsoito mit einer Schicht einoü Motalls dor Platingruppe odar einer Verbindung oinos solchen Metalls überzogen sind, v/obci die bciciun Platten quor zur Soitonwand dor Zolloijv.'anriu ob^rhalj des Bodons dor Wanno festgelegt sind. Die boidun Platten jeder Anode stohon außerdem über eine sich entlang ihres Hands im Abstand von der Seitenwand der 1,'anno erstreckende Wand miteinander derart in Verbindung,d^ß ein oben und unten offener Kasten gebildet ist.

Besonderheiten und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der Zeichnungen, in denen mehrere Ausführungsformen der erfindungsgomäßen Anode und Zelle ausschließlich mit beispielhaftem Charakter dargestellt sind; in den Zeichnungen zeigt: Figur 1 eine perspektivische Ansicht einer besonderen Ausführungsform der erfindungsgomäßen Anode teilweise aufgebrochen dargestellt,

Figur 2 einen vertikalen Teil-Längsschnitt durch eine Zelle mit einer porösen Scheidewand zur Elektrolyse einer Natriumchloridlösung und

Figur 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III der Figur 2.

In Figur 1 ist eine in ihrer Gesamtheit mit 1 bezeichnete hohle Metallanode mit zwei im wesentlichen vertikalen und einander gegenüberliegenden Metallwänden 2 und 3» beispielsweise aus Titan, dargestellt. Die Außenseiten dieser Wände sind mindestens teilweise mit einem Metall der Platingruppe oder einer Verbindung eines solchen Metalls beschichtet. In vertikaler Richtung sind an den Wänden 2 und 3 U-Profile k festgelegt, boispiela-

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woiso angeschweißt, die zusammon mit den '..^rü.ndo^ ciiric Anode in dor Form eines an -seinem oberen Endu 5 unci ijüinorn unteren Ende 6 offenen Kastena bilden. Entlang; dor vertikalen Ränder der Wände 2 und 3 sind Löcher 7 voi^ccsohon, durch die Bolzen zur weiter unton bejeh*""!-- benen Befestigung der Anode an einem Anodenträger hisdurchführbar sind.

Erfindungsgemäß sind die Wände 2 und 3 je von einem Doflektor-Blech 8 bzw. 9 überragt, dio von der Anode aus betrachtet derart nach außen ausgestellt sind, daß sie nach obon ausoinandorstrobon. Nach unten sind dio Dofloktor-Blocho 8 und 9 durch einen im v/osoiitliclicn vertikalen Flansch 10 verlängert, der doron Befestigung an den Wänden 2 und 3 mittels Bolzen oder Schrauben 11 ermöglicht.

Die Deflektor-Bleche 8 und 9 können aus Isoliermaterial, beispielsweise aus chloriertem Polyvinylchlorid bestehen.

In Abwandlung können die Deflektor-Bleche 8 und 9 ^zur Bildung eines oberen Flansch 12 geringerer Ausstellung oder im wesentlichen vertikal umgebogen sein.

Bei einer anderen, nicht dargestellen Variante der Anode der Figur 1 sind die Deflektor-Bleche 8 und 9 mittels Querstreben oder Querwänden miteinander derart verbunden, daß sie eine steife Einheit bilden. Letztere kann also auf die Wände 2 und 3 der Anode aufgesetzt werden, beispielsweise durch Einklemmen der Flansche 10 ,zwischen den Wänden, dies derart, daß die Bolzen 11 entfallen.können.

Bei einer nicht dargestellten modifizierten Ausführun^sform der erfindungsgemäßen Anode sind die Deflektor-Blecho 8 und 9 einstückig mit den Wänden 2 und 3 ausgeführt, deren

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Verlängerungen bio bildon.

Hoi dieser iiiodif Lziorton Ausi*ührunj^ro:*i.j lcönnc.i die Du-Γ1 üktor-Bloclic 8 und 9 mindostena tcilv/oiuo auf ihr^r AuOuiiiiüito mit oiner loitündon BoGcLlclvjuzig einoj Mo'iulidor Platingruppe odor einer Verbindung eines solchen Metalls vorsühon soin, um die aktivo Oberfläche der Anode zu vorgrößorn.

In den Figuren 2 und 3 ist oino bcuondo^c Ausführungsform oiner erfindungsgcmäßon Zolle fi'.r Chlor dargea tollt. Diese Zolle besitzt eine mittols oinoj Doclcels l4 abgoschlossone Wanno 13, doren modiancr Bereich von üineni metallischen U-Profil 15 gebildet lot, das eine Einheit von im wesentlichen vertikalen Katliodcitaschon 16 trägt, die mit einer porösen Trennschicht 17 üborzojcn bzw. beschichtet sind. Diese Kathodontaschen 16 stehen eincrsciöo mit oinoni unteren Rohr 18 zur Abführung der Kathodenlau^c und andererseits mit einem oberen Rohr 19 zur AbTahrung des an den Kathoden i6 abgeschiedenen Wasserstoffs in Verbindung.

Zwischen den Kathodontaschon 16 sind im wesentlichen vertikale Anoden 1 angeordnet, die den obon beschriebenen und in Figur 1 dargestellten Anoden entsprechen. Sie sind senkrecht an einem als Wand dionendon Anodontrllger 21 mittols Bolzen 22 befestigt, dio durch dia Löcher 7 in den Wänden 2 und 3 hindurchgoführt sind. Dor An öden tr Liger 21 ist am U-Profil 15 mittels Bolzen 2k und Mutter 23 aus Isoliermaterial untor Zwischenlegung einos Dichtrings 25 befestigt.

Der Deckel 14 stoht mit einem nicht dargestellton Rohr zur Einfüllung der Lösung und mit einem nicht dargostollten Rohr zur Abführung doa an den Anoden 1 abgeschiedenen Chlore in Verbindung.

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i-'oca- Spann- Lav. Ankergliodcr 28 miteinander in Verbindung stohendo Winkelstücke 27 schlioijciyda κ ü-Pi*ori.l 15 und den An od on träger 21 hormeti ücIi zwischen dem JJcc.iol 1^i und dom Boden 29 der Wanne 13 unter Zwischenschaltung von Dichtringon 30 ein.

Die die Zolle der Figuren 2 und 3 bildenden Anoden 1 sind orfindungsgemäß je von Deflektor-Blechen 8 und 9 üborragt, die den oben beschriebenen entsprochen und über Querwände 31 und Querverstrobungen 32 miteinander in Verbindung stehen.. Diese Deflektor-Bleche 8 und 9 jeder Anode 1 sind schräg nach oben und in Richtung auf die beiderseits der Anode angeordneten Kathoden i6 ausgerichtet.

Diese Deflektor-Bleche können derart profiliert sein,daß die beiden Bleche 8 und 9,.die ^ZLl zwei aufeinander folgenden Anoden 1 gehören und die gleichzeitig auf die zwischen diesen beiden Anoden angeordnete Kathode 16 ausgerichtet sind, an ihren oberen Enden 33 und 3^· einen Abstand voneinander einhalten, der höchstens so groß wie der doppelte Anoden/Kathoden-Abstand ist.

¥ährend des Betriebs der in den Figuren 2 und 3 dargestellten Zelle steigt das an den Anoden 1 abgeschiedene Gas, gegebenenfalls Chlor, in den Anoden/Kathoden-Zwischenräumen 35 auf und reißt den Anolyten mit sich. Bei der Berührung der Deflektor-Bleche 8 und 9 wachsen bzw. fließen die Gasbläschen zusammen, was ihre aufwärtsgerichteto Bewegung-beschleunigt. Im Bereich 36 des Deckels 14 oberhalb der Deflektor-Bleche 8 und 9 wird die aufsteigende Bewegung des Gases und des Anolyten verzögert, wodurch eine Trennung von Gas und Anolyt hervorgerufen wird. Der Anolyt gelangt wieder zwischen die beiden Wände 2 und 3 jeder Anode 1, von wo er zum Boden der Wanne 13 absinkt und anschließend im Sinne eines weiteren Zyklusses wieder in die

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Anoden/Kathoden-Zwiachenräume 35 zurückgeführt wird.

Die Erfahrung hat gezeigt, daß eine in allen übrigen Dingon gleiche Zolle, doron Anoden orf indungsgeniüß von Dofloktoron überragt sind, bessere Botriobsniii^lichkoiton bietet als eine analoge Zelle, deren Anoden nicht mit Deflektoren ausgestattet sind. Insbesondere ermöglicht die erfindungsgemäße Verwendung von Defl ek~ toren oberhalb hohler Anoden, bei gleichen Hauptabmessungen bzw. bei gleicher gedrängter Bauweise der Zelle die Spannung zwischen Anode und Kathode zu reduzieren und die Stromdichte zu erhöhen. Dies ist besonders bemerkenswert bzw. kennzeichnend für Zellen, bei denen der Abstand zwischen den beiden Wänden 2 und 3 der Anode kleiner als 20 nun ist. Umgekehrt ermöglicht die erfindungsgemäße Verwendung von Deflektoren oberhalb der Anoden, bei gleichen Leistungen den Abstand zwischen den beiden Wänden

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jeder Anode und damit'Baugröße der Zelle zu verkleinern.

Patentansprüche

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Claims (5)

Pat entansprüche

1. Hohle Metallanode für Zellen mit im wesentlichen vertikalen Elektroden zur Elektrolyse von Lösungen, bei der ein Gas zurückgewonnen wird, wobei die Anoden an ihrem oberen und ihrem unteren Ende offen sind und zwei im wesentlichen vertikale und einander gegenüberliegende Wände aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden vertikalen Wände (2, 3) von zwei derart nach außen ausgestellten Deflektor-Blechen (8, 9) überragt sind, daß letztere nach oben auseinander streben.

2. Anode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Deflektor-Bleche (8, 9) am oberen Teil der beiden Wände (21 3) der Anode (1) angebracht sind.

3. Anode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Deflektor-Bleche (S, 9) aus Isoliermaterial bestehen.

k. Anode nach Anspruch 1, bei der die beiden Wände aus einem Metall der Titangruppe bestehen und auf einem Teil mindestens ihre Außenfläche mit einer Schicht eines Metalls der Platingruppe oder einer Verbindung eines solchen Metalls Überzogen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Deflektor-Bleche (8, 9) einstückig mit den beiden Wänden (2, 3) ausgeführt sind, deren Verlängerungen sie bilden.

5. Anode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Deflektor-Bleche (8, 9) auf einem Teil mindestens ihre Außenfläche mit einer Schicht eines Eetalls der Platingruppe oder einer Verbindung eines, solchen Metalls überzogen sind.

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Zelle zur Elektrolyse von Lösungen, bei der ein Gas an den Elektroden zurückgewonnen wird, mit einer Reihe hohler, im wesentlichen vertikaler und an ihrem oberen und ihrem unteren Ende offener Metallanoden, die mit im wesentlichen vertikalen Kathoden in einer Wanne alternierend angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede Anode (i) von zwei schräg nach, oben und in Richtung auf die beiden beiderseits der Anode (i) angeordneten Kathoden (16) ausgerichteten Deflektor-Blechen (8, 9) überragt ist.

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