DE2262786A1

DE2262786A1 - Rahmen fuer filterpressen-elektrolysezellen

Info

Publication number: DE2262786A1
Application number: DE2262786A
Authority: DE
Inventors: Pierre Bouy; Daniel Collard
Original assignee: Rhone Progil SA
Current assignee: Rhone Progil SA
Priority date: 1971-12-23
Filing date: 1972-12-21
Publication date: 1973-07-05
Also published as: NL7217261A; FR2169710B1; US3836448A; SE388639B; BE793281A; JPS5210423B2; BR7209046D0; FR2169710A1; NL166729B; NO138253C; NO138253B; IT974236B; DE2262786C3; CH562329A5; AT319279B; SU843769A3; CA986458A; GB1388010A; JPS4878084A; NL166729C

Description

Sit» ING. F. WtJTESTIiOFF 8 MÜNOHKN flÖ DHAt.PEGHMANN . SCHWEtGEHSTnASsE Ü DR.ING, ihlJEIiilENS *ttSr&* «ftii» ΜβΟβΙ

,INfe ii. VOKM «*.**-:«Β4.0Λ»

ΤΚί,ΕΟΒΑΜ.ΊίΚ ■

PATENTANVv¹AIiTE pbotkoti'Atent »lifkcilEN

%1 258

Be Söhieibung 2262786

zu der

SHOME-PROÖIl, SiA*

6, Rue Piccini, Paris 16 Prankreich

■betreffend

Rahmen für ffilterpresseft-Elektrolysezellen

Die Erfindung betrifft Rahmen für Filterpressen-Elektrolysezellen, welche durch ihre besondere Bauart eine maximale Beladung bzw. Leistung je !Flächeneinheit der Elektroden dieser Zellen gestatten.

Die Vorteile von Filterpressen-Elektrolysezellen, vor allem von solchen mit-elektrischer Reihenschaltung der Einzel- oder Elementarzellen sind seit langem bekannt: Diese Zellen gestatten infolge ihrer kompakten Bauweise eine sehr viel bessere Ausnutzung der Bodenflache der Werkhallen und erfordern wesentlich weniger Rohrleitungen für die Zuspeisung und Abführung der fließfähigen Medien sowie geringere Investitionen an Kupfer oder Aluminium für die elektrische „Sttomversorgung.(Leitungen).

30982?/10'5S

Der Zusammenbau einer Vielzahl von Elementarzellen zu einem mechanischen Aggregat erhöht und vervielfältigt jedoch das Risiko, das gesamte Aggregat wegen tines Defektes, der nur in einer Elementarzelle auftritt, stillegen zu müssen. Auch sind zwar die allgemeinen Charakteristik» von filter* pressen-Elektrolysezellen seit langem festgelegt; »it den verfügbaren Werkstoffen sowohl für die Herstellung von Elektroden als auch für Dichtungsglieder, Rahmen oder Diaphragmen,ließ sich lange Zeit hindurch nicht die erforderliche oder erwünschte Betriebssicherheit erreichen; deshalb ist diese Zellen-Bauart nur wenig verbreitet, zumindest für die Elektrolyse von Alkalichloridlöaungen zur Herstellung von Chlor oder Chloraten.

In jüngerer Zeit sind zahlreiche neue Werkstoffe entwickelt worden, deren sorgfältige, dem einzelnen Ver*- wendungszweck entsprechende Auswahl nicht nur beträchtlich die Betriebssicherheit von großen FilterpressenKElektrolysezellen-Aggregaten verbessert, sondern auch beträchlich

die Beladung oder Leistung je Flächeneinheit der Elektroden erhöht.. Dieser letztere Vorteil vor allem wurde durch die für Elektroden möglich gewordene Verwendung von Metallwerkstoffen erreicht, welche Titan oder Metalle oder Legierungen mit analogen anodischen Eigenschaften enthalten, wobei die anodisch aktiven Teile dieser Werkstoffe oder Strukturen mit leitenden, vor der Korrosion durch den jeweiligen Elektrolyten schützenden Schichten überzogen sind. Derartige Bauteile können vorgesehen sein, damit die im Verlauf der Elektrolyse freigesetzten Gase überwiegend außerhalb des von den kathodisch und anodisch aktiven Teilen oder Bereichen umschlossenen Raumes freigesetzt werden; dieser Umstand, kombiniert im Falle der Filterpressen-Elektrolysezellen mit der Abwesenheit von merklichen Widerstandsvexlueten in den Elektroden infolge dee senkrecht zu den elektrolytisch aktiven Flächen hindurch-

309827/10SS - 3 -

gehenden Stromes, gestattet einerseits die Höhe der Elektroden und andererseits die Stromdichte je Flächen-· einheit zu erhöhen, ohne daß im letzteren Falle eine übermäßige Erwärmung auftritt. Derartige bipolare Elektroden werden in zwei gleichzeitig eingereichten Patentanmeldungen beschrieben.

Der Bau von Filterpressen-Elektrolysezellen großer leistung unter Verwendung dieser Elektroden stellt jedoch andere Probleme: es hat sich gezeigt, daß die Rahmen üblicher Bauart nicht für den Aufbau von Elektrolysezellen mit stark erhöhter Leistung verwendet werden können, weil verschiedene Schwierigkeiten bei der Auftrennung der Gase und der Flüssigkeiten sowie beim Umlauf des Elektrolyten auftreten. Es ist schwierig, aus diesen hochleistungsfähigen Elektrolysezellen große Mengen Gas vermischtmit relativ großen Mengen Elektrolyt abzuführen, es sei denn, daß große Abschnitte, Querschnitte oder Strecken für die verschiedenen erforderlichen Leitungen vorgesehen werden; dies zieht aber zu starke Stromverluste nach sich, welche infolge der Vereinigung der aus den Einzel- oder Elementarzellen abgeführten Gase und Flüssigkeiten in den Sammelleitungen auftreten. Außerdem muß in diesen leistungsstarken Elektrolysezellen der Umlauf des Elektrolyten besonders untersucht und überwacht werden, um einerseits eine zu starke Verarmung an Ionen bei Aufsteigen des Elektrolyten in den Raum zwischen den Anoden und den Kathoden und andererseits eine zu starke Anreicherung an Gasblasen zu verhindern.

Diese verschiedenen Nachteile werden nun mit Hilfe der erfindungsgemäß vorgesehenen Rahmen vermieden. Diese neue Rahmen sichern die Trennung der Gase vom Elektrolyten derart, daß die über die mit dem Ober- oder Deckelteil dieser Rahmen verbundenen Leitungen abgeführten Gase nur eine kleine Menge Elektrolyttröpfchen suspendiert enthalten. . " -.? .,

309027/1055

Die angestrebte Trennung wird dadurch erreicht, daß in jedem Rahmen zwei deutlich voneinander verschiedene Bereiche vorgesehen sind: ein unterer Bereich oder Bodenteil, an den eine Anode oder Kathode angepaßt iat und dessen Umkreis oder Umfang abgedichtet ist, sowie einen kastenartigen oberen Bereich oder Deckelteil, welcher mit dem Bodenteil über eine oder mehrere Öffnungen in Verbindung steht und in welchem die Trennung der erzeugten Elektrolysegase von den Elektroyten erfolgt. Die Höhe der Deckelteile der Rahmen werden so besmessen, daß sich die Gase leicht abtrennen lassen und daß - wenn in den Zellen Diaphragmen vorgesehen sind der erforderliche Druck des Elektrolyten aufrechterhalten wird, um dessen Umlauf in der gewünschten Richtung sicherzustellen. Infolgedessen können die Kathodenrahmen und Anodenrahmen Deckelteile von gleicher Höhe oder unterschiedlicher Höhe besitzen. .

Durch diese Anordung werden die Verstopfungen der Gasleitungen durch den Elektrolyten und außerdem die Stromverluste verhindert, welche bei Filterpressen-Elektrolysezellen mit elektrischer Reihenschaltung beträchtlich sein können, weil die Leitungen für die Flüssigkeiten, über die diese Stromverluste auftreten, einen kleinen Querschnitt besitzen und beliebige längen haben können, um deren induktionsfieihen (Ohm'sehen) Widerstand zu erhöhen. Außerdem ist die Abdichtung dieser Zellen gut gesichert, weil die Dichtungsglieder ausschließlich an den Bodenteilen der Rahmen notwenig sind infolge der kastenartigen Ausbildung der Deckelteile. Schließlich läßt sich der in dem unteren Bereich der Deckelteile von den Gasen mitgerissene, aber von diesen getrennte Elektrolyt leicht in den Kathoden- oder Anodenraum jeder Einzel- oder Elementarzelle zurückführen und dadurch partiell in Umlauf bringen und zwar über eine Leitung, die vorteilhafterweise in der Wand des vorgesehenen Rahmens angeordnet ist. Selbstverständlich können derartige Rahmen

3 0 9827/1055 -5-

zusammengenommen Sammelleitungen für die Gase sowie Sammelleitungen für die Zuspeisung und die Ableitung des Elektrolyten aufweisen sowie verschiedene Öffnungen oder Vorrichtungen, um den Druck, die Temperatur und die Spannung zu messen sowie schließlich die erforderlichen Bauteile oder C-lieder zum Befestigen und Handhaben der Zellen.

Die erfindungsgemäß vorgesehen Rahmen können für den Bau aller Arten von Filterpressen-Elektrolysezellen Verwendung finden; die verwendeten Werkstoffe richten sich nach Temperatur, Katholyt und freigesetzte Gase; der Werkstoff kann isolieren und "beispielsweise ein Kunststoff oder ein metallischer Werkstoff sein. Pur die Wahl des Werkstoffes für die Rahmen ist weiterhin bestimmend die erforderliche chemische Korrosionsfestigkeit sowie die Beständigkeit gegenüber Angriffen, welche bei metallischen Rahmen auf der Potentialdifferenz zwischen Rahmen und Elektrolyten, erzeugt durch die Stromverluste in den Sammelleitungen für den Elektrolyten, zurückzuführen sind.

Die erfindungsgemäß vorgesehenen Rahmen eignen sich besonders gut für den Bau von Filterpressen-Elektrolysezellen, welche elektrisch hintereinander geschaltet für die Chloralkali-Elektrolyse verwendet werden. Die nachfolgende Beschreibung der beigefügten schematischen Zeichnung bezieht sich auf Ausführungsbeispiele von Rahmen, die für Diaphragmazellen zur Herstellung von Chlor bestimmt sind.

In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 einen Anodenrahmen im Schnitt;

Fig. 2 einen Teil einer Elektrolysezelle mit montiertem Rahmen, ebenfalls im Schnitt.

309827/10S5

press-

Der in Pig. 1 gezeigte Rahmen besteht aus /geformten Polyester; der untere Bereich oder Bodenteil 1 nimmt den Anodenbereich einer bipolaren Elektrode (im Bild nicht gezeigt) auf und steht mit dem kastenförmigen oberen Bereich oder Deckelteil 2 über eine Reihe von öffnungen in Verbindung. Im oberen Teil des Deckelteiles befindet sich der Chlorauslass 4. Der im Deokelteil vom Chlor getrennte Elektrolyt wird über die Leitungen 5, die im Rahmen angeordnet sind, zum Elektrolytzulauf 6 in der Mitte des Bodenteils zurückgeführt und tritt über die Öffnungen 7 in den Anodenraum über bzw. mit der Anode der bipolaren Elektrode in Berührung. Im Deckelteil sind bei 8 eine Klemme für Spannungsmessung, bei 9 ein Druckfühler und bei 10 ein Temperaturfühler vorgesehen, außerdem Stützen oder Auflagen für den Rahmen sowie eine Bedingungs- oder Handhabungsöffnung 12. Die nicht gezeigten Kathodenrahmen sind mit Ausnahme der Höhe den Anodenrahmen gleich und dienen zusammen mit diesen zur Ausrüstung einer Diaphragmazelle, deren eines Ende in Fig. 2 gezeigt ist.

Die in dieser Zelle verwendeten bipolaren Elektroden entsprechen den oben erwähnten Vorschlägen. In Pig. 2 sind die Anodenrahmen mit 13 und die Kathodenrahmen mit 14 bezeichnet. Die Anodenrahmen sind höher als die Kathodenrahmen, um über die erforderliche Elektrolythöhe verfügen zu können, welche den Druckverlust infolge des Durohtrittes durch das Diaphragma ausgleicht. Die bipolaren Elektroden bestehen aus einem Anodenteil 16 und einem Kathodenteil 17; der Anodenteil bzw. die Anode besteht aus einer gestreckten Titanfolie oder -platte, beschicht mit Platin; der Kathodenteil bzw. die Kathode ist ein Netz oder Gitter aus Flußstahl. Die beiden Anoden- und Kathodenteile jeder Elektrode sind mit einem Bimetallglied 18 verschweißt, welches aus Flußstahl^ sprengplattiert mit Titan besteht und die elektrische Verbindung sowie die Trennung vom Katholyt und Anolyt bewirkt. Eine einfache Abschlußelektrode 19 besteht hier aus einem Flußstahlnetz oder -gitter, verbunden mit einer - 7 -

309827/1055

dicken und gerippten Platte aus Flußstahl. Die Strom» ableitungen sind mit 20 bezeichnet. Am Ende wird die Zelle durch einen Balken oder Pfosten 21 abgestützt₉ · an dem ein besonderer Rahmen 22 zum Yerkeilen anliegt.. Zwischen den Einzel- oder Elementarzellen befinden sich die Dichtungsglieder 23 und zwischen je 2 benachbarten Dichtungsgliedemdie Diaphragmen 24 aus Asbesttuch«, Alle Ableitungen für Chlor der Anodenrahmen werden in der Saraael- oder Hauptleitung 25 zusammengefaßt und alle Ableitungen für Wasserstoff in der Haupt- oder Sammelleitung 26. Die Einspeisung des Elektrolyten erfolgt über den Zulauf 27; alle Elektrolytabläufe sind in der Haupt- oder Sammelleitung 28 zusammengefaßt. Bei der Montage werden die verschiedenen Bauelemente so dicht zusammengenommen, daß die Kathodenteile und Anodenteile der Elektroden in die Bodenteile der jeweiligen Rahmen hineinpassen, wobei die Kathodenteile in Berührung stehen mit den Diaphragmen.

Eine derartige aus Elektroden mit 60 dm Fläche zusammengebaute Filterpressen-Elektrolysezelle, die bei 9O⁰C mit

2 -

einer Stromdichte von 30 A/dm gefahren und mit einer Kochsalzlösung enthaltend 310 g/l IaCl gespeist wurde. ₉ benötigte eine Speise- oder Netzspannung von lediglich 3_S2 Y je Elementarzelle.

PatentansOrüche

309827/1085

Claims

Patentansprüche

1. Rahmen für Filterpressen-Elektrolysezellen bestehend aus einem Bodenteil (1) zur Aufnahme einer Anode oder Kathode, einem Deckelteil (2) in Form eines geschlossenen Kastens, welcher den Bodenteil verlängert und in welchem die Trennung der durch die Elektrolyse erzeugten Gase vom Elektrolyten erfolgt,einer oder mehrerenVerbindungsöffnungen (3) zwischen Boden- und Deckelteil, angebracht im unteren Teil des kastenartigen Deckelteils sowie Dichtungsglieder (23) entlang dem Umkreis des Bodenteils*

2. Rahmen nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch unterschiedlich hohe kastenförmige Deckelteile für Anodenrahmen und Kathodenrahraen.

3. Rahmen nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Sammel-Gasableitungen (25, 26), welche die Einzelableitungen aus den Deckelteilen aller gleichartigen Rahmen einer Zelle zusammenfassen.

4. Rphmen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Rückleitung (5) im Rahmen selbst aus dem Deckelteil zum Elektrolytablauf (28) oder Elektrolytzulauf (27) im Bodenteil des Rahmens.

5. Rahmen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch integrierte Sammel-Gasableitungen.und Elektrolyt-Speise-oder Ableitungen. - g

309827/1055

6. Verwendung der Rahmen nach einem der Ansprüche 1 Ms zum Bau von Filterpressen-Elelctrolysezellen, insbesondere £ür hintereinander- oder reihengeschaltete Zellen für die Chloralkali-Elektrolyse zur Herstellung von Chlor und Chloraten.

3Q9327/1Ö55