DE2321417B2

DE2321417B2 - Electrolytic cell

Info

Publication number: DE2321417B2
Application number: DE2321417A
Authority: DE
Inventors: John E. Painesville Ohio Bennett (V.St.A.)
Original assignee: Diamond Shamrock Corp
Current assignee: Diamond Shamrock Corp
Priority date: 1972-04-28
Filing date: 1973-04-27
Publication date: 1980-04-24
Also published as: AU472998B2; AU5419773A; JPS5219833B2; IL42118A; IT980373B; US3819504A; GB1384836A; CA1019692A; IL42118A0; FR2182178A1; DK133757B; DK133757C; FR2182178B1; DE2321417A1; SE392295B; JPS4947264A; BR7303068D0

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrolysezelle, insbesondere zur Chloralkalielektrolyse mit einer bestimmten Elektrodenanordnung, die eine Ansatzbildung auf inaktiven Kathodenbereichen ausschließt. Derartige Ablagerungen bzw. Kesselstein der Härtebildner des Wassers wirken als Isolatoren. Ist der Ansatz noch dünn bzw. auf einzelne Elektrodenbereiche begrenzt, se ist zwar noch eine Elektrolyse möglich, jedoch benötigt diese für die Aufrechterhaltung der erforderlichen Stromdichte an der Anode eine unwirtschaftliche Zellenspannung; diese und die Temperatur des Elektrolyten steigen mit zunehmender Ansatzbildung an, bis ein Abschalten der Zelle erforderlich ist, um die Ansätze zu entfernen bzw. die Elektroden auszutauschen.The invention relates to an electrolysis cell, in particular for chlor-alkali electrolysis with a specific Electrode arrangement that prevents deposits from forming on inactive cathode areas. Such Deposits or scale from the water's hardness builders act as insulators. Is the approach still thin? or limited to individual electrode areas, electrolysis is still possible, but required this is uneconomical for maintaining the required current density at the anode Cell voltage; this and the temperature of the electrolyte rise with increasing build-up until a It is necessary to switch off the cell in order to remove the attachments or to exchange the electrodes.

Bisher hat man versucht, derartige Ansätze durch Umpolen der Zelle zu entfernen, was konstruktive Änderungen an der Zelle notwendig macht; außerdem wird durch diese umgepolte Reinigungs-Elektrolyse meist die wirksame Elektrodenfläche übermäßig beansprucht oder beschädigt. Ebenso kostspielig durch die hohe Arbeitsintensität ist die Entfernung des Ansatzes durch Tauchen der Elektroden in verdünnte Säure, insbesondere Salzsäure, da dazu meistens der Ausbau der Elektroden, die Säurebehandlung und eine mehrfache Wäsche der Elektroden und schließlich wieder der Elektrodeneinbau erforderlich wird.So far, attempts have been made to remove such approaches by reversing the polarity of the cell, which is constructive Makes changes to the cell necessary; In addition, this reverses the polarity of cleaning electrolysis usually the effective electrode surface is excessively stressed or damaged. Equally costly due to the high work intensity is the removal of the deposit by immersing the electrodes in dilute acid, especially hydrochloric acid, since this usually involves removing the electrodes, treating with acid and multiple treatments It becomes necessary to wash the electrodes and then re-install the electrodes.

Nach der DE-AS 20 23 751 soll die Ansatzbildung bei der Elektrolyse von See- oder Salzwasser dadurch bekämpft werden, daß die Kathode um mehr als das 5-fache des Elektrodenabstandes über die Kante der gegenüberliegenden Anode hinaus verlängert ist. Durch diese Maßnahme wird das in Rede stehende Problem nicht gelöst, sondern die Betriebsunterbrechungen zurAccording to DE-AS 20 23 751, the approach formation should be the electrolysis of sea or salt water can be combated by removing the cathode by more than that 5 times the electrode spacing is extended beyond the edge of the opposite anode. By this measure will not solve the problem in question, but the business interruption for

Entfernung der Ansätze lediglich hinausgezögert. Durch die Verlängerung der Kathoden über die Anoden erreicht man zwar eine längere Betriebszeit der Zelle, jedoch nur aufgrund der Tatsache, daß größere Öffnungen für den Durchtritt des Elektrolyten zur Verfügung stehen, die dann langsamer bzw. später durch die Ablagerung der Härtebildner zugesetzt werden.Removal of the approaches only delayed. By extending the cathodes over the anodes one achieves a longer operating time of the cell, but only due to the fact that greater Openings for the passage of the electrolyte are available, which then pass more slowly or later the deposits of hardness builders are added.

Aufgabe der Erfindung ist jedoch die Lösung des Problems, also die Verhinderung der Ansatzbildung,
ίο Die Erfindung betrifft somit Elektrolysezellen, insbesondere zur Natriumchlorid-Elektrolyse, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß in Strömungsrichtung des Elektrolyten an der Eintrits- und Austrittsseite des Elektrolyten die Anode(n) über die Kathode(n) hinausii reichen und die beiden Endelektroden innerhalb einer Zelle Anoden sind.However, the object of the invention is to solve the problem, i.e. to prevent the formation of deposits,
The invention thus relates to electrolysis cells, in particular for sodium chloride electrolysis, which is characterized in that the anode (s) extend beyond the cathode (s) and the two end electrodes within one in the flow direction of the electrolyte on the inlet and outlet side of the electrolyte Cell anodes are.

Dafür gibt es mehrere Ausgestaltungsformen. So können die mit kleinen Öffnungen für den Durchtritt des Elektrolyten versehenen Anoden und Kathoden abwechselnd horizontal in der Zelle angeordnet sein. Bei einer anderen Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Elektrolysezelle sind innerhalb der Zelle abwechselnd massive Anoden und Kathoden vertikal gehalten, wobei die Elektrolytströmung parallel zu und entlang der Elektroden stattfindet.There are several forms of implementation for this. So can those with small openings for the passage of the Electrolyte-provided anodes and cathodes can be arranged alternately horizontally in the cell. at Another embodiment of the electrolytic cell according to the invention are alternating within the cell massive anodes and cathodes held vertically, with the electrolyte flow parallel to and along of the electrodes takes place.

Bei einer weiteren Ausgestaltungsiorm befinden sich in der Zelle abwechselnd vertikal Anoden und Kathoden, wobei die Elektrolytströmung parallel und entlang der Elektroden stattfindet und die End-Anoden L-förmig ausgebildet sind, während der waagrechte Schenkel durchbrochen ist, um den Durchtritt des Elektrolyten zu ermöglichen und über die anderen Elektroden hinausreicht.In a further embodiment there are in the cell alternating vertically anodes and cathodes, with the electrolyte flow parallel and takes place along the electrodes and the end anodes are L-shaped, while the horizontal Leg is perforated to allow the passage of the electrolyte and over the other Electrodes.

In einer weiteren Ausgestaltungsform befinden sich an den Querseiten der gleich dimensionierten vertikalen Elektroden im Abstand und horizontal angeordnet durchbrochene Anoden.In a further embodiment there are on the transverse sides of the equally dimensioned vertical electrodes at a distance and horizontally openwork anodes.

Bei Inbetriebsetzen der erfindungsgemäßen Zelle gelangt wenigstens eine Anovie zuerst mit dem Elektrolyten in Berührung, bevor dieser eine Kathode erreicht und umgekehrt verliert der Elektrolyt beim Ablassen zuerst Kontakt mit der oder den Kathode(n) und dann erst mit der Anode.When the cell according to the invention is put into operation, at least one anovie comes first with the Electrolyte in contact before it reaches a cathode and vice versa the electrolyte loses when First let off contact with the cathode (s) and only then with the anode.

Die verschiedenen Ausgestaltungsformen der erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung in der Zelle werden anhand der Figuren weiter erläutert.The various embodiments of the electrode arrangement according to the invention in the cell are further explained with reference to the figures.

Fig. I zeigt die Ausgestaltung der erfindungsgemaßen Zelle nach Anspruch 2. wobei die Elektroden horizontal angeordnet und mit kleinen Öffnungen für w den Elektrolytdurchgang versehen sind.Fig. I shows the embodiment of the invention The cell of claim 2, wherein the electrodes are arranged horizontally and with small openings for w the electrolyte passage are provided.

Fig. 2 zeigt die Ausgestaltung der erfindungsgemii-Ben Zelle nach Anspruch 3, bei der die Elektroden vertikal angeordnet sind und die Anoden an beiden Seiten die Kathoden überragen. Die Elektrolytströmung M erfolgt in diesem Fall parallel zu und entlang der Elektroden.Fig. 2 shows the embodiment of the invention-Ben A cell according to claim 3, wherein the electrodes are arranged vertically and the anodes are arranged on both Sides protrude beyond the cathodes. The electrolyte flow M takes place in this case parallel to and along the Electrodes.

Fig.3 zeigt die Ausgestaltung einer Zelle nach der Erfindung entsprechend Anspruch 4, wobei die mittleren Elektroden gleich lang sind und die End-Anoden μ abgewinkelt und die horizontalen Schenkel der Anoden für den Elektrolytdurchgang durchbrochen sind. Die Elektrolytströmung erfolgt bei dieser Ausführungsform parallel entlang der Mittclelektroden.3 shows the configuration of a cell according to the Invention according to claim 4, wherein the central electrodes are of equal length and the end anodes μ angled and the horizontal legs of the anodes for the electrolyte passage are broken. the In this embodiment, the electrolyte flow takes place in parallel along the central electrodes.

Fig.4 zeigt die Ausgestaltung der erfindungsgemä-Ben Zelle entsprechend Anspruch 5, bei der die Elektroden vertikal angeordnet und gleich lang sind und sich horizontal über das ganze Elektrodenpacket durchbrochene Anoden befinden. Die Elektrolytströ-4 shows the design of the ben according to the invention A cell according to claim 5, in which the electrodes are arranged vertically and of equal length and there are perforated anodes horizontally across the entire electrode package. The electrolyte flow

mung entspricht bei der Ausgestaltung der Zelle nach F i g. 4 der in F i g. 3 herrschenden.mung corresponds to the design of the cell according to F i g. 4 of the in F i g. 3 ruling.

Ganz allgemein kann man sagen, daß die Elektroden zueinander im wesentlichen parallel sind und die Öffnungen für den Elektrolytdurchgang klein sind. Die Elektrolytströmung ist meistens von unten nach oben, was günstiger ist, während jedoch grundsätzlich auch eine umgekehrte Strömungsrichtung möglich ist. Die Elektroden sind im allgemeinen Platten, die gegebenenfalls auch bei der Ausführungsform nach Fig.2 durchbrochen sein können.In general it can be said that the electrodes are essentially parallel to one another and the Openings for electrolyte passage are small. The electrolyte flow is mostly from bottom to top, which is cheaper, while in principle, however, a reverse flow direction is also possible. the Electrodes are generally plates, which may also be used in the embodiment according to FIG can be broken.

Wie bereits darauf hingewiesen, ist es wesentlich, daß der Elektrolyt als ersies und als letztes eine Anode berührt.As indicated earlier, it is essential that the electrolyte be an anode first and last touched.

Die erfindungsgemäßen Zellen eignen sich für die Elektrolyse aller Arten von Salzlösungen wie Seewasser, Brackwasser und dergleichen, um beispielsweise diaphragmalos Hypochlorit herzustellen. Wie bei der Chloralkalielektrolyse bildet sich an der Kathode Wasserstoff und in der Kathodenkammer Natronlauge sowie an der Anode Chlor, welche \n situ zu Natriumhypochlorit reagieren.The cells according to the invention are suitable for the electrolysis of all types of salt solutions such as seawater, brackish water and the like, for example to produce diaphragm-free hypochlorite. As with the chlorine-alkali electrolysis is formed at the cathode and hydrogen react in the cathode chamber sodium hydroxide and chlorine at the anode, which \ n situ to form sodium hypochlorite.

Die erfindungsgemäßen Zellen sind bei guter Stromausbeute lange Zeit arbeitsfähig, wobei die Kathoden keine Ansatzbildung zeigen und die für den Elektrolyt vorgesehenen Öffnungen nicht verstopf! werden.The cells according to the invention are capable of working for a long time with a good current yield, the Cathodes do not show any deposits and do not block the openings provided for the electrolyte! will.

Im Gegensatz dazu bilden sich an den Kathoden üblicher Zellen, in denen der Elektrolyt gleichzeitig auf die beiden Elektroden trifft, in Kürze ein Ansatz, der die Zellenleistung und die Stromausbeute sehr nachteilig beeinflußt. Eine theoretische Erklärung für das Freibleiben der erfindungsgemäß angeordneten Elektroden von jeglichen Ansätzen und dergleichen kann noch nicht gegeben werden.In contrast to this, normal cells, in which the electrolyte builds up at the same time, form on the cathodes hits the two electrodes, in a nutshell, an approach that is very detrimental to cell performance and current yield influenced. A theoretical explanation for the remaining free of the electrodes arranged according to the invention any approaches and the like cannot yet be given.

Die Erfindung wird an folgenden Beispielen weiter erläutert:The invention is further illustrated by the following examples:

example 1

Einer Zelle mit einer Elektrodenanordnung nach Fig. 1 wurde kontinuierlich eine Natriumchloridlösung enthaltend 30 g/l NaCI zugeführt; die Eleklrolyttemperatur betrug ungefähr 10 bis 35°C. Der Elektrolyt wurde hergestellt aus einer gesättigten Salzlösung und hartem Leitungswasser enthaltend etwa 150 ppm Ca. Der Elektrolyt wurde so in die Zelle eingeleitet, daß er unter der unteren End-Anode eintrat.A sodium chloride solution was continuously added to a cell with an electrode arrangement according to FIG. 1 containing 30 g / l NaCl supplied; the electrolyte temperature was approximately 10 to 35 ° C. The electrolyte was made from a saturated saline solution and hard tap water containing about 150 ppm approx Electrolyte was introduced into the cell so that it entered under the lower end anode.

Nach einer kontinuierlichen Betriebszeit von 3 Monaten zeigten die Elektroden keine Ablagerungen, welche die Elektrolyse nachteilig beeinflußt hätten, während alle anderen Flächen wie die Wanne, die Kühlschlangen und dergleichen dicke Calciumcarhonat-Abiagerungen aufwiesen.After a continuous operating time of 3 months, the electrodes showed no deposits, which would have adversely affected the electrolysis, while all other surfaces such as the tub, the cooling coils and the like, thick calcium carbonate deposits exhibited.

Example 2

In Abwandlung des Beispieles 1 wurde Seewaiser zur Herstellung von Natriumhypochlorit eleJctrolysiert und zwar bei einer Stromdichte von 0,116 A/cm². Nach IO Tagen zeigten die Elektroden keine Ansätze, die den Zellenbetrieb nachteilig beeinflußt hätten.In a modification of Example 1, Seewaiser was electrolyzed to produce sodium hypochlorite, specifically at a current density of 0.116 A / cm ² . After 10 days, the electrodes did not show any signs that would have adversely affected cell operation.

Nun wurden anstelle von End-Ar.oden End-Kathoden bei sonst gleichem Zellenaufbau vorgesehen undNow instead of end electrodes, end cathodes with otherwise the same cell structure were provided and

JO festgestellt, daß nach 12 h bereits die Öffnungen für den Elektrolytdurchgang praktisch von Ablagerungen verstopft waren und die Zelle stillgelegt werden mußte.JO found that after 12 h the openings for the The electrolyte passageway was practically clogged with deposits and the cell had to be shut down.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Electrolysis cells, in particular for the electrolysis of sodium chloride, characterized in that that in the flow direction of the electrolyte on the inlet side and the outlet side the anode (s) over the cathodes) and both end electrodes are anodes.

2. Electrolytic cells according to claim 1, characterized in that with small openings for the Passage of the electrolyte provided anodes and cathodes alternately and horizontally in the Electrolytic cell are provided (Fig. 1).

3. Electrolytic cell according to claim 1, characterized in that alternating solid anodes and cathodes are provided vertically in the electrolytic cell for electrolytic flow parallel to and along the electrodes (Fig. 2).

4. Electrolytic cell according to claim 1, characterized in that alternating anodes and Cathodes vertical in the electrolytic cell for an electrolyte flow parallel to and along the Electrodes are provided, the end anodes being L-shaped and the horizontal one Leg is broken for the electrolyte passage and extends over the other electrodes (Fig. 3).

5. Electrolytic cell according to claim 1, characterized in that on the two transverse sides the equally dimensioned vertical electrodes at a distance and horizontally perforated anodes are located (I'ig. 4).