DE2538414A1

DE2538414A1 - Elektrolyseapparat

Info

Publication number: DE2538414A1
Application number: DE19752538414
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl Ing Bender; Dieter Dr Bergner; Kurt Dipl Ing Hannesen; Helmut Dr Hund; Wilfried Schulte
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1975-08-29
Filing date: 1975-08-29
Publication date: 1977-03-10
Also published as: IN143408B; DE2538414C2; BE845661A; ZA765158B

Description

Elektrolyseapparat Gegenstand der Erfindung ist ein Elektrolyseapparat zur Herstellung von Chlor aus wässriger Alkalihalogenidlösung, bei dem Anoden- und Kathodenraum durch eine Trennwand, zum Beispiel ein Diaphragma oder eine Ionenaustauschermembran voneinander getrennt sind.
Nach DT-AS 1 421 051 ist eine Mehrfachelektrolysezelle bekannt, bei der zwischen den Graphit- oder piatinmetallanoden und den Meta.lkathoden ein Asbestdiaphragma angeordnet ist. Diaphragma, Meta lkathode und Anode bilden eine sogenannte Montageeinheit, die durch einen Rahmen von der nächst folgenden Einheit auf Abstand gehalten wird. Um für den Katholyten den notwendigen Raum zu schaffen, ist der an der Anode anliegende Teil der Kathode mit Warzen versehen, auf denen sich das auf einem Metallgazesieb aufgezogene Diaphragma abstützt.
Nach der DT-OS 21 00 214 ist eine ähnliche Mehrfachelektrolysezelle bekannt, bei der die mit Warzen versehenenMetallelektroden paarweise verschweißt sind und benachbarte Elektrodenpaare durch eine Membran voneinander getrennt sind. Die Membran stützt sich dabei auf den Warzen gegenüber liegende Elektroden ab. In den dadurch zustande kommenden Kanälen befindet sich der Anolyt bw. der Katholyt.
Wachtei.:li.Lr bei den bekannten Mehrfachelektrolysezellen ist, daß bei Beseitigung von Betri-hsstöXunCcn, wie Leckagen zwischen den einzelnen Elementen, Defekte an den Elektroden oder der Trennwand der Elektrolyseapparat stets entleert und wieder gefüllt werden muß, was sehr zeitraubend und aufwendig ist.
Es ist auch nicht ohne weiteres möglich, ohne komplette Demontage des Apparates den Ort der Betriebsstörung zu lokalisieren und ohne vollständige Demontage und ohne vollständige Erneuerung der einzelnen Dichtungen der Elemente den Elektrolyseapparat wieder in betriebsbereiten Zustand zu versetzen.
Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, daß keine Möglichkeit besteht, das entstehende Gas rasch von der aktiven Elektrodenoberfläche wegzuleiten. Es sind keine separaten Gasabzugskanäle möglich, so daß Anolyt und Katholyt nach Verlassen des Elektrolyseapparates entgast werden müssen. Bei Explosionen, die bei dieser Art der Elektrolyse nicht auszuschließen sind, wird in der Regel der gesamte Elektrolyseapparat zerstört.
Es war daher die Aufgabe zu lösen, einen Elektrolyseapparat zu schaffen, der die oben gezeigten Nachteile nicht aufweist.
Darüber hinaus bestand die Aufgabe, den Elektrolyseapparat aus Einzelzellen so aufzubauen, daß die Dichtigkeit der einzelnen Zellen, der Zustand der elektrischen Kontakte und die Stromverteilung ohne weiteres überwacht werden können. Ferner war erwünscht, daß die Einzelzellen für sich allein funktionsfähig sein sollten, um im Reparaturfall leicht entfernt oder ausgetauscht werden zu können und damit ohne Demontage des gesamten Elektrolyseapparates den Betrieb desselben nur kurzfristig unterbrechen zu müssen.
Die Aufgaben wurden erfindungsgemäß gelöst durch einen Elektrolyseapparat zur Herstellung von Chlor aus wässriger Alkalihalogenidlösung1 der mindestens eine Elektrolysezelle aufweist, die aus einem Gehäuse mit Einrichtungen zum Zuführen des Elelrtrolysestromes und der Elektrolyseeingangsprodukte und zum Abführen der Elektrolyseprodukte besteht und in der Anode und Kathode durch eine Trennwand voneinander getrennt angeordnet sind, der dadurch gekennzeichnet ist, daß a) das Gehäuse aus zwei Halbschalen besteht, b) die Elektroden über elektrisch leitende Bolzen mit den Halbschalen verbunden sind, wobei die Bolzen durch die Wandung der Halbschalen hindurchragen und auf ihrer hindurchragenden Stirnseite Stromzuführungen und Einrichtungen zum Zusammenpressen der Stromzuführungen, Halbschalen, Elektroden und Trennwand auf liegen und c) die Trennwand zwischen elektrisch isolierenden Distanzstücken, die in der Verlängerung der Bolzen auf der elektrolytisch aktiven Seite der Elektroden angeordnet sind, und mittels Dichtelementen zwischen den Rändern der Halbschalen eingeklemmt ist.
Die Kathoden können aus Eisen, Kobalt, Nickel oder Chrom oder einer ihrer Legierungen und die Anoden aus Titan, Niob oder Tantal oder einer Legierung dieser Metalle oder aus einem metall- oder oxydkeramischen Material bestehen. Darüber hinaus sind die Anoden mit einem elektrisch leitfähigen, katalytisch wirksamen Überzug versehen, der Metalle der Verbindungen der Gruppe der Platinmetalle enthält. Durch die Form der Elektroden, die aus durchbrochenem Material wie Lochblech, Streckmetall, Flechtwerk oder Konstruktionen aus dünnen Rundstäben bestehen, und ihre Anordnung in der Elektrolysezelle können die bei der Elektrolyse gebildeten Gase leicht in den Raum hinter den Elektroden eintreten. Durch diesen Gasabzug aus dem Elektrodenspalt erreicht man eine Verminderung des Gasbiasenwiderstandes zwischen den Elektroden und damit eine Verminderung der Zellenspannung.
Die Halbschalen können aus Eisen, Eisenlegierungen, Gußeisen oder glasfaserverstärkten Kunststoffen wie glasfaserverstärkte ungesättigte Polyesterharze, glasfaserverstärkte chlorierte Polyesterharze und glasfaserverstärkte Vinylesterharze bestehen, wobei darauf zu achten ist daß die Halbschale der Anodenseite aus eine gegen Chlor beständigen Material hergestellt wird.
Als Trennwand kommen die in der Chloralkalielektrolyse üblichen Diaphragmen aus Asbest bzw. Ionenaustauschmembranen in Betracht, Als Ionenaustauschermaterial eignet sich zum Beispiel ein Copolymerisat aus Tetrafluoräthylen und einer Perfluorvinyläthersulfonsäure: F2 -O-CF2-CF(CF3)-0-CF2-CF2-SO3H Die Äquivalent gewichte solcher Ionenaustauscher liegen zwischen 900 und 1600, vorzugsweise zwischen 1100 und 1500, Diese Ionenaustauschermembranen verhindern wie die Asbestdiaphragmen die Vermischung von Wasserstoff und Chlor, erlauben aber wegen ihrer selektiven Permeabilität nur den Durchgang von Alkalimetallionen in den Kathodenraum, das heißt, sie verhindern weitgehed den Ubergang von Halogenid in den Kathodem aum und den Durchtritt von Hydroxylionen in den Anodenraum. Dadurch erhält man eine praktisch salzfreie Lauge, wogegen aus dem Katholyten der Diaphragmazellen das Salz erst in einem aufwendigen Verfahren entfernt werden muß. Dazu kommt, daß im Gegensatz zu Asbestdiaphragmen die Ionenaustauschermembranen dimensionsstabile Trennwände darstellen, die auch ständiger sind gegen die aggressiven Medien der Alkalihalogenid-Elektrolyse und daher eine höhere Lebensdauer besitzen als Asbestdiaphragmen.
Der Elektrolyseapparat kann aus einer Elektrolysezelle aber auch aus einer Vielzahl hintereinandergeschalteter Zellen, wobei d elektrische Kontakt benachbarter Zellen jeweils über die eletrisch leitenden Bolzen erfolgt, bestehen.
Der erfindullgsgemäße Elektrolyseapparat wird anhand der Figuren in beispielsweiser Ausführung erläutert, Figur 1 zeigt einen Schnitt durch einen Elektrolyseapparat mit zwei Elektrolysezellen.
Figur 2 zeigt die Einzelheit A der Figur 1, Figur 3 zeigt eine Variante der in Figur 2 gezeigten Einzelheit A.
Das Gehäuse einer Elektrolysezelle besteht aus den Halbschalen 1 und 10. Die Halbschalen sind mit flanschartigen Rändern versehen, zwischen die mittels Dichtelementen 14 die Trennwand 6 eingespannt wird. Selbstverständlich sind auch andere Methoden die Trennwand einzuspannen möglich. Die Elektroden 3 und 7 sind über elektrisch leitende Bolzen 2 mit den Halbschalen 1 und 10 verbunden, wobei die Bolzen 2 durch die Wandung der Halbschalen hindurchragen. Auf der durch die Schalenwand hindurchragenden Stirnseite 22 der Bolzen liegen die Stromzuführungen 23 und die Spanneinrichtung 12 auf. Die Spanneinrichtung 12 besteht zum Beispiel aus einem U-förmigen Rahmen, dessen einer Flansch mit Spannschrauben 24 versehen ist, während der andere Flansch Stützbolzen 25 aufweist. In Verlängerung der Bolzen 2 sind auf der elektrolytisch aktiven Seite der Elektroden 3 und 7 elektrisch isolierende Distanzstücke 5 angeordnet. Die Bolzen 2 können entweder in die Halbschalen eingelassen sein (Figur 3) oder sie sind mit den Elektroden verbunden (Figur 2). Im Falle der metallischen Halbschalen können sie direkt angeformt werden.
Die Montage einer Zelle mit den konstruktiven Elementen entsprechend Figuren 1 und 2 erfolgt so, daß die Bolzen 2, die mit den Elektroden 3 und 7 fest verbunden sind (geschweißt, geschraubt oder genietetl, durch entsprechende Öffnungen 26 in die Halbschalen gesteckt werden, und die Halbschalen durch auf die Bolzen 2 aufgeschraubte Muttern 27 gehalten werden.
28 und 29 sind Dichtungen zum Abdichten der Bolzen 2. Nach der Variante gemäß Figur 3 sind die Bolzen in die Halbschale 1 eingelassen bzw. an die Halbschale 10 angeformt. Distanzstücke 5 und Elektroden 3 und 7 werden mittels Schrauben 8 bzw. Steokverbindungen 9 mit den Halbschalen verbunden. 4 deutet eine an dieser Stelle vorhandene Verstärkung der Elektroden 3 und 7 an.
Die so montierten Zellenllfilften werden gegebenenfalls mit den Distanzstücken 5, Dichtungen 14 und der Trennwand 6 versehen und an den Rändern mittels Schrauben 13 zusammengeschraubt.
Die montierte Elektrolysezelle kannswenn gewünschtrnun mit Elektrolyseeingangsprodukt gefüllt werden, bevor sie in die Spanneinrichtung 12 mit ihren mit Federn 11 belasteten Spannschrauben 24 eingesetzt wird. Mit 15 und 16 sind die Zuleitungen für das Elektrolyseeingangsprodukt angedeutet. Bei der Verwendung von Ionenaustauschermembranen der eingangs geschilderten Art wird in den Anodenraum als Elektrolyseeingangsprodukt Alkalihalogenidlösung und in den Kathodenraum Wasser oder verdünnte Alkalilauge eingeleitet. Verwendet man mikroporöse Durchlaufdiaphragmen wie z.B. Asbestdiaphragjnen oder Kunststoffdiaphragmen entfällt die Zuleitung zum Kathodenraum und durch die andere Zuleitung wird die Alkalihalogenidlösung in den Anodenraum eingespeist. Die Rohrleitungen 17 und 18 dienen zum Austragen von Chlor und Wasserstoff und die Rohrleitungen 19 und 20 ftir Anolyt und Katholyt. 21 deutet Isolatoren an.
Bei Elektrolyseapparaten mit mehreren Elektrolysezellen sind Anode und Kathode benachbarter Zellen über die Bolzen 2 elektrisch verbunden, so daß der Apparat einen echten bipolaren Elektrolyseapparat darstellt.

Claims

Patentansprüche:

1 Elektrolyseapparat zur Herstellung von Chlor aus wässriger Alkalihalogenidlösung der mindestens eine Elektrolysezelle aufweist, die aus einem Gehäuse mit Einrichtungen zum Zuführen des Eletrolysestromes und der Elektrolyseeingangsprodukte und zum Abführen der Elektrolyseprodukte besteht und in der Anode und Kathode durch eine Trennwand voneinander getrennt angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß a) das Gehäuse aus zwei Halbschalen besteht, b) die Elektroden über elektrisch leitende Bolzen mit den Halbschalen verbunden sind, wobei die Bolzen durch die Wandung der Halbschalen hindurchragen und auf ihrer hindurchragenden Stirnseite Stromzuführungen und Einrichtungen zum Zusammenpressen der Stromzuführungen, Halbschalen, Elektroden und Trennwand aufliegen und c) die Trennwand zwischen elektrisch isolierenden Distanzstücken, die in der Verlängerung der Bolzen auf der elektrolytisch aktiven Seite der Elektroden angeordnet sind und mittels Dichtelementen zwischen den Rändern der Halbschalen eingeklemmt ist.
2) Elektrolyseapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathoden aus Eisen, Kobalt, Nickel oder Chrom oder einer ihrer Legierungen bestehen.
3) Elektrolyseapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anoden aus Titan, Niob, Tantal oder einer Legierung dieser Metalle oder aus einem metall- oder oxydkeramischen Material bestehe und mit einem elektrisch leitfähigen, elektrokathalytisch wirksamen Überzug versehen sind, der Metalle oder Verbindungen der Metalle der Platingruppe enthält.
4) Elektrolyseapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbschalen der Anodenseiten aus einem gegen Chlor be.ständigen faserverstärkten Kunststoff bestehen.
5) Elektrolyseapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Italbschalen der Kathodenseiten aus einem gegen Alkali laugen beständigen faserverstärkten Kunststoff ode aus Eisen oder einer Eisenlegierung, insbesondere aus Gußeisen bestehen.
6) Elektrolyseapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnct daß als Trennwände Ionenaustauschermembranen verwendet werden.
7) Elektrolyseapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Trennwände mikroporöse Durchlaufdiaphragmen verwendet werden.