DE2629506A1 - Elektrolysezelle fuer die herstellung von alkalimetallhydroxiden und halogenen - Google Patents

Elektrolysezelle fuer die herstellung von alkalimetallhydroxiden und halogenen

Info

Publication number
DE2629506A1
DE2629506A1 DE19762629506 DE2629506A DE2629506A1 DE 2629506 A1 DE2629506 A1 DE 2629506A1 DE 19762629506 DE19762629506 DE 19762629506 DE 2629506 A DE2629506 A DE 2629506A DE 2629506 A1 DE2629506 A1 DE 2629506A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
anode
cathode
cell according
electrolytic cell
tubular
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE19762629506
Other languages
English (en)
Inventor
Jun John Edward Loeffler
Edward Joseph Peters
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Diamond Shamrock Corp
Original Assignee
Diamond Shamrock Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Diamond Shamrock Corp filed Critical Diamond Shamrock Corp
Publication of DE2629506A1 publication Critical patent/DE2629506A1/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/70—Assemblies comprising two or more cells
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/17—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof
    • C25B9/19—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
    • C02F2201/002—Construction details of the apparatus
    • C02F2201/003—Coaxial constructions, e.g. a cartridge located coaxially within another

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
  • Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrolysezelle für die elektrolytische Herstellung von Alkalimetallhydroxiden und Halogenen und bezieht sich auf die Ausbildung der Elektroden.
Halogene und Alkalimetallhydroxide werden bisher üblicherweise durch die Elektrolyse wässriger Alkalimetallhalogenid-Lösungen in Diaphragma-Zellen erzeugt. Solche Zellen weisen üblicherweise einander gegenüberliegend eine Anode und eine Kathode auf, die durch ein flüssigkeitsdurchlässiges Diaphragma, im allgemeinen auf der Basis von Asbest getrennt sind, so daß eine separate Anoden- und eine separate Kathodenkammer vorhanden ist. Im Betrieb wird der Anodenkammer Salzlösung zugeführt; in der Anodenkammer wird an der Anode Halogengas erzeugt und die Salzlösung sickert dann durch das Diaphragma in die Kathodenkammer, wo Alkalimetallhydroxid
609883/0897
/2
erzeugt wird. Das so erzeugte Alkalimetallhydroxid enthält große Mengen von Alkalimetallhalogenid, das im Zuge einer weiteren Verarbeitung entfernt werden muß, um das gewünschte Produkt zu erhalten.
In jüngerer Zeit sind Elektrolysezellen entwickelt worden, welche eine selekti-v^permeable -—s—- Kationenaustausch-Membran anstelle des üblichen Diaphragmas verwenden. Solche Membranen sind zwar unter Zellen-Bedingungen elektrolytisch leitfähig, jedoch praktisch undurchlässig gegenüber einem hydrodynamischen Flüssigkeits- oder Gasstrom, Beim Betrieb der Membran-Zellen wird Salzlösung in die Anodenkammer eingeführt, wo an der Anode Halogengas entsteht, Alkalimetallionen werden dann selektiv durch die Membran in die Kathodenkammer transportiert. Die Alkalimetallionen verbinden sich mit Hydroxilionen, die an der Kathode durch Elektrolyse von Wasser erzeugt werden f wodurch Alkalimetallhydroxide entstehen.
Membran-Elektrolysezellen haben gegenüber üblichen Diaphragma-Zellen zahlreiche Vorteile. Hierzu gehört, daß Alkalimetallhydroxide in hoher Konzentration und mit relativ großer Reinheit erzeugt werden, daß pro Volumeneinheit der Zelle mehr Halogen erzeugt wird, und daß mit größeren, einen besseren Wirkungsgrad erbringenden Stromdichten gearbeitet werden kann. Jedoch sind ionendurchlässige Membranen, wie sie in solchen Zellen benutzt werden, nicht ohne weiteres an die winklige und ebene Konfiguration üblicher Zellenanordnungen anpaßbar. Außerdem ist es aufgrund ihrer relativ weichen und flexiblen Beschaffenheit häufig schwierig, die Membran relativ zu den Elektroden richtig anzuordnen und an den Übergängen von der Membran zu den Zellenwänden eine zuverlässige Abdichtung zu erzielen.
Entsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Membran-Elektrolysezelle zu schaffen, bei welcher unter Beibehaltung der solchen Zellen eigenen Vorteile eine einfache und sichere Anordnung der Membran sowie einwandfreie Abdichtung derselben ermöglicht ist,
609883/0897
/3
Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe mit der im Anspruch 1 und bezüglich vorteilhafter Ausgestaltungen in den Unteransprüchen gekennzeichneten Elektrolysezelle gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Elektrolysezelle für die Erzeugung von Halogengas und Alkalimetallhydroxiden ist ein hohles, rohrförmiges Kathodenglied vorgesehen, innerhalb welchem konzentrisch ein hohles, rohrförmiges Anodenglied angeordnet ist. Jedes Elektrodenglied weist flüssigkeitsdurchlässige Wände auf, welche die Zirkulation des Elektrolyten erlauben. Die Anode, die bevorzugt eine dimensionsstabile Konstruktion besitzt, ist an der Außenfläche mit einer elektrisch leitfähigen, selektiv/ionendurchlässigen Membran bedeckt. Diese Membran hat rohrförmige Gestalt und ist auf der Außenfläche der Anode angebracht, wodurch die Anodenfläche von der Kathodenfläche getrennt wird.
Das Kathodenglied ist von einer Außenschale umgeben, wodurch eine Kathodenkammer gebildet ist, welche von der Membranfläche und der Außenschale abgegrenzt ist. Außerdem ist eine Anodenkammer gebildet, welche durch die Innenfläche der Membran und geeignete Kappen an den Enden des rohrförmigen Anodengliedes abgegrenzt ist.
Mittels einer geeigneten Einrichtung läßt sich eine Alkalimetallhalogenid-Salzlösung in die rohrförmige, membranbedeckte Anodenstruktur einleiten und Halogengas sowie verbrauchte Salzlösung aus der Anodenkammer abziehen. Außerdem ist eine Einrichtung zur Flüssigkeitsumwälzung durch die Kathodenkammer und zur Entfernung von Alkalimetallhydroxid und Wasserstoff aus dem Kathodenraum vorgesehen. An die Anoden- und Kathodenglieder sind geeignete Leiter für die Zufuhr elektrischen Stromes über praktisch ihre gesamte Länge angeschlossen.
Solche Zellen können nicht nur als einzelne Einheiten eingesetzt werden sondern auch in Serie zur Bildung einer größeren Elektrolysevorrichtung mit mehreren Zellen geschaltet werden. Solch eine Elektrolysevorrichtung kann mit einer gemeinsamen Zufuhreinrichtung für den Katholyt und einer gemeinsamen Abzugeinrichtung für
609883/0897
/4
die Alkalimetallhydroxide und den Wasserstoff ausgestattet sein, die an den Außenschalen der einzelnen Zelleinheiten angebracht sind. Alternativ können die Zelleinheiten in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sein, das als Kathodenkammer-Umschließung für die gesamte Elektrolysevorrichtung dient, wodurch die individuellen Außenschalen überflüssig werden.
Die Membran-Zellenvorrichtung gemäß der Erfindung hat zahlreiche Vorteile. Hierzu gehört eine Anodenkammer, bei welcher sich der Anolyt innerhalb der Membran und Anode befindet. Aufgrund dieser Auslegung erübrigt sich praktisch ein chemisch resistentes Material zur Aufnahme des korrodierenden Anolyten, was zu deutlichen Kosteneinsparungen führt.
Außerdem ermöglicht die rohrförmige konzentrische Elektroden-Konfiguration die Verwendung von Zuleitungen, die praktisch über die gesamte Länge der Elektroden in Kontakt mit diesen stehen können, wodurch eine gleichmäßigere Stromverteilung und eine verbesserte Stromdichte erzielt werden,
Weiterhin ist aufgrund der rohrförmigen Ausbildung der Membran das Problem der Abdichtung am Übergang zwischen Membran und den Zellwänden weitgehend verkleinert. Der Bereich, an welchem die Membran abgedichtet werden muß, ist pro Flächeneinheit der Membran viel kleiner als bei üblicher Ausbildung und die Eigenschaften des Membranmaterials ermöglichen entweder einen Preßsitz oder eine Schrumpfabdichtung an den Enden der Anode, Außerdem lassen sich Konstruktionstoleranzen leichter erzielen, da die zylindrische Gestalt naturgemäß stabiler als flache Blätter gleicher Fläche ist.
Die Vorrichtung nach der Erfindung hat schließlich einen größeren Wirkungsgrad pro Volumeneinheit der Zelle und verringerte Konstruktionskosten, da zahlreiche Verbindungen wegen der Anwendung der rohrförmigen Konstruktion überflüssig sind.
609883/0897 /5
Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine vereinfachte Seitenansicht, teilweise in weggebrochener Darstellung und im Schnitt, einer Elektrolysezelle nach der Erfindung,
Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig, 1,
Fig. 3 eine vereinfachte Seitenansicht, teilweise in weggebrochener Darstellung und im Schnitt, einer weiteren Ausführungsform einer Elektrolysezelle nach der Erfindung,
Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer Elektrolysezelle nach der Erfindung,
Fig. 5 eine Stirnansicht der Elektrolysezelle nach Fig. 1,
Fig. 6 eine Draufsicht auf eine Elektrolysevorrichtung mit mehreren Zellen nach der Erfindung,
Fig. 7 eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform einer Elektrolysevorrichtung mit mehreren Zellen nach der Erfindung,
Als Ausführungsbeispiele werden Elektrolysezellen dargestellt, die zur Erzeugung von Chlor und Ätznatron durch Elektrolyse von Natriumchlorid-· Lösung dienen. Dies soll jedoch keine Beschränkung bedeuten; Elektrolysezellen nach der Erfindung sind auch zur Durchführung anderer Elektrolysen geeignet.
Die Fig. 1 bis 5 zeigen eine Elektrolysezelleneinheit 8 mit einer Außenschale 10, welche ein hohles, rohrförmiges Kathodenglied umgibt und die Kathodenkammer 50 und den flüssigen Katholyt umschließt. Konzentrisch innerhalb des Kathodengliedes 14 befindet
609883/089? /6
tr "~
sich ein hohles, rohrförmiges Anodenglied 18, Das Anodenglied ist von einer ionendurchlässigen, rohrförmigen Membran 16 bedeckt, welche die Zelle in eine Anodenkammer 48 und die Kathodenkainmer 50 aufteilt und welche praktisch den gesamten Behälter für den Anolyt bildet. Innerhalb des Anodengliedes 18 ist eine Anodenleiterstange 22 angeordnet, und zwar entlang einer gemeinsamen Achse, welche mit der Anode über radiale Anodenleiter 20 elektrisch verbunden ist. Kathodenleiterstangen 12 liegen längs der Außenfläche des Kathodengliedes 14 und stehen in elektrischem. Kontakt mit diesem.
Bei der dargestellten Zelle kann die Außenschale 10 aus jedem geeigneten, gegenüber dem Katholyt widerstandsfähigen Material
hergestellt sein, im allgemeinen aus einem Metall, z.B. Weichstahl oder Nickel, einem gummibeschichteten Metall f aus geformtem Hartgummi oder einem Kunststoff, ztB. Polypropylen oder chloriertem Polyvinylchlorid. Der Durchmesser der
Außenschale 10 kann zwischen 5 und 65 cm liegen und beträgt vorzugsweise zwischen 12 und 35 cm.
Das hohle rohrförmige Kathodenglied 14 ist aus einem gegenüber dem Katholyten widerstandsfähigen, elektroleitfähigen Material hergestellt, in der Regel einem Metall, z,B. Eisen, Weichstahl, Nickel oder dessen Legierungen, Das Kathodenglied 14 ist flüssigkeitsdurchlässig, wobei es eine offene Fläche zwischen 30 und 70 % besitzt, was am günstigsten durch ein Streckmetall-Gitter erreicht wird, das in die rohrförmige Gestalt gerollt ist. Alternativ kann das Kathodenglied 14 für den Elektrolyt durch Perforationen in der rohrförmigen Kathode durchlässig gemacht sein. Das Kathodenglied kann einen Durchmesser zwischen 2,5 und ungefähr 60 cm
haben, wobei bevorzugte Werte zwischen 10 und 30 cm liegen.
Das hohle rohrförmige Anodenglied 14 wird im allgemeinen aus
einem Ventilmetall, z,B. aus Titan, Tantal, Zirkonium, Wolfram oder dgl, gefertigt, das gegenüber den korrosiven Bedingungen einer Elektrolysezelle widerstandsfähig ist. Die für die Anode
60988 3/089? /7
verwendeten Ventilmetalle sind mit einem elektrisch leitfähigen, elektrokat_alytischen überzug aus einem Platin-Metall versehen, oder mit Mischungen aus Oxiden der Ventilmetalle und aus Metalloxiden der Platin-Gruppe, oder mit anderen elektrisch leitfähigen, elektrokat^alytischen überzügen. Vorgezogen wird eine Zusammensetzung, welche unter den Bedingungen dimensionsmäßig stabil ist, wie sie im Anolyt bei der Elektrolyse von Alkalimetallhalogenid-Lösungen herrschen.
Alternativ kann das Anodenglied 18 auch unter Verwendung eines elektrisch leitfähigen Kerns aus Kupfer oder Aluminium herge-.stellt sein, der einen Überzug aus einem gegenüber dem Anolyt widerstandsfähigen Material, z.B. aus Titan oder Tantal besitzt. Dieser Überzug besitzt eine Schicht aus geeignetem elektrisch leitfähigen Material, z.B. einem Metall der Platin-Gruppe, einem Oxid oder einer Mischung von Oxiden eines Metalls oder Metalle der Platin-Gruppe, oder einer sauerstoffhaltigen Verbindung eines Metalls der Platin-Gruppe auf seiner Oberfläche.
Das Anodenglied 18 ist außerdem flüssxgkeitsdurchlässig, wobei es eine offene Fläche zwischen ungefähr 30 und 70 % besitzt. Die Anode ist normalerweise aus Streckmetallgitter hergestellt, das in rohrförmxge Gestalt gerollt ist; sie kann auch durch gelochtes Metallrohr, gewebtes Metallgitter, geschlitzte Metallplatten oder dgl., die in eine rohrförmxge Gestalt gebracht sind, gebildet sein. Das Anodenglied 18 kann einen Durchmesser zwischen 2,5 und 60 cm haben, wobei der bevorzugte Wert zwischen 10 und 30 cm liegt.
Die ionendurchlässige, rohrförmxge Membran 16 ist auf der Außenfläche des Anodengliedes 18 angeordnet und bedeckt diese. Hierdurch werden die Anode 18 und die Kathode 14 voneinander getrennt. Auf diese Weise sind eine getrennte Anodenkammer 48 und eine getrennte Kathodenkammer 50 gebildet, wobei sich der Anolyt in der Membran-Anoden-Struktur befindet. Bei einer Ausführungsform, vgl, Fig. 1, ist das rohrförmxge Anodenglied 18 an der Stelle mit dem
609883/0897 /8
Anolytgehäuse 40 verbunden, an welcher die Membran-Anoden-Struktur endet, wodurch eine Fortsetzung der Anodenkammer 48 gebildet ist. Diese Fortsetzung oder Verlängerung der Anodenkammer kann gummibeschichtetes Metall, Kunststoff oder anderes gegenüber dem Anolyt widerstandsfähiges Material sein. Bei einer weiteren Ausführungsform, vgl. Fig. 4, ist die Membran-Anoden-Struktur unmittelbar in den öffnungen an den Enden der Außenschale 10 an Membran-Anoden-Dichtungen 32 abgedichtet, wodurch eine flüssigkeitsdichte Anodenkammer gebildet ist, die sich im wesentlichen innerhalb der eigentlichen Membran-Anoden-Struktur befindet. Die Abdichtung kann auf verschiedene Weise erreicht werden, z.B. mittels Kragen, Dichtungen, Druckringen oder dgl,, außerdem durch dichten Sitz eines Anoden-Endstückes 19.
Die Membran 16 besteht vorzugsweise aus einem Material, das für den Durchgang von Ionen selektiv durchlässig ist und für den hydrodynamischen Strom des Elektrolyten undurchlässig ist, Ein für diese Membran besonders geeignetes Material ist ein für Kat#ionen durchlässiger perfluorierter Kohlenwasserstoff-Polymer mit freistellenden Sulfonsäuregruppervz,B.Sulfonsäuregruppen und/oder SuIfonatgruppen. Die Dicke der Membran beträgt üblicherweise zwischen 25 und 250 μπι. Dieses Material ist von Natur aus vergleichsweise flexibel und kann in die rohrförmige Gestalt des gewünschten Durchmessers und der gewünschten Länge durch Extrusion oder durch Heißsiegelung flacher Folien gebracht werden, was den Einsatz in der Vorrichtung nach der Erfindung erleichtert. Der Durchmesser der rohrförmigen Membran kann zwischen ungefähr 2r5 und 60 cm liegen, während die Länge bis zu 10 m betragen kann, wobei allerdings eine Gesamtlänge der Zelle zwischen 1 und 4 m bevorzugt wird.
Je nach Länge der Zelleneinheit, des Durchmessers der Elektroden und anderer Konstruktionsfaktoren kann es zweckmäßig sein, nicht leitfähige Abstandsstücke zwischen der Membran 16 und dem Kathodenglied 14 anzuordnen, um einen konstanten Membran-Kathoden-Abstand beim Betrieb der Zelle einzuhalten. Solche nichtleitfähigen Ab-
609883/0897
/q
Standsstücke können in Form von O-Ringen, massiven, in Längsrichtung angeordneten Stangen oder dgl. vorliegen,
Der Elektrolysestrom wird dem Anodenglied 18 und dem Kathodenglied 14 über die Anodenleiterstange 22 bzw. die Kathodenleiterstange 12 zugeführt. Die Anodenleiterstange 22 kann längs der gemeinsamen Längsachse der Zelle innerhalb des Anodengliedes angeordnet sein und durch eine Schweißstelle oder eine andere Abdichtung am Gehäuse 40 hindurchreichen. Die Leiterstange 22 ist mit dem Anodenglied 18 mittels radialer Anodenleiter 20 elektrisch verbunden. Sowohl die Leiterstange 22 als auch die radialen Leiter 20 sind aus einem gegenüber dem Anolyt widerstandsfähigen, elektroleitfähigen Ventilmaterial, z.B. Titan oder Tantal, hergestellt. Alternativ kann ein elektroleitfähiges Kernmaterial, z.B. Kupfer oder Aluminium(verwendet werden, das mit einem gegenüber dem Anolyt widerstandsfähigen Material, z,B. Titan oder Tantal, überzogen ist.
Die Anodenleiterstangen 22 können auch so angeordnet sein, daß sie praktisch längs der gesamten Länge des Anodengliedes 18 in unmittelbarem elektrischem Kontakt längs praktisch der gesamten Länge des Anodengliedes 18 liegen, vgl. Fig. 3, Alternativ können die Leiterstangen als integraler Bestandteil des eigentlichen Anodengliedes ausgebildet sein.
Die Kathodenleiterstangen 12 sind im Ringraum zwischen der Außenschale 10 und dem Kathodenglied 14 angeordnet und liegen praktisch längs der gesamten Länge des Kathodengliedes 14, so daß sie mit diesem in unmittelbarem elektrischen Kontakt stehen. Die Leiterstangen reichen durch eine Schweißstelle oder andere Abdichtung an der Außenschale 10, Bei einer alternativen Ausführungsform, vgl. Fig. 4, können die Kathodenleiter die Form radialer Kathodenleiter 13 haben. Die Außenschale 10 und das Gehäuse sind an ihrer Verbindung mittels einer Gehäuseabdichtung 42 verbunden. Die isolierende Gehäuseabdichtung 42 dient als flüssigkeitsdichte Abdichtung zwischen der Anode und den Kathodenteilen
809883/0897 · /10
der Zelle und isoliert diese außerdem elektrisch. Die Abdichtung kann aus einem geeigneten gegenüber dem Elektrolyt widerstandsfähigen Kautschuk oder Polymer bestehen.
Die Anordnung der Anodenleiterstange 22 längs der Länge der Zelle und innerhalb des Anodengliedes 18 stellt eine gleichmäßige Verteilung des Stromes über die gesamte Anodenfläche entweder über die radialen Anodenleiter 20 oder aufgrund des unmittelbaren Kontaktes mit dem Anodenglied sicher und erlaubt einen bezüglich der Stromdichte verbesserten Betrieb. Diese Wirkungen werden vorteilhaft durch Anordnung der Kathodenleiterstangen 12 längs im wesentlichen der gesamten Länge des Kathodengliedes 14 unterstützt.
Wie es am besten aus Fig. 5 hervorgeht, wird der Elektrolysestrom der Anodenleiterstange 22 und der Kathodenleiterstange 12 über eine Anodenverteilerstange 3 6 bzw. eine Kathodenverteilerstange 38 zugeführt. Diese Verteilerstangen können einzelne Zellen in Serie über Zwischenzellen-Verteilerstangen 37 zur Bildung einer Elektrolysevorrichtung verbinden, wie sie in den Fig. 6 und 7 gezeigt ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung, der aus Fig. 6 hervorgeht, können mehrere Zellen-Einheiten zur Bildung einer Elektrolysevorrichtung kombiniert werden und von einem gemeinsamen Gehäuse 34 umschlossen sein. Bei dieser Ausführungsform entfällt die Außenschale 10 für die einzelnen Einheiten f während das gemeinsame Gehäuse 34 zur Bildung der Kathodenkammer für die gesamte Elektrolysevorrichtung dient.
Auch kann gemäß der Erfindung eine Elektrolysevorrichtung mit mehreren Zellen individuelle Außenschalen 10 verwenden, die mit gemeinsamen Katholyt-Verteilern 46 zur Einleitung von Flüssigkeit in die Kathodenkammer 50 und zur Entfernung von Alkalimetallhydroxid und Wasserstoffgas versehen sind, wie dies in Fig. 7 gezeigt ist.
/11
S09883/0897
Beim typischen Betrieb der Zelle zur Elektrolyse von beispielsweise wässriger Natriumchlorid-Lösung wird Salzlösung mit einer Natriumchlorid-Konzentration von 120 bis 310 g/l in die Anodenkammer 48 der Zelle durch den Einlaß 30 eingeführt, während Wasser oder zurückgeführte Natronlauge (25 bis 43 %) durch den Einlaß 28 in die Kathodenkammer 50 eingeführt wird, Wenn die Zelle von einer geeigneten Quelle aus mit Elektrolysestrom beaufschlagt wird, entwickelt sich Chlorgas an der Anode 18. Das entstandene Chlor wird vollständig innerhalb der Membran-Anoden-Struktur zurückgehalten und wird zusammen mit der verbrauchten Salzlösung über den Auslaß 24 aus^ der Zelle entfernt. Die in der Anodenkammer 48 entstandenen Natriumionen wandern selektiv durch die Membran 16 hindurch in den Kathodenraum bzw, in die Kathodenkammer 50, wo sie eine Verbindung mit den an der Kathode 14 gebildeten Hydroxylionen eingehen. Das so gebildete Ätznatron und Wasserstoffgas werden aus der Zelle über den Auslaß 26 entfernt. Zu den nicht kritischen Verfahrensparametern gehört die Betriebstemperatur im Bereich zwischen 25 und 100° C1 der pH-Wert der zugeführten Salzlösung zwischen 1 und 6 und die Stromdichte in der Größenordnung zwischen 15,5 - 77,5 A/dm2 (1-5A/sq.in)
Im Betrieb können die Zelleinheiten entweder horizontal oder vertikal ausgerichtet sein. Allerdings wird eine mehr oder weniger vertikale Ausrichtung bevorzugt, da dadurch die Einleitung der Salzlösung am Boden der Zelle und die Entnahme der gasförmigen Produkte an der Oberseite der Zelle erleichtert ist.
Die konzentrische Konstruktion der Zelle legt außerdem einen Betrieb bei einem gegenüber dem Atmosphärendruck entweder erniedrigten oder erhöhten Druck nahe. Die rohrförmige Konfiguration bietet deutlich größere strukturelle Festigkeit, als sie bei ebenen Zellen vergleichbarer Größe gegeben ist, Das Betreiben der Zelle unter Druck, der mehrfach größer als der Atmosphärendruck ist, . kann zur Bildung kleinerer Gasblasen im Anolyt mit der Folge entsprechend niedriger, notwendiger Elektrolysespannung führen und außerdem die erforderliche Kompressorkapazität für eine evtl. Verflüssigung des erzeugten Chlors verringern.
309883/0897
/Ansnrüche

Claims (15)

  1. ANSPRÜCHE
    Q) Elektrolysezelle zur Elektrolyse von Alkali halogenid-Lösungen, gekennzeichnet durch ein hohles rohrförraiges Kathodenglied mit flüssigkeitsdurchlässigen Wänden, ein hohles rohrförmiges Anodenglied mit flüssigkeitsdurchlässigen Wänden, das konzentrisch innerhalb des Kathodengliedes längs einer gemeinsamen Achse angeordnet ist, eine ionendurchlässige, rohrförmige Membran, die auf der Außenfläche des Anodengliedes angeordnet ist und diese bedeckt, wodurch sie die Anoden- und Kathodenflächen trennt und Anoden- und Kathodenkammern bildet, durch eine Einrichtung zur Einleitung von Alkali halogenid-Lösungen in die Anodenkammer und zum Abziehen von Halogengas und verbrauchter Lösung aus der Anodenkammer, durch eine Einrichtung zum Einleiten von Flüssigkeit in die Kathodenkammer und zum Abziehen gasförmiger und flüssiger Produkte aus der Kathodenkammer und durch eine das Kathodenglied umgebende und die Kathodenkammer abschließende Außenschale, die öffnungen an jedem Ende hat und innerhalb welcher das Kathodenglied, die Membran und das Anodenglied abgedichtet angeordnet sind.
  2. 2. Elektrolysezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die rohrförmige Membran für den Durchgang von Kationen durchlässig ist und praktisch undurchlässig gegenüber dem hydrodynamischen Strom des Elektrolyten ist,
  3. 3. Elektrolysezelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmige Membran ein kationen■ permeables perfluoriertes Kohlenwasserstoffpolymer mit freistehenden Sulfongruppen umfaßt.
    /13
    609883/0897
  4. 4. Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die ionendurchlässige Membran die Form eines extrudierten Rohres hat,
  5. 5. Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß das Anodenglied eine dimensionsstabile Zusammensetzung hat.
  6. 6. Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß das Anodenglied eine Ventilmetall-Basis umfaßt, die mit einem elektrokatalytisch aktiven Material überzogen ist.
  7. 7. Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Kathodenglied Weichstahl, Nickel oder dessen Legierungen umfaßt.
  8. 8. Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß das Anoden- und das Kathodenglied aus Streckmetall hergestellt sind.
  9. 9. Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß das Anoden- und das Kathodenglied aus einem Drahtnetz hergestellt sind.
  10. 10. Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß das Anoden- und das Kathodenglied aus gelochtem Metallblech hergestellt sind,
  11. 11. Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Leitereinrichtung für die Zufuhr von Strom zum Anodenglied eine Stange umfaßt, die innerhalb der rohrförmigen Anode längs deren gesamter Längsachse angeordnet und in elektrischem Kontakt mit der Anode längs der gesamten Länge mittels mehreren radialen Kontaktstücken gehalten ist. .
    /14
    609883/0897
  12. 12. Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß eine Leitereinrichtung zur Zufuhr von Strom zum Anodenglied mindestens eine Stange umfaßt, die innerhalb der rohrförmigen Anode angeordnet ist und in unmittelbarem elektrischen Kontakt mit dieser längs ihrer gesamten Länge steht.
  13. 13. Elektrolyszelle nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet , daß eine Leitereinrichtung für die Zufuhr von elektrischem Strom zum Kathodenglied mindestens eine Stange umfaßt, die innerhalb des Ringraumes zwischen der rohrförmigen Kathode und der Außenschale angeordnet ist und in elektrischem Kontakt mit der Kathode längs deren gesamter Länge steht.
  14. 14. Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennz eichnet , daß die Anoden- und Kathodenglieder ungefähr vertikal angeordnet sind, wobei die Alkalimetallhalogenid-Lösung am Boden in die Anodenkammer eingeführt und das Halogengas und die verbrauchte Lösung an der Oberseite aus der Anodenkammer abgezogen werden,
  15. 15. Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet , daß mehrere Elektrolysezellen in einer regelmäßigen Anordnung zu einer Elektrolysevorrichtung zusammengefaßt sind, welche ein die Elektrolysezellen umschließendes Gehäuse aufweist, wobei die rohrförmige Membran eine selbstständige Anodenkammer bildet, die Einrichtung zum Einleiten von Flüssigkeit und zum Abziehen von gasförmigen und flüssigen Produkten dem Gehäuse zugeordnet ist, das die Außenschale der einzelnen Zellen ersetzt, und das Gehäuse öffnungen an gegenüberliegenden Seiten aufweist, durch welche die Anoden- und Kathodenglieder hindurchreichen und welche mit Mitteln zur Abdichtung jeder Zelle in den öffnungen versehen sind.
    609883/089?
    Leerseite
DE19762629506 1975-07-02 1976-06-30 Elektrolysezelle fuer die herstellung von alkalimetallhydroxiden und halogenen Ceased DE2629506A1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US05/592,385 US3984303A (en) 1975-07-02 1975-07-02 Membrane electrolytic cell with concentric electrodes

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE2629506A1 true DE2629506A1 (de) 1977-01-20

Family

ID=24370446

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19762629506 Ceased DE2629506A1 (de) 1975-07-02 1976-06-30 Elektrolysezelle fuer die herstellung von alkalimetallhydroxiden und halogenen

Country Status (14)

Country Link
US (1) US3984303A (de)
JP (2) JPS527898A (de)
BR (1) BR7604323A (de)
CA (1) CA1077436A (de)
CH (1) CH616961A5 (de)
DD (1) DD126159A5 (de)
DE (1) DE2629506A1 (de)
DK (1) DK294476A (de)
FI (1) FI61323C (de)
FR (1) FR2316353A1 (de)
GB (1) GB1511426A (de)
IT (1) IT1066567B (de)
NL (1) NL7607201A (de)
SE (1) SE7607548L (de)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2828621A1 (de) * 1977-06-30 1979-01-11 Oronzio De Nora Impianti Elektrolysezelle und elektrolyseverfahren
DE3818985A1 (de) * 1988-06-03 1989-12-14 Bernd Dipl Chem Dr Penth Anordnung fuer die querstrom-elektrodialyse
DE4334317A1 (de) * 1993-10-08 1995-04-13 Dombaj Gmbh Vorrichtung zur Trennung von dissoziierte Stoffe enthaltenden Flüssigkeitsströmen
DE102011002104A1 (de) * 2011-04-15 2012-10-18 Kumatec Sondermaschinenbau & Kunststoffverarbeitung Gmbh Elektrolyseur

Families Citing this family (57)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4130473A (en) * 1976-03-05 1978-12-19 Eddleman William L Electrode structure for use in metal in exchange apparatus useful in purifying spent acids and the like
GB1519679A (en) * 1976-12-09 1978-08-02 Spirig Ernst Water decomposing apparatus
JPS5757983Y2 (de) * 1977-05-12 1982-12-11
US4110191A (en) * 1977-08-16 1978-08-29 Olin Corporation Separator-electrode unit for electrolytic cells
US4105534A (en) * 1977-08-29 1978-08-08 John L. Raymond Apparatus for removing impurities from electrolyte solutions
JPS5465056U (de) * 1977-10-18 1979-05-09
US4361475A (en) * 1980-01-10 1982-11-30 Innova, Inc. Membrane block construction and electrochemical cell
US4374014A (en) * 1981-03-20 1983-02-15 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy High pressure electrolytic oxygen generator
US4388162A (en) * 1982-02-08 1983-06-14 Institute Of Gas Technology Continuous flow electrochemical cell and process
JPS58213890A (ja) * 1982-06-07 1983-12-12 Kureha Chem Ind Co Ltd 電気泳動電荷を持つ繊維性物質の積層成形物の製造方法及び装置
CH655615B (de) * 1983-03-03 1986-04-30
EP0151055B1 (de) * 1984-01-09 1988-08-31 Yves Heroguelle Vorrichtungen zur galvanischen Gewinnung von Metallen aus verdünnten Lösungen
GB8405601D0 (en) * 1984-03-02 1984-04-04 Atomic Energy Authority Uk Electrophoretic separator
US4578168A (en) * 1984-07-27 1986-03-25 Biotronics Apparatus for fusing live cells with electric fields
US4676882A (en) * 1985-09-24 1987-06-30 Tatsuo Okazaki Electrolysis unit with membrane support means
US4790914A (en) * 1985-09-30 1988-12-13 The Dow Chemical Company Electrolysis process using concentric tube membrane electrolytic cell
FR2597510B1 (fr) * 1986-04-21 1990-11-16 Comp Generale Electricite Reacteur electrochimique pour l'electrosynthese en solvants organiques
JPH0734434B2 (ja) * 1986-06-16 1995-04-12 日産自動車株式会社 半導体基板のエツチング装置
US4744873A (en) * 1986-11-25 1988-05-17 The Dow Chemical Company Multiple compartment electrolytic cell
US4784735A (en) * 1986-11-25 1988-11-15 The Dow Chemical Company Concentric tube membrane electrolytic cell with an internal recycle device
CA1302486C (en) * 1987-04-06 1992-06-02 Philip Reichner Low circumferential voltage gradient self supporting electrode for solidoxide fuel cells
WO1993015022A1 (en) * 1992-01-30 1993-08-05 Techno Excel Kabushiki Kaisha Apparatus for generating electrolytic water
RU2088693C1 (ru) * 1996-02-09 1997-08-27 Витольд Михайлович Бахир Установка для получения продуктов анодного оксиления раствора хлоридов щелочных или щелочно-земельных металлов
US5753098A (en) * 1996-04-22 1998-05-19 Excel Technologies International Corp. Cylindrical electrolyzer assembly and method
RU2132821C1 (ru) * 1997-06-25 1999-07-10 Стерилокс Текнолоджиз, Инк. Устройство для электролитической обработки воды
US6156168A (en) * 1999-03-16 2000-12-05 Paul Kayfetz Electrolytic device
US6409895B1 (en) 2000-04-19 2002-06-25 Alcavis International, Inc. Electrolytic cell and method for electrolysis
CA2349508C (en) 2001-06-04 2004-06-29 Global Tech Environmental Products Inc. Electrolysis cell and internal combustion engine kit comprising the same
GB0218587D0 (en) * 2002-08-12 2002-09-18 Internuntium Ventures Ltd Electrolysis process and apparatus
JP4611281B2 (ja) * 2003-02-21 2011-01-12 アバレンス・リミテッド・ライアビリティ・カンパニー 電解槽装置及び水素を製造する方法
US7285348B2 (en) * 2003-02-28 2007-10-23 Kyocera Corporation Fuel cell
FR2856081B1 (fr) * 2003-06-11 2005-09-09 Electricite De France Procede et dispositif de preparation de dioxyde de chlore
US7374645B2 (en) * 2006-05-25 2008-05-20 Clenox, L.L.C. Electrolysis cell assembly
EP2078701B1 (de) * 2007-11-15 2011-12-28 Permelec Electrode Ltd. Membranelektrodenanordnung, Elektrolysezelle damit, Elektrolysewassersprüher und Sterilisationsverfahren
CA2755303C (en) 2008-04-11 2017-07-04 Christopher M. Mcwhinney Membrane for electrochemical apparatus
US9598782B2 (en) 2008-04-11 2017-03-21 Christopher M. McWhinney Membrane module
US8008632B2 (en) * 2008-07-24 2011-08-30 Seagate Technology Llc Two-zone ion beam carbon deposition
US20100252421A1 (en) * 2009-04-01 2010-10-07 Jimmy Yang Hho generating system
CA2703316A1 (en) * 2009-05-06 2010-11-06 Stuart A. Emmons Electrolytic cell diaphragm/membrane
EP2546389A1 (de) * 2011-07-14 2013-01-16 United Initiators GmbH & Co. KG Verfahren zur Herstellung eines Ammonium- oder Akalimetallperosodisulfats im ungeteilten Elektrolyseraum
ITMI20121048A1 (it) * 2012-06-18 2013-12-19 Industrie De Nora Spa Cella elettrolitica dotata di coppie concentriche di elettrodi
TW201406998A (zh) * 2012-07-13 2014-02-16 United Initiators Gmbh & Co Kg 無分隔電解槽及其用途
CN104487615B (zh) * 2012-07-13 2017-08-25 联合引发剂有限责任两合公司 不分离的电解槽及其应用
EP2898116A4 (de) 2012-09-21 2016-06-01 Reoxcyn Discoveries Group Inc Zelle zur elektrolyse einer flüssigkeit
WO2014113178A1 (en) * 2012-12-18 2014-07-24 Aquaox, Inc. Apparatus and method for generating a stabilized sanitizing solution
US9464358B2 (en) * 2013-08-23 2016-10-11 Adantapia Duran Electrolytic magnetic cell device and a method for producing hypochlorous acid and other disinfectant chlorine oxidants
ITMI20132015A1 (it) * 2013-12-03 2015-06-04 Industrie De Nora Spa Cella elettrolitica dotata di coppie concentriche di elettrodi
CN103936109B (zh) * 2014-04-12 2016-08-17 大连双迪创新科技研究院有限公司 饮水电解制取装置
WO2016100876A1 (en) * 2014-12-19 2016-06-23 Aquaox Inc. Dual diaphragm electrolysis cell assembly and method for generating a cleaning solution without any salt residues and simultaneously generating a sanitizing solution having a predetermined level of available free chlorine and ph
US10151036B2 (en) * 2015-02-05 2018-12-11 King Power Company Llc Bypass electrolysis system and method
WO2018156704A1 (en) * 2017-02-22 2018-08-30 Ecowater Systems Llc Electrolytic zinc dosing device and method for reducing scale
DE102017106704B4 (de) 2017-03-29 2023-11-30 Technische Universität Hamburg-Harburg Elektrodenanordnung zur elektrochemisch unterstützten Biosynthese
SG11201908914PA (en) 2017-04-14 2019-10-30 Evoqua Water Tech Llc Novel flow features for self-cleaning concentric tubular electrochemical cells
NL2023635B1 (en) * 2019-08-12 2021-02-23 Meerkerk Project Eng Bv High-pressure electrolysis device
CN110563164B (zh) * 2019-10-15 2024-04-02 中国大唐集团科学技术研究总院有限公司华东电力试验研究院 卷绕式电化学反应器、除垢方法及换热器
GB2607288B (en) * 2021-05-28 2024-01-10 Ecomotus Ltd Method and means for increasing the efficiency of an internal combustion engine
NL2029726B1 (en) 2021-11-11 2023-06-08 Hydro Gen Bv Improvements in or relating to high-pressure electrolysis device

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1982224A (en) * 1932-07-25 1934-11-27 William G Michel Electrolytic cell
US2193323A (en) * 1935-05-10 1940-03-12 Ig Farbenindustrie Ag Manufacture of hyposulphites
US2228264A (en) * 1936-11-14 1941-01-14 Freedley Paul Electrolytic cell
US2583101A (en) * 1947-03-25 1952-01-22 Union Carbide & Carbon Corp Electrolytic cell
US3282823A (en) * 1962-09-10 1966-11-01 Swimquip Inc Electrolysis cell for production of chlorine
US3390065A (en) * 1964-04-03 1968-06-25 Hal B.H. Cooper Process and cell for the manufacture of either sodium hypochlorite or chlorine
US3404083A (en) * 1966-11-30 1968-10-01 Hooker Chemical Corp Cylindrical anode electrolytic structure
US3827964A (en) * 1970-11-26 1974-08-06 K Okubo Apparatus for removal of contaminants from wastes
GB1435477A (en) * 1973-11-19 1976-05-12 Hooker Chemicals Plastics Corp Electrolytic cell and process

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2828621A1 (de) * 1977-06-30 1979-01-11 Oronzio De Nora Impianti Elektrolysezelle und elektrolyseverfahren
DE3818985A1 (de) * 1988-06-03 1989-12-14 Bernd Dipl Chem Dr Penth Anordnung fuer die querstrom-elektrodialyse
DE4334317A1 (de) * 1993-10-08 1995-04-13 Dombaj Gmbh Vorrichtung zur Trennung von dissoziierte Stoffe enthaltenden Flüssigkeitsströmen
DE102011002104A1 (de) * 2011-04-15 2012-10-18 Kumatec Sondermaschinenbau & Kunststoffverarbeitung Gmbh Elektrolyseur

Also Published As

Publication number Publication date
CH616961A5 (de) 1980-04-30
BR7604323A (pt) 1977-07-26
GB1511426A (en) 1978-05-17
FI61323C (fi) 1982-07-12
JPS527898A (en) 1977-01-21
NL7607201A (nl) 1977-01-04
SE7607548L (sv) 1977-01-03
FI61323B (fi) 1982-03-31
DD126159A5 (de) 1977-06-22
FR2316353A1 (fr) 1977-01-28
IT1066567B (it) 1985-03-12
FR2316353B1 (de) 1980-04-30
CA1077436A (en) 1980-05-13
US3984303A (en) 1976-10-05
DK294476A (da) 1977-01-03
JPS5845369U (ja) 1983-03-26
FI761874A (de) 1977-01-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2629506A1 (de) Elektrolysezelle fuer die herstellung von alkalimetallhydroxiden und halogenen
DE69215093T2 (de) Vorrichtung und Verfahren zur elektrochemischen Zersetzung von Salzlösungen um die entsprechenden Basen und Säuren zu bilden
DE2930609C2 (de)
DE69310168T2 (de) Vorrichtung mit wasserionisierenden elektroden und verfahren zur deren verwendung
DE2844499C2 (de) Verfahren zum Herstellen eines Halogens
DE60106419T2 (de) Elektrolysezelle und elektrolyseverfahren
DE69108018T2 (de) Vorrichtung zur herstellung von chlorsäure und verchlorsäure.
DE2656650A1 (de) Bipolare elektrode fuer eine elektrolysezelle
EP0182114A1 (de) Elektrolyseapparat mit horizontal angeordneten Elektroden
DE3017965A1 (de) Verfahren zum erzeugen von halogenen, insbesondere von chlor und aetzalkaliloesungen, sowie elektrolytische zelle
DE2856882A1 (de) Vorrichtung zum elektrolysieren und verfahren zum herstellen von chlor durch elektrolysieren
DE3025662A1 (de) Elektrolytische zelle
DE2818971A1 (de) Verbesserte vorrichtung und verbessertes verfahren zur abtrennung eines metalles aus einem salz
EP0095997A1 (de) Verfahren zur elektrolytischen Erzeugung von Wasserstoffperoxyd und dessen Verwendung
DE2827266A1 (de) Verfahren zur elektrolyse in einer membranzelle unter einhaltung eines durch druckbeaufschlagung erzielten gleichmaessigen abstands sowie vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens
DE2515372A1 (de) Verfahren zum betreiben von elektrolytischen diaphragmazellen mit horizontalen elektroden und derartige zellen
DE2303589A1 (de) Elektrolytische zellenanordnungen und chemische herstellungsverfahren
DD250556A5 (de) Monopolare zelle
DE2603144A1 (de) Betriebsverfahren fuer eine elektrolytische zelle mit drei abteilungen zur herstellung von alkalimetallhydroxiden
DE975825C (de) Vorrichtung zur Durchfuehrung elektrochemischer Prozesse, insbesondere zur Herstellung von UEberschwefelsaeure und ihren Verbindungen
DE2800205A1 (de) Elektrolytische zelle mit einer membran
DE3401812C2 (de) Elektrolysezelle
DE2828621C2 (de)
DE19740673C2 (de) Elektrolyseapparat
DE2125941C3 (de) Bipolare Einheit und damit aufgebaute elektrolytische Zelle

Legal Events

Date Code Title Description
8110 Request for examination paragraph 44
8131 Rejection