DE277433C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 277433 KLASSE 12 h. GRUPPE

in BASEL, Schweiz.

Verfahren und Einrichtung zur Elektrolyse von Salzlösungen. Patentiert im Deutschen Reiche vom 10. Dezember 1912 ab.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Elektrolysen von Flüssigkeiten, bei denen an den Elektroden Gase sich entwickeln. Es soll zur näheren Erläuterung die Anwendung des Verfahrens bei der Elektrolyse wäßriger Alkalichloridlösungen behufs Gewinnung von Alkalihydroxyd und Chlor dienen.

Um bei der Alkalichloridelektrolyse, soweit sie nicht mit flüssigen Metallkathoden arbeitet, bei möglichst hoher Konzentration des Katholyten an Alkali eine gute Stromausbeute zu erzielen, ist es bekanntlich notwendig, den Elektrolyten in gleichmäßigem Strome in der Richtung Anode—Kathode vorwärts zu bewegen, weil durch die der Bewegung der O Η-Jonen entgegengesetzte Flüssigkeitsströmung diese verlustbringenden Jonen in der Richtung der Kathode zurückgedrängt werden. Die Bewegung des Elektrolyten wird in zwei typischen Verfahren angewandt. Das eine beruht darauf, daß zwischen den übereinandergelagerten Elektroden (Anode über Kathode) horizontale Flüssigkeitsschichten sich ausbilden, die durch Nachströmen des frischen Elektrolyten von obenher in bestimmten Entfernungen von den Elektroden festgehalten werden. Die Schwächen dieses Verfahrens bestehen darin, daß die Apparate einer verhältnismäßig großen Grundfläche bedürfen, daß die notwendige, sehr gleichmäßige Verteilung des zuströmenden Elektrolyten über den ganzen Flüssigkeitsquerschnitt nicht leicht zu erzielen ist, und daß Druckschwankungen in den entwickelten Gasen die Stromausbeute benachteiligen. Der andere Typ ist durch die Anwendung sogenannter Diaphragmenkathoden gekennzeichnet, bei welchem die Kathodenseite der Filterelektroden nicht vom Elektrolyten bespült ist. Die auf dieser Grundform aufgebauten Verfahren haben den Übelstand, daß der auf der Anodenseite notwendige hydraulische Überdruck sehr sorgfältiger Regulierung bedarf, daß infolge mangelhaften Anschmiegens des Diaphragmas an die Drahtnetzkathode leicht hohe Ubergangswiderstände auftreten, und daß ferner die Diaphragmenkathode sich leicht inkrustiert.

Das nachstehend beschriebene Verfahren, das mit nebeneinander angeordneten Elektroden arbeitet, gestattet nun, Elektrolyseure von sehr hoher Stromkapazität auf kleinen Bodenflächen unterzubringen, ferner auf mehr oder weniger komplizierte Verteilungseinrichtungen für den Elektrolyten zu verzichten., da die gleichmäßige Flüssigkeitsverteilung im Bade ganz automatisch erfolgt. Dabei bietet es dennoch die Vorteile der obgenannten Verfahren, nämlich die Möglichkeit, hohe Alkalikonzentration und Stromausbeute zu erreichen. Außerdem können bei ihm, da beide Elektrodenräume in gleicher Weise vom Elektrolyten erfüllt sind, weder Ubergangswiderstände noch Inkrustierungen an der Kathode auftreten. Es beruht auf der Verwendung des an der betreffenden Elektrode entwickelten Gases (im Falle der Alkalichloridelektro-

lyse des an der Kathode sich bildenden Wasserstoffes) zum Fördern des an der Elektrode gebildeten Elektrolysenproduktes (Alkalilösung). Zu diesem Zwecke wird die Kathode (bei der Alkalichloridelektrolyse) innerhalb eines aus flüssigkeitsdurchlässigen Stoffen gebildeten, verhältnismäßig engen Kathodenraumes untergebracht, indem beispielsweise die Kathode innerhalb eines ungefähr der Form der Kathode nachgebildeten Sackes angeordnet wird, der aus engmaschigem Asbestgewebe hergestellt und durch geeignete Vorrichtungen gegen Annahme größerer Formveränderungen geschützt ist. Der in dem relativ kleinen Kathodenraum zusammengehaltene Wasserstoff erzeugt auf der Oberfläche des Elektrolyten starken Schaum, bestehend aus Wasserstoffbläschen in Hüllen von nach oben mitgerissener Alkalilösung. Der Schaum steigt oberhalb der Kathodenflüssigkeit in eine gewisse Höhe und kann in eine Auffangvorrichtung überfließen. Um die Gasflüssigkeitsmischung auf größere Höhen oberhalb des Elektrolytspiegels zu fördern, genügt es, daß der obere Teil des Kathodenraumes verengt wird. In dem verengten Oberteil überwindet der Schaum bedeutende Höhen und fließt dann in die geeignete Auffangvorrichtung über, in der sich der Wasserstoff von dem mitgerissenen Katholyten trennt. Die Kathode kann verschieden geformt sein, beispielsweise stabförmig, wobei der Kathodenraum günstigerweise als Röhre ausgebildet wird, oder auch plattenförmig, wobei der Kathodenraum die Form eines schmalen Kastens erhält.

Es ist schon versucht worden, elektrolytisch entwickelten Wasserstoff zur Hervorbringung mechanischer Wirkungen zu benutzen, so beim Verfahren des französischen Patents 396360.

Bei ihm dient aber der austretende Wasserstoff lediglich zur Erzeugung eines partiellen Vakuums im Kathodenraum. Laut deutscher Patentschrift 114739, Kl. 12, und amerikanischer Patentschrift 791308 wird der an der Kathode entwickelte Wasserstoff zur Zirku-. lation des durch Bodenöffnungen eintretenden Elektrolyten verwendet. Im Patent 216265 wird gleichfalls ein kräftiger Umlauf des Elektrolyten in der Zelle beschrieben, unterstützt durch die Saugwirkung des mit dem umlaufenden Elektrolyten durch ein seitliches Rohr austretenden Gases. Alle diese bekannten Verfahren und Einrichtungen unterscheiden sich also wesentlich von dem vorliegenden.

Als praktisches Beispiel zur Beschreibung des vorliegenden Verfahrens diene eine Vorrichtung, bei welcher der Kathodenraum röhrenförmige Gestalt hat, nach Fig. 1. Die Kathode besteht hier aus Metallstäben i, die an einem nach obenhin zu einer engen Röhre verjüngten, undurchlässigen Oberteil 2 befestigt sind. Der Oberteil 2 ist auf seiner Außenseite, wenigstens soweit er in den Elektrolyten eintaucht, mit einem Isolierüberzug versehen und dient zweckmäßigerweise zugleich als Stromzuführung zu den Kathoden 1. An dem Oberteil 2 ist ein unten geschlossener Schlauch 3 von Asbesttuch so befestigt, daß der bei der Elektrolyse entwickelte Wasserstoff nicht zwischen Sack und Oberteil entweichen kann. Zur Versteifung des Asbestschlauches dient eine innerhalb dieses angebrachte Röhre aus Drahtgeflecht 4, die der Einfachheit halber gleichfalls an den Oberteil 2 befestigt wird, so daß sich der Asbestschlauch wie ein Strumpf darüberziehen läßt. In diesem Falle bildet das Drahtnetz einen Teil der Kathode. Es muß jedoch gleich bemerkt werden, daß letzteres für das richtige Funktionieren der Kathodenzelle nicht notwendig ist. Die Versteifungsvorrichtung des Asbestsackes kann ebensogut von der Stromleitung ausgeschlossen werden. Das Verjüngungsrohr 5 des Kathodenoberteiles 2 wird in einer Auffangrinne 6 (für die geförderte Alkalilösung) befestigt. Die Auffangrinne 6 dient zweckmäßigerweise zugleich als Stromzuführung für eine größere Anzahl der oben beschriebenen Kathodenzellen, indem je nach Bedarf mehr oder weniger solcher Zellen in ihr befestigt werden. Über die Auffangrinne 6 kann eine Haube 7 gestülpt werden, unter welcher gegebenenfalls der Wasserstoff aufgefangen wird. Außer der Kathodenzelle selbst kann natürlich auch die Art der Abführung des Katholyten und des Wasserstoffes in verschiedener Weise modifiziert werden. So kann beispielsweise die Verjüngungsröhre des Oberteiles von oben wieder nach unten umgebogen werden, um die Lösung in eine seitliche Auffangvorrichtung zu schaffen. Oder es kann z. B. der Oberteil der Kathodenzelle in der Weise ausgebildet werden, wie es Fig. 2 veranschaulicht. Hier geht durch den Kathodenraum eine oben trichterförmig erweiterte Röhre hindurch, durch welche die Alkalilösung nach unten abgeführt wird. Die Kathodenzellen werden neben beliebigen Anodenzellen in elektrolytische Bäder eingesetzt, die z. B. mit Kochsalzlösung kontinuierlich gespeist no werden. An den Anoden entsteht Chlor, in den Kathodenzellen Ätznatronlösung und Wasserstoff, die zusammen auf der Oberfläche des Elektrolyten in den Kathodenräumen Schaum bilden. Das Gasflüssigkeitsgemisch steigt in den Oberteilen der Kathodenräume noch weiter in die Höhe und fließt in die Auffangvorrichtung über. Da der Wasserstoff sich in einem gleichmäßigen Strom entwickelt, ist auch die Förderung des Katholyten eine sehr gleichmäßige. Im Maße, wie die Kathodenlösung gefördert wird, dringt durch das die

Kathode einhüllende Asbesttuch frischer Elektrolyt nach, d. h. es findet auf der ganzen Oberfläche der durchlässigen Kathodenumhüllung eine gleichmäßige, der O H-Jonenbewegung entgegengesetzte Flüssigkeitsströmung statt. Man braucht deshalb nur außerhalb der Kathodenzellen eine dem abfließenden Katholyten entsprechende Menge von frischem Elektrolyten zuzuführen, um einen konstanten Gehalt der

ίο ablaufenden Lösung an Alkali zu erhalten. Da jede Kathodenzelle die ihr nötige Elektrolytmenge automatisch ansaugt, ist es möglich, die frische Salzlösung an einem beliebigen Punkte des Bades einlaufen zu lassen, beispielsweise genügt für einen Elektrolyseur von 12000 Amperekapazität eine einzige Zuflußstelle für Salzwasser. Durch Zuführen größerer oder kleinerer Mengen von frischem Elektrolyten läßt sich die Konzentration der abfließenden Alkalilösung nach Belieben variieren.

Claims (2)

Patent-Ansprüche:

1. Verfahren zur Elektrolyse von Lösungen, wobei an der einen oder auch an beiden Elektroden Gase entwickelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das entwickelte Gas in einem in der Hauptsache aus flüssigkeitsdurchlässigen Stoffen hergestellten Elektrodenraum zusammengehalten wird, um zur Wegführung des mitgerissenen, durch den Filterstoff stetig nachdringenden Elektrolyten in eine Auffangvorrichtung zu dienen.

2. Einrichtung an Apparaten zur Ausübung desVerfahrens nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der lichte Querschnitt des zum Abführen der Gasflüssigkeitsmischung dienenden Oberteiles der betreffenden Zelle verringert wird, zum Zwecke, die Flüssigkeit auf größere Höhen oberhalb des Elektrolytspiegels zu fördern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.