DE2816152B1 - Verfahren zur Herstellung von Chlor aus Salzsaeure durch Elektrolyse und Salzsaeure-Elektrolysezelle - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Chlor aus Salzsaeure durch Elektrolyse und Salzsaeure-Elektrolysezelle

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Description

Die elektrolytische Erzeugung von Wasserstoff und Chlor aus Salzsäure erfolgt im allgemeinen in Elektrolysezellen, in denen 30 bis 45 vertikal angeordnete bipolare Elektroden, wobei die zwischen je zwei Elektroden gebildete Elektrolysekammer durch ein Diaphragma unterteilt ist, zusammengefaßt sind. Üblicherweise beträgt die Elektrodenfläche ca. 2,5 m2 und besitzt quadratischen Querschnitt; siehe z. B. DAS 1216852 oder Chem. Ing. Technik 39, 731 (1967). Die Salzsäure durchströmt die Elektrolysekammer von unten nach oben, wobei sich im Katholytraum Wasserstoff und im Anolytraum Chlor bildet. Katholyt und Anolyt werden also auf ihrem Weg durch die Elektrolysekammer mit Gasblasen angereichert. Die Gasblasen werden nach dem Austritt der Elektrolyte aus der Zelle abgeschieden.
Durch die Anwesenheit von Gasblasen im Elektrolyten wird dessen elektrischer Widerstand, und damit der spezifische Leistungsverbrauch der Elektrolysezelle erhöht. Es ist daher wünschenswert, bei gegebener Stromdichte die Aufenthaltszeit des Elektrolyten in der Zelle, d. h. die Zeit, während der sich die Gasblasen anreichern, möglichst kurz zu wählen. Andererseits ist es zum wirtschaftlichen Betrieb der Zelle notwendig, die Konzentration der Salzsäure während des Durchgangs durch die Elektrolysezelle hinreichend zu verarmen. Üblicherweise wird eine Verarmung von ca. 25% auf ca. 20% HCl angestrebt.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung von Chlor und Wasserstoff aus Salzsäure durch Elektrolyse in einer Elektrolysezelle, bestehend aus einer Vielzahl von vertikal angeordneten bipolaren Elektroden, wobei zwischen je zwei Elektroden zur Unterteilung der zwischen diesen gebildeten Elektrolysekammern in einen Anolytraum und einen Katholytraum ein Diaphragma angeordnet ist, ferner Abfluß- und Zuflußeinrichtungen für die Elektrolyte, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Salzsäure in mindestens zwei aufeinanderfolgenden Stufen elektrolysiert wird, wobei sie nach Austritt aus einer Stufe und vor Eintritt in die jeweils nächste Stufe entgast wird.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch.
eine Salzsäure-Elektrolysezelle, bestehend aus einer Vielzahl von vertikal angeordneten bipolaren Elektroden, wobei zwischen je zwei Elektroden zur Unterteilung der zwischen diesen gebildeten Elektrolysekammer in einen Anolytraum und einen Katholytraum ein Diaphragma angeordnet ist, ferner Abfluß- und Zuflußeinrichtungen für die Elektrolyte, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die bipolaren Elektrodenreihen jeweils in mindestens einer horizontalen Ebene senkrecht zur Elektrodenfläche in Etagen unterteilt sind und in dieser Ebene zusätzliche Zufluß- und Abflußeinrichtungen für die Elektrolyte vorgesehen sind, so daß in jeder Etage voneinander unabhängige Elektrolytkreisläufe ausgebildet sind.
Vorzugsweise beträgt die Höhe der durch die Unterteilung der Elektroden entstehenden Teilelektrodenflächen 40 bis 80 cm, besonders bevorzugt 60 cm. Zweckmäßigerweise werden die bipolaren Elektroden jeweils in Halterahmen gehalten, die nach Art von Filterpressen aneinander geschichtet werden. Das Prinzip solcher Anordnungen ist z. B. in der DOS 2222637 oder DOS 2317359 beschrieben. Erfindungsgemäß enthalten die Elektrolyserahmen zur Aufnahme der Elektroden mehrere übereinander liegende Fenster, wobei die Stege Zufluß- und Abflußkanäle für die Elektrolyte enthalten.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Figuren näher erläutert. Fig. 1 zeigt beispielhaft einen Querschnitt durch eine zweietagige Elektrolysezelle. Fig. 2 zeigt stark vereinfacht einen Elektrodenrah-
men, senkrecht zu der in Fig. 1 gezeigten Schnittrichtung. Den in den Figuren angegebenen Ziffern kommt im einzelnen folgende Bedeutung zu:
1 Elektrodenrahmen
2 Bipolare Elektrode
3 Kathode
4 Anode
5 Anolytkammer
6 Katholytkammer
TEO
7 Diaphragma
8 Anolytzufuhr
9 Katholytzufuhr
10 Anolyt- und Chlorgasableitung
11 Katholyt
12 Anolytentgasung
13 Katholytentgasung
A Anolyt
K Katholyt
Das erfindungsgemäße Verfahren unter Einsatz der erfindungsgemäßen Elektrolysezelle, wird so betrieben, daß sowohl Katholyt als auch Anolyt die einzelnen Etagen der Elektrolysezelle nacheinander durchströmen und jeweils nach Austritt aus einer Etage und vor Eintritt in die nächste Etage entgast werden, wobei die Elektrolyte stufenweise verarmt werden. Der Elektrolysezelle wird sowohl im Anolyt- als auch im Katholytkreislauf ca. 25%ige Salzsäure zugeführt, wobei die Anolytsäure eine etwas höhere Konzentration aufweisen kann. Die Säure wird in mehreren Stufen auf schließlich 20%ige Salzsäure verarmt.
Die Elektrolyse wird vorzugsweise bei Stromstärken von 4 bis 8 kA/m2, vorzugsweise 5 bis 7 kA/m2 betrieben. Dabei werden vorzugsweise die verschiedenen Etagen einer Elektrolysezelle parallel geschal-
Um Druckdifferenzen in den Elektrolyten zu vermeiden, wird die Säure vorzugsweise zunächst in die oberste Etage einer Elektrolysezelle eingeführt und nach dem Austritt aus einer Etage und Entgasung jeweils in die nächste darunter liegende Etage eingeführt. Jede Etage wird vorzugsweise von unten nach oben durchströmt, um so eine Mitnahme und damit einen beschleunigten Austrag der Gasblasen zu gewährleisten. Für den Fall einer zweietagigen Elektrolysezelle ist der bevorzugte Strömungsweg von Anolyt und Katholyt in Fig. 2 durch die eingezeichneten Pfeile dargestellt.
Mit der Erfindung wird der spezifische Energieverbrauch bei der Elektrolyse von Salzsäure herabgesetzt, wobei gleichzeitig durch Verringerung der notwendigen aktiven Elektrodenflächen etwa 20% Graphit eingespart wird. Die Elektrolyse kann gegenüber den bisher üblichen Stromdichten von ca. 4 kA/m2 bei gleicher Spannung mit erheblich erhöhter Stromdichte betrieben werden. Andererseits wird, wenn die Stromdichte erhalten bleiben soll, ein Spannungsgewinn erreicht, der z. B. bei bestehenden Anlagen die Hintereinanderschaltung von einer erhöhten Zahl von bipolaren Elektroden ermöglicht.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung von Chlor und Wasserstoff aus Salzsäure durch Elektrolyse in einer Elektrolysezelle bestehend aus einer Vielzahl von vertikal angeordneten bipolaren Elektroden, wobei zwischen je zwei Elektroden zur Unterteilung der zwischen diesen gebildeten Elektrolysekammern in einen Anolytraum und einen Katholytraum ein Diaphragma angeordnet ist, ferner Abfluß- und Zuflußeinrichtungen für die Elektrolyte, dadurch gekennzeichnet, daß die Salzsäure in mindestens zwei aufeinanderfolgenden Stufen elektrolysiert wird, wobei sie nach Austritt aus einer Stufe und vor Eintritt in die jeweils nächste Stufe entgast wird.
2. Elektrolysezelle bestehend aus einer Vielzahl von vertikal angeordneten bipolaren Elektroden, wobei zwischen je zwei Elektroden zur Unterteilung der zwischen diesen gebildeten Elektrolysekammer in einen Anolytraum und einen Katholytraum ein Diaphragma angeordnet ist, ferner Abfluß- und Zuflußeinrichtungen für die Elektrolyte, dadurch gekennzeichnet, daß die bipolaren Elektroden-Reihen jeweils in mindestens einer horizontalen Ebene senkrecht zur Elektrodenfläche in Etagen unterteilt sind und in dieser Ebene zusätzliche Zufluß- und Abflußeinrichtungen für die Elektrolyte vorgesehen sind, so daß in jeder Etage voneinander unabhängige Elektrolytkreisläufe ausgebildet sind.
3. Elektrolysezelle nach Anspruch 2, wobei die Höhe der durch Unterteilung der Elektroden entstehenden Teilelektrodenflächen 40 bis 80 cm, vorzugsweise 60 cm beträgt.
4. Verfahren zum Betrieb der Elektrolysezelle nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt die Etagen der Elektrolysezelle nacheinander durchströmt und jeweils nach Austritt aus einer Etage und vor Eintritt in die nächste Etage entgast wird, wobei der Elektrolyt stufenweise verarmt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt zunächst die oberste Etage einer Zelle und nachfolgend jeweils die nächst tiefere Etage durchströmt, wobei jede Etage von unten nach oben durchströmt wird.
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