DE2816152C2 - Verfahren zur Herstellung von Chlor aus Salzsäure durch Elektrolyse und Salzsäure-Elektrolysezelle - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Chlor aus Salzsäure durch Elektrolyse und Salzsäure-ElektrolysezelleInfo
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- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
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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 L B, DE-AS
16 852 oder Chum, Ing. Technik 39, 731 (1967).
Die Salzsäure durchs!iSmt die tilcklrolysckammef
von unten nach oben, wobei sich im Katholytraum Wasserstoff und im Anolytraum Chlor bildet. Kath<>
lyt und Anolyt werden also auf ihrem Weg durch die
Elektroiysekammer 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 Ändern rerseits ist es zum wirtschaftlichen Betrieb der Γ-eiIe
notwendig, die Konzentration der Salzsäure während des Durchgangs durch die Elektrolysezelle hinreichend
zu verarmen. Üblicherweise wird eine Verarmung von ca. 25% auf ca. 20% HCI angestrebt.
ι ί 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
in 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
J" eine Salzsäure-Elektrolysezelle, bestehend aus einer
Vielzahl von vertikal angeordneten bipolaren Elektroden, wobei ^wischetι je zwei Elektroden zur Unterteilung
der zwischen diesen gebildeten Elektrolysekammer in einen Anolytraum und einen Katholyt-
r. raum 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 un-
i" terteilt sind und in dieser Ebene zusätzliche Zufluß-
und Abflußeinrichtungen für die Elektrulyte vorgesehensind,
so daß in jeder Etage voneinander unabhängige Elektrolytkreisläufe ausgebildet sind.
Vorzugsweise beträgt die Höhe der durch die Un-
r. terteilung der Elektroden entstehenden Teilelektrodenflächen 40 bis HO ι m, besonders bevorzugt 60 cm.
Zweckmäßigerweise werden die bipolaren Elektroden jeweils in Halterahmen gehalten, die nach Art
von Filterpressen aneinander geschichtet werden. Das
Vi Prinzip solcher Anordnungen im λ B in der DE-uS
12 22 637 ndcr DF: OS 21 17 35<>
beschrieben. Erfindungsgeiruß
enthalten die Elektrolyserahmen zur Aufnahme der Elektroden mehrere übereinander liegende
Fenster, wobei die Stege Zufluß- und Abfluß-
v, kanäle 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-
Wi 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
ft1; 3 Kathode
ft1; 3 Kathode
4 Anode
5 Anölytkämmer
6 Katholytkammer
7 Diaphragma
8 Anolytzufuhr
9 Kathoiytzufuhr
10 Anolyt- und Chlorgasableitiing
11 Katholyt
12 Anolytentgasung
13 Katholytentgasung
A Anolyt
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 Ar.olytsäure 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 k \/m2
betrieben. Dabei werden vorzugsweise die verschiedenen Etagen einer Elektrolysezelle parallel geschaltet.
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 Energiever-
|5 brauch 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 i»jll, ein Spannungsgewinn
erreicht, der z. B. bei bestehenden Anlagen die Hintereinanderschaltung von einer erhöhten
-1' Zahl von bipolaren Elektroden ermöglicht.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
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 Katholytraurn 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 eintfi 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 Unterteiiung de 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.
Priority Applications (6)
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