DE2816440A1 - Elektrolysezelle - Google Patents

Description

Elektrolysezelle

Die Erfindung betrifft eine Elektrolysezelle mit bipolaren Elementen zur Erzeugung von Chlor und Wasserstoff. Elektrolysezellen der genannten Art werden in einer Vielzahl von bis zu 40 Stück nach Filterpressenbauart zusammengefaßt und bilden dann einen Zellenblock. Eine Mehrzahl von solchen Zellenblöcken stellt eine Elektrolysezellenanlage zur Zerlegung von z.B. Salzsäure in Chlor und Wasserstoff dar. Der Spannungsabfall einer Zelle beträgt ca. 2.2 Volt bei den üblichen spezifischen Belastungen. Hintereinanderschaltung einer Vielzahl von Zellen und Zellenblöcken bedingt eine Eingangsgleichspannung von bis zu ca. 1000 Volt.

Die bipolaren Elektrodenflächen werden nach dem Stand der Technik nahezu quadratisch ausgeführt und erreichen in industriellen Anlagen bis zu 3 m2 Fläche. Die quadratische bzw. fast quadratische Ausführung der Elemente hat den Vorteil des geringsten Umfanges bezogen auf die aktive Elektrodenfläche und den des geringsten Aufwandes für die erforderlichen Abdichtungen zwischen den bipolaren Elementen.

Die bekannten quasi-quadratischen Elektrolysezellen werden mit einer elektrischen spezifischen Belastung von etwa 4 KA/m2-betrieben. Die Belastung hat sich allgemein als obere Grenze erwiesen. Oberhalb dieser Belastung vermindert sich die Reinheit der erzeugten Gase, wie Chlor und Wasserstoff, beträchtlich, und die durch den Dampfdruck der Salzsäure gegebene Temperaturgrenze kann nur mit erheblichem Kühlaufwand eingehalten werden. Da über eine Erhöhung der spezifischen Belastung keine bessere Energieausbeute zu erreichen ist, hat es nicht an Vorschlägen gefehlt, andere Wege einzuschlagen. So wird z.B. durch entsprechende Zusätze zum Elektrolyten entsprechend K. Kerger, Chemie Ing.

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0O98-43/O223

Techn. 1971, S. 167/169 eine Senkung der Überspannung erzielt, oder durch eine Oberflächenbehandlung der Elektroden entsprechend K. Hass, Chemie Ing. Techn. 1968, S. 557/564 oder Anwendung von Wolfram Karbid als Elektrodenbeschichtung nach H. Bernd, Chemie Technik 1969, S 607/610.

Eine weitere Möglichkeit zur Erhöhung der Energieausbeute über eine Minderung der Spannungsverluste ist die Beeinflussung des Gasblasenstromes im Elektrolysenspalt, z.B. gemäß US-PS 3 654 120. Durch Anwendung der erwähnten Maßnahmen wird in den bekannten Elektrolysezellen-Anlagen nur eine Energieausbeute von ca. 66 % erreicht. Der Restanteil von ca. 34 % fällt als Verlustwärme an und muß größtenteils über aufwendige Kühleinrichtungen abgeführt werden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Energieausbeute zu verbessern.

Überraschenderweise wurde die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Seitenverhältnis Breite zu Höhe der Elektrolysezelle 2 : 1 bis 10 : 1 beträgt. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung beträgt das Seitenverhältnis Breite zu Höhe der Elektrolysezelle zwischen 3 : 1 bis 6:1.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß durch das erfindungsgemäße Seitenverhältnis, daß heißt Minderung der Elektrodenhöhe gegenüber der bisherigen Elektrodenhöhe eine Energieersparnis oder eine Energieausbeuteerhöhung erreicht wird. Die Ursache für diese Energieersparnis ist die beträchtliche Absenkung der Zellenspannung von ca. 10 % bei gleichbleibender Stromdichte.

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281844Q

j NAOHGEREIOHT

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß durch die bessere Energieausnutzung eine geringere Temperaturerhöhung in der Elektrolysezelle auftritt und damit ein geringerer Aufwand für die Kühleinrichtung benötigt wird.

Das folgende Zahlenbeispiel gibt Vergleichswerte des Erfindungsgegenstandes zur Standardzelle.

Beispiel;

F (m2) H (m) B (m) U (V) Δ U (V) I (kA/m2)

wobei

F die Elektrodenfläche
H die Elektrodenhöhe
B die Elektrodenbreite
U den Einzelzellenspannungsabfall

Δ U die Spannungsminderung und damit den Spannungsgewinn I die spezifische Belastung
£ bedeutet.

S tandardz eile	neue Zelle
2,6	2,6
1,5	0,6
1,72	4,35
2,0	1,7
	0,3
4	4

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909843/0223 ORIGINAL INSPECTED

Bei einer Elektrolysezellenanlage mit einer Vielzahl von Zellenblöcken deren Gesamtspannung bis zu 1000 Volt erreichen kann, ergeben sich somit Spannungsgewinne von ca. 100 Volt. Das bedeutet eine Energieersparnis von etwa 10 %.

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Claims (2)

UHDE GMBH DORTMUND eigenes Zeichen: 10 042 28 16 44 Q Patentansprüche

1. Elektrolyszelle mit bipolaren Elementen zur Erzeugung von Chlor und Wasserstoff aus Salzsäure, wobei eine Vielzahl von Elektrolysezellen nach Filterpressenbauart zusammengebaut einen Zellenblock bilden, dadurch gekennzeichnet, daß das Seitenverhältnis Breite zu Höhe der Elektrolysezelle 2:1 bis 10 : 1 beträgt.

2. Elektrolysezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Seitenverhältnis Breite zu Höhe der Elektrolysezelle 3 : 1 bis 6 : 1 beträgt.

ORIGINAL INSPECTED

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909843/0223