DE2821985A1

DE2821985A1 - Elektrolysezellenblock

Info

Publication number: DE2821985A1
Application number: DE19782821985
Authority: DE
Inventors: Luciano Mose; Helmuth Dipl Ing Schurig; Bernd Dipl Ing Dr Strasser
Original assignee: Hooker Chemicals and Plastics Corp
Current assignee: Occidental Chemical Corp
Priority date: 1978-05-19
Filing date: 1978-05-19
Publication date: 1979-11-22
Also published as: DE2821985C2; US4256562A

Description

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u.Z.: M 714

HOOKER CHExMICALS & PLASTICS CORP.
Niagara Palls, N.Y., V.St.A.

" Elektrolysezellenblock "

Die Erfindung betrifft einen Elektrolysezellenblock mit einer gemeinsamen Tragkonstruktion für filterpressenartig angeordnete Elektrolysezellen und mit mehreren Sammelleitungen für die Zu- und Abfuhr der Elektrolysemedien parallel zur Längsachse des Zellenblocks.

In derartigen Elektrolysezellen erfolgt beispielsweise die Chloralkalielektrolyse, unter der man die Gewinnung von Chlor, Wasserstoff und Ätzalkalien aus wäßrigen Lösungen von Alkalichloriden durch elektrische Energie versteht. Daneben wächst die Bedeutung der elektrolytischen Zerlegung von Salzsäure. Bei der Herstellung von Alkali- oder Erdalkalimetallen durch Elektrolyse geschmolzener Salze fällt Chlor als Nebenprodukt an.

Einige dieser Produkte werden als Grundchemikalien in sehr großen Mengen hergestellt. Im Falle der Chloralkalielektrolyse werden Anlagen betrieben, in deren einzelnen Stromkreisen 500 bis 1000 Tonnen Chlor pro Tag erzeugt werden. In diesen Anlagen werden Stromstärken bis etwa 500 000 A erzielt, und abhängig von dem benutzten Verfahren werden mehr oder weniger viele Elektrolysezellen zu einem Stromkreis zusammengeschaltet.

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Fließt durch eine elektrochemische Zelle mit alkalichloridhaltigern, wäßrigem Elektrolyten ein elektrischer Gleichstrom, so wird am positiven Pol, der Anode, vorwiegend Chlorgas gebildet, während am negativen Pol, der Kathode, Wasserstoffgas und Alkalihydroxid entstehen. Eine Durchmischung der Produkte, und damit eine Rückreaktion, muß verhindert werden. Zu diesem Zweck wurden zunächst zwei verschiedene Verfahren entwickelt, und zwar das sogenannte Quecksilberverfahren und das Diaphragmenverfahren.

Beim Diaphragmenverfahren trennt eine poröse Scheidewand (Dia-Dhragrna) den Anodenraum vom Kathodenraum und verhindert eine

^den,

Vermischung und damit die Rückreaktion der an VElektroden abgeschiedenen Produkte.

In letzter Zeit setzt sich zunehmend ein drittes Elektrolyseverfahren, das sogenannte Membranzellenverfahren, durch. Da dimensionsstabile Anoden und permselektive Membranen zur Verfügung stehen, kjnnen Elektrolyr;ezellen mit einer dünnen, zwischen flachen Elektroden aufgespannten Trennmembran, hergestellt werden. Durch Aneinanderfügen mehrerer derartiger Elektrolysezellen wird ein filterpressenartig aufgebauter Zellenblock erhalten. Filterpressenartig angeordnete Elektrolysezellen sind z.B. aus der DZ-PS 1 054 430 und der DE-OS 2 222 637 für die Elektrolyse wäßriger Salzsäure und aus der DE-OS 2 510 396 für die Chloralkalielektrolyse bekannt. Die Zelleneleniente sind im allgemeinen in Halterahmen gehaltert. Mit Hilfe einer geeigneten Anpreßvorrichtung, beispielsweise einer hydraulischen Vorrichtung, eines Zugankers oder einzelner Schrauben wird der Zellenblock unter Zwischenlage von Dichtungen zwischen den Zellenelementan zur gegenseitigen Abdichtung zusammengepreßt und bildet so auf einer gemeinsamen Tragkonstruktion montiert eine starre Einheit, die etwa 10 bis beispielsweise 100 Zellenelemente und eine entsprechende Produktionskapazität aufweisen kann.

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Um nun den einzelnen Elektrodenkammern den Elektrolyten zuzuführen bzw. aus diesen die Elektrolyseprodukte abzuführen, ist es aus der DE-OS 2 551 234 bekannt, in den Zellenrahmen integriert parallel zur Längsachse des Zellenblocks Bohrungen vorzusehen, die bei zusammengesetztem Zellenblock die Sammelleitungen für die Zu- und Abfuhr der Elektrolysemedien bilden. An den Schmalseiten der Zellenelemente sind ferner Aufhängeeinrichtungen vorgesehen, mit deren Hilfe der gesamte Zellenblock in zwei horizontale Schienen eines Traggestells eingehängt werden kann. Bei dem bekannten Elektrolysezellenblock ist somit eine von den Sammelleitungen unabhängige gemeinsame Tragekonstruktion für die Elektrolysezellen erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufbau des Elektrolysezellenblocks der eingangs beschriebenen Art zu vereinfachen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Sammelleitungen die Tragkonstruktion des Zellenblocks bilden. Durch diese Maßnahmen ist es möglich, den Aufbau des erfindungsgemäßen Zellenblocks mit der Tragkonstruktion wesentlich zu vereinfachen, da die Sammelleitungen gleichzeitig als wesentlicher Bestandteil der Tragkonstruktion dienen. Dadurch wird der Materialaufwand vermindert, und die Einheit kann, et-

wa zur Wartung, komplett demontiert werden, wobei in dem Raum zwischen den benachbarten Zellenblöcken keine störende Tragkonstruktion verbleibt. Ferner sind die einzelnen Zellenelemente leichter zugänglich, da Rohrleitungen nur im Bereich der

Tragkonstruktion vorhanden sind.
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Um den Aufbau des Zellenblocks weiter zu vereinfachen, sind erfindungsgemäß je zwei Sammelleitungen zu einem Tragprofil der Tragkonstruktion miteinander verbunden. Ferner ist die Tragkonstruktion in vorteilhafter Weise unterhalb des Zellen-

blocks angeordnet.

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Erfindungsgemäß sind die Querschnitte der Sammelleitungen für die abzuleitenden Elektrolysemedien überdimensioniert und können so gleichzeitig als Trenngefäße für die bei der Elektrolyse entstehenden Gase und Flüssigkeiten dienen.

Erfindungsgemäß können die Tragprofile verschiedene, beispielsweise rechteckige, kreisförmige oder ovale Querschnitte aufweisen. Werden Ovalprofile für die Tragkonstruktion verwendet und diese hochkant angeordnet, so ist deren Tragfähigkeit bei gleichem Materialeinsatz höher als bei Rohrprofilen mit kreisförmigem Querschnitt.

Erfindungsgemäß werden die Tragprofile aus unterschiedlichen Materialien hergestellt, um je nach dem durchströmendem Elek-

^ trolysemedium optimale Anti-Korrcsionseigenschaften zu gewährleisten. So wird beispielsweise die Sammelleitung, durch die der Katholyt fließt, vorzugsweise aus Flußstahl hergestellt, während die Sammelleitung, in der Chlor und Sole fließt, bevorzugt aus Titan hergestellt wird. Alternativ können jedoch die Sammelleitungen in an sich bekannter Weise innen oberflächenbeschichtet sein, beispielsweise durch geeignete Kunststoff^aine Gummierung, beispielsweise mit Hartgummi, oder durch geeignete Metallbaschichtungen.

Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die anliegende 25

Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Seltenansicht eines am Verwendungsort aufgestellten, erfindungsgemäßen Zellenblocks, Fig. 2 eine schematische Perspektivansicht eines Zellenblocks mit bekannter Tragkonstruktion und

Fig. 3 eine schematische Perspektivansicht eines Zellenblocks mit einer erfindungsgemäßen Tragkonstruktion.

Gemäß den Fig. 1 bis 3 ist ein Zellenblock 1 mit filterpressenartig hintereinander angeordneten Zellenelementen la auf einem

Support oder einer Tragkonstruktion 2 angeordnet. Mittels

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'isolierenden und einstellbaren Füßen 9 stützt sich die Tragkonstruktion 2 auf dem Boden 8 ab. Unterhalb der Tragkonstruktion 2 ist in dem Boden 8 eine Bodengrube 10 vorgesehen, in der ein mobiler Kurzschluß- oder überbrückungsschalter 7 zu verschiedenen, zueinander parallel angeordneten Zellenblöcken, verschoben werden kann. Dieser überbrückungsschalter 7 ist vorgesehen, um einen auszutauschenden Zellenblock zwischen zwei benachbarten Zellenblöcken kurzzuschließen, so daß beim Austausch des überbrückten Zellenblocks nicht der gesamte Elektrolysestromkreis abgeschaltet v/erden muß. Im übrigen wird hierzu auf die US-PS 3 930 978 verwiesen, so daß sich eine nähere Erläuterung erübrigt.

Bei der filterpressenartigen Anordnung der Elektrolysezellen sind sowohl beim Diaphragmen- als auch beim Membranzellenverfahren mit permselektiven Membranen dem einzelnen Zellenelement la je ein Kathoden- und je ein Anodenraum zugeordnet. In der Zeichnung sind die Zellenelemente lediglich schematisch dargestellt. Bei der. dargestellten Beispielen ist angenommen, daß die Trennung von Gas und Flüssigkeit bei der Elektrolyse außerhalb des Zellenblocks 1 stattfindet, und daher sind bei den Fig. 2 und 3 jeweils vier Sammelleitungen dargestellt, und zwar eine erste Sammelleitung 3 für die Abfuhr des Anolyten und der Chlors, eine zweite Sammelleitung 4 für die Sole, eine dritte Sammelleitung 5 für die Katholytzufuhr und eine vierte Sammelleitung 6 für die Abfuhr des Katholyten und des Wasserstoffs, Diese Sammelleitungen sind über mehrere Rohranschlüsse 3a, 4a, 5a bzw, 6a in üblicher Weise mit den entsprechenden Zellenelementen la verbunden,

Gemäß Fig, 2 ist unterhalb der Zellenelemente la eine gemeinsame Tragkonstruktion 2^f, bestehend aus zwei Doppel-T-Trägern, angeordnet, die sich parallel zur Längsrichtung des Zellenblocks erstrecken. Ebenfalls parallel zur Längsrichtung des Zellenblocks sind die Sammelleitungen 3 bis 6,

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Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform gemäß Fig. 3 bilden die Sammelleitungen 3 und k einerseits und die Sammelleitungen 5 und 6 andererseits je ein Tragprofil der Tragkonstruktion 2. Die Sammelleitungen 3 bis 6 sind in üblicher Weise über Rohranschlüsse 3a bis 6a mit den entsprechenden Zellenelementen la verbunden.

Die Sammelleitungen 3 bis 6 der Zellenblöcke 1 sind wiederum in nicht dargestellter Weise mit entsprechenden Rohrleitungen lösbar verbunden, die beispielsweise parallel zur Längsrichtung der Bodengrube 10 auf dem Boden 8 seitlich neben den Zellenblöcken 1 verlaufen.

Sollen nun beispielsweise beim Einsatz von Zellenblöcken nach dem Membranzellenverfahren die permselektiven Membranen und/ oder die dimensionsstabilen Anoden nach einer gewissen Laufzeit ausgetauscht werden, so wird der zu wartende Zellenblock durch einen überbrückungsschalter 7 aus dem Zellenstromkreis herausgeschaltet und nach dem Lösen der Sammelleitungen 3 bis β _von d_en nicht dargestellten Rohrleitungen zur Wartung in die Werkstatt transportiert. Der Produktionsausfall durch

4es_, einen fehlenden Zellenblock kann durch AustauscnYzu wartenden gegen einen anderen, vorbereiteten Zellenblock auf die reine Montagezeit zum Austausch der Zellenblöcke beschränkt werden. Dabei wird der komplette Zellenblock einschließlich seiner

Tragkonstruktion mit den in dieser integrierten Sammelleitungen und der Anpreßvorrichtung für die Zellenelemente transportiert.

^ Gemäß der Figurenbeschreibung bilden ja zwei Sammalleitungan ein Tragnrofil der Tragkonstruktion. Im Rahman der Erfindung ist jedoch auch eins andsra zahlenmäßige Kombination der Sam melleitungen zu Tragprofixsn der Tragkonstruktion möglich.

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Claims

VOSSIUS · VOSSIUS - HlLTL · TAUCHNER · HEUNEMANN PATENTAiM */VÄL ΓΕ SI E BE RTSTRASS E 4· ■ 80OO MÖNCHEN 86 . PHONE: (O 89) 474Ο75 CABLE: BENZOLPATENT MÜNCHEN -TE LEX 5-29 4-53 VOPAT D u.Z.: M 714 (He/ko) 10. HOOKER CHEMICALS & PLASTICS CORP. Niagara Falls, H.Y., V.St.A. " Elektrolysezellenblock " Patentansprüche

1. Elektrolysezellenblock mit einer gemeinsamen Tragkonstruktion für mehrere filterpressenartig angeordnete Elektrolysezellen und mit mehreren Sammelleitungen für die Zu- und Abfuhr der Elektrolysemedien parallel zur Längsachse des Zellenblocks, dadurch gekennzeichnet, daß dia Sammelleitungen (3 bis 6) die Tragkonstruktion (2) des Zellenblocks (1) bilden.

2. Zellenblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß je zwei Sammelleitungen(3, 4 bzw. 5, 6) zu einem Tragprofil (2a, 2b) der Tragkonstruktion (2) verbunden sind.

3. Zellenblock nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dia Tragkonstruktion (2) unterhalb des Zellenblocks

(1) angeordnet ist.

4. Zellenblock nach einer?, der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnitte der Sammelleitungen (3, 6) für die abzuleitenden Elektrolysemedien überdimensioniert sind.

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5. Zellenblock nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragprofile (2a, 2b) rechteckige Querschnitta aufweisen.

6. Zellenblock nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragprofile kreisförmige Querschnitte aufweisen.

7. Zellenblock nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragprofile ovale Querschnitte aufweisen.

8. Zellenblock nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ovalprofil hochkant angeordnet ist,

9. Zellenblock nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die die verschiedenen Sammelleitungen (3 bis 6) bildenden Tragprofilteile aus unterschiedlichen Materialien bestehen.

10. Zellenblock nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelleitung (6) für den Katholyten und den Wasserstoff aus Flußstahl und die Sammelleitung (3) für den Anolyten und das Chlor aus Titan bestehen.

11. Zellenblock nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelleitungen (3 bis 6) innen mittels Kunststoff und/oder I-'etall oberflächenbeschichtet sind.

12. Zellonblock nach einam der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Saram-illeitungon (3 bis 6) innen gummibeschichtet sind.

13. Zellonblock nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß di-2 Samnnlläibungon (3 bis 6) mit Hartgummi beschichtet sind.

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