DE2828621C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrolysezelle nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Kürzlich wurden Elektrolysezellen entwickelt, die anstelle der traditionellen Asbestdiaphragmen Ionenaustauschermembra­ nen verwenden. Diese werden insbesondere zur Elektrolyse von Solen verwendet. Obgleich derartige Membranen unter Be­ triebsbedingungen elektrolytisch leitfähig sind, sind sie gegenüber dem hydrodynamischen Fluß von Flüssigkeiten und Gasen im wesentlichen impermeabel. Beim Betrieb wird die Alkalimetallhalogenid-Sole in das Anodenteil eingeführt, wo sich auf der Oberfläche der Anode gasförmiges Halogen entwickelt. Die Alkalimetallionen werden selektiv durch die kationische Membran in das Kathodenabteil transportiert, wobei sich dort Alkalimetallhydroxyd bildet.

Zellen mit Kationenaustauschermembranen besitzen gegenüber den konventionellen Diaphragmazellen zahlreiche Vorteile. Sie erlauben die Herstellung relativ reiner Lösungen von Alka­ limetallhydroxyd, die nicht durch Sole verdünnt sind, wie dies der Fall bei porösen Diaphragmen ist. Bei porösen Diaphragmen ist eine anschließende Abtrennung und Reinigung des Hydroxyds erforder­ lich. Zellen mit kationischen Membranen erlauben auch die wirt­ schaftlichere und vereinfachte Durchführung der Elektrolysever­ fahren.

Um die Eigenschaften der nicht-porösen Membranen vollständig auszunützen, ist es wünschenswert, den Abstand zwischen den Elektroden (d. h. den Elektrodenzwischenraum) auf ein Minimum zu vermindern. Diese Verminderung führt zu einem bemerkens­ werten Einfluß auf die Betriebsspannung und somit auf den Ener­ giewirkungsgrad des elektrolytischen Verfahrens.

Industriell eingesetzte Membranen sind gegenüber lokalen hohen Strom­ dichten empfindlich. Diese müssen innerhalb bestimmter optimaler Bereiche gehalten werden, damit sich der Betrieb der Membran wirkungs­ voll gestaltet. Die Stromdichte sollte über die gesamte Ober­ fläche beinahe konstant sein, um das Auftreten mechanischer und elektrischer Belastungen zu vermeiden, die zu einer irre­ versiblen Schädigung der Membran führen würden.

Bei den bekannten Membranzellen hängt die Optimierung dieser Parameter in großem Ausmaß von den strukturellen Toleranz­ grenzen ab. Im Hinblick auf die Größe der Elektrodenoberflächen bei den in der Industrie eingesetzten Zellen, bezogen auf die stets wesentlich kleineren Elektrodenabstände (in der Größenordnung von einigen Millimetern), führen die unvermeid­ lichen Abweichungen von der exaktesten Parallelität zwischen den Anoden- und Kathodenoberflächen zu mehr oder weniger stark ausgeprägten Änderungen der Stromdichte über die Membranober­ fläche. Als Ergebnis haben sich die bisherigen Bemühungen zur Sicherstellung einer ordnungsgemäßen, lokalen Stromdichte auf den verschiedenen Flächen der Membran, nicht als erfolgreich erwiesen.

Die DE-AS 16 71 463 beschreibt eine Elektrolysezelle, bei der eine Elektrode in Form eines Fließbettes von leitenden und/oder halbleitenden Teilchen ausgebildet ist, die in wirbelnder Bewegung gehalten werden. Dadurch wird z. B. die Oberfläche einer Elektrode vergrößert, so daß die elektroche­ mischen Reaktionen mit den in dem Elektrolyten vorhandenen Reaktionspartnern beschleunigt werden. Bei einer derartigen Elektrolysezelle wird jedoch der Abstand zwischen der Kathode und der Anode nicht konstant gehalten, wie es für die Elek­ trolyse von Alkalimetallhalogenid-Lösungen erforderlich ist.

Eine Weiterentwicklung dieser Fließbettelektrode stellt die in der DE-OS 22 27 084 beschriebene Elektrolysezelle dar. Dabei sind der Durchmesser und die Dicke des Wirbelbettes vergrößert, um größere Stoffumsätze zu erzielen.

Die DE-OS 25 23 950 betrifft ebenfalls eine Fließbettelektro­ de, die zur elektrolytischen Gewinnung von Metallen geeignet ist. Dabei wird die Kathode von nur sehr wenigen, elektroly­ tisch leitfähigen Teilchen gebildet, die zu einem bestimmten Zeitpunkt mit der Stromzuführungsvorrichtung in elektrischem Kontakt stehen. Auf diese Weise wird ein kontinuierliches Wachsen aller Kathodenteilchen durch das abgeschiedene Metall erzielt und ein Zusammenbacken des abgeschiedenen Metalls zu einem Metallklumpen verhindert.

Die DE-OS 25 03 652 beschreibt eine Elektrolysezelle für die Chloralkalielektrolyse, bei der die Kationenaustauscher­ membran möglichst nahe an die Anode gebracht wird. Zu diesem Zweck wird die Anwendung von Druck von der Kathodenseite her empfohlen, beispielsweise durch die Flüssigkeitshöhe in der Kathodenkammer. Der Elektrodenabstand spielt bei dieser An­ ordnung keine Rolle, es wird vielmehr ausgeführt, daß eine Verringerung des Elektrodenabstandes einen nur geringen Ein­ fluß auf die Spannungsänderung hat.

Die US-PS 39 96 201 beschreibt eine Elektrolysezelle zur Herstellung von Alkaliperoxidlösungen, wobei die Kathode in Form eines Bettes aus Teilchen gebildet werden kann. Zwischen Anode und Kathode befindet sich eine Isolierschicht, die verhindern soll, daß Anode und Kathode in Kontakt kommen. Gleichzeitig soll die Isolierschicht jedoch den freien Elektrolyt- und Sauerstoffdurchfluß zwischen Anode und Kathode, der für die elektrolytische Herstellung von Alkaliper­ oxidlösungen Voraussetzung ist, ermöglichen. Eine derartige Elektrolysezelle ist jedoch für Alkalimetallhalogenid­ elektrolyten nicht brauchbar, weil es dabei darauf ankommt, daß Kathodenflüssigkeit und Anodenflüssigkeit nicht miteinander vermischt werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Membran­ zelle mit einem möglichst geringem und über die gesamte Elek­ trodenoberfläche möglichst konstantem Elektrodenabstand zu schaffen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Elektrolysezelle für die Alkalimetallhalogenidelektrolyse der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.

Das Füllmaterial liegt vorzugsweise in Form von Kugeln, Perlen, sattelförmigen Teilchen, Raschig-Ringen, Zylindern, Chips oder Metallwolle vor.

Die erfindungsgemäße Elektrolysezelle ist zur Elektrolyse wäßriger Lösungen von Alkalimetallhalogeniden besonders geeignet. Der Elektrodenabstand ist im Vergleich zu den bekannten Zellen außerordentlich klein und über die gesamte Ausdehnung der Elektrodenoberflächen praktisch konstant. Trotzdem sind keine strengen mechanischen Toleranzgrenzen in der Zelle einzuhalten, wie das bislang der Fall war.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt die erfindungs­ gemäße Zelle einen Kathodenbehälter aus Stahl oder einem ande­ ren leitfähigen Material, das gegenüber einer Korrosion in der Katholytumgebung widerstandsfähig ist, wobei der Behälter am oberen Ende mit Hilfe einer Platte oder einer Abdeckung aus Titan oder einem anderen Ventilmetall, das unter den Bedingungen der anodischen Polarisation passivierbar ist, abge­ deckt ist und wobei die Zelle mindestens eine, jedoch vorzugs­ weise eine ganze Reihe röhrenförmiger oder Hohlanoden aufweist, die in Ausnehmungen in der Abdeckplatte aus Titan eingeschweißt sind und die sich beinahe über die gesamte Tiefe des Behälters er­ strecken, wobei die Wände der röhrenförmigen Anoden (mit Aus­ nahme des oberen Teils der Anodenwände, in der Nähe der Schweiß­ stellen an die Titanabdeckung) perforiert sind, so daß sie für Flüssigkeiten und Gase permeabel sind.

Die Anoden sind dimensionsstabil und sind üblicherweise aus Titan oder einem anderen Ventilmetall gefertigt. Sie sind zu­ mindest auf einem Teil ihrer aktiven Oberfläche mit einem elektrisch leitendem elektrokatalytischem Überzug aus einem Material versehen, das gegenüber den Anodenbedingungen resistent und nicht passivierbar ist, vorzugsweise mit einem Überzug aus Edelmetallen, wie Platin, Palladium, Rhodium, Ruthenium und Iridium, oder Oxyden oder gemischten Oxyden dieser Metalle. Die unteren Enden der röhrenförmigen Anoden sind durch Stopfen aus inertem Material, vorzugsweise aus Kunststoffmaterial, die mit koaxialen Gewindebohrungen versehen sind, verschlossen. Die permeablen Wände der röhrenförmigen Anoden sind auf der Außen­ seite vollständig durch die Membran überzogen, so daß im Inneren der röhrenförmigen Anoden das Anodenabteil abgegrenzt ist.

Das untere Ende des Kathodenbehälters ist mit Hilfe einer Platte verschlossen. Diese ist vorzugsweise aus einem inerten Kunst­ stoffmaterial gefertigt. Sie enthält eine Vorrichtung zur Ein­ speisung von Sole oder eines anderen Anolyts in das Innere der verschiedenen Röhrenanoden, wobei dies typischerweise mit Hilfe von Einlässen aus Kunststoffmaterial erfolgt, deren Flansche eine Abdichtung gegen die Bodenplatte des Behälters bilden. Der Anolyt wird durch röhrenförmige Verbindungsstücke, die in die Gewindebohrungen der Verschlußstopfen der röhrenförmigen Anoden eingeschraubt sind, eingespeist.

In der bevorzugten Ausführungsform ist der Behälter im oberen Teil mit einem Auslaß versehen, um das Kathodengas abzuleiten, mit einer Abflußöffnung im unteren Teil, um den Katholyt abzu­ leiten, sowie mit einem Einlaßrohr zur Recyclisierung des ver­ dünnten Katholyten oder Wassers in das Kathodenabteil. Die an die Abdeckung des Behälters angeschweißten Anoden stehen durch die Bohrungen in der Abdeckung mit einer Kammer oberhalb des Behälters in Verbindung, wo sich das Anodengas vom Elektrolyten abtrennt, aus einem Auslaß entweicht und in ein Gasgewinnungs­ system strömt. Der Elektrolyt wird vor der neuerlichen Einfüh­ rung in die Zelle in ein Rücksättigungssystem recyclisiert.

Die Kathode der Zelle besteht aus einem porösen, statischen Bett aus losem, leitfähigem Kathodenmaterial in Form von Chips, Perlen, Kugeln, Zylindern, Raschig-Ringen, Metallwolle oder anderen Teilchen, mit denen der Behälter vollständig bis zu einer Höhe gefüllt ist, die mindestens der Höhe der permeablen Wände der röhrenförmigen Anoden, die mit den Membranen über­ deckt sind, entspricht. Die Füllung aus Kathodenmaterial steht in Kontakt mit den Innenwänden des Behälters und mit den äußeren Oberflächen der Membranen auf den verschiedenen röhren­ förmigen Anoden und drückt gegen die Membranen. Das leitfähige Kathodenfüllmaterial kann aus Graphit, Blei, Eisen, Nickel, Kobalt, Vanadin, Molybdän, Zink oder Legierungen dieser Metal­ le, aus intermetallischen Verbindungen, aus Verbindungen, die von der Hydridisierung, Carbidisierung und Nitridisierung von Metallen herrühren, und/oder anderen Materialien, die eine gute Leitfähigkeit und Resistenz gegenüber den Kathodenbedin­ gungen aufweisen, bestehen.

Besonders brauchbar zur Elektrolyse von Sole sind Materialien, die eine niedrige Wasserstoffüberspannung aufweisen, wie bei­ spielsweise Eisen, Nickel und deren Legierungen. Im Gegensatz hierzu sind teilchenförmige Materialien mit einer hohen Wasser­ stoffüberspannung, wie Blei und Bleilegierungen bevorzugt, wenn beispielsweise die Reduktion von Fe^III+ zu Fe^II+ in einer sauren Sulfat-Katholytlösung unter Verwendung einer anionischen Membran und unter Freisetzung von Sauerstoff an der Anode, er­ folgen soll. Das kathodische Füllmaterial kann auch Kunststoff­ material, keramisches Material, oder andere inerte, nicht-leit­ fähige Materialien, die mit einer Schicht aus den erwähnten elektrisch leitenden und kathodisch resistenten Materialien ver­ sehen sind, enthalten bzw. daraus bestehen.

Die Titanplatte oder -abdeckung, an der die röhrenförmigen Anoden angeschweißt sind, ist durch eine isolierende Dichtung vom Kathodenabteil abisoliert. Sie ist mit dem positiven Ende des Stromverteilungssystems verbunden, und das Kathodenabteil ist mit dem negativen Ende des Verteilungssystems verbunden.

Die Masse der Kathodenfüllung funktioniert als Kathode. Die Porosität des statischen Betts aus Kathodenmaterial erlaubt das schnelle Entweichen des Katho­ dengases und trägt so zum kathodischen Schutz der Innenwände des Kathodenbehälters bei.

Der Elektrodenabstand ist auf wenig mehr als die Dicke der Membranen verringert.

Der Abstand zwischen dem Kathodenfüllmaterial und den Anoden bleibt während des Elektrolyseverfahrens im wesentlichen konstant.

Der Aufbau der Zelle führt dazu, daß die Stromdichte über die gesamte Elektrodenfläche gleichförmig ist, so daß keine lokalen Unterschiede auftreten, die durch mechanische und elektrische Belastung zu einer Schädigung der Membranen führen könnten.

Ein weiterer Vorteil der bevorzugten Ausführungsform der er­ findungsgemäßen Zelle mit mehreren röhrenförmigen Anoden ist in der Kompaktheit der Zelle zu sehen. Dies beruht darauf, daß das Verhältnis zwischen den Elektrodenoberflächen und dem durch die Zelle eingenommenen Volumen viel größer als bei den industriell eingesetzten Membranzellen des Standes der Technik ist.

Die Zeichnungen zeigen die Anoden als runde, röhrenförmige Anoden in einem rechteckigen Be­ hälter. Diese Ausführungsform ist aufgrund der Gleich­ mäßigkeit der Stromdichte und aufgrund der niedrigeren Ge­ stehungskosten bevorzugt. Jedoch können röhrenförmige Anoden anderer Gestalt, beispielsweise mit ovaler, rechteckiger, hexagonaler oder anderer polygonaler Gestalt, verwendet werden und fallen unter den Begriff "röhrenförmig", so wie er hier verwendet wird. Man kann daher die röhrenförmigen Anoden auch als Hohlanoden bezeichnen. Der Zellenbehälter kann rechteckig oder zylindrisch sein, oder auch andere Formen aufweisen. Eine weitere Ausführungsform der Erfindung umfaßt einen zylindri­ schen Behälter, der eine einzelne, konzentrische zylindrische Anode umfaßt. Nach dieser Ausführungsform ist eine An­ zahl von Zellen erforderlich, um die gewünschte Kapazität zu erreichen. Es liegt ferner auf der Hand, daß die erfindungsgemäße Zelle zwar in Verbindung mit der Herstellung von Chlor be­ schrieben ist, sie jedoch auch für elektrolytische Verfahren einsetzbar ist, die zu anderen Produkten führen. Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt und

Fig. 2 eine Aufsicht auf einen Längsschnitt entlang der Linie 1-1 gemäß Fig. 1, wobei Teile oberhalb der Schnittlinie gestrichelt dargestellt sind.

Wie in Fig. 1 erläutert, umfaßt die Zelle einen rechtwinkligen Kathodenbehälter 1 aus Stahl oder Nickel oder aus deren Legie­ rungen, oder aus einem anderen leitfähigen und kathodisch resistenten Metall. Eine Abdeckung 2 aus Titan oder einem ande­ ren anodisch passivierbaren Ventilmetall, die mit dem Behälter 1 verschraubt ist, schließt den Behälter an der Oberseite ab. Zwischen dem Kathodenbehälter 1 und der Titanabdeckung 2 ist eine isolierende Dichtung 3 angeordnet. Röhrenförmige Anoden 4 aus Titan sind in Ausnehmungen in der Abdeckung 2 eingeschweißt und erstrecken sich über die Abdeckung, wie in der Zeichnung dargestellt. Die Wände der röhrenförmigen Anoden 4 sind mit Bohrungen oder anderen Perforationen versehen, die in einem kurzen Abstand unterhalb der Abdeckung 2 beginnen und sich bis zum Boden der Anoden 4 erstrecken. Die perforierten Bereiche 6 der Anoden können aus einer netzförmigen oder gestreckten Titan­ platte gebildet sein, welche an dem nicht-perforierten oberen Bereich 5 angeschweißt ist oder hiermit einstückig ausgebildet ist. Die Oberfläche der perforierten Bereiche 6 der röhrenförmi­ gen Anoden 4 ist in geeigneter Weise mit einem elektrokataly­ tischen Überzug versehen, der nicht passivierbar ist und gegen­ über Anodenbedingungen resistent ist. Üblicherweise dienen hier­ zu Edelmetalle oder Oxyde von Edelmetallen. Die röhrenförmigen Anoden sind am unteren Ende durch einen Stopfen oder einen Ver­ schluß 7 aus Titan verschlossen, der am unteren Ende einer jeden Anode 4 angeschweißt ist. Der Verschluß kann aber auch vorzugsweise aus chemisch resistentem Kunststoffmaterial, wie PVC oder dergleichen bestehen, und mit einer koaxialen Gewinde­ bohrung 7 a versehen sein, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist.

Die vorzugsweise röhrenförmige Membran 8 ist über die Anoden 4 gezogen und am nicht-perforierten Oberteil der Anoden und an der äußeren zylindrischen Oberfläche des Stopfens 7 mit Hilfe von Bändern 9 aus Kunststoffmaterial befestigt. Diese Art der Befestigung ist besonders einfach und führt zu einer perfekten hydraulischen Abdichtung zwischen den Membranen und den perforierten Bereichen der Anoden 4, die in üblichen Preßfilterzellen nur schwierig zu erreichen ist.

Die Membran 8 ist vorzugsweise eine Kationenaustauscher­ membran. Geeignete Materialien für die Membranen sind fluorier­ te Polymere oder Copolymere, die Sulfongruppen enthalten. Der­ artige Materialien sind ausreichend biegsam und werden durch Extrudieren oder Heißverkleben flacher Platten in Röhrenform hergestellt. Die Dicke derartiger Membranen liegt in der Größen­ ordnung von einem Zehntel Millimeter.

Der Behälter 1 wird um 180° gedreht, um das Befüllen zu er­ leichtern und mit dem Kathodenmaterial 10 befüllt. Dann wird der Behälter mit einer rechteckigen Platte 11 verschlossen, die jeweils an der Basis der Anoden 4 durchbohrt ist und vorzugs­ weise aus inertem Kunststoffmaterial besteht. Ein rechteckiger Soleverteilungskasten 12, der ebenfalls aus inertem Kunststoff­ material besteht, ist an der Platte 11 angeschweißt und mit einer Verschlußplatte 13 verschlossen, welche mit einer Sole­ einlaßöffnung 14 versehen ist. Zwischen der Platte 11 und dem mit Flansch versehenen Boden des rechteckigen Behälters 1 kann eine Dichtung angeordnet sein. Die Flansche der Platte 11 können an den Bodenflansch des Behälters 1 geschraubt sein, und die Verschlußplatte 13 kann an den Boden des Verteilungskastens 12 geschraubt sein. Der Soleverteilungskasten ist mit Hilfe der röhrenförmigen Verbindungsstücke 15, die an einem Ende mit Flansch versehen sind und in die Gewindebohrungen 7 a der Ver­ schlußstopfen 7 eingeschraubt sind, mit dem Inneren der Anoden 4 verbunden. Zwischen den Flanschen der Verbindungsstücke 15 und dem Soleverteilungskasten 12 sind Dichtungen oder Abdicht­ vorrichtungen 16 angeordnet.

Das Kathodenabteil ist mit teilchenförmigem Material bis unge­ fähr zum Oberteil der permeablen Bereiche 6 der röhrenförmigen Anoden 4 angefüllt.

Der Kathodenbehälter ist in der Nähe des oberen Teils in einer Höhe, die höher als der Spiegel des teilchenförmigen Betts 10 ist, mit einem oder mehreren Auslässen 17 für Wasserstoff, sowie an seinem unteren Teil mit mindestens einem einstellbaren Schwanenhalsauslaß 18 zum Ablassen des Katholyts, versehen.

Ein Verteiler- oder Sprührohr 24 erstreckt sich horizontal oberhalb des Spiegels aus dem teilchenförmigen Material 10 über im wesentlichen die gesamte Länge des Behälters 1 und ist mit einer Reihe von Bohrungen versehen, um den Zusatz von Wasser oder Katholyt in das Kathodenabteil zu ermöglichen, um ein Verdünnen und das Einstellen der Konzentration des im Kathoden­ abteil gebildeten Alkalimetallhydroxyds zu ermöglichen.

Vorzugsweise wird kontinuierlich Wasser durch das Verteiler­ rohr 24 in das Kathodenabteil eingespeist, um das an der Katho­ de gebildete Hydroxyd zu verdünnen und die Hydroxydkonzentra­ tion im Kathodenausfluß aus der Zelle im Bereich von 25 bis 43 Gew.-% zu halten.

Jede der röhrenförmigen Anoden 4 ist am Oberteil mit einem rechteckigen Tank 19 verbunden, der sich über das gesamte Ober­ teil des Zellenbehälters 1 erstreckt. Der Elektrolytspiegel im Tank 19 ist durch ein Schwanenhals-Abflußrohr 20 für den Elektro­ lyt konstant gehalten. Der aus dem Rohr 20 abgelassene Elektro­ lyt wird vor dem Recyclisieren in die Zelle durch den Elektro­ lyteinlaß 14 in das Rücksättigungssystem geleitet.

Das an den Anoden gebildete Halogen trennt sich vom Elektrolyt im Tank 19 und entweicht durch den Auslaß 21.

Die Platte oder Abdeckung 2, an welche die röhrenförmigen Ano­ den 4 angeschweißt sind, ist direkt mit dem positiven Ende der elektrischen Stromzuführung verbunden. Dies erfolgt mit Hilfe des Verbindungsstücks 22. Der Kathodenbehälter 1 ist mit Hilfe des Verbindungsstücks 23 mit dem negativen Ende verbunden.

Fig. 2 stellt einen Querschnitt entlang der Linie 1-1 gemäß Fig. 1 dar. Die unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschriebenen Elemente der Zelle sind mit denselben Nummern bezeichnet. Die Anordnung des Verteilerrohrs 24 ist durch die unterbrochenen Linien oberhalb des Spiegels der Teilchen aus kathodischem Material 10 im Kathodenbehälter 1 angezeigt.

Die dargestellte Zelle umfaßt sechs röhrenförmige Anoden in einem rechteckigen Gehäuse. Es liegt auf der Hand, daß die An­ zahl von Anoden in Querrichtung variiert werden kann, daß man mehrere Anodenreihen einsetzen kann, daß die Gestalt der Zelle und der Anoden von der dargestellten Gestalt abweichen kann und daß andere Modifikationen und Abänderungen vorgenommen wer­ den können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Die Größe der zylindrischen Oberflächen der röhrenförmigen Anoden 4 ist, bezogen auf das Volumen des Behälters 1 sehr groß. Hierdurch werden große Produktionsgeschwindigkeiten in einer kompakten Zelle bei im wesentlichen gleicher Stromdichte durch die gesamte Zelle, im Vergleich zu den industriell üblicher­ weise eingesetzten Zellen, ermöglicht. Beim Betrieb wird konzentrierte Sole (120 bis 310 g/Liter), beispielsweise aus NaCl, durch den Einlaß 14 in den Verteilungskasten 12 einge­ speist. Die Sole steigt durch jede der röhrenförmigen Anoden 4 an den elektrokatalytisch überzogenen Oberflächen auf, an denen sich Chlor bildet.

Im Kathodenabteil wird Natriumhydroxyd gebildet. Das Chlor steigt durch den Elektrolyten im Inneren der röhrenförmigen Anoden 4 in den Tank 19 auf, wo es sich von der Flüssigkeit abtrennt und durch den Auslaß 21 entweicht. Die aufsteigenden Chlorblasen bewirken einen schnellen Aufwärtsstrom des Elektrolyten in den Röhren 4.

Die erschöpfte Sole fließt durch den Auslaß 20 für einen konstanten Spiegel aus und wird durch das Rücksättigungssystem recyclisiert, bevor sie wieder durch den Einlaß 14 in die Zelle eingeführt wird.

Der an den Oberflächen des porösen Kathodenbetts angrenzend an die Membran 8 freigesetzte Wasserstoff steigt durch das teilchenförmige Bett 10 auf und sammelt sich im oberen Raum des Kathodenbehälters, von wo er durch den Auslaß 17 ausströmt. Die Natriumhydroxydlösung wird durch den einstellbaren Schwanenhals 18 abgelassen. Der einstellbare Schwanenhals 18 hält den Spiegel des Katholyts im wesentlichen auf der gleichen Höhe wie das Ober­ teil des Kathodenbetts 10.

Man kann den Katholyt durch ein Gewinnungssystem für das Natrium­ hydroxyd außerhalb der Zelle durchleiten und die ausfließende Flüssigkeit, nämlich die verdünnte Natriumhydroxydlösung durch das Verteilerrohr 24 wieder in das Kathodenabteil einführen.

Die Betriebstemperatur kann zwischen 30 und 100°C variieren und wird vorzugsweise bei ungefähr 85°C gehalten. Der pH des Anolyts kann zwischen 1 und 6 variieren, und die Stromdichte kann zwi­ schen 1000 und 5000 A/m² liegen.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich auch andere Elektrolyseverfahren durchführen und man kann bei anderen Formen der Elektrolysezelle anstelle des Titans andere Ventilmetalle, wie Tantal, Zirkonium, Molybdän, Niob, Wolfram und Yttrium sowohl für die Konstruktionen der Zelle wie auch für die Herstellung des statischen, leitfähigen, teilchenförmigen Materials verwenden.

Claims (6)

1. Elektrolysezelle für die Alkalimetallhalogenidelektrolyse mit einem Anodenabteil, das eine elektrolyt- und gasperme­ able Anode enthält, und einem Kathodenabteil, das eine elektrolyt- und gaspermeable, durch eine flüssigkeitsun­ durchlässige Ionenaustauschmembran abgetrennte Kathode enthält und Mitteln zum Zuführen der Elektrolyten und zum Abführen der gebildeten flüssigen oder gasförmigen Elek­ trolyseprodukte aus den Abteilen, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrolyt- und gas­ permeable Kathode aus einem statischen Bett aus elektrisch leitfähigem, katholyt-reistentem, porösem Füllmate­ rial (10) besteht, welches die Membran (8) gegen die elektrolyt- und gaspermeable dimensionsstabile Anode (4) drückt und dort hält.

2. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das poröse Füllmaterial (10) in Form von Kugeln, Perlen, sattelförmigen Teilchen, Raschig-Ringen, Zylindern, Chips und Metallwolle vorliegt.

3. Zelle nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Anode (4) aus durchlöchertem, mit einem elektrokatalytischen Überzug versehenem Ventilmetall besteht.

4. Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Membran (8) ein kationen­ permeabler polymerer Film ist und aus einem Fluorkohlenstoffpolymer mit Sulfongruppen besteht.

5. Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das poröse und kathodische Füllmaterial (10) aus Graphit, Blei, Eisen, Nickel, Kobalt, Vanadium, Molybdän, Zink und deren Legierungen, aus intermetallischen Verbindungen, aus Verbindungen, die von der Hydridisierung, Carbidisierung und Nitridi­ sierung von Metallen herrühren und/oder Materialien mit niedriger Wasserstoffüberspannung besteht.

6. Verwendung einer Elektrolysezelle gemäß einem der An­ sprüche 1 bis 5 zur Alkalimetallhalogenidelektrolyse.