DE3001614A1 - Verfahren zum elektrolytischen zersetzen von chlorwasserstoffsaeure in einer elektrolysiervorrichtung - Google Patents

Verfahren zum elektrolytischen zersetzen von chlorwasserstoffsaeure in einer elektrolysiervorrichtung

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DE3001614A1 DE19803001614 DE3001614A DE3001614A1 DE 3001614 A1 DE3001614 A1 DE 3001614A1 DE 19803001614 DE19803001614 DE 19803001614 DE 3001614 A DE3001614 A DE 3001614A DE 3001614 A1 DE3001614 A1 DE 3001614A1
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Description

HOFFMANN · EITUE & PARTNER ^ Π Π 1 R 1
PATENTANWÄLTE ° U U 1^ 1
DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1970) . DIPL.-I NG. W.EITIE · DR. RER. NAT. K. HOFFMAN N · Dl PL.-ING. W. LEHN
DIPL.-ING. K. FDCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 (STERN HAUS) · D-8000 MD NCHEN 81 . TELEFON (089) 911087 . TELEX 05-29619 (PATH E)
32 990 o/wa
CHLORINE ENGINEERS CORP. LTD., TOKYO/JAPAN
Verfahren zum elektrolytischen Zersetzen
von Chlorwasserstoffsäure in einer Elektrolysiervorrichtung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrolytischen Zersetzen von Chlorwasserstoffsäure unter Bildung von
Chlor. Sie betrifft insbesondere ein Verfahren zur Elektrolyse von Chlorwasserstoffsäure mit niedriger Elektro-Iysierspannung, wobei die Stromeffizienz hoch ist und die Chlorwasserstoffsäure als Rohmaterial in hohem Masse ausgenutzt wird, und das hinsichtlich des an die Umwelt
abgegebenen Abfalls umweltfreundlich ist.
Chlor wird in grossem Masse zum Sterilisieren und
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Desinfizieren von Trinkwasser, Abwasser, Industrie- und Hausabwässern und Wasser für zahlreiche Anwendungen, sowie auch zum Oxidieren oder Bleichen von verschiedenen Substanzen verwendet. Auch zum Chlorieren organischer Verbindungen wird Chlor benötigt. Der Transport von Chlor in Gasbomben ist allerdings gefährlich. Insbesondere stellt es ein grosses Problem dar, wenn man grosse Mengen an Chlorgas kontinuierlich benötigt und dann Chlorgas in grossen Mengen handhaben und lagern muss.
Aus diesem Grunde ist es wünschenswert, eine Chlorerzeugungsvorrichtung in der Nähe einer Wasseraufbereitungsanlage zu haben, so dass man das erzeugte Chlor in situ verwenden kann.
Die Elektrolyse von Chlorwasserstoffsäure an einer Stelle in der Nähe einer Wasseraufbereitungsanlage wäre eine Möglichkeit für diesen Zweck. Es ist wünschenswert, Chlor wirtschaftlich herzustellen unter Minimalisierung der Elektrolysespannung für Chlorwasserstoffsäure und Aufrechterhaltung einer ausreichend hohen Stromeffizienz und gründlichen Ausnutzung der als Ausgangsverbindung verwendeten Chlorwasserstoffsäure, wobei eine Verunreinigung durch abgegebene Materialien zu vermeiden ist.
Wird verdünnte Chlorwasserstoffsäure nach Beendigung der Elektrolyse und nach Neutralisation mit Alkali verworfen, so ist es erforderlich, dass die Chlorwasserstoffsäure nach Beendigung der Elektrolyse eine möglichst niedrige Konzentration hat und vom wirtschaftlichen Standpunkt her gesehen in einer möglichst geringen Menge vorliegt. Wenn man jedoch Chlorwasserstoffsäure elektrolysiert
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bis die Konzentration an Chlorwasserstoff sehr niedrig wird, wird die Elektrolysespannung sehr hoch und die Stromeffizienz nimmt aufgrund der Erzeugung von Sauerstoff ab. Die Konzentration an Chlorwasserstoff sollte an einem Punkt oberhalb einer gewissen Grenze gehalten werden. Es ist jedoch schwierig, Chlor wirtschaftlich nach Verfahren herzustellen, bei denen man Chlorwasserstoffsäure elektrolysiert.
Ein Verfahren zum Vermindern der Elektrolysespannung besteht darin, dass man verschiedene Metallsalze zu der Elektrolyselösung zugibt (siehe z.B. japanische Patentveröffentlichungen 26606/70 und 27514/74). Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass zusätzliche Kosten entstehen und dass man die Abwasser aus Gründen des Umweltschutzes behandeln muss.
Ein Verfahren, bei dem man Chlorwasserstoffgas in Chlorwasserstoffsäure niedriger Konzentration nach der Elektrolyse einperlt, ist auch schon vorgeschlagen worden. Da jedoch Chlorwasserstoffgas als ein Material bei diesem Verfahren verwendet wird, muss das Chlorwasserstoffgas unter hohem Druck transportiert und gelagert werden und dies wirft Sicherheitsproblerne auf.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Elektrolysieren von Chlorwasserstoffsäure zu zeigen, bei dem man Chlor durch Elektrolysieren von Chlorwasserstoffsäure niedriger Konzentration und mit niedriger Elektro-Iysierspannung und hoher Stromeffizienz verwenden kann und bei dem keine Kosten zur Kontrolle der Umweltverschmutzung eintreten.
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«. "7 —
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, Chlor mit einer guten Effizienz durch Elektrolysieren von Chlorwasserstoff säure, die ein Nebenprodukt bei der Chlorierung von organischen Verbindungen ist, zu gewinnen und das Chlor dann wieder in den Chlorierungsprozess einzuleiten.
Das erfindungsgemässe Verfahren betrifft die Elektrolyse von Chlorwasserstoffsäure in einer Elektrolysevorrichtung, in welcher die Elektrolysevorrichtung aus wenigstens zwei Elektrolysezellen besteht und jede Elektrolysezelle wenigstens eine Anode, wenigstens eine Kathode und wenigstens dazwischen eine Kationenaustauschmembrane, durch welche die Anodenkammer und die Kathodenkammer getrennt werden, enthält, wobei das Verfahren folgende Stufen umfasst:
(a) Einführen einer wässrigen Chlorwasserstoffsäurelösung als Ausgangsmaterial in die Anodenkammer einer ersten Elektrolysezelle und Elektrolysieren der wässrigen Elektrolyselösung darin,
(b) Einführen der aus der Anodenkammer der ersten Elektrolysezelle abgegebenen wässrigen Chlorwasserstoffsäurelösung in die Anodenkammer einer zweiten Elektrolysezelle und Elektrolysieren der wässrigen Chlorwasserstoffsäurelösung darin,
(c) Einführen der aus der Anodenkammer der letzten Elektrolysezelle der Elektrolysevorrichtung gewonnenen wässrigen Chlorwasserstoffsäurelösung in die Kathodenkammer jeder Elektrolysezelle in der Elektrolysiervorrichtung, und
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(d) im Anschluss an die Stufe (b) und vor der Stufe (c) zusätzlich für jede weitere Elektrolysezelle, die ausser der ersten und der zweiten Elektrolysezelle vorhanden ist, das Einführen einer wässrigen Chlorwasserstoff säurelösung, die aus der Anodenkammer einer vorhergehenden Elektrolysezelle abgegeben wurde, in die Anodenkammer einer nachfolgenden Elektrolysezelle, worauf man die wässrige Chlorwasserstoffsäurelösung darin elektrolysiert.
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Elektrolysiermethode,
Fig. 2 . zeigt eine andere Ausführungsform der erfindungsgemässen Elektrolysiermethode,
Fig. 3 zeigt eine Teilansicht der erfindungsgemässen Vorrichtung, und
Fig. 4 zeigt eine Teilansicht längs der Linie a-a von Fig. 3.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert.
Bezugnehmend auf Fig. 1 bedeuten dort 1 zwei oder mehr Elektrolysezellen. Jede Elektrolysezelle 1 hat wenigstens eine Anode und wenigstens eine (nicht gezeigte) Kathode und jede Elektrolysezelle 1 ist in eine Anodenkammer 2 und eine Kathodenkammer 3 durch wenigstens eine Kationenaustauschmembran 4 aufgeteilt. Eine wässrige Lösung von Chlorwasserstoff 5 als Ausgangsmaterial wird in die _
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_ Q —
Anodenkammer der ersten Elektrolysezelle 1 geleitet und elektrolysiert. Dann wird die wässrige Lösung von Chlorwasserstoff säure, die von der Anodenkammer 2 abgegeben wird, in die Anodenkammer 2 der zweiten Elektrolysezelle 2 geleitet. In gleicher Weise wird die wässrige Lösung von Chlorwasserstoffsäure, die aus jeder der zweiten oder der "η-ten" Elektrolysezelle abgegeben worden ist, nacheinander in die Anodenkammer 2 der nächsten Elektrolysezelle geleitet. Chlorgas 6 wird in der Anodenkammer einer jeden Elektrolysezelle 1 durch Oxidation von Chlorionen gebildet, Die wässrige Chlorwasserstoffsäurelösung bewegt sich von der Anodenkammer 2 der ersten Elektrolysezelle 1 zur Anodenkammer 2 der letzten (n+1ten) Elektrolysezelle und die Menge der Chlorionen nimmt allmählich mit der Entwicklung von Chlorgas ab. Die Wasserstoffionen in jeder Anodenkammer 2 einer jeden Elektrolysezelle wandern zu der Kathodenkammer 3 der Elektrolysezelle durch die Kationenaustauschermembran 4 der Zelle und dabei werden Wassermoleküle mitgerissen. Die Verminderung der Konzentration der Chlorwasserstoffsäure kann in einem gewissen Masse vermieden werden.
Es ist wünschenswert, dass zu Beginn der Elektrolyse Chlorwasserstoffsäure in die Kathodenkammer 3 im voraus gegeben wird. In den Kathodenkammern 3 werden die Wasserstoff ionen reduziert und Wasserstoff gebildet.
Chlorwasserstoffsäure 7 niedriger Konzentration wird aus der Anodenkammer der letzten (n+1ten) Zelle abgegeben und in einem Reservoir 8 gesammelt und dann gleichzeitig aufgeteilt und in die Kathodenkammern 3 einer jeden der Elektrolysezellen 1 mittels einer Pumpe eingeleitet.
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Chlorwasserstoffsäure 9 mit niedriger Konzentration, die aus jeder der Kathodenkammer 3 entnommen wird, wird zum Teil dazu verwendet, die konzentrierte Chlorwasserstoffsäure für die Herstellung der Ausgangschlorwasserstoffsäure 5 zu verdünnen. Der Rest wird neutralisiert oder in anderer Weise behandelt und dann verworfen. Es ist auch möglich, die niedrigkonzentrierte Chlorwasserstoff— säure 9, die aus der Kathodenkammer 3 in das Reservoir 8 geleitet wird, im Kreislauf zu führen und die aus dem Reservoir 8 abgegebene niedrigkonzentrierte Chlorwasserstoffsäure zu neutralisieren und dann zu verwerfen.
In der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform wird die Chlorwasserstoffsäure 7 mit einer niedrigen Konzentration aus derAnodenkammer 2 der letzten Elektrolysezelle (der n+1ten) abgegeben und zunächst in die Kathodenkammer 3 der letzten Elektrolysezelle eingeführt. Dann wird die Chlorwasserstoffsäure niedriger Konzentration aus dieser Kathodenkammer 3 in eine Kathodenkammer 3 einer vorhergehenden Elektrolysezelle (der η-ten) geleitet. In gleicher Weise wird die Chlorwasserstoffsäure niedriger Konzentration aus der Kathodenkammer 3 der vorhergehenden Elektrolysezelle abgeleitet. Schliesslich wird die Chlorwasserstoffsäure 9 niedriger Konzentration aus der Kathodenkammer 3 der ersten Elektrolysezelle 1 abgezogen. Ein Teil wird zum Verdünnen der konzentrierten Chlorwasserstoffsäure unter Bildung einer Ausgangschlorwasserstoffsäure verwendet und der Rest wird neutralisiert oder in anderer Weise behandelt und dann verworfen.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens kann eine Vielzahl von Elektrolysezelleinheiten
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haben, von denen jede in eine Anodenkammer und eine Kathodenkamraer mittels einer Kationenaustauschermembrane unterteilt ist, oder die Vorrichtung kann vom Typ einer Filterpresse sein.
Eine bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung schliesst ein Gehäuse ein, Unterteilungsplatten, welche das Gehäuse in eine Vielzahl vom Elektrolysezelleinheiten unterteilt, wobei eine Vielzahl von Anodenkammereinheiten in jeder der Elektrolysekamiuereinheiten vorgesehen ist und jede der Anodenkammereinheiten aus einer kastenartigen Anodenstruktur besteht, mit einer als Anode wirkenden Oberfläche und wobei die Kationenaustauschermembrane an der äusseren Oberfläche der als Anode wirkenden Oberfläche angebracht ist und eine Kathodenplatte an der äusseren Seite der Kationenaustauschermembrane sich befindet und dadurch eine Anodenkammer innerhalb einer jeden der kastenartigen Anodenstrukturen bildet, und eine Kathodenkammer ausserhalb der Anodenkammereinheit. Diese Vorrichtung umfasst weiterhin Öffnungen für die Einführung der wässrigen Lösung von Chlorwasserstoffsäure in eine jede Anodenkammereinheit, eine Leitung zum Leiten der elektrolysierten wässrigen Chlorwasserstoffsäurelösung, die aus den Anodenkammern abgegeben wird und in eine andere Kammer eingeleitet wird, und Leitungen zum Leiten der wässrigen elektrolysierten Chlorwasserstoffsäurelösungen von den einzelnen Anodenabteilungen nacheinander in andere neue Anodenkammereinheiten, sowie Leitungen, um die elektrolysierte wässrige Chlorwasserstoffsäurelösung niedriger Konzentration, die von der letzten Anodenkammereinheit abgegeben wird, in die Kathodenkammer zu leiten.
Diese Vorrichtung wird unter Bezugnahme auf Fig. 3 und 4
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erläutert. Fig. 3 stellt einen Teilschnitt der erfindungsgemässen Vorrichtung dar und Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie a-a von Fig. 3.
In den Fig. 3 und 4 bedeuten die Bezugsziffern 10 ein Gehäuse einer Elektrisiervorrichtung; 11 eine Abdeckplatte der Elektrolysiervorrichtung. Das Innere des Gehäuses 1O ist durch Unterteilungsplatten 12 in fünf Elektrolysezelleinheiten unterteilt worden und in jeder Elektrolysezelle befindet sich eine Anodenkammer 13. Jede Anodenkammer 13 hat eine kastenförmige Anodenstruktur 15 mit einer als Anode wirkenden Oberfläche 14, einer Kationenaustauschermembrane 16, die an der äusseren Oberfläche der Anodenstruktur 15 sich befindet, und einer Kathodenplatte 17, die am äusseren Ende der Kathionenaustauschermembrane 16 befestigt ist. Die als Anode wirkende Oberfläche 14 ist an einem Rahmen 18 befestigt und die Kathodenplatte 1? an einem Rahmen 19. Die als Anode wirkende Oberfläche 14 und die Kathodenplatte 17 sind als netzartige Platte oder poröse Platte ausgebildet. Die Kathionenaustauschermembrane 16 wird durch den Rahmen 18 für die Anode und den Rahmen 19 für die Kathode gehalten. Es bildet sich im Inneren einer jeden der mittels der Kathionenaustauschermembran geteilten Anode eine Anodenkammer 20 ., und eine Kathodenkammer 21 wird aussen an jeder Anodenkammereinheit gebildet.
Eine Einlassöffnung 22 ist zum Einleiten der Ausgangslösung aus wässriger Chlorwasserstoffsäure in eine Anodenkammer vorgesehen. Weiterhin enthält die Vorrichtung Leitungen 23 zur Zuführung der elektrolysierten wässrigen Chlorwasserstoffsäurelösung, die aus der vorerwähnten
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Anodenkammer abgegeben wirft, in eine andere Anodenkammer, und Leitungen 24, 25 und 26, durch welche in ähnlicher Weise die elektrolysierte wässrige Chlorwasserstoffsäurelösung, die aus den einzelnen Anodenkammern abgegeben wird, nach"und nach in eine andere neue Anodenkammer zu leiten. Eine Leitung 27 zum Leiten der elektrolysierten wässrigen Chlorwasserstoffsäurelösung niedriger Konzentraton aus der Anodenkammer der 5-ten, d.h. der letzten Zelle, in die Kathodenkammer derselben Zelleneinheit ist vorgesehen zwischen der Anodenkammer und der Kathodenkammer der 5. Zelle. Es sind weiterhin Leitungen zum Zuführen von wässriger Chlorwasserstoffsäurelösung niedriger Konzentration·als Katholyt von'der Kathodenkammer der 5. Zelleinheit nacheinander in die Kathodenkammern der vorhergehenden Zelleinheiten vorgesehen. Eine Leitung ist vorgesehen, die von der Kathodenkammer der 5. Zelleinheit -zu der Kathodenkammer der 4. Zelleinheit führt, sowie eine Leitung 29, die von der Kathodenkammer der 3. Zelleinheit zu der Kathodenkammer der 2. Zelleinheit führt, wobei diese Leitungen an einer der Oberflächen des Gehäuses der Elektrolysevorrichung angebracht sind. Eine Leitung von der Kathodenkammer der 4. Zelle zur Kathodenkammer der 3. Zelle und eine Leitung von der Kathodenkammer der 2. Zelle zu der Kathodenkammer der 1. Zelle ist an der entgegengesetzten Seite des Gehäuses vorgesehen und wird in den Zeichnungen nicht gezeigt.
Jede Anodenkammer hat einen Auslass 30 für das darin entwickel te Chlorgas und jede Kathodenkammer hat einen Auslass 31 für das entwickelte Wasserstoffgas, sowie eine Leitung 32 zum Abziehen der Katholytlösung.
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Stark saure Kationenaustauschermembranen mit einer SuIfogruppe können als Kationenaustauschermembrane bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Ein typisches Beispiel für eine stark saure Kationenaustausche rmembr ane mit SuIfonsäuregruppen ist z.B. eine solche Membrane, die durch Hydrolyse eines Copolymers aus Tetrafluoräthylen und Perfluoro (3,6-Dioxa—4-methyl-1-octensulfonylfluorid) mit Alkalihydroxid unter Umwandlung der SuIfonsäuregruppen hergestellt worden ist. Eine typische im Handel erhältliche Membrane dieser Art ist Nafion (Handelsprodukt der E. I. Du Pont de Nemours & Co.) der allgemeinen Formel
H+
Eine Kationenaustauschermembrane, in welcher ein Fluorkohlenstoffharz als Substrat verwendet wird, das gegenüber den in den wässrigen Chlorwasserstoffsäurelösungen enthaltenen Komponenten inert ist, wird bevorzugt, weil sie gegenüber chemischem Angriff beständig, chemisch stabil, thermisch stabil und oxidationsbeständig ist.
Die Anode kann z.B. aus Titan oder einer Titanlegierung, die mit einer Schicht, enthaltend ein Oxid eines Platingruppenmetalls, wie Rutheniumoxid, Rhodiumoxid, Palladiumoxid,
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Osmiumoxid, Iridiumoxid, Platinoxid oder Mischungen dieser Oxide, mit einem filmbildenden Ventilmetalloxid, wie einem Oxid von Titan, Tantal, Niob oder Graphit, beschichtet ist. Die Kathode kann z.B. aus einem Material wie Titan, Tantal, Niob, Zirkon, Titanlegierung, z.B. einer Titan-Palladium-Legierung, rostfreiem Stahl, beständig gegenüber Chlorwasserstoffsäure, Nickellegierungen, wie Monel (d,h. eine Nickel-Kupfer-Legierung) oder Graphit bestehen.
Die Konzentration der Ausgangschlorwasserstoffsäure (einer wässrigen Lösung von Chlorwasserstoffgas), die in die Anodenkammer der ersten Elektrolysezelle eingeführt wird, ist nicht besonders beschränkt. Allgemein anwendbar sind Konzentrationen von etwa 5 bis etwa 33 Gew.%. Um jedoch die Verteilung durch Verdampfen von Chlorwasserstoffsäure und den Widerstand der Flüssigkeit zu verringern, wird bevorzugt die Konzentration der Chlorwasserstoffsäure im Bereich von etwa 15 bis etwa 25 Gew.% gehalten. Eine Chlorv/asserstoff säure geeigneter Konzentration kann man erhalten indem man die im Handel erhältliche konzentrierte Chlorwasserstoffsäure verdünnt, z.B. mit Wasser. Es ist wirtschaftlich, eine Chlorwasserstoffsäure niedriger Konzentration, die von der Kathodenkammer abgegeben wird, zum Verdünnen zu benutzen, weil nämlich dann die nicht zersetzte Chlorv/asserstoff säure wirksam eingesetzt werden kann. Zwar kann die Konzentration der abgegebenen Chlorwasserstoffsäure je nach der Zahl der Anodenkammer- und Kathodenkammerstufen in der Vorrichtung schwanken, jedoch liegt die Konzentration der abgegebenen Säure im allgemeinen bei 1 bis etwa 5 Gew.%, insbesondere etwa 2 bis etwa 3 Gew.% bei der letzten Anodenkammer, und bei etwa 0,5 bis
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etwa 4,5 Gew.%, insbesondere etwa 2,5 bis 2,5 Gew.% bei der Kathodenkammer.
Ohne dass hiermit eine Begrenzung ausgesprochen werden soll, kann man als besonders geeignete Bedingungen für das erfindungsgemasse Verfahren die folgenden angeben:
Temperatur: etwa 15 bis 70°C, vorzugsweise
etwa 5O bis 6Q0C Spannung: - ■ " : etwa 2,2 bis 4,5 V, vorzugsweise
etwa 2,2 bis 2,8 V (Gleichstrom)
Stromdichte: etwa 5 bis 50 Ä/dm ,Vorzugs--
etwa 30 Ä/dm
Stromkonzentration: etwa 7 bis 45 S«h/1, vorzugsweise
etwa 20 bis 3O ίί-h/l»
Erfindungsgemäss wird jede der Elektrolysezellen in eine Änodenkammer und eine Kathodenkammer mittels einer Kationenaustauschermembrane geteilt. Die Wasserstoffionen wandern durch die Katiorienaustauschermembrane in die Kathodenkammer und dabei werden Wassermoleküle eingeschlossen. Infolgedessen nimmt die Wassermenge in der Änodenkammer entsprechend ab und verhindert dadurch eine Abnahme der Konzentration der Chlorwasserstoffsäure in der Änodenkammer. Falls nur eine Elektrolysezelle vorgesehen ist, wird die Stromeffizienz sehr niedrig, wenn die Chlorwasserstoff säure elektrolysiert wird bis die Chlorwasserstoffsäurekon?:entration niedrig wird. Dadurch, dass man wenigstens zwei und vorzugsweise wenigstens drei Elektrolysezellen vorsieht und die Elektrolyse kontinuierlich durchführt und dabei das Zersetzungsverhältnis von Chlorwasserstoffsäure in jeder Elektrolysezelle abnimmt, kann die
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Stromeffizienz hoch gehalten werden und Chlor wirtschaftlich hergestellt werden.
Im allgemeinen verursacht die Abnahme der Konzentration der Chlorwasserstoffsäure eine Verminderung der Stromeffizienz und einen Anstieg der Elektrolysespannung. Gemäss der vorliegenden Erfindung wird jedoch durch relative Erhöhung der Konzentration der Chlorwasserstoffsäure und der Abnahme des Wassers in der Anolytlösung die Ausgangschlorwasserstoffsäure effektiv verwendet, während man die Stromeffizienz hoch und die Elektrolysespannung niedrig hält.
Da Chlorwasserstoffsäure niedriger Konzentration, wie sie aus der Anodenkammer der letzten Elektrolysezelle abgegeben wird, in die Kathodenkammern der Elektrolysezellen eingeleitet wird, kann die Chlorwasserstoffsäure niedriger Konzentration die anschliessend verworfen wird, wirksam als elektrolytisch leitfähige Katholytlösung dienen. Chlorwasserstoffsäure, die aus der Anodenkammer abgegeben wird, enthält ClO Ionen und diese Ionen werden zu Cl Ionen durch kathodische Reduktion reduziert und deren Konzentration nimmt ab. Die Menge an teuren Reduktionsmitteln kann damit vermindert werden und das ist wirtschaftlich von.Vorteil.
Nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestelltes Chlor kann zur Wasseraufbereitung zur Chlorierunrr organischer Verbindungen oder dergleichen verwendet werden. Wird das Chlor zur Synthese organischer Verbindungen verwendet, so kann der in der Kathodenkammer entwickelte Chlorwasserstoff zur Hydrierung organischer Verbindungen verwendet werden.
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In den nachfolgenden Beispielen wird die Erfindung näher beschrieben. Wenn nicht anders angegeben,, sind alle Teile, Verhältnisse, Prozentsätze und dergleichen auf das Gewicht bezogen.
Beispiel 1
Unter Bezugnahme auf das in Fig. 1 gezeigte Verfahren werden fünf Elektrolysezellen verwendet und Chlorwasserstoffsäure wurde unter den nachfolgenden Elektrolysierbedingungen elektrolysiert unter Verwendung einer Anode aus Titan mit einer Beschichtung, enthaltend ein Oxid eines Platingruppenmetalls, einer Kathode aus einer Titan-Palladium-Legierung und Nafion 315 (Handelsprodukt der E. I. Du Pont de Nemours & Co.; umgewandelt in -SO-.H) als Kationenaustauschermembrane.
Konzentration der Ausgangs-
chlorv/as sers tof fsäure 20 Gew.%
Menge der zugegebenen Ausgangs-
chlorwasserstoffsäure 2194 g/h
Strom 60 A
Stromdichte 30 A/dm2
Temperatur der Elektrolyselösung 70 bis 80°C
Elektrolysezeit 500 Stunden
Die Fliessgeschwindigkeit und die Konzentration der Chlorwasserstoffsäure am Einlass und am Auslass der Anodenkammer jeder Elektrolysezelle und die Spannung (Gleichstrom) an jeder Zelle wurden gemessen und die Ergebnisse werden in Tabelle 1 gezeigt.
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. Tabelle 1
Elektrolysezelle' 2.
Zelle		 3.
Zelle		 4.
Zelle		 5.
Zelle
1.
Zelle
': Fliessgeschwindigkeit
[ der Ghlorwasserstoff-
säure (g/h) 		2108 2O22 1918 1766
Einlass 2194 2022 1918 1766 1560
Auslass '"--'■ ; 2108
Konzentration der
Chlorwasserstoffsäure
CGew.ii · . . . :		 17,0 13,7 10,1 6,4
; Einlass · 2O>O 13,7 1O,1 6,4 2,0
■ Auslass 17,0 3,0 3,0 3,1 3,5
; Zell.sp-ann.u-ng CV} 3,0
Die Konzentration der aus der Kathodenkammer abgezogenen Chlorwassers to ff säure- war 1,6 Gew.%.
Der Verwendungsgrad der eingesetzten Chlorwasserstoffsäure betrug 92,9 % und die Stromeffizienz, bezogen auf die Menge an gewonnenem Chlor betrug 93 %.
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Beispiel 2
In Übereinstimmung mit dem in Fig. 2 gezeigten Verfahren wurde Chlorwasserstoffsäure unter den nachfolgenden Elektrolysebedingungen und unter Verwendung der gleichen Anode, Kathode und Kationenaustauschermembrane wie in Beispiel 1, elektrolysiert.
Konzentration der Ausgangs-
Chlorwasserstoffsäure 20 Gew.%
Menge der zugegebenen Ausgangs
chlorwasserstoff säure 5560 g/h
Strom 150 A
Stromdichte 20 A/dm2
Temperatur der Elektrolyselösung 500C
Elektrolysezeit 750 Stunden
Die Pliessgeschwindigkeit und die Konzentration der Chlorwasserstoffsäure am Einlass und am Auslass der Anodenkammer einer jeden Elektrolysezelle und die Spannung jeder Zelle wurden gemessen und die Ergebnisse werden in Tabelle 2 gezeigt.
' - 21
030032/060 1
BAD ORIGINAL Tabelle 2
Elektrolysezelle 2.
Zelle		 3.
Zelle		 4.
Zelle		 5.
Zelle
1 .
Zelle
Fliessgeschwindigkeit
der Chlorwasserstoff
säure (g/h)		 5340 5120 4870 4490
Einlass 5560 5120 4870 4490 3970
Auslass 5340
Konzentration der
Chlorwasserstoffsäure
(Gew.%)		 17,0 13,7 10,3 6,6
Einlass 20,0 13,7 10,3 6,6 2,3
Auslass 17,0 3,0 3,0 3,2 3,6
Zellspannung (V) 3,0
Die Konzentration der aus der Kathodenkammer abgeführten Chlorwasserstoffsäure betrug 2,1 Gew.%. Der Verwertungsgrad der eingesetzten Chlorwasserstoffsäure betrug 91,7 % und die Stromeffizienz, bezogen auf die Menge des erzeugten Chlorgases, 94 %.
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Leerseite

Claims (3)

  1. · TSlTUK & PARTNER 3QQ 1 6 H
    PATENTANWÄLTE
    DR. ING. ΐ. HOTFMANN41930-1970) · Ol PL.-I N G. W.E ITlE · DJl. RER. NAT. Κ,ΗΟΐΐΜΚΚ U ■ DIPL.-ING. W. LEH N
    OJPl.-ING. K.FOCHSLE - DR. RE R. N AT. B. H AN SEN ARABEUASTRASSE ^ !STERN HAUS) . D-8000 MO NCHEN 81 . TElEfON (08?) 911087 . ΤΕίΈΧ 05-29ί19 tPATH E)
    32 990 o/wa
    CHLORINE ENGINEERS CORP. LTD., TOKYO/JAPAN
    Verfahren zum elektrolytischen Zersetzen von Chlorwasserstoffsäure in einer Elektrolys iervorxichtüng
    rüche
    Verfahren zum elektrolytischen Zersetzen von Chlorwasserstoff säure in einer Elektrolysiervorrichtung, dadurch gekennzeichnet , dass die Elektroiysiervomchtung wenigstens zwei Elektroiysekammern enthält, und jede Elektrolysekammer wenigstens eine Anode, wenigstens eine Kathode und wenigstens eine Kationenaustauschmembrane dazwischen zur 7\btrennung der Anodenkaimrier von der Kathodenkammer enthält, und
    030032/0601
    BAD
    όOO1614
    dass das Verfahren folgende Stufen umfasst; .
    (a.) Zugabe von einer wässrigen Chlorwasserstoffsäurelösung als Ausgangsmaterial in die Anodenkammer der ersten Elektrolysezelle, worin die wässrige Chlorwasserstoff säurelösung elektrolytiert wird,
    (b) Zugabe von wässriger Chlorwasserstoffsäurelösung t die aus der Anodenkammer der ersten Elektrolysezelle herausgeführt worden ist, in die Anodenkammer der zweiten Elektrolysezelle und Elektrolysieren der wässrigen Chlorwasserstoffsäurelösung darin,
    (c) Zuführung der aus der Anodenkammer der letzten Elektrolysezelle der Elektrolysevorrichtung herausgenommenen Chlorwasserstoffsäurelösung in die Kathodenkammer jeder der Elektrolysezellen in der Elektrolysevorrichtung,
    (d) und für jede weitere Elektrolysezelle, die ausser der ersten und der zweiten Elektrolysezelle vorhanden ist, Einführen einer wässrigen Chlorwasserstoffsäurelösung, die aus der Anodenkammer der vorhergehenden Elektrolysezelle in die Anodenkammer einer nachfolgenden Elektrolysezelle abgeleitet worden ist, im Anschluss an Stufe (b) und vor der Stufe (c) und Elektrolysieren der Chlorwasserstoffsäurelösung darin.
  2. 2. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die aus der Anodenkammer der
    — 3 —
    030032/0801;-
    letzten Elektrolysezelle der Elektrolysevorrichtung herausgeführte Chlorwasserstoffsäurelösung gleichzeitig geteilt und in die Anodenkamitier jeder der Elektrolysezellen der Elektrolysevorrichtung eingeleitet wird.
  3. 3. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die aus der Anodenkammer der letzten Elektrolysezelle der Elektrolysevorrichtung herausgeführte Chlorwasserstoffsäurelösung in die Kathodenkainmer der letzten Elektrolysezelle der Elektrolysevorrichtung geleitet wird, dass die aus der Kathodenkammer der letzten Elektrolysezelle der Elektrolysevorrichtung herausgenommene Chlorwasserstoffsäurelösung in die Kathodenkammer der unmittelbar vorhergehenden Elektrolysezelle geleitet wird und dass in gleicher Weise Chlorwasserstoffsäure, die aus der Kathodenkainmer jeder Elektrolysezelle abgegeben worden ist, in die Kathodenkammer der unmittelbar vorhergehenden Elektrolysezelle eingeleitet wird.
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