DE322193C - Verfahren und Einrichtung zur elektrolytischen Zerlegung von Salzloesungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Elektrolyse in einfachen Zellen, d. h. Zellen ohne Membran, von Lösungen, die ein gasförmiges Anion entwickeln, das durch den Elektrolyten nochmals aufgelöst oder aufgenommen werden könnte. Zweck der Erfindung ist es, dieses gasförmige Anion wirksamer zu entfernen und zu verhindern, daß solches nochmals vom Elektrolyten aufgenommen wird, so daß die Elektrolyse wirtschaftlicher und erfolgreicher wird.

Die Erfindung eignet sich insbesondere für die Elektrolyse von Chlornatrium- und Chlorkaliumlösungen in einfachen Zellen, in denen das an der Anode frei werdende Chlor das Bestreben hat, sich in dem Bad zu lösen und Hypochlorit, Chlorat oder eine andere komplexe Chlorverbindung zu bilden. Diese Auflösung des Chlors im Elektrolyten kann verhindert oder doch erheblich vermindert werden mit Hilfe der vorliegenden Erfindung. Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die Elektrolyse von Chlornatrium oder Chlorkalium, sondern kann auch für andere Elektrolysen verwendet werden, in denen es erwünscht ist, aus einem Elektrolyten ein gasförmiges, bei der Elektrolyse frei werdendes Anion zu entfernen, um ein abermaliges Auflösen desselben, oder eine Reaktion mit dem Elektrolyten zu verhindern; beispielsweise Kaliumnitratlösungen

kann die Erfindung auch für die Elektrolyse von Natrium- oder

dienen.

Vorliegend soll die Erfindung für die Elektrolyse von Chlornatrium oder Chlorkalium beschrieben werden.

Es wurde schon vorgeschlagen, beim Elektrolysieren von Alkalichloriden in Membranzellen Hitze auf die ganze Masse des Bades an dem Niveau der Anoden anzuwenden, und ferner die kalte, frische Flüssigkeit durch die geheizte Schicht des Bades hindurchzuführen. Nach einem anderen Vorschlage wurde die gesamte Lösung zwischen als Anoden dienenden Kohlekörpern und mit Membran versehenen Kathoden ohne Anwendung von Hitze elektrolysiert, wobei erwähnt wurde, daß man, um die Aufrechterhaltung der gravimetrisch geordneten Flüssigkeitsschichten zu fördern, die durch die Elektrolyse selbst entwickelte Hitze unten ableiten und an dem oberen Teil der Zelle mittels eines Isoliermittels zurückhalten kann.

Ein Schichtungsverfahren wurde auch vorgeschlagen, wobei, ohne Anwendung von Hitze, die Lösung durch den oberen Teil einer Glocke hindurch zugeführt und überschüssige Lösung unterhalb der Anoden abgeleitet, während überschüssige Säure unterhalb der Anoden abgeleitet wurde.

Vorliegende Erfindung betrifft nun ein Verfahren zur elektrolytischen Zerlegung von Salzlösungen ohne Anwendung einer Membran zwischen Anoden- und Kathodenabteil, wobei der Elektrolyt innerhalb des Anodenabteils durch eine Heizvorrichtung besonders beheizt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt durch Saugwirkung am oben geschlossenen Gasraum zur Anode über den ίο Flüssigkeitsstand in der Umgebung der Kathode emporgezogen wird.

Der lokal gewärmte Teil des Elektrolyten wird rund · um die Anode über das Niveau des Elektrolyten in der Zelle heraufgezogen, und zwar durch die Saugwirkung, die zum Abziehen des gasförmigen Anions verwendet wird.

Eine Pumpe, ein Exhaustor oder sonst ein geeignetes Mittel kann für .das Abziehen des ao Chlors verwendet werden und dient gleichzeitig zum Heraufziehen des Elektrolyten rund um die Anode in der Anodenkammer, um die Heizung dieses Teils über dem Spiegel der Lösung in der Zelle zu gestatten. Durch die Zusammenwirkung der Lokalerhitzung des Elektrolyten nahe der Anode mit der Saugwirkung oberhalb desselben kann das Chlor schnell und wirksam beim Freiwerden entfernt werden.

Mit Rücksicht auf eine weitere Unterstützung dieses Zwecks kann die Flüssigkeit unterhalb oder in der Nachbarschaft des warmen Teils gekühlt werden, so daß die Wärme scharf in dem Elektrolyten in der Nachbar schaft der Anode abgegrenzt wird. Wenn gewünscht, kann die der Elektrolyse zu unterwerfende Salz- oder andere Lösung selbst zur Kühlung des Elektrolyten in den Kammern unterhalb der warmen Teile benutzt werden. Zur Ausführung der Erfindung werden in der Zelle eine oder mehrere Anodenröhren angeordnet, die in den Elektrolyten hineinhängen und am Kopf an eine Pumpe oder andere Mittel zum Heraufziehen und Absaugen des entstehenden Chlors angeschlossen sind und mit Heizspulen, elektrischen Widerständen o. dgl. versehen sind, die die Flüssigkeit an der Anode heizen. Vorteilhaft wird auch jede Röhre mit einer Kühlschlange, einem Kühlmantel oder anderen Kühleinrichtungen versehen, die die Flüssigkeit unter ] der Anode kühlen, um ferner zu verhindern, \ daß der geheizte Teil 'der Flüssigkeit sich mit dem übrigen Elektrolyten mischt. !

Eine oder mehrere Kathoden können in geeigneter Weise in der Zelle angeordnet werden, oder die Wände der Zelle können selbst als Kathode dienen.

Der Prozeß kann, wenn gewünscht, konti- | nuierlich ausgeführt werden, und dies wird 1 meist der Fall sein. Beispielsweise kann die j bei der Elektrolyse von Chlornatrium gebildete kaustische Sodalösung vom Kessel ab* laufen und durch frisch einlaufende Chlornatriumlösung ersetzt werden, um den Elektrolyten aufzufrischen. Die frische Salzlösung kann durch die Schlangen oder Kühlmantel einlaufen oder unmittelbar in die Anodenröhren unter dem geheizten Teil. Man kann eine einzige Anodenröhre ver-

wenden, doch wird in der Praxis eine Mehr- ^; zahl in einer einzigen Zelle benutzt. Einige Ausführungsformen der Vorrich- , tung zur Ausführung des Verfahrens sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt

Fig. ι einen schematischen Querschnitt, und Fig. 2 einen schematischen Grundriß der einen Ausführungsform,
Fig. 3 einen schematischen Querschnitt einer zweiten Ausführungsform, -

Fig. 4 einen Querschnitt einer dritten Ausführungsform.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2 sind Anoden α von Kohle oder sonst geeignetem Stoff im oberen Teil von Röhren l· aus Glas, glasiertem Steingut oder sonstigem, nicht angreifbarem Stoff angeordnet, welch letztere in die die Lösung, beispielsweise Salz, enthaltende Zelle c hineinragen. Der Teil der Röhre, in welcher die Anode liegt, liegt g₀ oberhalb des Spiegels der Flüssigkeit in der : Zelle c, die bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aus Eisen oder sonst geeignetem Metall besteht und als Kathode dient. Die Röhren b sind am Kopfe durch Holzdeckel e geschlossen und durch Leitungen/¹ an eine Pumpe oder einen Exhaustor geeigneter Art zum Abziehen des Chlors angeschlossen. Durch die Wirkung des Exhaustors wird die Flüssigkeit in die Röhre rund um die Anode heraufgezogen, und zwar über den Spiegel der Zelle.c (Fig. 1).

Heizschlangen g sind rund um die Anode in den Röhren angeordnet und werden mit Dampf o. dgl. beschickt. Unter der Anode liegen Kühlschlangen h, die mit kaltem Wasser oder sonstiger Kühlflüssigkeit beschickt werden.

Der Kopf der Zelle zwischen den Anodenröhren ist geschlossen hergestellt und mit einer Leitung^ zur Ableitung des frei werdenden Wasserstoffes versehen. Zur Erleichterung kann auch dabei eine geringe Saugwirkung angewendet werden.

Wenn die Zelle mit Salz oder anderer Lösung beschickt und der Strom angestellt wird, so wird Chlor von den Teilen der Flüssigkeit rund um die Anode durch die Wirkung der Wärme, die so eingerichtet sein kann, daß sie die Flüssigkeit dicht um die Anode herum nahe an den Siedepunkt bringt, ausgestoßen und vom Exhaustor abgesaugt. Trotzdem

also die Flüssigkeit in den Röhren in freier Verbindung mit der Flüssigkeit in der Zelle steht, kann sich die heiße Flüssigkeit nicht wesentlich mit der kälteren, unten befindlichen Flüssigkeit vermischen, so daß das Chlor gehindert wird, sich in dem Elektrolyten zu lösen und Hypochlorit und Chlorat oder sonstige unerwünschte Verbindungen zu bilden. Auf diese Weise kann eine Hydroxydlösung erhalten werden, die frei oder im wesentlichen frei ist von Hypochloriten oder j anderen Verunreinigungen. '

Für kontinuierliche Arbeit wird die Salzoder andere Lösung in regelmäßigem Strom j den Anodenröhren an geeigneten Punkten, beispielsweise mittels durch punktierte Linien j angedeuteter Öffnungen B₁ zugeführt, und der hereinkommende Strom kann dann dazu dienen, die Flüssigkeit unterhalb der Anode zu kühlen, ohne daß es nötig ist, Kühlschlangen zu verwenden. Die der Elektrolyse zu . unterwerfende Flüssigkeit kann auch durch Kühlschlangen zugeführt werden, die dann sich in die Anodenröhren entladen.

Bei der Ausführungsform der Vorrichtung für kontinuierliche Arbeit nach Fig. 3 ist eine Anzahl von Anodenröhren b, die in vorbeschriebener Weise ausgebildet sind, so angeordnet, daß jede in einen Behälter i im Boden der Zelle herabreicht. Diese Röhren sind mit Heizschlangen g rund um die Anoden ] herum und mit Kühlschlangen h und Chlorleitungen f, f¹ versehen. Der Elektrolyt wird ■ kontinuierlich der Zelle zugeführt, um das j Bad auf der nötigen Stärke zu halten, und dient gleichzeitig zum Kühlen der Flüssigkeit unterhalb der Anoden. Für diesen Zweck wird er in einem in geeigneter Weise geregelten Strom dem 'Trichter k zugeführt, fließt sodann durch die Kühlschlangen h und tritt bei I in die Anodenröhren oder auch in die Zelle. Der Elektrolyt kann auch unmittelbar in die Anodenröhren durch Öffnungen B¹ eingeführt werden, ohne die Benutzung von Kühlschlangen oder unter Verwendung von Kühlschlangen mit einer besonderen Heizflüssigkeit.

Die gebildete kaustische Sodalösung läuft aus der Zelle durch den Überlauf» ab und der Wasserstoff entweicht oder wird durch geringe Saugwirkung durch das Rohr p¹ abgezogen.

In Fig. 3 liegen die Anoden und Heizschlangen oberhalb der Flüssigkeit in der Zelle wie in Fig. 1, und der Exhaustor erzeugt genügende Saugwirkung, um den Elektrolyten zu entsprechender Höhe in den Röhren zu heben.

Die Behälter i der Eisenzelle, die die Kathode bildet, werden zweckmäßig mit einem Zementbelag oder anderem nicht leitenden Stoff versehen, wie bei η angedeutet, um den frei werdenden Wasserstoff von den Behältern, in denen die Röhren stehen, abzuhalten.

In manchen Fällen wird ein Wärme isolierender Belag von Asbest o. dgl. rund um den geheizten Teil der Anodenröhren vorgesehen, " insbesondere dann, wenn irgendein Teil an dieser geheizten Stelle unter dem Niveau der Flüssigkeit außerhalb der Röhre Hegt.

Es können auch getrennte Kathoden verwendet werden, anstatt daß man die Zelle selbst als Kathode benutzt. Beispielsweise können ringförmige Kathoden benutzt werden, wie in punktierten Linien bei C (Fig. 1) angedeutet, die rund um die Anode in geeigunter Höhe liegen. Die Kathoden können auch aus Draht, Drahtgaze, Stäben o. dgl. von Eisen, Nickel oder sonst geeignetem Metall bestehen.

Die Kathode irgendwelcher Art kann nahe dem offenen unteren Ende der Anodenröhren " angebracht werden, jedoch zweckmäßig nicht gegenüber der Mündung derselben, da sonst der an der Kathode frei werdende Wasserstoff das Bestreben haben würde, in die Anodenröhren zu gehen und mit dem Chlor oder gasförmigen Anion abgezogen wird.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 besteht die Anodenröhre h aus Steingut o. dgl. und ragt unter dem Spiegel des Elektrolyten in eine Zelle c aus Schiefer oder sonstigem Isolierstoff. Am oberen Ende ist die Röhre b mit einer Anode α versehen, die von einer dampf geheizten Schlange g umgeben wird; ferner ist eine Leitung/ zum Anschluß an einen Exhaustor zwecks Aufziehens des Elektrolyten rund um die Anode und Abziehens des Chlors vorgesehen. G ist ein Indikator zur Anzeige der Spiegelhöhe der Flüssigkeit in der Röhret; die Salzlösung wird durch eine Leitung B zugeführt, die in einer gelochten Spule B¹ endigt, welche die Salzlösung an die Röhre b unter der Anode α abgibt. In diesem Falle besteht die Kathode aus einer oder mehreren Lagen von Drahtgaze k, aus Nickel, Eisen oder sonst geeignetem Material. Es sind vorliegend drei Lagen dargestellt, die. rund um die Anodenröhre angebracht sind, und zwar zwischen dieser und den Wänden der Zelle und nahe dem unteren Ende der Röhre. Selbstverständlich kann irgendeine gewünschte Zahl von so ausgebildeten Änodenröhren benutzt werden, die mit Heiz- und Kühlschlangen, Zuführungsleitungen und Saugleitungen versehen sind. Die Kathodenschichten sind allen Anodenröhren gemeinsam und mit entsprechenden Löchern versehen. Es können jedoch auch einzelne Kathodenlagen für jede Anodenröhre verwendet werden. Anstatt Lagen k von Drahtgaze zu be-

nutzen, können auch Drähte, Stäbe o. dgl. Vorrichtungen verwendet werden, ο ist ein Überlauf für den Elektrolyten aus der Zelle und der Wasserstoff kann entweichen oder mit geringer Saugwirkung durch die Leitung p¹ abgezogen werden. Die Hydroxydlösung kann bei ο entweichen oder kann für weitere Behandlung entsprechend abgeleitet werden.

ίο Mit Hilfe der Erfindung, bei welcher in irgendeiner Weise die Zusammenwirkung von Hitze mit - Saugwirkung auf einen Teil des Elektrolyten nahe der Anode in der Anodenkammer, die unten mit dem Elektrolyten in der Zelle in Verbindung steht, ohne Verwendung einer Membran angewendet wird, kann bei der Elektrolyse von Chlornatrium- und Chlorkaliumlösungen das freie Chlor so wirksam vom Elektrolyten abgesaugt und entfernt ao werden, daß es nicht nötig ist, die gebildete kaustische Flüssigkeit schnell zu entfernen oder abzuleiten, so daß man Lösungen von relativ hoher Konzentration in praktischer und bequemer Weise erzeugen kann. Es ist ferner möglich, mit geringem Stromverbrauch und höherem Wirkungsgrad der Zellen zu arbeiten.

Wenn man will, kann man Kohlendioxyd dem Elektrolyten in der Zelle während der Arbeit zuführen, um sie auf das kaustische Soda bzw. das Ätzkali einwirken zu lassen und Natriumkarbonat bzw. Kaliumkarbonat zu bilden. Wenn die Erfindung bei der Elektrolyse von Natrium- oder Kaliumnitratlösungen verwendet wird, so wird eine ähnliche Vorrichtung wie vorstehend benutzt. Das Oxyd oder die Oxyde des an der oder den Anoden frei werdenden Stickstoffes werden entfernt und eineLösung von kaustischem | Soda bzw. Ätzkali wird bei der Elektrolyse I gebildet. In diesem Falle kann ebenfalls Kohlendioxyd zur Bildung des Karbonats in das Bad eingeleitet werden.

Claims (3)

1. Patent-Ansprüche: ,

   i. Verfahren zur elektroly ti sehen Zerlegung von Salzlösungen ohne Anwendung einer Membran zwischen Anoden- und Kathodenabteil, wobei der Elektrolyt innerhalb des Anodenabteils durch eine Heizvorrichtung besonders beheizt und die Wirkung der Heizung gegebenenfalls durch Kühlung im unteren Teil unterstützt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt durch Saugwirkung am oben geschlossenen Gasraum zur Anode, über den Flüssigkeitsstand in der Umgebung der Kathode, emporgezogen wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1 mit Kühlung des Elektrolyten unterhalb deb im Anodenraum emporgezogenen und dort der Erhitzung unterliegenden Teils, dadurch gekennzeichnet, daß zum Kühlzwecke der frische Elektrolyt unmittelbar an dieser Stelle des Abteils von unten herauf eingeführt oder im Wege einer an dieser Stelle angeordneten Kühlschlange o. dgl. hinzugeleitet wird.
3. 3. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Kathode aus Drahtnetz oder anderem Stoffe, welche Kathode das untere Ende der Anodenröhre oder -kammer umschließt, und zwar nahe an dieser Röhre oder Kammer, jedoch außerhalb des Querschnitts von deren offenem unteren Ende, so daß das an den Kathoden frei werdende Gas verhindert wird, in die in der Röhre oder Kammer hochgezogene und geheizte Flüssigkeit zu steigen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.