DE4117521A1 - Kathode fuer diaphragma-elektrolysezellen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Modifizierung einer Kathode für Diaphragma-Elektrolysezellen, die zum Herstellen von Chlor, Alkalilauge und Wasserstoff aus Alkalichloridlösungen verwendet werden.

Es ist bekannt, daß die kathodische Stromeinspei­ sung über die Zellenverbinder erfolgt, die am äuße­ ren Kathodenkörper angeschlossen sind und den Strom von den äußeren Seitenplatten über obere und untere Flansche auf die innere Kathodenwand übertragen. Eine typische Ausführung ist in US-PS 33 90 072 be­ schrieben.

In der DD-PS 2 83 845 wird beschrieben, daß durch zusätzliche Bolzen und Verteilerstangen eine weitere Möglichkeit des Stromtransportes geschaffen wird. Damit soll eine bessere Temperaturverteilung und eine Minderung der Rißanfälligkeit der äußeren Katho­ denwand und der Flansche erreicht werden.

Der Stromübergang von den inneren Kathodenwänden bzw. Röhrenplatten auf die mit dem Diaphragma belegten Kathodentaschen erfolgt über die Schweißnähte. Un­ mittelbar an den Schweißstellen tritt jedoch eine lokale Korrosion auf, die die Einsatzzeit der Katho­ den begrenzt.

Normalerweise ist der Kohlenstoff-Stahl des Kathoden­ gewebes in der 10- bis 12%igen Diaphragmalauge bei ca. 95°C nicht korrosionsbeständig. Man kann Korro­ sionsgeschwindigkeiten von 0,3 bis 1 mm/Jahr erwarten, An den Hauptflächen der Kathode wird die Korrosion durch die Wirksamkeit der kathodischen Reaktion
H₂O + e = 1/2 H₂ + OH′,
verhindert. Das Eisengewebe wird kathodisch ge­ schützt. An den Hauptflächen der Kathodentaschen, die sich gegenüber den aktiven Anodenflächen befinden, herrscht eine genügend hohe Stromdichte vor.

Jedoch im Bereich der Kathodentaschenzwischenräume an der Einschweißstelle des Kathodengewebes in die Röhrenplatten ist die kathodische Stromdichte wesent­ lich geringer bzw. diese Stelle liegt im Bereich der Stromleitung ohne elektrochemische Wirksamkeit. Der kathodische Schutz ist örtlich unvollkommen, dadurch kommt es zur Korrosion.

Aufgabe der Erfindung ist es, die bekannte lokale Korrosion des Drahtgewebes an den Schweißverbindungen zu den Kathodentaschen zu verhindern bzw. einzu­ schränken.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß bei dem Kathodenaufbau der Abstand zwischen der Ein­ schweißstelle der Kathodentasche in die Röhrenplatte zu den anodisch aktiven Seitenstreifen minimiert wird. Um diese Minimierung zu erreichen, wird der Abstand der anodischen Seitenstreifen zu den vertikalen katho­ dischen Gewebestreifen und der Abstand des vertikalen Gewebestreifens zur Innenwand verringert. Außerdem werden die Kathodentaschen am anodennächsten Teil der Röhrenplatte angeschweißt.

Die Erfindung soll nachstehend an zwei Zeichnungen näher erläutert werden, wobei die Fig. 1 einen inne­ ren Kathodenaufbau einschließlich der Anodenanordnung nach dem Stand der Technik zeigt.

In der Fig. 2 wird der innere Kathodenaufbau einschließ­ lich der Anodenanordnung nach der Erfindung dargestellt.

Die kathodische Stromeinspeisung geschieht über die Zellenverbindung und die äußeren Kathodenkörper. Von dort wird der Strom über die Röhrenplatte 1 und die Schweißverbindung 5 in die Kathodentaschen 2 geleitet, die mit dem Diaphragma 8 belegt ist. Die Kathodentaschen sind in die dafür vorgesehenen ovalen Schlitze einge­ paßt. Zwischen den Kathodentaschen befindet sich ein vertikaler Gewebe­ streifen 3, der ebenfalls mit einem Diaphragma belegt ist. Die Diaphragma­ belegung wird über die Öffnungen 7 in der Röhrenplatte sichergestellt. Gegenüber diesem vertikalen Gewebestreifen befinden sich die abgekanteten Seitenstreifen der Anoden 4. Der Abstand der Anoden zu den Hauptflächen der mit dem Diaphragma belegten Kathoden wird durch die Distanzstäbe 9 fixiert. In der Fig. 1 soll deutlich gemacht werden, daß die Korrosionsschäden 6 am Drahtgewebe erfahrungsgemäß unmittelbar hinter der Schweißnaht 5 in Rich­ tung zum Kathodeninneren auftreten. Die vertikalen Drähte sind in der Regel mehr geschädigt als die horizontalen. Der Übergang von dem geschädigten Gewebe zum nicht geschädigten ist überwiegend ganz unmittelbar.

In der Fig. 2 werden die erfindungsgemäßen Veränderungen dargestellt. Der Bereich der Einbindung des Stahlgewebes der Kathodentaschen 2 wird weitgehend in den anodennahen Raum verlegt. Der Abstand zwischen dem verti­ kalen Gewebestreifen 3 und der Röhrenplatte 1 (l₁) sowie der Abstand zwi­ schen Anodenseitenstreifen 4 und den vertikalen Gewebestreifen 3 (l₂) werden auf ein technisches Minimum verkleinert. Der Abstand l₁ ist für die Diaphrag­ mabelegung im Seitenstreifenbereich von Bedeutung, der Abstand l₂ wird von den Montagebedingungen der Zellenteile beeinflußt.

Die Minimalabstände sollten l₁ = 8 mm und l₂ = 10 mm betragen. Die Gewebetaschen sollten auf den letzten 7 mm der Röhrenplatten in Richtung des Kathodeninne­ ren eingeschweißt werden.

Die Erfindung soll nachstehend durch zwei Beispiele näher erläutert werden:

Beispiel 1

Eine modifizierte Kathode mit der Ausführung der ver­ tikalen Gewebestreifen und der Anordnung der Schweiß­ nähte entsprechend Fig. 2 wird in eine Diaphragma- Elektrolysezelle eingesetzt. Der üblicherweise vor­ handene Abstand zwischen Anodenseitenstreifen und ver­ tikalen kathodischen Gewebestreifen von 20 bis 25 mm wird durch Verbreiterung der Außenanoden auf 10 mm reduziert.

Nach einer Einsatzzeit von einem Jahr wird die Katho­ de durch Öffnen der Außenwand auf Korrosionsschäden untersucht. Es werden keinerlei Abzehrungen des Draht­ gewebes an der Einschweißstelle festgestellt. Bei allen nach dem Stand der Technik gefertigten Katho­ den entsprechend Fig. 1, die nach analogen Einsatzbe­ dingungen und gleicher Einsatzzeit untersucht werden, sind im unterschiedlichem Maße Korrosionsschäden fest­ zustellen.

Beispiel 2

Bei einer Kathode mit der Ausführung der vertikalen Gewebestreifen und der Anordnung der Schweißnähte ent­ sprechend Fig. 2 wird bei Beibehaltung der äußeren Abmessungen der Kathode eine Modifizierung der Innen­ teile der Kathode vorgenommen, so daß ein Abstand der Anodenseitenstreifen zu den vertikalen Gewebestreifen von 10 mm erreicht wird.

Dazu wird der sogenannte Längekanal, d. h. der Raum zwischen der äußeren und der inneren Kathoden­ wand, verbreitert. Die Anodenbreite wird nicht ver­ änderte.

Diese Kathode wird in einer Diaphragmaelektrolyse­ zelle eingesetzt und nach einer Laufzeit von einem Jahr wie im Beispiel 1 auf Kathodenschäden unter­ sucht. Es sind keine Drahtabzehrungen bzw. sonstige Korrosionsschäden erkennbar.

Claims (3)

1. Kathode für Chloralkali-Elektrolysezellen nach dem Diaphragmaverfahren, gekennzeichnet durch einen minimierten Abstand zwischen der Einschweiß­ stelle (5) der Kathodentasche (2) in die Röhren­ platte (1) zu den anodisch aktiven Seitenstreifen (4) durch eine Verlegung der Schweißnaht in den anoden­ nahen Teil der Röhrenplatte, durch einen minimierten Abstand des anodischen Seitenstreifens zu dem verti­ kalen kathodischen Gewebestreifen (3) und durch einen minimierten Abstand des vertikalen kathodi­ schen Seitenstreifens zur Innenwand der Röhren­ platte (1).

2. Kathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mittleren Abstände des vertikalen kathodi­ schen Gewebestreifens zu dem Anodenseitenstreifen 10 mm und zu der Röhrenplatte 8 mm betragen.

3. Kathode nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gewebetaschen in die Röhren­ platte auf den letzten 7 mm der Röhrenplatte in Richtung des Kathodeninneren eingeschweißt sind.