DE69002305T2 - Vorrichtung zur Ausführung eines elektrolytischen Verfahrens. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Elektrolyse eines Chlorids, in der verschiedene, aus Elektroden und einem Diaphragma bestehende Elektrolysezellen in Reihe elektrisch verbunden sind, wobei jede Zelle mit einer Zuleitung und einer Ableitung für Elektrolyt und einer Ableitung für des entstandene Gas versehen ist, die Zellen von einem Gehäuse umgeben sind, des zwei Platten um Ende aufweist und ein Strömungsmittelmantel, der mit einer Zuleitung und einer Ableitung für Strömungsmittel versehen ist, zwischen dem Gehäuse und der Außenseite der Zellenrahmen angeordnet ist.
• Diese Vorrichtung zur Durchführung eines elektrolytischen Verfahrens ist aus der DE-PS 398 221 (1924) bekannt. In dieser Vorrichtung zur Durchführung eines elektrolytischen Verfahrens wird dem Austreten des Elektrolyten aus der Zelle durch Bereitstellung eines Gssschirms um die Elektroden herum, in dem ein Gas unter erhöhte. Druck gehalten wird, vorgebeugt. Der Druck im inneren der Zelle ist geringer als außerhalb der Zelle, was wegen des Fehlens von Dichtungsmitteln für die Zelle zu einem Einsickern von Gas führt. Bei der Anwendung der Einrichtung nach dieser deutschen Petentschrift besteht noch die Gefahr, dar des während des elektrolytischen Verfahrens gebildete Gas (Chlorgas) entweicht, weil die Elektrolysezellen abgeschirmt, die Separatoren und die Verbindungsleitungen jedoch außerhalb des Schutzmantels angeordnet sind.
• Aus der niederländischen Patentanmeldung 7213157 ist eine Mehrfachelektrolysezelle mit einem Diaphragma bekannt, die Bipolerelektroden enthält. Aus der EP-A-216413 ist weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung eines elektrolytischen Verfahrens bekannt, wobei ein Desinfektionsmittel für Wasser durch Elektrolyse einer wäßrigen NaCl enthaltenden Lösung hergestellt wird, wobei NaCl, restliches Salzwasser und H&sub2;, jedoch kein freies Cl&sub2; erhalten wird. Diese Einrichtung bestoht aus in Reihe geschalteten bipoleren Elektroden. In den Anoden- und Kathodenräumen dieser Zellen sind Öffnungen zur Versorgung mit Anolyt ausgebildet. Außerdem sind Versorgungsleitungen für die Salzlösung und um Sammeln von Wasserstoff vorgesehen. Weiterhin sind Durchgänge zum Sammeln des Anolyten vorgesehen. Diese Durchgänge sind jedoch nicht mit einer Abdichtung der Elektrolysezelle versehen, was zu Undichtigkeiten führt oder die Verwendung Verwendung von Dichtungen erfordert. Figur 2 der EP-A-216413 zeigt einen Wasserstoffseparator (31,32) der außerhalb der Zelle vorliegt.
• Ein Nachteil der vorhandenen Elektrolyseeinrichtungen, in denen verschiedene bipolare Elektroden in Reihe geschaltet sind und eine sogenannte Zelle vom Filter-Preß-Typ bilden, besteht darin, daß der sorgfältigen Abdichtung der Zelle derart, daß kein Elektrolyt aus der Elektrolysezelle ausströmt, viel Aufmerksamkeit entgegangebrecht werden muß. Obwohl die zuvor genannte niederlandische Patentenmeldung 7213157 solchen Abdichtungen nicht viel Aufmerksamkeit entgegenbringt, erwähnt sie, daß Festigkeit beispielsweise durch Abdichtmittel (nicht gezeigt) erhalten wird, die zwischen den einzelnen Elementen, wie Metellelektroden, Rahmen oder Diaphragmen vorliegen. In den EP-A-55931 und 280359 und in der US-A-4344633 wird solchen Dichtungen besondere Aufmerksemkeit geschenkt. Diese Dichtung ist insbesondere wichtig, weil des elektrolytische Verfehren zur Bildung von chemisch aggressiven Stoffen führt, die höchst korrosiv im Hinblick auf die Umgebung der Zelle sind. Solche Dichtungen der Elektrolysezelle sind teuer und ihre Herstellung ist nur unter Verwendung von arbeitsintensiven Verfehren möglich. Weiterhin ist es offensichtlich geworden, daß die bisher verwendeten Dichtungen neue Undichtigkeiten entwickeln, insbesondere nachdem einige Zeit verstrichen ist. Darüber hinaus ist es als Ergebnis verschidener verwendeter Dichtungen problematisch oder kostspielig, die Elektrodenflächen in den Rahmen zu sichern. Ein weiterer Nachteil der verwendeten Dichtungen ist, daß sie häufig im Hinblick auf den Abstand zwischen den Elektroden der bestimmende Faktor sind. Ein weiterer Abstand zwischen den Elektroden führt häufig zu einer verringerten Stromwirksamkeit.
• Dieses Problem im Hinblick auf die in Elektrolysezellen verwendeten Dichtungen ist nun gelöst durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung, wie sie in der Einleitung erwähnt ist, und diese Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß des Strömungsmittel eine Flüssigkeit ist und daß Entlüftungsröhren zum Trennen und Ableiten von Chlorgas und Wasserstoff in dem das Strömungsmittel aufweisenden Mantel angeordnet sind und daß die Elektroden zur Ausbildung von bipolaren Elektroden kombiniert sind. Es wird somit ein Stromungsmittelmantel innerhalb des Gehäuses der Vorrichtung um das System des Zellenrahmens mit den bipolaren Elektroden bereitgestellt, wobei des Strömungsmittel vorzugsweise Wasser ist, so daß eine mögliche Undichtigkeit der Elektrolysezelle in Kauf zu nehmen ist, weil jedes ausströmende Strömungsmittel im Wassermantel, welcher periodisch oder kontinuierlich gewechselt wird, gesammelt wird. Ein leichtes Einströmen von Wasser ist dabei akzeptabel. In den Entlüftungsröhren oder den Seperatoren werden Elektrolyt und das gebildete Gas getrennt, so daß Wasserstoff und Chlorgas aus den Entluftungsröhren leicht aufgefanngen werden können. Der Aufbau der Entlüftungsröhren und der Zuleitungen für den Elektrolyten und des Gas zu den Entlüftungsröhren wird nachfolgend detaillierter erläutert. Obwohl der folgende Teil der Beschreibung sich auf ein bevorzugtes elektrolytisches Verfahren zur Herstellung von Chlorgas bezieht, ist es einsichtig, daß andere elektrolytische Verfahren in einer solchen Vorrichtung durchgeführt werden können. Die Entwicklung von Chlorgas insbesondere zur Reinigung von Badewasser in Schwimmbecken zieht sehr viel Aufmerksamkeit auf sich, da es im Falle der Verwendung von sich bildendem Chlorgas nicht erforderlich ist, Chlorbleichlauge oder ähnliches einzusetzen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann euch verwendet werden, um dem Auftreten von Algenwachstum in Kühltürmen vorzubeugen, um Milch oder Eiscreme zu pasteurisieren, was such mit UV-Licht vorgenommen werden kann, und überall an solchen Stellen, wo Keime und ähnliches abgetötet werden.
• Weil wagen des erfindungsgemäßen Aufbaus weniger Aufmerksamkeit dem Abdichtungsmateriel und den erforderlichen Drucken, die auf den Zellenrehmen auegeübt werden, in dem die bipoleren Elektroden angeordnet sind, entgegengebracht werden muß, ist es nun möglich, spezielle bipolare Elektroden, die zwischen den Zellenrehmen gesichert sind, zu verwenden. Diese erfindungsgemäßen bipoleren Elektroden bestehen aus einer Anoden- und einer Kathodenplatte und einer dazwischen angeordneten Mittelwand. Rippen sind in die Elektrodenplatten eingepreßt, deren Bodenseiten eine geschweißte Verbindung zwischen den Elektroden und der Mittelplatte bilden. Vorzugsweise liegen die Anoden- und die Kathoden-Schweißstelle dabei in einer Ebene, die sich senkrecht zu der Mittelwand erstreckt, so daß keine Spannungen, die vom Verschweißen herrühren, auftreten, welche ein Verziehen der Platten verursachen könnten. Bipolare Elektroden sind im allgemeinen aus der niederländischen Patentenmeldung 7808691 bekannt, die mit Abstandsstücken zwischen der Anoden- und der Kathodenplatte versehene bipolare Elektroden offenbart. Aus dieser niederländischen Patentanmeldung wird deutlich, wie wichtig das Aufrechterhalten einer konstanten Entfernung zwischen der Anoden- und der Kathodenplatte und der Mittellwand ist und daß kostspielige Maßnahmen mit den bekannten bipoleren Elektroden vorgenommen werden müssen, um sauber arbeitende bipolare Elektroden zu erhalten. Erfindungsgemäß ist es möglich geworden, preiswerte Konstruktionen für bipolare Elektroden zu erzielen, wobei gesichert ist, daß die bipolaren Elektroden permanent flach sind und daß die Entfernung zwischen der Anoden- und der Kathodenplette der bipolaren Elektrode so gering wie möglich ist.
• Die Erfindung wird nun unter Bezug auf die folgende Beschreibung erläutert, wobei Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen wird, in denen
• Fig. 1 eine Schnittansicht einer erfindungsgmäßen Vorrichtung ist, die aus verschiedenen Elektrolysezellen mit bipoleren Elektroden besteht,
• Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Aufbaus einer solchen Vorrichtung ist,
• Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer Entlüftungsröhre ist, wobei die Zuführungsleitung für den Elektrolyten sich in diese Röhre eröffnet und
• Fig. 4 einen Ausschnitt der bipoleren Elektroden zeigt, insbesondere die Stelle der geschweißten Verbindung zwischen den Elektroden und der Mittelplatte.
• In fig. 1 ist eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt, wobei diese Vorrichtung aus einem Gehäuse mit zwei Platten 1 und 2 an einem Ende besteht und das Gehäuse mit einer Stromversorgungsleitung 12 und einer Stromentladungeleitung 11 versehen ist, zwischen denen verschiedene Elektrolysezellen angeordnet sind und eine Zelle au. einer bipolaren Elektrode 6, die detaillierter dargestellt ist, besteht. Diese bipolere Elektrode 6, detailliert in Fig. 4 dargestellt, besteht aue einer Kathode 4 und einer Anode 3, beide sind auf dem Boden einer Mittelplatte 5 verachweißt. Beide Elektroden 3 und 4 sind mit Rippen versehen, gezeigt durch 16, die auf der unteren Seite der Mittelplatte 5 aufgeschweißt sind. Da das Verschweißen, insbesondere dann, wenn Punktverschweißungen 19 verwendet werden, sehr genau vorgenommen werden kann, wird eine flache bipolare Elektrode mit einer konstanten Stromverteilung über die gesamten Elektroden 3 und 4 während des Verfahrens erhalten. Die Elektrolysezellen sind mit einer Versorgungeleitung für den Elektrolyten 9 und einer Entleerungsleitung 10 für diesen Elektrolyten versehen, wobei die Entleerungsleitung 10 in bin Steigrohr 13 mündet, welches sich in den Entlüfter 8 öffnet. Der durch 10 und 13 abgeleitete Elektrolyt enthält des im elektrolytischen Verfahren gebildete Gas, welches beispielsweise Wasserstoff oder Chlor ist, das aus dem entlang dem Entlüfter 8 gefühften Strömungsmittel freigesetzt worden ist. Ein schaumiges Produkt wird deshalb in den Entlüfter über die Leitung 13 eingeführt, welches im Entlüfter in ein Strömungsmittel und ein Gas getrennt wird. Dies wird detaillierter unter Bezugnahme auf die Fig. 3 erläutert.
• Um des Durchsickern aus den Elektrölysezellen in bekannten Vorrichtungen zu verhindern, sind die bipolaren Elektroden durch Dichtungsmittel umhüllt. In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist jedoch eine größere Toleranz möglich, wenn die Elektroden zwischen Rahmen eingesetzt sind, weil jeder durchsickernde Elektrolyt in der Wasserummuntelung 7a, 7b und 7c gesammelt wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist an ihrer oberen Seite mit einer Wasserdosierungseinrichtung 14 und einer Wasserentleerungsleitung 15 versehen, die in den Elektrolyten führt, der über die Leitung 16 in die Zelle gespeißt wird. Somit kann Wasser, welches als Mittel zum Auffangen von durchsickerndem Elektrolyten dient, als zu elektrolysierendes Strömungsmittel verwendet werden. Weil die Korrosivität des Strömungsmittels im Wassermantel nur sehr gering ist, da der Elektrolyt oder das elektrolytische Produkt, welches vorliegen kann, hochverdünnt ist, kann das Gehäuse mit Abdichtungen versehen werden, die nicht denselben strengen Anforderungen wie in bekannten, oben erwähnten Zellen entsprechen müssen. Solche Dichtungen werden an den Verbindungen zwischen den horizontalen Gehäuseteilen und den Platten ein Ende verwendet. Zu diesem Zweck kann eine ein fache Kautschukdichtung, wie sie mit 17 in der Zeichnung bezeichnet ist, verwendet werden. Durch Ausbilden der Leitung (Separator) innerhalb des Strömungs mantels kann jedes Risiko hinsichtlich durchsickernden Gases (beispielsweise Chlor) ausgeräumt werden.
• Fig. 2 ist eine schematische perspektivische Ansicht des Aufbaus der erfindungsgemäßen Vorrichtung, der Kern der elektrolytischen Zelle wird durch die bipolare Elektrode 6 gebildet, die aus einer Mittelplatte 5, auf der die Kathode 4 und die Anode 3 angeordnet sind, besteht. Die Kathode 4 wird mit Rippen 18 gezeigt, die Unterseiten der Rippen sind auf der Mittelplatte 5 verschweißt. Die bipolaren Elektroden sind zwischen den Zellenrahmen gesichert. sichert. Die verschiedenen bipolaren Elektroden sind wechselseitig getrennt durch Diaphragmen 22 und 22a. Die Kathode und die Anode sind vorzugsweise aus einezu feinen Drahtgeflecht oder einer perforierten Metallplatte hergestellt. Die erwähnten Teile, nämlich die bipolare Elektrode 6, die zwischen den Zellenrahmen 20 und 21 gesichert ist, und die Diaphragmen 22 und 22a sind mit Löchern 23 bis 26 versehen, die die Durchströmungskanäle 23 bis 26 für den Elektrolyten bilden. Die Öffnungen 24 und 25 münden in die Entleerungsröhren 13 und 13a für den Elektrolyten, diese Entleerungsleitungen aus den Leitungen 13 und 13a münden sich ihrerseits in die Entlüftungsröhren 8 und 8a. In diesen Entlüftungsröhren werden Strömungsmittel und Gas getrennt, wie in Fig. 3 gezeigt. Ein Entlüfter als solcher ist aus der EP-A-43945 bekannt.
• Als Ergebnis der Gasentwicklung in der Elektrolysezelle wird ein scheumiges Gemisch gebildet, welches als Ergebnis der Verringerung des spezifischen Gewichts aufwärts gedruckt wird und 50 die Leitungen 13 und 13a erreicht. Somit wird das schaumige, aus Strömungsmittel und Gas bestehende Gemisch in die Entlüftungsröhre mit großer kraft gedrückt, in der als Ergebnis der Existenz der Versorgungsleitung 13 im Entlüfter 8 (s. Fig. 3) eine Zentrifugalkraft auf das schaumige Produkt ausgeübt wird, welche zur Trennung des Strömungsmittels und des Gases führt, wobei des Strömungsmittel als ein Elektrolyt nahe dem Ableitungsende abgeleitet und das Ges aus dem Entlüfter gewonnen wird.
• So kann beispielsweise Chlor in wirksamer Weise mittels eines elektrolytischen Verfahrens erhalten werden, wobei die Eiektrolysezelle im Hinblick auf bekannte Zellen dahingehend beträchtlich verbessert worden ist, daß keine kostspieligen Abdichtungen verwendet werden müssen und daß die bipolare Elektrode in einer wirksamen Weise gebildet werden kenn.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Elektrolysieren eines Chlorides, bei der diverse elektrolytische Zellen, die aus Elektroden und einer Membran bestehen, elektrisch in Reihe geschaltet sind, wobei jede Zelle mit einer Zuleitung und einer Ableitung für Elektrolyt und einer Ableitung für das entwickelte Gas versehen ist, die Zellen von einem Gehäuse umgeben sind, das zwei Platten am Ende aufweist, und ein Strömungsmittelmantel, der mit einer Zuleitung und einer Ableitung für Strömungsmittel versehen ist, zwischen dem Gehäuse und der Außenseite der Zellenrahmen angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsmittel eine Flüssigkeit ist, daß Entlüftungsrohre zum Trennen und Ableiten von Chlorgas und Wasserstoff in dem die Flüssigkeit aufweisenden Mantel angeordnet sind und daß die Elektroden zur Ausbildung von bipolaren Elektroden kombiniert sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit im Mantel Wasser ist.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlüftungsrohre zwischen den Platten am Ende befestigt sind.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß Leitungen in der Nähe oder in der Platte am Ende für Verbindungen zwischen der Ableitung für die Elektrolyten aus der Zellenpackung und der Zuleitung für die Elektrolyten zu den Entlüftungsrohren sorgen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung für Elektrolyten von den Zellen zu den Entlüftungsrohren so angeordnet ist, daß die Elektrolyten tangential und axial zugeführt werden können.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden bipolare Elektroden sind, die zwischen den Zellenrahmen befestigt sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der die bipolare Elektrode aus einer Anodenplatte, einer Kathodenplatte und einer dazwischen angeordneten Mittelwand besteht, wobei die Mittelwand sowohl mit der Anode als auch mit der Kathode verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß Längsrippen in die Kathode und in die Anode gepreßt sind, die an ihrer Unterseite mit der Mittelwand verschweißt sind, wobei die Kathode und die Anode einander gegenüberliegend an die Mittelwand geschweißt sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode und die Kathode aus Gaze oder einer perforierten Metallplatte bestehen.