DE69921735T2 - Elektrolysevorrichtung mit Ionenaustauschermembran - Google Patents

Elektrolysevorrichtung mit Ionenaustauschermembran Download PDF

Info

Publication number
DE69921735T2
DE69921735T2 DE69921735T DE69921735T DE69921735T2 DE 69921735 T2 DE69921735 T2 DE 69921735T2 DE 69921735 T DE69921735 T DE 69921735T DE 69921735 T DE69921735 T DE 69921735T DE 69921735 T2 DE69921735 T2 DE 69921735T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
sector
electrolyzer
trough
internal circulation
electrolyte solution
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE69921735T
Other languages
English (en)
Other versions
DE69921735D1 (de
Inventor
Shinji Katayama
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tosoh Corp
ThyssenKrupp Uhde Chlorine Engineers Japan Ltd
Original Assignee
Chlorine Engineers Corp Ltd
Tosoh Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chlorine Engineers Corp Ltd, Tosoh Corp filed Critical Chlorine Engineers Corp Ltd
Application granted granted Critical
Publication of DE69921735D1 publication Critical patent/DE69921735D1/de
Publication of DE69921735T2 publication Critical patent/DE69921735T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/70Assemblies comprising two or more cells
    • C25B9/73Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00Operating or servicing cells
    • C25B15/08Supplying or removing reactants or electrolytes; Regeneration of electrolytes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B13/00Diaphragms; Spacing elements
    • C25B13/02Diaphragms; Spacing elements characterised by shape or form

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Elektrolysevorrichtung bzw. einen Elektrolyseur vom Filterpressentyp und insbesondere einen Elektrolyseur, der durch Zirkulation von Elektrolytlösung gekennzeichnet ist.
  • Der Elektrolyseur vom Filterpressentyp findet breiten Einsatz in verschiedenen Anwendungsgebieten, z. B. Herstellung von Chlor und Ätznatron durch Elektrolyse von Salz oder elektrolytische Herstellung von organischen Stoffen, Elektrolyse von Meerwasser usw.
  • In einem typischen Elektrolyseverfahren unter Verwendung des Filterpressenelektrolyseurs zur Elektrolyse von Salz kommt ein bipolarer Filterpressenelektrolyseur zum Einsatz, in dem mehrere Elektrolyseureinheiten über eine Kationenaustauschmembran übereinander plaziert sind und eine Anodenkammer und eine Kathodenkammer, die zueinander benachbart sind, über Trennwände in den Elektrolyseureinheiten elektrisch und mechanisch miteinander verbunden sind. An beiden Enden sind Elektrodenkammer-Endeinheiten mit jeweils einer Anode oder einer Kathode auf jeder Seite davon übereinander plaziert, und diese sind durch eine Hydraulikpresse oder andere Einrichtung fixiert.
  • Andererseits sind in dieser bipolaren Elektrolyseureinheit Trennwände vorgesehen, um die Anodenkammer von der Kathodenkammer zu trennen und um ferner elektrischen Strom zur Elektrolyse zu übertragen. Auf der Trennwand zum Trennen der Anodenkammer von der Kathodenkammer sind eine Anode bzw. eine Kathode angeordnet. In Abhängigkeit von der jeweiligen individuellen Elektrolysereaktion befindet sich die Anodenkammer oder die Kathodenkammer in einer sauren Umgebung, während sich die andere in einer reduzierenden Umgebung befindet. Insbesondere wird bei der Elektrolyse von Salz, d. h. einem typischen Elektrolyseverfahren unter Nutzung einer Ionenaus tauschmembran, Chlor an der Anode erzeugt, und hochkonzentriertes Natriumhydroxid und Wasserstoff werden an der Kathode erzeugt. Hierbei werden dünnfilmbildende Metalle, z. B. Titan, Tantal, Zirconium usw., mit hoher Korrosionsfestigkeit, die chlorbeständig sind, oder Legierungen dieser Metalle in der Anodenkammer verwendet. In der Atmosphäre der Kathodenkammer absorbiert Titan Wasserstoff und versprödet, und selbst hoch korrosionsfestes Titan kann nicht für die Kathodenkammer verwendet werden. Aus diesem Grund werden Eisenmetalle, z. B. Nickel, rostfreier Stahl usw. oder Legierungen dieser Metalle, für die Kathodenkammer genutzt. Durch Ausbildung jeder dieser Elektrodenkammern durch Trennwände, die aus Metallmaterialien hergestellt sind, und durch gegenseitiges Verbinden dieser Kammern kann eine elektrische Verbindung erreicht werden. Versucht man aber, Titan auf der Anodenkammerseite direkt mit Eisen, Nickel, rostfreiem Stahl usw. auf der Kathodenseite durch Schweißen zu verbinden, bildet sich eine intermetallische Verbindung durch Titan und Eisenmetall auf der Anodenkammerseite, und es ist unmöglich, ein Verbundsystem zu erhalten, das ausreichende Festigkeit hat, die zur praktischen Anwendung geeignet ist.
  • Zur Lösung dieser Probleme reichte der Anmelder die JP-A-03249189 ein, die einen bipolaren Elektrolyseur, der Trennwände mit unregelmäßigen Oberflächen, die ineinandergreifen und durch ein Preßverfahren hergestellt sind, und eine Struktur aus Elektrolyseureinheiten mit einer an einem konvexen Abschnitt verbundenen Elektrode aufweist, sowie ein Verfahren zur Herstellung der Elektrolyseureinheiten offenbart. Ferner schlug der Anmelder einen Elektrolyseur mit verbesserter Zirkulation von Elektrolytlösung innerhalb des bipolaren Elektrolyseurs in der JP-A-5005195 (US-A-5314591), JP-A-5005196 (US-A-5314591), JP-A-5009774 (US-A-5314591) usw. vor.
  • Insbesondere ist es durch das in der JP-A-5009774 (US-A-5314591) vorgeschlagene Verfahren möglich, eine bessere elektrische Verbindung über die unregelmäßigen Oberflächen der Trennwände zu erreichen. Durch Verbessern der Zirkulation von Elektrolytlösung im Elektrolyseur läßt sich eine gleichmäßige Konzentrationsverteilung der Elektrolytlösung erzielen, und ein rationeller Betrieb des Elektrolyseurs kann realisiert werden.
  • In Elektrolyseuren dieser Art kommt ein System zur Zirkulation von Elektrolytlösung im Elektrolyseur mit dem Ziel zum Einsatz, Elektrolytlösung gleichmäßig über die ausgedehnte Elektrodenfläche zuzuführen.
  • 6 ist eine Zeichnung zur Erläuterung eines Verfahrens, um die Elektrolytlösung durch externe Zirkulation von Elektrolytlösung zirkulieren zu lassen.
  • Aus einem Elektrolytlösungseinlaß 18 am unteren Abschnitt einer Elektrolyseureinheit 1 wird Elektrolytlösung 31 in eine Elektrodenkammer 4 eingeleitet, und die Elektrolyseprodukte enthaltende Elektrolytlösung wird aus einem Abgabeanschluß 32 am oberen Abschnitt des Elektrolyseurs abgegeben und in einem Zirkulationsbehälter 33 gesammelt. Im Zirkulationsbehälter 33 werden Gasprodukte 34 abgetrennt, ein Teil der abgegebenen Elektrolytlösung wird zu einem Vorbereitungsverfahren 35 für Elektrolytlösung überführt, mindestens ein Teil der Elektrolytlösung im Zirkulationsbehälter 33 wird mit Ergänzungs- oder Zusatzlösung 36 gemischt, diese wird durch den Elektrolytlösungseinlaß 18 am unteren Abschnitt des Elektrolyseurs unter Verwendung einer Umlaufpumpe 37 in den Elektrolyseur geführt, und die Lösung wird im Umlauf geführt.
  • Ist die Elektrolytlösung Sole oder Salzwasser, wird Sole mit einer Konzentration von 200 g/l mit gesättigter Sole mit einer Konzentration von 300 g/l in einem Volumenverhältnis von 1 : 1 gemischt, und wird sie als Sole mit einer Konzentration von 250 g/l zugeführt, beträgt die Konzentrationsdifferenz der Elektrolytlösung zwischen dem Elektrolytlösungseinlaß 18 und dem Abgabeanschluß 32 50 g/l.
  • Um die Konzentrationsdifferenz der Elektrolytlösung zwischen dem Einlaß und dem Abgabeanschluß zu reduzieren, gibt es ein Verfahren zum Erhöhen des Umlaufvolumens der Elektrolytlösung und zur Zirkulation einer größeren Menge von Elektrolytlösung. Wird aber die Durchflußgeschwindigkeit erhöht, steigen Druckschwankungen im oberen Abschnitt der Elektrodenkammer, und die Ionenaustauschmembran, die die Anodenkammer von der Kathodenkammer trennt, wird in Schwingung versetzt, was zu Beeinträchtigung der Ionenaustauschmembran führt.
  • Ferner ist 7 eine schematische Zeichnung zur Erläuterung eines Verfahrens zur Zirkulation von Elektrolytlösung unter Nutzung der durch Elektrolyse verursachten relativen Dichtedifferenz der Elektrolytlösung.
  • Vorgesehen ist ein Elektrolytlösungsbehälter 38, der mit einem Abgabeanschluß 32 des Elektrolyseurs im oberen Abschnitt einer Elektrolyseureinheit 1 verbunden ist, und ein Rohr am unteren Abschnitt des Elektrolytlösungsbehälters ist mit einem Elektrolytlösungseinlaß 18 verbunden. Elektrolyseprodukte, die im Elektrolyseur erzeugte Gase enthalten, werden im Elektrolyseur aufgrund der relativen Dichtedifferenz nach oben bewegt und erreichen den Elektrolytlösungsbehälter 38. Im Elektrolytlösungsbehälter 38 werden Gasprodukte 34 abgetrennt, ein Teil der Elektrolytlösung wird zu einem Vorbereitungsverfahren 35 für Elektrolytlösung überführt, Ergänzungslösung 36 wird einem Teil der Elektrolytlösung zugefügt, um die Konzentration der Elektrolytlösung einzustellen, und diese Lösung wird vom Elektrolytlösungseinlaß 18 in die Elektrodenkammer 4 geführt.
  • Wird die Elektrolytlösung zum unteren Abschnitt des Elektrolyseur geführt, der mit einem Zirkulationssystem für Elektrolytlösung gemäß der vorstehenden Beschreibung ausgerüstet ist, so wird die Elektrolytlösung verdünnt. Die Konzentration der Elektrolytlösung an einer vom Elektrolytlösungseinlaß entfernten Position kann nicht gleichmäßig verteilt sein. Dadurch wird die Verteilung von elektrischem Strom nahe dem Elektrolytlösungseinlaß der Elektrodenkammer ungleichmäßig, was die Spannung zur Elektrolyse negativ beeinflußt.
  • Beim Elektrolysieren von Sole wird häufig Salzsäure der Sole zugesetzt, um den pH-Wert der Elektrolytlösung zu reduzieren. Wegen der ungleichmäßigen Konzentrationsverteilung in der Elektrolytlösung tritt ein geringerer pH-Wert nahe dem Elektrolytlösungseinlaß auf, was oft zu Beeinträchtigung der Ionenaustauschmembran führt.
  • Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ungleichmäßige Konzentrations- und Temperaturverteilung in der Elektrolytlö sung in den Elektrodenkammern zu verhindern, den Spannungs- und Stromwirkungsgrad zu verbessern und für längere Lebensdauer der Ionenaustauschmembran zu sorgen. Speziell stellt die Erfindung einen Elektrolyseur bereit, durch den ausreichend hohe Elektrolyseleistung in einem großen Elektrolyseur mit einer größeren Elektrodenfläche erreicht werden kann.
  • Die Erfindung stellt einen Elektrolyseur bereit, der aufweist: senkrechte Elektrolyseureinheiten mit unregelmäßigen Oberflächen, die auf Trennwänden auf der Anodenseite und auf Trennwänden auf der Kathodenseite gebildet sind, wobei die unregelmäßigen Oberflächen einander überlappen und integriert sind, und Elektrodenbleche, die mit konvexen Abschnitten der Trennwände verbunden sind, wodurch die unregelmäßigen Oberflächen als Tröge und Rippen gebildet sind, die sich in senkrechter Richtung der Elektrolyseureinheiten erstrecken, die unregelmäßigen Oberflächen in mehrere Sektoren in Höhenrichtung aufgeteilt sind, sich der Trog in jedem Sektor auf derselben Geraden wie die Rippe eines weiteren Sektors erstreckt, ein Flüssigkeitsübergang vorgesehen ist, um benachbarte Tröge im selben Sektor im Verbindungsabschnitt des benachbarten Sektors zu verbinden und um die Tröge in benachbarten Sektoren zu verbinden, und ein Innenzirkulationsteil zwischen der Trennwand und der Elektrodenoberfläche vorgesehen ist, wobei geneigte Oberflächen des Trogs auf der Trennwand oder ein Teil parallel zur geneigten Oberfläche des Trogs der Trennwand als Aufteilungswände verwendet werden, wodurch ein Innenzirkulationsdurchgang gebildet ist, in dem Elektrolytlösung herabfließt.
  • Außerdem stellt die Erfindung einen Elektrolyseur gemäß der vorstehenden Beschreibung bereit, wobei das Innenzirkulationsteil durch ein dreikantstangenartiges Teil mit einer Oberfläche in Kontakt mit einer geneigten Oberfläche des Trogs in jedem Sektor gebildet ist.
  • Ferner stellt die Erfindung einen Elektrolyseur gemäß der vorstehenden Beschreibung bereit, wobei der Innenzirkulationsdurchgang durch eine geneigte Oberfläche eines Trogs in jedem Sektor und ein Innenzirkulationsteil gebildet ist, ein Querende des Innenzirkulationsteils, das sich in Längsrich tung der Elektrodenkammer erstreckt, in Kontakt mit einer Rippe auf der Trennwand steht, und ein Querabschnitt in Kontakt mit der Trennwand, der sich in Richtung der Trennwand erstreckt und den Trog und den Flüssigkeitsübergang bildet, an einem Querende eines Längsteils entgegengesetzt zum Abschnitt vorgesehen ist, der mit der Rippe der Trennwand in Kontakt steht.
  • Die Erfindung stellt einen Elektrolyseur gemäß der vorstehenden Beschreibung bereit, wobei der Innenzirkulationsdurchgang durch eine geneigte Oberfläche eines Trogs in jedem Sektor und durch ein Innenzirkulationsteil gebildet ist, das Innenzirkulationsteil ein Längsteil, das sich in Längsrichtung der Elektrodenkammer erstreckt, und ein Querteil aufweist, das sich von einem Querende des Längsteils erstreckt und den Trog sowie den Flüssigkeitsübergang bildet, und in einem Sektor, der benachbart zu einem Sektor ist, in dem die gesamte Oberfläche des Trogs mit dem Längsteil abgedeckt ist, der Mittelabschnitt des Längsteils auf einer Rippe der Trennwand in einem zweiten Sektor benachbart zu einem ersten Sektor positioniert ist und zwei Querabschnitte vorgesehen sind, die sich vom Querende des Längsteils zur Trennwand erstrecken und in Kontakt mit der Trennwand stehen.
  • Im folgenden wird der Elektrolyseur der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
  • 1 eine Zeichnung zur Erläuterung einer Elektrolyseureinheit mit Innenzirkulationsteilen, die an Trennwandblechen in einem erfindungsgemäßen Elektrolyseur angeordnet sind;
  • 2 eine Zeichnung zur Erläuterung von Trennwänden mit unregelmäßigen Oberflächen in der Verwendung in einer Elektrolyseureinheit des Elektrolyseurs der Erfindung;
  • 3 Perspektivansichten zur Erläuterung einer Ausführungsform eines Innenzirkulationsteils im Elektrolyseur der Erfindung;
  • 4 Perspektivansichten zur Erläuterung einer weiteren Ausführungsform des Innenzirkulationsteils im Elektrolyseur der Erfindung;
  • 5 Perspektivansichten zur Erläuterung einer weiteren Ausführungsform des Innenzirkulationsteils im Elektrolyseur der Erfindung;
  • 6 eine schematische Zeichnung zur Erläuterung eines Verfahrens, um Elektrolytlösung durch externe Zirkulation der Elektrolytlösung zirkulieren zu lassen; und
  • 7 eine schematische Zeichnung zur Erläuterung eines Zirkulationsverfahrens unter Nutzung der durch Elektrolyse bewirkten relativen Dichtedifferenz der Elektrolytlösung.
  • 1 ist eine Zeichnung einer Elektrolyseureinheit eines Elektrolyseurs der Erfindung. Sie ist eine teilweise weggeschnittene Ansicht im Blick von der Anodenseite und zeigt einen Teil von Elektroden und eines Elektrodenkammerrahmens.
  • Als Trennwand 2 auf der Anodenseite einer Elektrolyseureinheit 1 ist ein Dünnblech, das aus einem Material hergestellt ist, das aus dünnfilmbildenden Materialien ausgewählt ist, z. B. Titan, Zirconium, Tantal usw. oder Legierungen dieser Metalle, in Form einer Mulde geformt, diese greift in eine Trennwand (nicht gezeigt) auf der Kathodenseite ein, die durch das gleiche Formverfahren geformt ist, und beide sind an einem Elektrolyseurrahmen 3 angeordnet. Auf beiden Trennwänden in einer Elektrodenkammer 4 sind konkave und konvexe Abschnitte gebildet, die ineinandergreifen, ein konkaver Abschnitt 5 und ein konvexer Abschnitt 6 sind an der Trennwand auf der Anodenseite eingebaut, und ein nutenartiger konkaver Abschnitt sowie ein konvexer Abschnitt sind außerdem an der Trennwand auf der Kathodenseite an einer solchen Position vorgesehen, daß sie in die unregelmäßigen Oberflächen auf der Anodenseite eingreifen.
  • Auf den konkaven Abschnitten der Trennwand auf der Anodenseite ist eine Anode direkt oder über einen leitenden Abstandshalter (nicht gezeigt) als Elektrode 7 durch Schweißen verbunden. Die Anode ist aus Streckmetall, einem Lochblech usw. hergestellt, das mit einer aktiven Anodenbeschichtung bedeckt ist, die Metalloxide der Platinfamilie aufweist. Auf den konvexen Abschnitten der Trennwand auf der Kathodenseite ist eine Kathode durch Schweißen oder auf anderem Weg befestigt. Sie ist aus Streckmetall, einem Lochblech usw. herge stellt, das mit einer aktiven Kathodenbeschichtung bedeckt ist, die Metall der Platinfamilie aufweist, und sie ist direkt oder über einen leitfähigen Abstandshalter verbunden.
  • Die unregelmäßigen Oberflächen sind in vier Sektoren aufgeteilt, d. h. einen ersten Sektor 11, zweiten Sektor 12, dritten Sektor 13 und vierten Sektor 14 in dieser Reihenfolge von oben. Die konkaven Abschnitte und konvexen Abschnitte in jedem Sektor sind als Tröge 15 bzw. Rippen 16 ausgebildet, die sich in senkrechter Richtung der Elektrolyseureinheit erstrecken. Benachbarte Tröge sind miteinander verbunden, und ein Flüssigkeitsübergang 17, der die benachbarten Tröge miteinander verbindet und auch die Tröge in oberen und unteren Sektoren miteinander verbindet, ist in jedem Sektor vorgesehen. Die in senkrechter Richtung in der Elektrolyseureinheit angeordneten Sektoren sind nicht auf vier Sektoren, d. h. den ersten bis vierten Sektor, beschränkt, sondern es können drei Sektoren oder fünf oder mehr Sektoren vorhanden sein.
  • Die Einleitung von Elektrolytlösung erfolgt durch einen Elektrolytlösungseinlaß 18 über ein Zufuhrrohr 19 für Elektrolytlösung, das innerhalb des Elektrolyseurrahmens 3 eingebaut ist, in den Innenraum der Elektrodenkammer 4 aus Ausblasanschlüssen 20 für Elektrolytlösung, die am unteren Abschnitt der Elektrodenkammer angeordnet sind. Die Elektrolytlösung bewegt sich entlang den Trögen der Elektrodenkammer zusammen mit Gas, das im Elektrolyseur erzeugt wird, nach oben, und sie bewegt sich ferner von den Flüssigkeitsübergängen in linke oder rechte Tröge nach oben, während sie den Strömungsdurchgang ändert. Bei ihrer Aufwärtsbewegung setzt sich das Mischen der Elektrolytlösung fort, und die Konzentration der Elektrolytlösung wird gleichmäßig.
  • Ferner ist im Elektrolyseur der Erfindung ein Innenzirkulationsteil 21 zwischen der Trennwand 2 und der Elektrode 7 vorgesehen. Im Sektor zwischen der Trennwand 2 und dem Innenzirkulationsteil 21 fließt die Elektrolytlösung, die an der Elektrode erzeugte Blasen enthält, nicht hinein. Bei Abtrennung der Blasen im oberen Abschnitt der Elektrodenkammer fließt die Elektrolytlösung nach unten, und sie wird in der Elektrodenkammer zirkuliert.
  • Auch wenn die Trennwände 2 nicht in gleicher Form von unten nach oben wie im Elektrolyseur der Erfindung gestaltet sind, kann ein Innenzirkulationsdurchgang für Elektrolytlösung von oben nach unten durch Gestaltung des Innenzirkulationsteils 21 in einer solchen Form gebildet sein, daß es den unregelmäßigen Oberflächen der Trennwand angepaßt ist.
  • Der Elektrolyseur der Erfindung weist Rippen, Tröge und Flüssigkeitsübergänge auf, um eine gleichmäßige Konzentrationsverteilung der Elektrolytlösung an der Trennwand 2 zu fördern, und das Innenzirkulationsteil für die Elektrolytlösung ist vorgesehen. In dieser Hinsicht kann gemäß 1 auch bei einem großen Elektrolyseur mit größerer Tiefe vom Einlaß für Elektrolytlösung die Elektrolytlösung vollständig innerhalb der Elektrodenkammer im Umlauf geführt werden, und die Elektrolyse läßt sich rationell erreichen.
  • 2 ist eine Zeichnung zur Erläuterung einer Trennwand mit unregelmäßigen Oberflächen in der Verwendung in einer Elektrolyseureinheit des Elektrolyseurs der Erfindung.
  • Die Elektrolytlösung fließt aus einem Trog 15a, der durch geneigte Oberflächen 22a und 22b gebildet ist, und aus einem Trog 15b, der durch eine geneigte Oberfläche 22c gebildet ist, in einen Flüssigkeitsübergang 17, diese Lösungsströme vereinigen sich am Flüssigkeitsübergang 17, wonach sie durch einen Trog 15c fließen, der durch geneigte Oberflächen 22d und 22e des nächsten Sektors gebildet ist. Dadurch vereinigen sich die aus den benachbarten Trögen kommenden Ströme der Elektrolytlösung am Flüssigkeitsübergang, die Lösungen werden miteinander gemischt, und die Konzentration wird gleichmäßig verteilt.
  • 3 zeigt Perspektivansichten zur Erläuterung einer Ausführungsform eines Innenzirkulationsteils im Elektrolyseur der Erfindung.
  • 3(A) zeigt teilweise weggeschnittene Ansichten von Elektroden und Trennwänden in unterschiedlichen Sektoren oben und unten. 3(B) zeigt ein Innenzirkulationsteil in Form einer Dreikantstange.
  • Die Trennwand 2 ist so gestaltet, daß Tröge und Rippen um ein halbes Rastermaß von einem Sektor zum anderen abwei chen. Das dreikantstangenartige Innenzirkulationsteil 21a berührt mit zwei Oberflächen abwechselnd die geneigten Oberflächen 22f und 22g (in unterschiedlichen Richtungen geneigt) der Trennwand. Auch wenn die Tröge nicht auf einer Geraden wie im Elektrolyseur der Erfindung ausgerichtet sind, kann daher das dreikantstangenartige Innenzirkulationsteil angeordnet sein. Außerhalb des Innenzirkulationsteils wird eine aufsteigende Strömung durch den Durchfluß der Elektrolytlösung, die vom unteren Abschnitt des Elektrolyseurs kommt, und auch durch Blasen erzeugt, die durch Elektrolyse produziert werden. Anschließend wird eine absteigende Strömung der Elektrolytlösung in einem Innendurchgang 23a für Elektrolytlösung des Innenzirkulationsteils erzeugt, und die Elektrolytlösung zirkuliert.
  • Im Elektrolyseur der Erfindung kann die Elektrode 7 direkt an den Rippen der Trennwand 2 befestigt sein, während sie so gestaltet sein kann, daß ein leitender Abstandshalter 8, hergestellt aus einer Metallstange, an der Rippe befestigt und die Elektrode mit dem leitenden Abstandshalter durch Schweißen verbunden ist. Dabei ist der verbundene Abschnitt der Elektrode auch an einer Position auf der Trennwand vorhanden, d. h. auf einer Projektionsebene von den Trögen, was es ermöglicht, für bessere Verteilung des elektrischen Stroms an der Elektrode und bessere Bedingungen zur Wahrung der Elektrodenform zu sorgen. Zudem bildet der leitende Abstandshalter einen Spalt zwischen der Elektrode und dem Innenzirkulationsteil, was hilft, bessere Bedingungen zu schaffen, um den Zirkulationsdurchgang der Elektrolytlösung zu bilden.
  • 4 zeigt Perspektivansichten zur Erläuterung einer Ausführungsform des Innenzirkulationsteils, das im Elektrolyseur der Erfindung anzuordnen ist.
  • 4(A) ist eine teilweise weggeschnittene Ansicht der Elektrode und der Trennwand, wobei sie die Trennwände in einem oberen und unteren Sektor und ein Innenzirkulationsteil 21b zeigt. Im oberen Sektor ist ein Querende in einem Längsabschnitt des Innenzirkulationsteils 21b mit einer Rippe 16 in Kontakt gebracht. Am Querende, das nicht mit der Rippe in Kontakt steht, ist ein Querabschnitt gebildet, und ein Innen zirkulationsdurchgang 23b für Elektrolytlösung ist durch eine geneigte Fläche 22h des Trogs der Trennwand 2 und den Querabschnitt 25a gebildet. Dies zeigt, daß eine Rippe an einer Verlängerung des Trogs des oberen Sektors gebildet ist. Im unteren Sektor ist ein Innenzirkulationsdurchgang 23b für Elektrolytlösung durch eine geneigte Oberfläche 22i der Trennwand und einen Querabschnitt 25d des Innenzirkulationsteils 21b gebildet.
  • 4(B) ist eine Perspektivansicht zur Erläuterung des Innenzirkulationsteils 21b. Von einem Querende, das entgegengesetzt zum Querende ist, das in Kontakt mit der Rippe der Trennwand im Längsabschnitt steht, wenn die Trennwand in der Elektrodenkammer eingebaut ist, erstrecken sich Querabschnitte 25a, 25b, 25c und 25d von einem Längsabschnitt 24a abwechselnd in einer ersten Richtung und in einer weiteren Richtung senkrecht zur ersten Richtung, und ein Innenzirkulationsdurchgang ist durch den Längsabschnitt 24a, die Querabschnitte und die geneigte Oberfläche der Trennwand gebildet.
  • 5 zeigt Perspektivansichten zur Erläuterung einer weiteren Ausführungsform des Innenzirkulationsteils, das im Elektrolyseur der Erfindung einzubauen ist.
  • 5(A) ist eine teilweise weggeschnittene Ansicht der Elektrode und der Trennwand und zeigt geneigte Oberflächen der Trennwand sowie das Innenzirkulationsteil. Ein Innenzirkulationsdurchgang 23d ist durch geneigte Oberflächen 22j und 22k eines Trogs der Trennwand 2 und durch einen ebenen Abschnitt 24b eines Innenzirkulationsteils 21c gebildet.
  • An einer Verlängerung des Trogs, der durch die geneigten Oberflächen 22j und 22k gebildet ist, ist eine Rippe positioniert, die darstellungsgemäß durch geneigte Oberflächen 22m und 22n gebildet ist. Ein Innenzirkulationsdurchgang 23e für Elektrolytlösung ist durch die geneigte Oberfläche 22m und einen Querabschnitt 25g des Innenzirkulationsteils 21c gebildet. Außerdem ist ein Innenzirkulationsdurchgang 23f für Elektrolytlösung durch die geneigte Oberfläche 22n und einen Querabschnitt 25h des Innenzirkulationsteils 21c gebildet. Die Innenzirkulationsdurchgänge 23e und 23f für Elektrolytlösung kommunizieren mit dem im oberen Sektor gebildeten Innen zirkulationsdurchgang 23d für Elektrolytlösung, und dies bildet einen Zirkulationsdurchgang, in dem sich die absteigende Strömung der Elektrolytlösung nach unten bewegt.
  • 5(B) ist eine Perspektivansicht zur Erläuterung des Innenzirkulationsteils 21c. Am Innenzirkulationsteil 21c erstrecken sich Querabschnitte 25e, 25f, 25g und 25h abwechselnd in unterschiedlichen Richtungen, d. h. in einer ersten Richtung und in einer anderen Richtung senkrecht zur ersten Richtung, vom Längsabschnitt 24b, der zur Elektrodenoberfläche weist, wenn er in der Elektrodenkammer eingebaut ist. Ein Innenzirkulationsdurchgang ist durch die Trennwand und den Längsabschnitt 24b sowie die Querabschnitte 25e, 25f, 25g und 25h des Innenzirkulationsteils 21c gebildet. Durch Bildung eines Verbindungslochs 26, um einen leitenden Abstandshalter mit der Rippe zu verbinden, läßt sich außerdem der Widerstand der leitenden Verbindung zwischen dem leitenden Abstandshalter und der Trennwand reduzieren.
  • Im Elektrolyseur der Erfindung ist das Innenzirkulationsteil nicht mit dem Ziel der Wahrung der Festigkeit des Elektrolyseurs oder der Zufuhr von elektrischem Strom gestaltet, und es kann mit Hilfe von Materialien, die durch Metalldünnblech der gleichen Art wie das in der Trennwand verwendete Material gebildet sind, durch Schweißen oder auf anderem Weg hergestellt sein. Zum Beispiel kann auf der Anodenkammerseite Titandünnblech mit 0,5 bis 0,3 mm Dicke verwendet werden. Auf der Kathodenkammerseite kann Nickeldünnblech mit 0,5 bis 0,3 mm Dicke verwendet werden.
  • Zum Anordnen des Innenzirkulationsteils wird es durch Schweißen oder auf anderem Weg auf der Trennwand angeordnet, bevor die Elektrode angeordnet wird. Das dreikantstangenartige Innenzirkulationsteil gemäß 3 kann in einem Raum angeordnet werden, nachdem die Elektrode angeordnet wurde.
  • Das Material zur Bildung des Innenzirkulationsteils ist nicht auf Material mit ebener Form begrenzt, und es kann ein Teil mit einer gekrümmten Oberfläche sein, soweit es einen Raum zwischen den unregelmäßigen geneigten Oberflächen der Trennwand in der Elektrodenkammer und ihm selbst bilden kann.
  • Die Anzahl der anzuordnenden Innenzirkulationsteile und die Anordnungsposition kann je nach Größe des Elektrolyseurs beliebig festgelegt sein. Im Hinblick auf die Struktur des Innenzirkulationsteils können eine Art oder mehrere Arten der Teile gemäß 3 bis 5 angeordnet sein.
  • Gemäß dem Elektrolyseur der Erfindung kann Elektrolytlösung vom unteren Abschnitt des Elektrodenkammerrahmens gleichmäßig zugeführt werden. Durch die unregelmäßigen Oberflächen auf der Trennwand ist es möglich, die Elektrolytlösung zufriedenstellender zirkulieren zu lassen. Da das Innenzirkulationsteil so gestaltet ist, daß es den unregelmäßigen Oberflächen entspricht, kann die Elektrolytlösung innerhalb der Elektrodenkammer zufriedenstellender im Umlauf geführt werden, was zu gleichmäßiger Konzentrations- und Temperaturverteilung der Elektrolytlösung führt.
  • Da die Zirkulation der Elektrolytlösung in der Elektrodenkammer verbessert sein kann, läßt sich ungleichmäßige Konzentrations- und Temperaturverteilung der Elektrolytlösung in der Elektrodenkammer vermeiden, was ermöglicht, für höheren Spannungs- und Stromwirkungsgrad zu sorgen und eine längere Lebensdauer der Ionenaustauschmembran zu gewährleisten.

Claims (4)

  1. Elektrolyseur mit senkrechten Elektrolyseureinheiten (1) mit unregelmäßigen Oberflächen, die auf Trennwänden (2) auf der Anodenseite und auf Trennwänden auf der Kathodenseite gebildet sind, wobei die unregelmäßigen Oberflächen einander überlappen und integriert sind, und Elektrodenblechen (7), die mit konvexen Abschnitten (6) der Trennwände verbunden sind, wodurch die unregelmäßigen Oberflächen als Tröge (15, 15a, 15b, 15c) und Rippen (16) gebildet sind, die sich in senkrechter Richtung der Elektrolyseureinheiten erstrecken, die unregelmäßigen Oberflächen in mehrere Sektoren (11, 12, 13, 14) in Höhenrichtung aufgeteilt sind, sich der Trog in jedem Sektor auf derselben Geraden wie die Rippe eines weiteren Sektors erstreckt, ein Flüssigkeitsübergang (17) vorgesehen ist, um benachbarte Tröge im selben Sektor im Verbindungsabschnitt (15c) des benachbarten Sektors zu verbinden und um die Tröge in benachbarten Sektoren zu verbinden, und ein Innenzirkulationsteil (21b, 21c) zwischen der Trennwand und der Elektrodenoberfläche vorgesehen ist, wobei geneigte Oberflächen (22) des Trogs auf der Trennwand oder ein Teil (21a) parallel zur geneigten Oberfläche (22f, 22g) des Trogs der Trennwand als Aufteilungswände verwendet werden, wodurch ein Innenzirkulationsdurchgang (23a) gebildet ist, in dem Elektrolytlösung herabfließt.
  2. Elektrolyseur nach Anspruch 1, wobei das Innenzirkulationsteil (21a) durch ein dreikantstangenartiges Teil mit einer Oberfläche in Kontakt mit einer geneigten Oberfläche (22f, 22g) des Trogs in jedem Sektor gebildet ist.
  3. Elektrolyseur nach Anspruch 1, wobei der Innenzirkulationsdurchgang (23b) durch eine geneigte Oberfläche (22h, 22i) eines Trogs in jedem Sektor und durch ein Innenzirkulationsteil (21b) gebildet ist, ein Querende (25a, 25c) des Innenzirkulationsteils, das sich in Längsrichtung der Elektrodenkammer erstreckt, in Kontakt mit einer Rippe (16) auf der Trennwand steht, und ein Querabschnitt (25b, 25d) in Kontakt mit der Trennwand, der sich in Richtung der Trennwand erstreckt und den Trog und den Flüssigkeitsübergang bildet, an einem Querende eines Längsteils (24a) entgegengesetzt zum Abschnitt vorgesehen ist, der mit der Rippe der Trennwand in Kontakt steht.
  4. Elektrolyseur nach Anspruch 1, wobei der Innenzirkulationsdurchgang (23d, 23e, 23f) durch eine geneigte Oberfläche (22j, 22k, 22m, 22n) eines Trogs in jedem Sektor und durch ein Innenzirkulationsteil (21c) gebildet ist, das Innenzirkulationsteil ein Längsteil, das sich in Längsrichtung der Elektrodenkammer erstreckt, und ein Querteil (25e, 25f, 25g, 25h) aufweist, das sich von einem Querende des Längsteils erstreckt und den Trog sowie den Flüssigkeitsübergang bildet, und in einem Sektor, der benachbart zu einem Sektor ist, in dem die gesamte Oberfläche des Trogs mit dem Längsteil abgedeckt ist, der Mittelabschnitt (24b) des Längsteils auf einer Rippe der Trennwand in einem zweiten Sektor benachbart zu einem ersten Sektor positioniert ist und zwei Querabschnitte (25g, 25h) vorgesehen sind, die sich vom Querende des Längsteils zur Trennwand erstrecken und in Kontakt mit der Trennwand stehen.
DE69921735T 1998-05-11 1999-05-10 Elektrolysevorrichtung mit Ionenaustauschermembran Expired - Lifetime DE69921735T2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP12756698 1998-05-11
JP12756698A JP4007565B2 (ja) 1998-05-11 1998-05-11 イオン交換膜電解槽

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE69921735D1 DE69921735D1 (de) 2004-12-16
DE69921735T2 true DE69921735T2 (de) 2005-03-31

Family

ID=14963219

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE69921735T Expired - Lifetime DE69921735T2 (de) 1998-05-11 1999-05-10 Elektrolysevorrichtung mit Ionenaustauschermembran

Country Status (6)

Country Link
US (1) US6200435B1 (de)
EP (1) EP0960960B1 (de)
JP (1) JP4007565B2 (de)
KR (1) KR100533516B1 (de)
CN (1) CN1130475C (de)
DE (1) DE69921735T2 (de)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19850071A1 (de) * 1998-10-30 2000-05-04 Bayer Ag Membran-Elektrolysezelle mit aktiver Gas-/Flüssigkeitstrennung
NO20030763L (no) * 2002-02-20 2003-08-21 Chlorine Eng Corp Ltd Ionebyttemembranelektrolysator
JP5854788B2 (ja) * 2011-11-24 2016-02-09 東ソー株式会社 ゼロギャップ電解槽及びその製造方法
JP6026221B2 (ja) * 2012-10-23 2016-11-16 デノラ・ペルメレック株式会社 プロジェクション溶接方法、およびイオン交換膜電解槽の製造方法
KR102169500B1 (ko) * 2017-09-01 2020-10-23 주식회사 엘지화학 전해조
DE102017217361A1 (de) 2017-09-29 2019-04-04 Thyssenkrupp Uhde Chlorine Engineers Gmbh Elektrolysevorrichtung
KR102388651B1 (ko) * 2018-01-09 2022-04-19 주식회사 엘지화학 전해조
EP4053307A1 (de) * 2021-03-01 2022-09-07 thyssenkrupp nucera AG & Co. KGaA Elektrolysezelle, elektrolysevorrichtung zur chloralkalielektrolyse und verwendung einer elektrolysezelle zur chloralkalielektrolyse

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT1200403B (it) * 1985-03-07 1989-01-18 Oronzio De Nora Impianti Celle elettrolitiche mono e bipolari e relative strutture elettrodiche
BE1004364A3 (fr) * 1989-08-11 1992-11-10 Solvay Chassis pour electrolyseur du type filtre-presse et electrolyseur monopolaire du type filtre-presse.
DE69213362T2 (de) * 1991-06-26 1997-02-13 Chlorine Eng Corp Ltd Elektrolyseur und Herstellung davon
SE9203514L (sv) 1992-11-23 1994-05-24 Permascand Ab Cell
US6214181B1 (en) 1997-06-03 2001-04-10 De Nora S.P.A. Ion exchange membrane bipolar electrolyzer

Also Published As

Publication number Publication date
CN1130475C (zh) 2003-12-10
EP0960960A1 (de) 1999-12-01
EP0960960B1 (de) 2004-11-10
JPH11323584A (ja) 1999-11-26
KR19990088136A (ko) 1999-12-27
CN1235209A (zh) 1999-11-17
US6200435B1 (en) 2001-03-13
KR100533516B1 (ko) 2005-12-06
DE69921735D1 (de) 2004-12-16
JP4007565B2 (ja) 2007-11-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2809332C2 (de) Monopolare Elektrolysezelle in Filterpressenbauweise
EP0717130B1 (de) Druckkompensierte elektrochemische Zelle
EP0268738B1 (de) Elektrolysezelle zur elektrolytischen Abscheidung von Metallen
DE69803570T2 (de) Bipolare elektrolyseur mit ionenaustauscher membran
DE2629506A1 (de) Elektrolysezelle fuer die herstellung von alkalimetallhydroxiden und halogenen
DE2809333C2 (de) Monopolare Elektrolysezelle in Filterpressenbauweise
DD154831A5 (de) Verfahren und vorrichtung zur elektrolyse
DE2856882C2 (de)
DE2435185B2 (de) Elektrolysezelle
DE69220526T2 (de) Bipolare filterpressenartige Elektrolysezelle
DE19715429A1 (de) Elektrochemische Halbzelle
DE69921735T2 (de) Elektrolysevorrichtung mit Ionenaustauschermembran
DE69007205T2 (de) Rahmen für Elektrolyseur der Filterpressenbauart und monopolarer Elektrolyseur der Filterpressenbauart.
DE2303589A1 (de) Elektrolytische zellenanordnungen und chemische herstellungsverfahren
DE69618257T2 (de) Elektrodialysator mit Endkasten und seine Verwendung
DE2923818C2 (de)
DE69405047T2 (de) Elektrolyseur
CH647266A5 (de) Elektrolyse-zelle vom filterpressentyp.
DE2828892C2 (de) Monopolare Elektrolysezelle
DE69213362T2 (de) Elektrolyseur und Herstellung davon
DE2538000B2 (de) Bipolare Elektrodenkonstruktion für eine membranlose Elektrolysezelle
DE2828621C2 (de)
DE2125941C3 (de) Bipolare Einheit und damit aufgebaute elektrolytische Zelle
DE2022696A1 (de) Elektrolysezelle zur Herstellung von Adiponitril
DE1467075B2 (de) Anode zur elektrolytischen Herstellung von Chlor

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition