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Verfahren zur elektromotorischen Verbrennung von alkalilöslichen ligninhaltigen
Stoffen in Elementen Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektromotorischen
Verbrennung von alkalilöslichen ligninhaltigen Stoffen in Elementen, wobei vorteilhaft
die beiden Elektrodenräumne durch ein Diaphragma voneinander getrennt sind. Als
Anöde wird hierbei eine solche aus Kohle, Chrom-Nickel-Stähl oder Edelmetallen-verwendet.
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Es sind bereits zweizellige Brennstoffelemente mit negativen Luft-
bzw. Sauerstoffelektroden bekannt, hei denen in alkalischer Flüssigkeit suspendierte
bzw. gelöste organische Stoffe, wie Steinkohlenpulver, Pflanzenreste u. dgl., in
den Raum unm die positive Elektrode eingebracht sind und dort langsam oxydiert werden.
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Demgegenüber besteht die Erfindung darin, daß eine alkalisch gemachte
Sulfatabläuge oder eine alkalische Lauge aus denHolzaufschlutßverfahren, also sogenannte
Schwarzlange, mit einem p@-Wert von etwa Io und höher als Anodenflüssigkeit verwendet
wird. Als Kathode dient hierbei in an sich bekannter Weise eine in einen alkalischen
Elektrolvten eintauchende Luftelektrode.
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Die Erfindung zeigt somit einen Weg zur wirtschaftlichen Verwertung
der in großer Menge aus demn Holzaufschlußverfahren vorhandenen Ablaugen. Trotz
zahlreicher Vorschläge ist eine Nutzbarmachung dieser Ablaugen bisher nicht erzielt
worden, und der bisher hauptsächlich beschriebene Weg der Verbrennung müß als wirtschaftlich
völlig unbefriedigend bezeichnet werden.
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Es war für den Fachmann unwahrscheinlich, daß an Stelle der Verwendung
wassrunlöslicher organischer Stoffe derartige Laugen zur Erzeugung elektromotorischer
Kräfte nutzbar gemacht werden können, dla es allgemein bekannt ist, däß zwischen
festen oder flüssigen nicht ionisierten Brrenstoffen einerseits und den wasserlöslichen,
zum größten Teil ionisierten Stoffen der 7_ellstoffal>lzure andererseits im elektromotorischen
Vrrlialteii
ein grundsätzlicher Unterschied besteht. Die in den
älteren Vorschlagen beabsichtigte elektronmotorische Aktivierung von hohle und Ähnlichen
Stoffen ist übrigens praktisch nicht durchführbar, weil sie b)ei normaler Temperatur
viel zu träge verläuft. Demgegenüber wird bei Verwendclung von Zellstofablaugen
gemäß der Erfindung schote bei normalen Temperaturen eine so große Oxydationsgeschwitndigkeit
erreicht, daß technisch verwertbare elektrische Energien aus demn Element entnommen
werden können.
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Gemäß der Erfindung werden als Elektroden Kohle, z. B. in Formn voll
Graphit oder Retortenkohle. sowie schwer angreifbare Metalle. wie schwer angreifbare
Chrom-Nickel-Stälhle, Platin, Silber, Gold oder auclNickel, Kupi@er, Eisen verwendet.
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Als Kathode dient eine sogenannte Luftelektrode bekannter Art, für
welche z. B. Kohle oder Platin bzw. Silber oder Eisen verwendet werden kann. Besonders
günstig wirken die sogenanuten Kissenelektroden. Als Kathodenflüssigkeit dient eine
alkalische Lösung, wie z. B. N atronlauge, Sololösung bzw. Ka1kmit1ch.
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Es ist auch möglich, im Katlioden- und Anodlenratum dieselbe Flüssigkeit
zu vcrwenden.
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Der Vollstäindiglkeit halber sei erwähnt, daß Kohleanoden oller unangreifbare
Alloden, z. B. aus Chlrom-Niclkel-Stahll, bei Brennsatoffelementen all sich bekannt
sind. Ebenso sind fElemente mit Luftelektroden bekannt, bei teeneu als Kathodenflüssigkeit
Natronlauge verwendlet wird. In all diesen Fällen handelt es sich aller nicht uni
die Nutzbarimachung von Zellstofablaugen als Energiequelle.
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Die Oxydation des in der kohlenstoffhaltigen Verbindung, z. B. der
Ligninsulfosiiäure der Sulfitablauge, enthaltenen Kohlenstoffs erfolgt unter Verwendung
einer Kohleanode verhältnismäßig langsam. Bessere Ergebnisse werden mit Elektroden
aus den obengenannten, nicht angreifbaren Metallen, wie Platin odler Chrom-Nickel-Stahl,
erzielt. Zur Verbesserung .der Stromkapazität der Zelle können folgende Maßnahmen
angewendet werden i. Der kolhlenstoffhaltigen. Löstung werden in an sich bekannter
Weise Katalysatoren zugesetzt, welche beim vorzuziehencdenArbeiten in alkalischer
Lösung selbstverständlich in alkalischem Medium wirksam und bestandig sein müssen.
Als Katalysatoren dieser Art kommen in erster Lille Salze voll Metallen mit wechselnder
Wertigkeit, z. B. chronmsaure oder vanadinsaure Salze, in Betracht. Es können auch
Cuprisalze, Sillbersalze, Talliumsalze sowie Salze und Hydroxy@e der seltenen Erden
für diesen Zweck verwendet werden. Als besonlers günstig hat sich eile Getmisch
aus Chromchromat und Permanganat (bzw. Braunstein) erwiesen.
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2. An Stelle der vorstehend erwähnten Maßnahme oder neben dieser kann
das Verhä ltnis der Elektrodenoberfläche zum Ano@lenvolumnen besonders groß gewählt
werden. Bei Kohleelektroden erfolgt dies z. B. in teer Weise, daß,) ein Graphitkorb
mit eingebettetem feinem Kohlepulver verwendet wird, während heim Arbeiten mit Metallelelktrodlen
diese in Sieb- bzw. Drahtnetzform verwendet oder erst einer Oxydation unterworfen
und nanu wieder reduziert werden.
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Bei Verwendung verschiedener Lösungen im Anoden- und Katlhodlenraumn
ist es vorteilhaft, jedolcl nicht unbedingt erforderlich, in an sieh bekannter Weise
ein Diaphragnma, z. B. in Form eines Ton- oder Pergamentdiaplhragmas, zu verwenden.
Beim Arbeiten mit einem gemeinsamen Elektrolyten wird die nutzbare Spannung gegenüber
teer Verwendung verschiedener Elektrolyte etwas herabgesetzt, was jedoch unter Umstanden
durch andere wirtschaftliche Vorteile ausgeglichen wird.
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Sulfitablauge kann im allgemeinen in der anfallenden Forn, td. h.
finit eineng Trockengehalt voll etwa Io%, verwendet werdlen. Hierbei ist es vorteilhaft,
die Anodenflüssigkeit auf eineu p@-Wert über to einzustellen. Selbstverständlich
ist die Verwendlung von Laugen mit höherem Trockenstoffgehalt nicht ausgeschlossen.
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D)a die elektromotorische Kraft dler Kette im allgemeinen I Volt nicht
überschreitet, empfielhlt sich die Hintereinanderschaltung mehrerer Aggregate, wobei
also in wirtschaftlicher Weise die für gewisse technische. Verwendungszwecke, wie
z. B. die Chlorelektrolyse, erforderlichen Spannungen erhalten werden.
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Die Kathodenflüssigkeit wird beim Arbeiten der Zelle praktisch nicht
verbraucht. In der Anodenflüssigkeit findet dagegen die Verbrennung des Kohlenstofs
unter Anreicherung von Salzen (hauptsächlich Carbonaten und bzw. oder oxalsauren
Salzen) statt, so daß während der Betriebsdauer nach gewissen Zeitriiumen eine Ergänztung
der Lauge un@ von Zeit zu Zeit eine vollständige Erneuerung zwecks Vermeidung voll
Salzausscleidtungen erforderlich ist. Es kann der Zelle auch fortlaufend vorzugsweise
auf einen p@-Wert über Io eingestellte frische Löseng wie Sulfitablaue, rtugeführt
und ein entspreclender Anteil der mehr oder weniger verbrauchten salrzlialtigrn
Laure abgezogen werden.
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Beispiel i Einer Sulfitablauge mit etwa FeststofFgrlialt weinlen to(;mviclitsliruzmt
\aUl-f
zugesetzt. Diese Lauge wird als Anodenflüssigkeit in einer
Zelle verwendet, die als Kathodenflüssigkeit 2ö%ige Natronlauge enthält. Anoden-
und Kathodenrä ume sind durch ein Totndliaplragtma getrennt. Als Kathode dient eine
Luftkissenelektrode bekannter Art. Als Anode wird ein Graphithohlzylinder mit Siebloden
verwendet, der mit Graplhitpulver ausgefüllt ist und vollständig in die Sulfitablauge
eintaucht.
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Die Kette liefert eine elektromotorische Kraft voll o,7 Volt und eine
Anfangsstromstärke voll o,6 Ampere. Die Stromkapazität beträgt etwa Io Amp/Std.
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Beispiel 2 Ein Drahtsieb aus Chrom-Nickel-Stahl voll Io :Io cm und
einer Maschenweite votn etwa Inmm wird als Atnode verwendet in einer Sulfitablauge
der in Beispiel I erwähnten Konzentrationi, die mit Kalkmilch auf einen p@t-Wert
von etwa Io eingestellt ist. Der beim Zusetzen des Kalks ausfallende geringe Niederschlag
(ligtninsulfosaurer Ka@h) wird nicht abgetrennt. Die Lauge erhält als Katalysator
auf I 1 einen Zusatz von ro ccm einer Lösung enthaltend o,2 g Käliumchromnat und
o,i n Kaliumpertmanganat. Als Kathode dient eitle Platinelektrode, welche in Io%ige
N atronlautge eintaucht.
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Die Zelle liefert eine Spanntung von etwa o,@ Volt.
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In Beispiel I hat die.Luftlkissenelektrode eine Länge von Io und eine
Breite von 5 cm. D)er als Anode verwendete Graphith orlinder hat einen Durchmesser
von 8 cm und eilte Höhe von I5 cm. In Beispiel 2 hat die Platinkathode eine Oberfläche
von 40 @cm.
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fIt Anordnung gemäß Beispiel i haben Anoden- und Kathodenraum je ein
Fazssungsvermögen voll je r l Flüssigkeit. Bei Anordnung 2 hat der Kathodenraum
ein Volument von 5oo, ccm, der Anodenrahm ein Volumen voll etwa T 1.