EP0333281A1

EP0333281A1 - Membranelektrolysevorrichtung

Info

Publication number: EP0333281A1
Application number: EP89200629A
Authority: EP
Inventors: Karl Lohrberg
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1988-03-15
Filing date: 1989-03-11
Publication date: 1989-09-20
Also published as: DE3808495C2; DE3808495A1; BR8901193A; US4936972A; JPH0238589A

Abstract

Die Membranelektrolysevorrichtung weist Teile aus einer Diaphragma-Elektrolyse auf. Die Anoden der Membranelektrolysevorrichtung enthalten in einem Rahmen (1) 1 bis 3 Anoden aus einer Diaphragma-Elektrolysevorrichtung. Jede Anode besitzt elektrochemisch aktive Anodenflächen mit Gitterstruktur und einen zwischen den Anodenflächen angeordneten Stromleiter (5). Der Stromleiter (5) ist mit dem Rahmen verbunden. Vorzugsweise sind die Stromleiter der Anoden durch den Rahmen hindurchgeführt und mit einer stromführenden Schiene oder Platte (7) verbunden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Membranelektrolysevorrichtung zum Erzeugen von Wasserstoff, Chlor und Alkalihydroxid aus einer Alkalichloridlösung, mit einer semipermeablen Membran mit Kationenaustauscheigenschaften zwischen jeder Anode und Kathode, wobei die Membranelektrolysevorrichtung Teile aus einer Diaphragma-Elektrolysevorrichtung aufweist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellungskosten für eine Membranelektrolysevorrichtung dadurch wesentlich zu verringern, daß Teile einer Diaphragma-Elektrolysevorrichtung, die auch gebraucht sein können, mitverwendet werden. Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, daß die Anoden der Membranelektrolysevorrichtung einen Rahmen aufweisen, in welchem 1 bis 3 Anoden aus einer Diaphragma-Elektrolysevorrichtung befestigt sind, wobei jede Anode elektrochemisch aktive Anodenflächen mit Gitterstruktur und einen zwischen den Anodenflächen angeordneten Stromleiter aufweist und der Stromleiter mit dem Rahmen verbunden ist.
Die im Rahmen befestigten Anoden können bereits in einer Diaphragma-Elektrolyse verwendet worden sein oder sie wurden ursprünglich für diesen Zweck hergestellt und auf Vorrat gehalten.
Die Anoden der Diaphragma-Elektrolyse besitzen Anodenflächen mit Gitterstruktur, wobei z.B. Streckmetall verwendet wird. Bei ihrer Herstellung werden teure Metalle wie etwa Titan verwendet. Wenn Elektrolysevorrichtungen auf das moderne und viel leistungsfähigere Membranverfahren umgestellt werden, ist es für die Kosten von wesentlicher Bedeutung, vorhandene Anoden der Diaphragma-Elektrolyse weiterbenutzen zu können. Dadurch können die Herstellungskosten der Membranelektrolysevorrichtung um 20 bis 30 % gesenkt werden.
Ausgestaltungsmöglichkeiten der Membranelektrolysevorrichtung werden mit Hilfe der Zeichnung erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Anode in Ansicht,
Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie II-II in Fig. 1,
Fig. 3 eine abgewandelte Anode einer Diaphragma-Elektrolyse im Querschnitt,
Fig. 4 die Ansicht einer Kathode in verkleinerter Darstellung und
Fig. 5 eine Anode mit feinmaschigem, elektrochemisch inaktivem Netz im Querschnitt.

Die für die Membranelektrolyse bestimmte Anode der Fig. 1 und 2 weist einen Rahmen (1) z.B. aus Titan, auf, in welchem zwei Anoden (2) und (3) befestigt sind, die für eine Diaphragma-Elektrolyse bestimmt waren oder bereits in einer solchen verwendet wurden. Die Anoden (2) und (3) besitzen elektrochemisch aktive Anodenflächen (2a, 2b) und (3a, 3b) mit Gitterstruktur. Die vordere Anodenfläche (3b) ist in Fig. 1 weggelassen, um den Innenbereich der Anode (3) besser darstellen zu können.
Zwischen den Anodenflächen einer jeden Anode verläuft ein Stromleiter (5), der zumeist aus Kupfer hergestellt ist. Das untere Ende des Stromleiters (5) ist durch den Rahmen hindurchgeführt, so daß sein freies Ende (5a) mit einer stromführenden Platte (7) verbunden werden kann.
Die zu elektrolysierende Alkalichlorid-Sole wird durch ein Röhrchen (10), das durch den Rahmen hindurchgeführt ist, in die jeweilige Zelle geleitet, Anolyt und Chlor zieht man durch die Leitung (11) ab. Wenn man im Innenraum der Anode einen gasfreien Raum erzeugen will, kann man zwischen die Anodenflächen ein Metallrohr (12) einsetzen. Es sorgt dafür, daß die Flüssigkeit in ihm ungehindert abwärts strömen kann, während Gasblasen außerhalb des Rohres (12) und insbesondere vor den Anodenflächen aufwärts strömen. Es entsteht dadurch eine erwünschte Zirkulation des Elektrolyten, wodurch einer Verarmung des Elektrolyten an NaCl in der Nähe der Membran vorgebeugt wird.
In Fig. 3 ist im Querschnitt eine abgewandelte Diaphragma-Anode (15) etwas vergrößert dargestellt, die ebenfalls in den Rahmen (11) eingebaut werden kann. Ihre Anodenflächen (15a) und (15b) liegen am Stromleiter (16) nicht an, sie erhalten den Strom durch Stromverteilungsbleche (17, 18, 19), die mit dem Stromleiter (16) verbunden sind. Hierbei bildet das Stromverteilungsblech (19), welches zusammen mit dem Stromleiter (16) einen geschlossenen Querschnitt aufweist, einen zum Stromleiter (16) achsparallelen Hohlkörper oder Kanal (20) aus. Dieser Kanal (20) begünstigt ebenso wie das Metallrohr (12) der Fig. 1 die abwärts gerichtete Strömung des Elektrolyten zwischen den Anodenflächen (15a) und (15b) und damit die Elektrolyt-Zirkulation mit den erwähnten Vorteilen.
Die beschriebenen Anoden für die Membranelektrolyse bilden zusammen mit passend gestalteten Kathoden in der Aufeinanderfolge von Anode - Membran - Kathode - Membran - Anode - usw. eine Elektrolysevorrichtung vom Filterpressentyp. Die Kathode kann hier beliebig und vor allem plattenförmig ausgestaltet sein. Ein Beispiel für eine Kathode ist in Fig. 4 dargestellt. Hierbei sind in einem Rahmen (21) horizontale Platten (22) befestigt, zwischen denen Spalte (23) zur Gasabführung bestehen. Eine seitliche Zunge (25) dient dem Stromanschluß, durch die Leitung (26) wird Alkalichlorid-Sole zugeführt und durch die Leitung (27) zieht man Katholyt und Wasserstoff ab. Einzelheiten der an sich bekannten Kathode sind im US-Patent 4 474 612 beschrieben.
In Fig. 5 ist in einer Darstellung entsprechend Fig. 2 die Anordnung eines elektrochemisch inaktiven Netzes (29) vor den Anoden (2) und (3) gezeigt. Das Netz kann z.B. aus Titan bestehen und ist nicht aktivierend beschichtet. Eine Aktivierungsbeschichtung, z.B. mit Rhuteniumoxid, findet sich aber auf den Anoden (2) und (3). Das Netz ist am Rahmen (1) befestigt, es dient der Abstützung der Membran und überbrückt Spalte, Ecken und spitze Kanten auf der Oberseite der Anoden (2, 3). Ein Netz (29) kann auf beiden Außenseiten der Anode angeordnet sein.

Claims

1. Membranelektrolysevorrichtung zum Erzeugen von Wasserstoff, Chlor und Alkalihydroxid aus einer Alkalichloridlösung, mit einer semipermeablen Membran mit Kationenaustauscheigenschaften zwischen jeder Anode und Kathode, wobei die Membranelektrolysevorrichtung Teile aus einer Diaphragma-Elektrolysevorrichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Anoden der Membranelektrolysevorrichtung einen Rahmen aufweisen, in welchem 1 bis 3 Anoden aus einer Diaphragma-Elektrolysevorrichtung befestigt sind, wobei jede Anode elektrochemisch aktive Anodenflächen mit Gitterstruktur und einen zwischen den Anodenflächen angeordneten Stromleiter aufweist und der Stromleiter mit dem Rahmen verbunden ist.

2. Membranelektrolysevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromleiter der Anoden durch den Rahmen hindurchgeführt und mit einer stromführenden Schiene oder Platte verbunden sind.

3. Membranelektrolysevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Anodenflächen einer Anode ein zum Stromleiter achsparalleles Metallrohr angeordnet ist.

4. Membranelektrolysevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Stromleiter verbundene Stromverteilungsbleche zum Metallrohr oder zu einem Metallhohlkörper ausgeformt sind.

5. Membranelektrolysevorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Anodenflächen ein feinmaschiges, elektrochemisch inaktives Netz angeordnet ist.