EP0697473A1 - Elektrolysezelle mit Verzehranoden - Google Patents

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Publication number
EP0697473A1
EP0697473A1 EP95112394A EP95112394A EP0697473A1 EP 0697473 A1 EP0697473 A1 EP 0697473A1 EP 95112394 A EP95112394 A EP 95112394A EP 95112394 A EP95112394 A EP 95112394A EP 0697473 A1 EP0697473 A1 EP 0697473A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrodes
electrolyte
stacked
channel
electrode
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.)
Withdrawn
Application number
EP95112394A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Dr. Karcher
Hans Dr. Millauer
Manfred Wildt
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.)
Hoechst AG
Original Assignee
Hoechst AG
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 Hoechst AG filed Critical Hoechst AG
Publication of EP0697473A1 publication Critical patent/EP0697473A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C25B11/02—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/30—Cells comprising movable electrodes, e.g. rotary electrodes; Assemblies of constructional parts thereof

Definitions

  • the invention relates to an electrolytic cell with consumption anodes, which is provided with a feed line and a discharge line for electrolyte.
  • the anode process consists in the targeted dissolution of the metallic anode.
  • this measure produces the cations required to compensate for the anionic electrolysis products produced.
  • the use of the consumable anode avoids the anodic generation of protons, which would interfere with the desired cathodic synthesis process in the cases mentioned.
  • a flow-through electrolysis cell for the production of organic or organometallic compounds with a pair of electrodes is known.
  • One of the two electrodes is a consumable anode, which consists of a solid cylindrical metal block with a conically tapered end. This slides to the extent that the metal is consumed under the effect of its own weight in a hollow cone connected as a cathode and having the same geometric dimensions as the anode cone.
  • the hollow cone mentioned at the same time forms part of the outer cell wall.
  • a disadvantage of this construction is that the electrode area cannot be increased indefinitely without simultaneously increasing the reactor volume disproportionately. The provision of a larger electrode area therefore requires the installation of a larger number of cells.
  • an electrolysis cell of the type mentioned at the outset in which electrodes are stacked separately from one another by spacers which form an electrode gap, the stack being provided with a guide device in which the individual electrodes are slidably arranged, the individual ones Electrodes have openings which, in the case of stacked electrodes, form a channel for feeding the electrolyte into the electrode gap, one end of the channel being connected to the supply line for electrolyte and the other end being closed.
  • the electrodes can consist of composite electrodes in which the cathode and consumable anode are each connected to one another in an electrically conductive manner.
  • the composite electrodes are stacked and separated from one another by spacers.
  • the guiding device can comprise the electrode stack.
  • the individual electrodes can each have a central opening and the openings in the case of stacked electrodes form a central channel.
  • a tube can be arranged in the channel as a guide device and is provided with openings through which the electrolyte is supplied to the electrode gaps.
  • the cathodes can be made of steel, stainless steel, nickel, lead, zinc, iron, gold, platinum, copper, tin, cadmium, graphite, vitreous carbon or a composite of metal or graphite and plastic.
  • the consumable anodes can consist of a reducing metal, in particular magnesium, aluminum or zinc.
  • the main advantage of the invention is the fact that the ratio of electrode area to reactor volume is retained despite the consumption of the anodes. Furthermore, the cell can be easily adapted to the operating requirements.
  • cathodes 4 and consumable anodes 5 are alternately arranged in the housing 1 of the electrolytic cell, which is provided with a feed line 2 and a discharge line 3 for electrolyte.
  • the cathodes 4 and anodes 5 are separated from one another by a spacer 6, by means of which the electrode gap 7 is formed between the electrodes 4, 5.
  • the electrode stack is with one Provided guide device 8 in which the individual electrodes 4, 5 of circular, square or rectangular shape are slidably arranged.
  • the individual electrodes 4, 5 have openings which, when the electrodes are stacked, form a channel 9 for feeding the electrolyte into the electrode gaps 7, one end of the channel 9 being connected to the supply line 2 for electrolyte and the other end being closed.
  • the guide device 8 can consist of electrically non-conductive guide profiles, for example round rods, L, To.U. rails, which are arranged parallel to the stack axis and are firmly connected to the housing. These guide profiles can penetrate or include the stack.
  • the individual electrodes 4, 5 each have a central opening, which in the case of stacked electrodes forms a central channel 9 in which a tube 10 is arranged as a guide device 8 and at the same time as a feed line 2.
  • the tube 10 is provided with openings 11, e.g. provided with slots 11 running parallel to the axis, through which the electrolyte is supplied to the electrode gaps 7.
  • the spacer 6 consisting of plastic expediently has a network structure so that the electrolyte is distributed uniformly in the electrode gaps 7.
  • the electrode stack 4, 5 can be provided with a sealing collar 12 surrounding the tube 10 and a weight 13.
  • the sealing sleeve 12 is intended to prevent the direct leakage of the electrolyte into the housing 1 and the weight 13 to support the tracking of the electrodes 4, 5.
  • the electrodes 4, 5 can be provided with flexible connecting lines 14, 15.

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Abstract

Bei der Elektrolysezelle mit Verzehranoden, die mit einer Zuleitung und einer Ableitung für Elektrolyt versehen ist, sind in einem Gehäuse (1) Elektroden (4,5) durch Abstandhalter (6), die einen Elektrodenspalt (7) bilden, voneinander getrennt gestapelt. Der Stapel ist mit einer Führungsvorrichtung (8) versehen, in der die einzelnen Elektroden (4,5) gleitend angeordnet sind. Die einzelnen Elektroden (4,5) weisen Durchbrüche auf, die bei gestapelten Elektroden (4,5) einen Kanal (9) zum Zuführen des Elektrolyten in der Elektrodenspalte (7) bilden, wobei ein Ende des Kanals (9) mit der Zuleitung (2) für Elektrolyt verbunden und sein anderes Ende verschlossen ist. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Elektrolysezelle mit Verzehranoden, die mit einer Zuleitung und einer Ableitung für Elektrolyt versehen ist.
  • Es ist bekannt, bei bestimmten elektrochemischen Verfahren, beispielsweise zur Herstellung von aromatischen Aldehyden durch reduktive Carbonylierung von Aryl- oder Benzylhalogeniden oder zur Herstellung von aromatischen Carbonsäuren durch reduktive Carboxylierung von Aryl- oder Benzylhalogeniden sowie ferner zur Herstellung von aromatischen α-Hydroxycarbonsäuren durch reduktive Carboxylierung von Aryl-Alkylketonen sogenannte Verzehranoden (Opferanoden) zu verwenden. Weiter sind elektrochemische Verfahren zur Herstellung von Sulfinsäuren, Silanen oder tertiären Phosphinen bekannt, bei denen man ebenfalls Verzehranoden verwendet.
  • Das bedeutet, daß bei den genannten Verfahren, als ein Teil des elektrochemischen Gesamtprozesses, der Anodenprozeß in der gezielten Auflösung der metallischen Anode besteht. Durch diese Maßnahme erzeugt man einerseits die zur Kompensation der erzeugten anionischen Elektrolyseprodukte benötigten Kationen. Andererseits vermeidet man durch die Verwendung der Verzehranode die anodische Generierung von Protonen, die in den genannten Fällen den gewünschten kathodischen Syntheseprozeß stören würden.
  • Nach der Europäischen Patentschrift 0 283 796 ist eine Durchfluß-Elektrolysezelle vom Filterpressen-Typ mit kontinuierlich erneuerbaren Verzehranoden aus Metallpartikeln in einem beidseitig als Anode wirksamen Schüttbett bekannt. Bei Elektrolysezellen, die mehrere derartige Anodenelemente aufweisen, können die Elektroden sinnvoll nur monopolar geschaltet sein, andernfalls wäre jeweils die Hälfte der Elektroden falsch polarisiert und würden für den gewünschten Synthesezweck nicht zur Verfügung stehen. Nachteilig ist, daß bei monopolarer Schaltung die Stromzuführung mit separaten Stromanschlüssen bzw. -verteilungen für jede einzelne Anodenkammer zu erfolgen hat, was bei Schüttbett-Elektroden technisch aufwendig ist.
  • Nach der Europäischen Patentschrift 0 219 367 ist eine Durchfluß-Elektrolysezelle für die Herstellung von organischen oder metallorganischen Verbindungen mit einem Elektrodenpaar bekannt. Eine der beiden Elektroden ist eine Verzehranode, die aus einem massiven zylindrischen Metallblock mit einem kegelförmig zugespitzten Ende besteht. Dieser gleitet in dem Maß, wie das Metall verzehrt wird unter der Wirkung seines Eigengewichtes in einem als Kathode geschalteten Hohlkegel von gleichen geometrischen Abmessungen wie der Anodenkegel. Der erwähnte Hohlkegel stellt dabei gleichzeitig einen Teil der äußeren Zellwandung dar. Nachteilig bei dieser Konstruktion ist, daß die Elektrodenfläche nicht unbegrenzt vergrößert werden kann, ohne gleichzeitig das Reaktorvolumen überproportional zu erhöhen. Die Bereitstellung einer größeren Elektrodenfläche erfordert somit die Installation einer größeren Anzahl von Zellen.
  • Es stellte sich daher die Aufgabe eine für die Verwendung von Verzehranoden geeignete Elektrolysezelle mit einem möglichst hohen Verhältnis von Elektrodenfläche zu Volumen des Elektrolyseraums bereitzustellen.
  • Die Aufgabe wird durch eine Elektrolysezelle der eingangs genannten Art gelöst, bei der in einem Gehäuse Elektroden durch Abstandshalter, die einen Elektrodenspalt bilden, voneinander getrennt gestapelt sind, der Stapel mit einer Führungsvorrichtung versehen ist, in der die einzelnen Elektroden gleitend angeordnet sind, die einzelnen Elektroden Durchbrüche aufweisen, die bei gestapelten Elektroden einen Kanal zum Zuführen des Elektrolyten in die Elektrodenspalte bilden, wobei ein Ende des Kanals mit der Zuleitung für Elektrolyt verbunden und sein anderes Ende verschlossen ist.
  • Die Elektroden können aus Verbundelektroden bestehen, bei denen Kathode und Verzehranode jeweils elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Die Verbundelektroden sind gestapelt und durch Abstandshalter voneinander getrennt.
  • Die Führungsvorrichtung kann den Elektrodenstapel umfassen. Die einzelnen Elektroden können jeweils einen zentralen Durchbruch aufweisen und die Durchbrüche bei gestapelten Elektroden einen zentralen Kanal bilden. In dem Kanal kann als Führungsvorrichtung ein Rohr angeordnet sein, das mit Öffnungen versehen ist, über die der Elektrolyt den Elektrodenspalten zugeführt wird. Die Kathoden können aus Stahl, Edelstahl, Nickel, Blei, Zink, Eisen, Gold, Platin, Kupfer, Zinn, Cadmium, Graphit, glasartigem Kohlenstoff oder einem Verbundstoff aus Metall oder Graphit und Kunststoff bestehen. Die Verzehranoden können aus einem reduzierenden Metall, insbesondere aus Magnesium, Aluminium oder Zink bestehen.
  • Der wesentliche Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß das Verhältnis von Elektrodenfläche zu Reaktorvolumen trotz des Verzehrs der Anoden erhalten bleibt. Ferner läßt sich die Zelle problemlos den Betriebserfordernissen anpassen.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Beispiels und mit Bezug auf die Figuren näher erläutert. Es zeigt
    • Figur 1 die Elektrolysezelle mit bipolar geschalteten Elektroden und zentral angeordneter Führung, geschnitten und
    • Figur 2 die Elektrolysezelle mit monopolar geschalteten Elektroden und am Elektrodenumfang angeordneter Führung, geschnitten.
  • Im Gehäuse 1 der Elektrolysezelle, das mit einer Zuleitung 2 und einer Ableitung 3 für Elektrolyt versehen ist, sind abwechselnd Kathoden 4 und Verzehranoden 5 angeordnet. Kathoden 4 und Anoden 5 sind durch einen Abstandshalter 6 voneinander getrennt, durch den zwischen den Elektroden 4, 5 der Elektrodenspalt 7 gebildet wird. Der Elektrodenstapel ist mit einer Führungsvorrichtung 8 versehen, in der die einzelnen Elektroden 4, 5 von kreisförmiger, quadratischer oder rechteckiger Gestalt gleitend angeordnet sind. Die einzelnen Elektroden 4, 5 weisen Durchbrüche auf, die bei gestapelten Elektroden einen Kanal 9 zum Zuführen des Elektrolyten in die Elektrodenspalte 7 bilden, wobei ein Ende des Kanals 9 mit der Zuleitung 2 für Elektrolyt verbunden und sein anderes Ende verschlossen ist. Die Führungsvorrichtung 8 kann aus parallel zur Stapelachse angeordenten elektrisch nicht leitenden Führungsprofilen, z.B. Rundstäben, L-, T-o.U.-Schienen bestehen, die fest mit dem Gehäuse verbunden sind Diese Führungsprofile können den Stapel durchdringen oder umfassen.
  • Bei der Ausführungsform gemäß Figur 1 weisen die einzelnen Elektroden 4, 5 jeweils einen zentralen Durchbruch auf, der bei gestapelten Elektroden einen zentralen Kanal 9 bildet, in dem als Führungsvorrichtung 8 und gleichzeitig als Zuleitung 2 ein Rohr 10 angeordnet ist. Das Rohr 10 ist mit Öffnungen 11, z.B. mit parallel zur Achse verlaufenden Schlitzen 11 versehen, über die der Elektrolyt den Elektrodenspalten 7 zugeführt wird.
  • Der Abstandshalter 6 bestehend aus Kunststoff, weist zweckmäßigerweise Netzstruktur auf, damit der Elektrolyt gleichmäßig in den Elektrodenspalten 7 verteilt wird. Bei der Ausführung gemäß Figur 1 kann der Elektrodenstapel 4, 5 mit einer das Rohr 10 umgebenden Dichtmanschette 12 und einem Gewicht 13 versehen sein. Die Dichtmanschette 12 soll den direkten Auslauf des Elektrolyten in das Gehäuse 1 verhindern und das Gewicht 13 die Nachführung der Elektroden 4, 5 unterstützen. Bei monopolarer Schaltung der Elektroden können die Elektroden 4, 5 mit flexiblen Anschlußleitungen 14, 15 versehen sein.

Claims (6)

  1. Elektrolysezelle mit Verzehranoden, die mit einer Zuleitung und einer Ableitung für Elektrolyt versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Gehäuse (1) Elektroden (4, 5) durch Abstandshalter (6), die einen Elektrodenspalt (7) bilden, voneinander getrennt gestapelt sind, der Stapel mit einer Führungsvorrichtung (8) versehen ist, in der die einzelnen Elektroden (4, 5) gleitend angeordnet sind, die einzelnen Elektroden (4, 5) Durchbrüche aufweisen, die bei gestapelten Elektroden (4, 5) einen Kanal (9) zum Zuführen des Elektrolyten in die Elektrodenspalte (7) bilden, wobei ein Ende des Kanals (9) mit der Zuleitung (2) für Elektrolyt verbunden und sein anderes Ende verschlossen ist.
  2. Elektrolysezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse (1) die Elektroden (4, 5) als Verbundelektroden gestapelt sind, die jeweils aus elektrisch leitend miteinander verbundener Kathode (4) und Verzehranode (5) bestehen, wobei die Verbundelektroden durch Abstandshalter (6), die einen Elektrodenspalt (7) bilden, voneinander getrennt gestapelt sind, der Stapel mit einer Führungsvorrichtung (8) versehen ist, in der die einzelnen Elektroden (4, 5) gleitend angeordnet sind, die einzelnen Elektroden (4, 5) Durchbrüche aufweisen, die bei gestapelten Elektroden (4, 5) einen Kanal (9) zum Zuführen des Elektrolyten in die Elektrodenspalte (7) bilden, wobei ein Ende des Kanals (9) mit der Zuleitung (2) für Elektrolyt verbunden und sein anderes Ende verschlossen ist.
  3. Elektrolysezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsvorrichtung (8) den Elektrodenstapel umfaßt.
  4. Elektrolysezelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsvorrichtung (8) den Elektrodenstapel umfaßt und die einzelnen Elektroden (4, 5) jeweils einen zentralen Durchbruch aufweisen und die Durchbrüche gestapelter Elektroden (4, 5) einer zentralen Kanal 9 bilden.
  5. Elektrolysezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Elektroden (4, 5) jeweils einen zentralen Durchbruch aufweisen und die Durchbrüche bei gestapelten Elektroden (4, 5) einen zentralen Kanal (9) bilden, in dem als Führungsvorrichtung (8) ein Rohr (10) angeordnet ist, das mit Öffnungen (11) versehen ist, über die der Elektrolyt den Elektrodenspalten (7) zugeführt wird.
  6. Elektrolysezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathoden (4) aus Stahl, Edelstahl, Nickel, Blei, Zink, Eisen, Gold, Platin, Kupfer, Zinn, Cadmium, Graphit, glasartigem Kohlenstoff oder einem Verbundstoff aus Metall oder Graphit und Kunststoff bestehen, die Verzehranoden (5) aus einem reduzierenden Metall, insbesondere aus Magnesium, Aluminium oder Zink.
EP95112394A 1994-08-18 1995-08-07 Elektrolysezelle mit Verzehranoden Withdrawn EP0697473A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4429354 1994-08-18
DE4429354A DE4429354A1 (de) 1994-08-18 1994-08-18 Elektrolysezelle mit Verzehranoden

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Publication Number Publication Date
EP0697473A1 true EP0697473A1 (de) 1996-02-21

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ID=6526032

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EP (1) EP0697473A1 (de)
JP (1) JPH0860389A (de)
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DE (1) DE4429354A1 (de)

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FR2617197A1 (fr) * 1987-06-25 1988-12-30 Poudres & Explosifs Ste Nale Cellule d'electrolyse a electrodes bipolaires consommables
US4800009A (en) * 1987-04-24 1989-01-24 Aleksandar Despic Electrochemical cell with moving electrode

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JPH0860389A (ja) 1996-03-05
CA2156359A1 (en) 1996-02-19
DE4429354A1 (de) 1996-02-22

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Withdrawal date: 19960312

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Inventor name: WILDT, MANFRED

Inventor name: MILLAUER, HANS, DR.

Inventor name: KARCHER, THOMAS, DR.