NL1005081C2 - Inrichting voor het uitvoeren van een elektrolyse, een hierin toepasbaar celelement, werkwijze voor het uitvoeren van een elektrolyse in een dergelijke inrichting, werkwijze voor het bereiden van chloordioxide, reactor voor het uitvoeren van een dergelijke werkwijze en een installatie voor het bereiden van chloordioxide. - Google Patents

Description

Korte aanduiding: Inrichting voor het uitvoeren van een elektrolyse, een hierin toepasbaar celelement, werkwijze voor het uitvoeren van een elektrolyse in een dergelijke inrichting, werkwijze voor het bereiden van chloordi-5 oxide, reactor voor het uitvoeren van een dergelijke werkwijze en een installatie voor het bereiden van chloordioxide.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een 10 inrichting voor het uitvoeren van een elektrolyse van een chloride waarin meerdere elektrolysecellen elektrisch in serie zijn geschakeld, welke cellen bestaan uit een celelement, een bipolaire elektrode en een diafragma, waarbij de cellen zijn omgeven door een omhuil ing met twee kopse platen, en waarbij tussen de omhulling en de buitenkant der celramen een 15 vl oei stofmantel is aangebracht, voorzien van een toevoer en een afvoer hiervoor. De onderhavige uitvinding heeft verder betrekking op een celelement toepasbaar in een dergelijke inrichting voor het uitvoeren van een elektrolyse en op een werkwijze voor het uitvoeren van een elektrolyse in een dergelijke elektrolyse-inrichting. Daarnaast heeft de onderhavige 20 uitvinding betrekking op een werkwijze voor het bereiden van chloordioxide door chloorgas in reactie te brengen met natriumchloriet, op een reactor voor het uitvoeren van een dergelijke werkwijze en een installatie voor het bereiden van chloordioxide.

Een dergelijke werkwijze voor het uitvoeren van een 25 elektrolyse is bekend uit het Europese octrooi 0 427 340. Volgens dit Europese octrooi is binnen de omhulling van de in serie geschakelde elektrolysecellen en rond het stelsel van de celramen met bipolaire elektroden en separatoren of ontgassingsbuizen een vloei stofmantel aangebracht, wel ke vloei stof bij voorkeur uit water bestaat. Een dergel i jke 30 vl oei stofmantel heeft als functie dat een eventueel lek uit de elektrolysecellen kan worden toegestaan omdat dan de eventueel weglekkende vloeistof wordt opgenomen in de watermantel die periodiek of continu wordt ververst. Daarbij kan een geringe inlek van water worden getolereerd. Daarnaast vindt in de ontgassingsbuizen een scheiding plaats van elektrolyt en het 35 ontwikkelde gas, zodat waterstof en chloorgas uit deze ontgassingsbuizen makkel ijk kunnen worden gewonnen. Een probleem bij dergel i jke elektrolyse-apparatuur, waarin meerdere bipolaire elektrodes in serie zijn geschakeld, 1 00508 1 2 is dat veel aandacht moet worden besteed aan het goed afdichten van de cellen zodat geen lekkage optreedt van het elektrolyt uit de elektrolyse-cel. Hoewel bij de in het Europese octrooi beschreven constructie geen bijzondere aandacht hoeft te worden besteed aan het pakkingsmateriaal en 5 de daarbij noodzakelijke spanningen die worden uitgeoefend op de celramen, waarin de bipolaire elektrodes zijn geplaatst, is er in de praktijk nog sprake van enige lekkage aan de ontgassingsbuizen. De bij de elektrolyse ontstane chemische stoffen zijn behalve giftig ook zeer corrosief hetgeen bepaalde eisen stelt aan de toe te passen materialen. Bovendien vereist 10 de toepassing van dergelijke ontgassingsbuizen een nauwkeurige montage in de kopse platen.

Het doel van de onderhavige uitvinding is daarom te voorzien in een inrichting voor het uitvoeren van een elektrolyse waarbij het optreden van lekkage van het elektrolyt uit de elektrolysecel wordt 15 voorkomen. Daarnaast is het gewenst een elektrolyse-inrichting te ontwikkelen waarbij van aparte ontgassingsbuizen kan worden afgezien.

De inrichting zoals vermeld in de aanhef wordt volgens de onderhavige uitvinding gekenmerkt doordat de kathoderuimte in directe verbinding is met de katholytruimte, welke katholytruimte tevens dient 20 als afvoer van waterstofgas, en dat de anoderuimte in directe verbinding is met de anolytruimte, welke anolytruimte dient als afvoer van chloorgas, waarbij er geen verbinding is tussen de katholytruimte en de anolytruimte.

De inrichting voor het uitvoeren van een dergelijke elektrolyse is bij voorkeur zodanig opgebouwd uit in serie geschakelde 25 elektrolysecellen dat de kathoderuimte en de anoderuimte wisselend zijn aangebracht, hetgeen door de toepassing van een bipolaire elektrode wordt verei st.

Het cel element dat in de elektrolysecel wordt toegepast, wordt gekenmerkt doordat de verbinding tussen de kathoderuimte en de 30 katholytruimte twee openingen omvat, waarvan één opening aan de onderzijde voor het toevoeren van katholyt en één opening aan de bovenzijde voor het afvoeren van waterstofgas bevattend katholyt is gelegen. Een dergelijke constructie zorgt ervoor dat tijdens het uitvoeren van de elektrolyse het aan de kathode gevormde waterstofgas de kathoderuimte kan verlaten via 35 de aan de bovenzijde gelegen opening. Het aldus uit de kathoderuimte naar de katholytruimte getransporteerde waterstofgas, welk waterstofgas zich verzamelt in de ruimte gelegen boven het niveau van de katholytvloeistof, 1005081 3 zorgt ervoor dat via een aan de onderzijde gelegen opening "vers" katholyt in de kathoderuimte wordt gezogen. Het aldus verse katholytmateriaal wordt vervolgens in de kathoderuimte omgezet in waterstofgas, welk gas de kathoderuimte verlaat via de aan de bovenzijde gelegen opening. Het 5 toepassen van twee openingen zorgt in de kathoderuimte voor een continue toevoer van vers uitgangsmateriaal en een continue afvoer van reactiepro-ducten.

Het andere celelement dat in de inrichting voor het uitvoeren van de elektrolyse, zoals hiervoor beschreven, wordt toegepast, 10 wordt gekenmerkt doordat de verbinding tussen de anoderuimte en de anolytruimte twee openingen omvat, waarvan één opening aan de onderzijde voor het toevoeren van anolyt en één opening aan de bovenzijde voor het afvoeren van chloorgas bevattend anolyt is gelegen. In de anoderuimte kan aldus het gevormde chloorgas de anoderuimte verlaten via de aan de 15 bovenzijde gelegen opening. Het aldus van de anoderuimte naar de anolytruimte getransporteerde chloorgas zal zich verzamelen boven het vloeistofniveau van het anolyt in de anolytruimte. De aan de onderzijde gelegen opening zorgt ervoor dat "vers" anolyt vanuit de anolytruimte naar de anoderuimte wordt getransporteerd, waardoor er een continue toevoer 20 van uitgangsmateriaal via de opening aan de onderzijde en een continue afvoer van reactieproducten via de opening aan de bovenzijde plaatsvindt. Een dergelijk proces wordt ook wel aangeduid als bellenpomp.

Dergelijke celelementen zijn bij voorkeur zodanig uitgevoerd dat het volume van de ruimte voor het afvoeren van het gevormde 25 gas groter is dan het volume van de ruimte grenzend aan de ruimte waarin de bipolaire elektrode is gelegen. Met een dergelijke geometrie is het mogelijk een geringe hoeveelheid vloeistof in de elektrolysecel toe te passen om, zoals hiervoor beschreven, de beide openingen voor het respectievelijk toevoeren van uitgangsmateriaal en het afvoeren van 30 reactieproducten, onder het vloeistofniveau te handhaven. Het moet duidelijk zijn dat het aldus beschreven transportsysteem ("de bellenpomp") dat zich in zowel de anolyt- als de katholytruimte afspeelt, slechts uitvoerbaar is indien beide openingen onder het vloeistofniveau zijn gelegen.

35 De inrichting volgens de onderhavige uitvinding wordt verder gekenmerkt doordat de elektrolysecellen onder voorspanning zijn samengeperst waarbij de buitenmantel onder verlijmen of lassen met de 1005081 4 elektrisch in serie geplaatste elektrolysecellen is verbonden. Door de elektrolysecellen eerst samen te persen en vervolgens de omhullende watermantel onder voorspanning vast te lassen of te lijmen aan de beide kopse platen wordt een goede waterdichtheid van de mantel gewaarborgd.

5 Bovendien is de afdichting tussen de afzonderlijke celelementen met een dergelijke constructie gewaarborgd.

Het celelement dat in de inrichting voor het uitvoeren van een elektrolyse volgens de onderhavige uitvinding wordt toegepast is verder voorzien van een uitsparing waarin de bipolaire elektrode plaatsbaar 10 is, welke uitsparing rondom is voorzien van rillen. Het toepassen van rillen zorgt voor een goede afdichting van de bipolaire elektrode in de uitsparing van het celelement waardoor lekkage van de vloeistof die aanwezig is in de kathoderuimte naar de anoderuimte, en vice versa, wordt voorkomen. Bij voorkeur zijn dergelijke rillen ook aanwezig op het 15 celelement om de fixatie en afdichting van het diafragma in het celelement te waarborgen.

Het bij de elektrolyse ontstane chloorgas staat met name in de belangstelling voor het zuiveren van zwemwater in zwembaden. De inrichting volgens de onderhavige uitvinding kan echter ook worden 20 toegepast ter vermijding van algengroei bij koeltorens, voor het pasteuriseren van melk of ijs, hetgeen ook met UV-licht kan plaatsvinden, en in zijn algemeenheid op die plaatsen waar kiemen en dergelijken moeten worden gedood.

Uit de praktijk is echter gebleken dat een snellere 25 en betere oxidatie en desinfectie van bijvoorbeeld water kan plaatsvinden indien naast chloor ook C102 wordt toegediend. Een opvallende verbetering bij een dergelijke wijze van waterbehandeling is het ontbreken van de door mensen vaak hinderlijk ondervonden geur van het aldus behandelde water. Het is daarom tevens gewenst een werkwijze te ontwikkelen voor het 30 toedienen van chloordioxide aan water. De werkwijze voor het bereiden van chloordioxide door chloorgas in reactie te brengen met natriumchloriet wordt gekenmerkt doordat het chloorgas is verkregen volgens de hiervoor beschreven werkwijze. De reactie wordt bij voorkeur onder verlaagde druk uitgevoerd waardoor het reactie-evenwicht gunstig wordt beïnvloed. 35 Bovendien kan aldus het in de inrichting voor elektrolyse gevormde chloorgas op eenvoudige wijze worden getransporteerd naar de reactor voor het bereiden van chloordioxide. In een bij voorkeur toegepaste uitvoerings- 1005081 5 vorm wordt het chloorgas, voordat het in reactie wordt gebracht met natriumchloriet, gemengd met een inert dragergas, waardoor voldoende hoge gassnelheden kunnen worden bereikt. Als inert dragergas kan lucht worden toegepast, maar elk ander inert dragergas, zoals argon of helium, is echter 5 ook geschikt. Het natriumchloriet bevindt zich in de reactor als een oplossing en ter verhoging van het contact tussen het chloorgas en het natriumchloriet is de reactor voorzien van pakkingsmateriaal, bijvoorbeeld Rasschig ringen.

Het verdient in de praktijk de voorkeur de inrichting 10 voor het uitvoeren van de elektrolyse te koppelen aan de reactor voor het breiden van chloordioxide waardoor een compacte installatie wordt verkregen die makkelijk hanteerbaar is. Bovendien kan een dergelijke installatie zijn voorzien van een regelklep waardoor niet alleen chloordioxide wordt toegevoerd naar het te desinfecteren medium, maar ook chloorgas. Uit 15 experimenten is gebleken dat de combinatie van chloorgas en C102 een gunstig effect heeft op de oxidatie van bijvoorbeeld zwembadwater.

De uitvinding wordt nader toegelicht aan de hand van de volgende beschrijving, waarbij is verwezen naar de bijgevoegde tekening.

In de figuur is een inrichting weergegeven volgens de 20 onderhavige uitvinding, bestaande uit meerdere elektrolysecellen met bipolaire elektroden, waarbij de inrichting in doorsnede is weergegeven.

In de figuur is in doorsnede de inrichting volgens de onderhavige uitvinding weergegeven bestaande uit een omhulling met twee kopse platen 1 en 2 voorzien van een positieve pool 11 (anode) en een 25 negatieve pool 12 (kathode), waartussen meerdere elektrolytische cellen zijn aangebracht, waarbij elke cel bestaat uit een bipolaire elektrode 3 en een diafragma 13. De bipolaire elektrode 3 is op te vatten als een kathode 10 en een anode 9, beide gelast op een middenplaat (niet weergegeven) van bipolaire elektrode 3. De elektrolysecellen zijn voorzien 30 van een toevoer van pekel 4 en een toevoer van water 5, waarbij in de aldus weergegeven inrichting pekel wordt omgezet in chloorgas dat wordt afgevoerd via leiding 6. Het in de inrichting gevormde waterstofgas wordt afgevoerd via leiding 7. De pekel treedt de anolytruimte 23 van celelement 15 binnen. Via de aan de onderzijde van celelement 15 gelegen opening 19 wordt de 35 anolytruimte gevuld met de pekeloplossing. Aan de in de anoderuimte aanwezige anode 11 vindt de vorming van chloorgas plaats waarna het aldus gevormde chloorgas de anoderuimte 20 verlaat via de aan de bovenzijde van 1005081 6 het celelement 15 gelegen opening 18. Het vloeistofniveau van de pekeloplossing in de anolytruimte 23 is zodanig gekozen dat zowel opening 18 als opening 19 zich onder het vloeistofniveau van de pekel bevinden. Het gevormde chloorgas zal zich ophopen in de anolytruimte boven 5 het vloeistofniveau van de pekel. Vervolgens zal via de aan de onderzijde gelegen opening 19 een continue toevoer plaatsvinden van het uitgangsmateriaal , pekeloplossing in de anoderuimte 20, en afvoer van gevormd chloorgas via opening 18 zal plaatsvinden. Anoderuimte 20 is gescheiden van kathoderuimte 21 door middel van diafragma 13. In de kathoderuimte 21 10 bevindt zich het water afkomstig van toevoer 5. Het water zal aan de kathode 10 worden omgezet in waterstofgas waarbij het waterstofgas de kathoderuimte 21 zal verlaten via de aan de bovenzijde gelegen opening 17 van celelement 14. Het gevormde waterstof hoopt zich op in de katholytruim-te 22, boven het vloeistofniveau van het hierin aanwezige water. Een 15 continue toevoer van "vers" water van de katholytruimte 22 naar de kathoderuimte 21 vindt plaats via de aan de onderzijde gelegen opening 16 in celelement 14. Het vloeistofniveau in katholytruimte 22 wordt zodanig ingesteld dat zowel opening 17 als opening 16 zich onder het vloeistofniveau bevinden. Het is duidelijk dat het in de katholytruimte 22 aanwezige 20 waterstofgas niet in contact kan komen met het in anolytruimte 23 aanwezige chloorgas als gevolg van de aanwezigheid van tussenstuk 24 in celelemen-ten 14, 15. Uit de figuur is het duidelijk dat celementen 14, 15 afwisselend in de elektrolysecel zijn geplaatst. De reden hiervoor is dat in celelement 14, waarin zich openingen 16 en 17 bevinden, het waterstofgas 25 aan de kathode 12 wordt gevormd, terwijl celelement 15 is voorzien van openingen 18, 19, in welk celelement chloorgas wordt gevormd. De vloei stofmantel tussen de omhulling 25 en celelementen 14, 15 is aangegeven met verwijzingscijfer 8. Eventuele lekkage tussen de celelementen 14, 15 van anolyt of katholyt wordt opgevangen in watermantel 8.

30 Het in de elektrolyse-inrichting gevormde chloorgas wordt afgevoerd via leiding 6. Het aldus afgevoerde chloorgas 6 kan vervolgens worden toegepast voor het bereiden van chloordioxide door het chloorgas in reactie te brengen met natriumchloriet. Bij voorkeur wordt het chloorgas voordat het in reactie wordt gebracht met natriumchloriet, 35 gemengd met een inert dragergas, in het bijzonder lucht. Een dergelijke reactie tussen natriumchloriet en chloorgas wordt bij voorkeur onder verlaagde druk uitgevoerd waardoor het reactie-evenwicht gunstig wordt 1005081 5 7 beïnvloed. Ter vergroting van het contact tussen het vloeibare natriumchlo-riet en het gasvormige chloor is de reactor waarin de bereiding van chloordioxide wordt uitgevoerd, voorzien van een pakkingsmateriaal.

1005081

Claims (16)

1. Inrichting voor het uitvoeren van een elektrolyse van een chloride waarin meerdere elektrolysecellen elektrisch in serie zijn 5 geschakeld, welke cellen bestaan uit een celelement, een bipolaire elektrode en een diafragma, waarbij de cellen zijn omgeven door een omhulling met twee kopse platen, en waarbij tussen de omhulling en de buitenkant der celramen een vloei stofmantel is aangebracht, voorzien van een toevoer en een afvoer hiervoor, met het kenmerk, dat de kathoderuimte 10 in directe verbinding is met de katholytruimte, welke katholytruimte tevens dient als afvoer van waterstofgas, en dat de anoderuimte in directe verbinding is met de anolytruimte, welke anolytruimte dient als afvoer van chloorgas, waarbij er geen verbinding is tussen de katholytruimte en de anolytruimte.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de elektrolysecellen zodanig in serie zijn geschakeld dat de kathoderuimte en de anoderuimte wisselend zijn aangebracht.

3. Inrichting volgens conclusie 1 - 2, met het kenmerk, dat de elektrolysecellen onder voorspanning zijn samengeperst waarbij de 20 buitenmantel onder verlijmen of lassen met de elektrolysecellen en beide kopse platen is verbonden.

4. Celelement volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de verbinding tussen de kathoderuimte en de katholytruimte twee openingen omvat, waarvan één opening aan de bovenzijde voor het afvoeren van 25 waterstofgas bevattend katholyt is gelegen.

5. Celelement beschreven in conclusie 1, met het kenmerk, dat de verbinding tussen de anoderuimte en de anolytruimte twee openingen omvat, waarvan één opening aan de onderzijde voor het toevoeren van anolyt en één opening aan de bovenzijde voor het afvoeren van chloorgas bevattend 30 anolyt is gelegen.

6. Celelement volgens conclusies 4-5, met het kenmerk, dat het volume van de ruimte voor het afvoeren van het gevormde gas groter is dan het volume van de ruimte grenzend aan de ruimte waarin de bipolaire elektrode is gelegen.

7. Celelement volgens conclusie 4-6, met het kenmerk, dat het celelement is voorzien van een uitsparing waarin de bipolaire elektrode plaatsbaar is, welke uitsparing rondom is voorzien van rillen. 1005081

8. Werkwijze voor het uitvoeren van een elektrolyse in een elektrolyse-inrichting, met het kenmerk, dat de elektrolyse wordt uitgevoerd in de inrichting volgens conclusies 1-3.

9. Werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat 5 het vloeistofniveau van het anolyt in de anolytruimte zodanig wordt ingesteld dat het aan de anode gevormde chloorgas als bellen door de anolytvloeistof wordt afgevoerd.

10. Werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk,dat het vloeistofniveau van het katholyt in de katholytruimte zodanig wordt 10 ingesteld dat het aan de kathode gevormde waterstofgas als bellen door de katholytvloeistof wordt afgevoerd.

11. Werkwijze voor het bereiden van chloordioxide door chloorgas in reactie te brengen met natriumchloriet, met het kenmerk, dat het chloorgas is verkregen volgens de werkwijze beschreven in conclusies 15 8 - 10.

12. Werkwijze volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat de reactie onder verlaagde druk wordt uitgevoerd.

13. Werkwijze volgens conclusies 11 - 12, met het kenmerk, dat chloorgas, voordat het in reactie wordt gebracht met natriumchloriet, 20 wordt gemengd met een inert dragergas.

14. Werkwijze volgens conclusies 13, met het kenmerk, dat lucht wordt toegepast.

15. Reactor voor het uitvoeren van de werkwijze beschreven in conclusies 11 - 14, met het kenmerk, dat de reactor is voorzien van 25 pakkingsmateriaal.

16. Installatie voor het bereiden van chloordioxide, met het kenmerk, dat de installatie de inrichting volgens conclusies 1 - 3 en de reactor volgens conclusie 15 omvat. 1005081