NO163909B - Bipolart elektrolyseapparat med gassdiffusjonskatode. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører et bipolart elektrolyseapparat med oksygenforbrukende katode til fremstilling av klor og natronlut fra vandige alkalikloridoppløsning med innretninger for tilførsel av elektrolysestrømmen. og elektrolyse-inngangsproduktene og for bortføring av elektrolyse-utgangsproduktene, hvor anode og katode er anordnet adskilt fra hverandre ved hjelp av en skillevegg.

Den vandige natriumkloridelektrolyse er en viktig frem-gangsmåte til fremstilling av tungkjemikaliene klor og natronlut. En moderne variant gjennomføres i en membrancelle. Ved denne fremgangsmåten består elektrolysecellen av et anoderom med en anode og et katoderom med en katode, samt en kationutvekslermembran som adskiller de to elektrolyserom fra hverandre. Innmates i anoderommet en mettet natriumklorid-oppløsning, så utlades under innvirkning av den elektriske strøm kloridionene på anoden til elementært klor. Samtidig finner det ved katoden sted en vannspalting under dannelse av elementært hydrogen og hydroksydioner. Omtrent i samme grad som hydroksydionene frembringes, vandrer natriumioner fra anoderommet gjennom kationutvekslermembranet inn i katoderommet. Den til grunnliggende kjemiske reaksjon følgende ligning:

For en elektrolysecelles anoderom, hvori et alkaliklorid som eksempelvis natriumklorid, kaliumklorid eller litiumklorid skal elektrolyseres, må det anvendes et material som er bestandig mot det korrosive medium, som inneholder høye kloridionkonsentrasjoner og elementært klor. Teknikkens stand er anvendelsen av titan, iridium eller edelmetaller, foretrukket er titanmetall, som overflatelig kan være aktivert med et blandingsoksyd for å nedsette kloroverspen-ning og samtidig å øke oksygenoverspenning. Anoden består likeledes av titan, som aktiveres ved hjelp av overgangs-metalloksyder, som rutheniumoksyd eller iridiumoksyd for å senke kloroverspenningen og samtidig å øke oksygenover-spenningén.

For katoderommet kan materialet titan ikke anvendes, da den dannede hydrogen ville forårsake en sprøgjøring av titan-metallet. Katoderommet fremstilles derfor av normalstål, edelstål, nikkel eller forniklet stål. Katoden består likeledes av disse materialer, kan imidlertid i tillegg være aktivert ved hjelp av edelmetaller eller andre elektrokata-lysatorer som eksempelvis Raney-nikkel eller svovelholdig nikkel. Elektrokjemiske celler for alkal ikloridelektrolysen inneholder i tillegg et diafragma eller en kationutvekslermembran, som skiller anode- og katoderom fra hverandre. Fortrinnsvis anvendes kationutvekslermembraner, de er perfluorerte membraner som inneholder sulfonsyre- eller karboksylgrupper, når det skal fåes høyren natronlut. Membranene er kationselektive, lar altså ved natriumklorid-elektrolysen bare natriumionene passere, hvorimot kloridionene forblir i anoderommet.

I praksis sammenstilles slike elektrolyseceller som består av anoderom med anode, katoderom med katode og kationutvekslermembran, til større elektrolysører som kan bestå av et flertall av enkeltceller. Slike elektrolysører kan være koblet monopolart eller bipolart. Foretrukket er den bipolare kobling, da det hermed kan drives meget store celleenheter.

Vanskeligheter opptrår imidlertid ved strømovergang fra celle til celle. På grunn av de forskjellige materialer av katoderom og anoderom over hvis respektive bakvegg strøm-ledningen foregår og fremfor alt på grunn av passivering av titan i luftatmosfære, opptrer store overgangsmotstander og dermed betraktelig spenningstap. Det forelå derfor den oppgave å tilveiebringe en elektrokjemisk celle som består av enkle byggestener og kan sammensettes til store elektro-lysører og som ved bipolar kobling sikrer en optimal strømytelse fra celle til celle.

Oppfinnelsen, slik den er karakterisert i kravene, løser oppgaven ved at det mellom to halvskåler med som flens utformede kanter, hvorav den ene hærer en anode og den andre en katode, er anordnet minst et element med form av et dobbeltkar som dannes av en felles bunn og en ved hjelp av bunnene i deres høyde oppdelte sidevegger, hvis kanter er utstyrt med flenser, anoden og katoden som fra hverandre rommessig er adskilt ved hjelp av bunnene, er elektrisk ledende forbundet med veggen og en streber som på begge sider rager ut loddrett fra bunnen, skillevegger er innklemt mellom flensene på halvskålene, og tetningselementer anordnet således at det mellom skillevegg og katode oppstår et hulrom.

I en utførelsesform kan det mellom halvskålene være anordnet to og flere elementer. Mellom elementenes flenser er skilleveggen innklemt og et tetningselement anordnet således at det mellom skillevegg og katode oppstår et hulrom. Mellom . skillevegg og katode kan en avstandsholder være anordnet og tetningselementet har uttagninger, som forbinder hulrommet mellom skillevegg og katode med innretninger til til- og bortføring av katolytten. For halvskålene og elementene kan titan anvendes som material. Som anode egner det seg titan, som er aktivert med et oksyd eller blandingsoksyd fra metallene i det periodiske systems 8. bigruppe.

I det følgende forklares oppfinnelsen nærmere ved hjelp av tegninger som bare viser en utførelsesmåte.

Fig. 1 viser et snitt gjennom en elektrolysør som består av tre bipolare celler (to elementer ifølge fig. 2 mellom halvskålene),

fig. 2 viser et snitt gjennom et element,

fig. 3 viser et forstørret utsnitt "Z" på fig. 1.

Mellom halvskålene 1 og 2, hvis kanter er utformet som flenser 3 og 3a, og hvorav den ene bærer en anode 4 og den andre en gassdiffusjonskatode 5, som eksempelvis er omtalt i tysk søknad P 33 32 566.9, er det minst anordnet et element 6. Elementet 6 har form av et dobbeltkar som dannes av en felles bunn 7 og en ved hjelp av bunnene i deres høyde delte sidevegg 8. Bunnen 7 kan også være anordnet asymmetrisk, således at karene blir forskjellig dype. Kantene av veggen, altså de frie ender er utstyrt med flenser 9 og 10. Flensen 9 resp. den til denne tilgrensende veggdel bærer respektivt en anode 4 og flensen 10 resp. den dertil tilgrensende veggdel respektivt en katode 5. Det ved hjelp av anoden 4 og karet dannede rom er anoderommet 11 og det ved hjelp av katode 5 og veggen dannede rom er gassrommet 12. I anoderom 11 og gassrom 12 er det anordnet strebere 13 som rager loddrett ut fra bunnen og forbinder elektrodene 4 og 5 elektrisk ledende med bunnen 7. Mellomflensene 3, 3a, 9, 10 av halvskålene 1, 2 og elementene 6 er det anordnet skillevegger 14, som ione-utvekslermembraner, diafragma etc. og anordnet tetningselementer 15. Tetningselementet består av et lutbestandig material fortrinnsvis PTFE. Tetningselementet 15 er med hensyn til tykkelse dimensjonert således at det mellom skillevegg 14 og katoden 5 oppstår et hulrom 16, katoderommet. Det kan være hensiktsmessig å anordne mellom skillevegg 14 og katode 5 i hulrommet 16 en avstandsholder 17 som danner en jevn avstand av katoden fra skilleveggen. Avstandsholderen består av et lutbestandig material, som eksempelvis PTFE eller nikkel. Foretrukket er en katoderoms-dybde på ca. 2-3 mm, spesielt foretrukket 0,5-1 mm. Tetningselementet 15 kan være utstyrt med uttagninger som forbinder hulrommet 16 med innretninger 19 til til- og bortføring av katolytten. Anolytt til- resp. bortfører over ledning 20 og gass (luft, oksygen) for oksygenfortærings-katoden over ledning 21. Halvskålene 1 og 2 og elementene 6 forbindes ved hjelp av i bokser 22 av elektrisk isolert material førte skruer 23. Strømtilførslene er kjennetegnet med plugg og minus. Skilleveggen 14 kan ligge på anoden 4.

Claims (6)

1. Bipolart elektrolyseapparat med oksygenforbrukende katode til fremstilling av klor fra vandig alkalikloridoppløsning med innretninger for tilførsel av elektrolysestrøm og elektro-lyseinngangsprodukter og for bortføring av elektrolyse-utgangsprodukter, hvor anode og katode er anordnet adskilt fra hverandre ved hjelp av en skillevegg, karakterisert ved at mellom to halvskåler (1, 2) med som flens (3, 3a) utformede kanter, hvorav en bærer en anode (4) og den andre en katode (5), er det anordnet minst et element (6) med form av et dobbeltkar som dannes av en felles bunn (7) og en ved hjelp av bunnene i deres høyde oppdelte sidevegg (8), hvis kanter er utstyrt med flenser (9, 10), anoden (4) og katoden (5) som rommessig er adskilt fra hverandre ved hjelp av bunnen (7), er elektrisk ledende forbundet med veggen (8) og en streber (13), som på begge sider rager ut loddrett fra bunnen (7), skillevegger (14) er innklemt mellom flensene (3, 3a, 9, 10) på halvskålene (1, 2), og tetningselementer (15) anordnet således at det mellom skillevegg (14) og katode (5) oppstår et hulrom (16).

2. Elektrolyseapparat ifølge krav 1, karakterisert ved at to elementer (6) er anordnet mellom halvskålene (1, 2), og mellom flensene (10, 11) av elementene (6) er det innklemt en skillevegg (14), og et tetningselement (15) er anordnet således at det mellom skillevegg (14) og katode (5) oppstår et hulrom (16).

3. Elektrolyseapparat ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det mellom skillevegg (14) og katode (5) er anordnet en avstandsholder (17) og tetningselementer (15) har uttagninger (18) som forbinder hulrommet (16) mellom skillevegg (14) og katode (5) med innretninger (19) til til- og bortførsel av katolytt.

4 . Elektrolyseapparat Ifølge ett av kravene 1-3, karakterisert ved at for halvskålene (1, 2) og elementet (6) anvendes som material titan.

5 . Elektrolyseapparat ifølge ett av kravene 1-3, karakterisert ved at som anode (4) anvendes en titananode som er aktivert med et oksyd eller blandingsoksyd fra metallene i det periodiske systems 8. bigruppe.

6. Elektrolyseapparat ifølge ett av kravene 1-3, karakterisert ved at det som katode (5) anvendes en gassdiffusjonskatode som består av en strømkollektor av nikkelvevnad som er belagt med en porøs kolloidal sølvkata-lysator som er utskilt på polytetrafluoretylen og på langsiden har et hydrofilt dekksjikt.