WO1999014402A1 - Elektrolyseapparat - Google Patents

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WO1999014402A1
WO1999014402A1 PCT/EP1998/005698 EP9805698W WO9914402A1 WO 1999014402 A1 WO1999014402 A1 WO 1999014402A1 EP 9805698 W EP9805698 W EP 9805698W WO 9914402 A1 WO9914402 A1 WO 9914402A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electrolysis
housing
cell
internals
hydrophobic
Prior art date
Application number
PCT/EP1998/005698
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Borucinski
Jürgen Gegner
Karl-Heinz Dulle
Martin Wollny
Carola Schneider
Horst-Michael Prasser
Original Assignee
Krupp Uhde Gmbh
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Filing date
Publication date
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Priority to DE59803086T priority patent/DE59803086D1/de
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Priority to EP98948931A priority patent/EP1015665B1/de
Publication of WO1999014402A1 publication Critical patent/WO1999014402A1/de

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Classifications

    • 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
    • C25B15/00—Operating or servicing cells
    • 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
    • C25B9/17—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof
    • C25B9/19—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms
    • 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
    • C25B9/70—Assemblies comprising two or more cells
    • C25B9/73—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type

Definitions

  • the invention relates to an electrolysis apparatus for carrying out electrochemical processes with at least one plate-shaped electrolysis cell which has a housing, the housing having devices for supplying the electrolysis current and the electrolysis input materials and devices for discharging the electrolysis current and the electrolysis products, and an anode and cathode, the anode and the cathode is separated from one another by a partition and is electrically conductively connected to the respectively assigned rear wall of the housing.
  • Such an electrolysis apparatus with a plurality of plate-shaped electrolysis cells arranged side by side in a stack and in electrical contact, each with its own housing, is known, for example, from EP 0 189 535 B1 by the applicant.
  • This electrolysis device is used to produce chlorine from aqueous alkali halide solution.
  • electrolysis devices are generally suitable for carrying out electrochemical reactions in which gases are developed, for example in chlor-alkali electrolysis, water electrolysis or hydrochloric acid electrolysis or in galvanic processes in which layers are to be deposited on support materials, in which gas formation frequently also takes place. for example the cathodic hydrogen evolution as a side reaction or as a reaction at the counter electrode.
  • electrolysers are used in the form of a hanging stack, but also electrolysers in the form of filter presses.
  • the cell fills more and more with foam from the cell head as the current density increases, as a result of which the circulation or mixing of the liquid, in particular in the foam area, is impeded more and more and finally comes to a complete standstill.
  • the foam causes a reduced mixing performance of the freshly entering electrolyte with that in the electrical existing electrolytes.
  • Foaming can also have different effects.
  • the amount of electrolyte in the cell volume concerned which decreases with increasing current density, causes an uneven concentration distribution, as a result of which the current density distribution is inhomogeneous in areas with high foam contents due to the increasing electrolyte resistance. This immediately results in a higher cell voltage.
  • the maximum current density due to the high gas content in the cell is just as limited as the service life of active cell components such as diaphragms, membranes or electrolyte catalysts to reduce overvoltages.
  • foam can lead to inadequate wetting of the diaphragm, which can cause the product gases in the cell to mix, for example in chlor-alkali electrolysis or alkaline water electrolysis, and explosive mixtures can arise.
  • membrane electrolysis processes the membrane is insufficiently wetted in foam zones, which means a shorter service life and, as a rule, a lower current efficiency.
  • the object of the invention is therefore to provide a solution with which foam formation is prevented with the simplest possible means.
  • the hydrophobic internals have the effect of drastically reducing the gas contents in the electrochemical reactors, which means that the electrolyte volume in the reactor is increased. This increases the lifespan of the active parts of the reactors, such as electrodes, diaphragms or membranes, since the current density distribution is more homogeneous compared to reactors without such coalescence-enhancing internals.
  • Another positive effect is that the reactor volume can be reduced due to the hydrophobic internals. If there are high foam contents in electrochemical cells without hydrophobic internals, then a critical volume must not be undercut, otherwise the current density distribution even more inhomogeneous and the lifespan of active cell components becomes too short. This critical volume is smaller in electrolyses with hydrophobic internals that require coalescence. As a result of the decreasing use of materials, the investment costs for the electrolytic cell itself can be reduced and the space required for the electrochemical reactors can be minimized.
  • Another positive effect is that by reducing the foam content in the electrolytic cell pressure fluctuations are reduced, which have a life-reducing effect on a membrane or a diaphragm, since these pressure fluctuations lead to a mechanical load on these cell components.
  • This approach has the decisive disadvantage that only pressure fluctuations are minimized, all other advantages, such as, for example, the homogenization of the current density and an associated extension of the lifespan of active cell components, are not affected, since the actual problem, foam formation in the electroactive area, remains unchanged remains.
  • the use of hydrophobic internals has the advantage that the voltage characteristic improves. The specific see reduced energy requirements of the process, which usually accounts for the largest proportion of product costs.
  • the hydrophobic internals are arranged in the region of the formation of the primary bubbles.
  • the internals are fundamentally integrated in the electrolysis cell, and these can be arranged both between the electrode and the membrane or the diaphragm behind the electrode or in the rear space of the electrode. It is only essential that the developed gas comes into contact with the hydrophobic internals immediately after their formation, the optimal state being reached when the concentration of the hydrophobic internals at the point of origin of the primary bubbles is particularly high.
  • the foam content in the anode compartment of a chlor-alkali electrolysis cell can be reduced by around 55% from 70 to 75% to below 20% at a current density of 7 kA / m z .
  • the hydrophobic internals are preferably designed in the form of screen fabrics, wire mesh, nets or packing elements.
  • the requirements for the material of the hydrophobic internals are chemical, mechanical and thermal resistance with regard to the temperatures, pressures and entering or formed media.
  • the hydrophobic internals in the electrolysis cell is as uniform as possible.
  • the largest possible free flow cross-section or a high degree of gaps should be maintained. Therefore, the internals should have a small volume of their own.
  • the proportion of empty space in the housing of the electrolytic cell is approximately between 60 to 98%.
  • the open screen area of the screen fabrics, wire mesh or nets is in the range from 30 to 80%.
  • Hydrophobic internals of this type can also be used in the gas / electrolyte separation devices connected downstream of the electrolytic cell. Since the essential separation already takes place in the cell itself, the dimensions of the apparatus can become smaller, which also reduces the investment costs and the space requirement.
  • internals influencing the flow are provided.
  • These internals can be designed, for example, as flow plates, one of which can be arranged, for example, in the upper region in order to improve the use of the partition, while in the lower region a flow plate can be arranged which, due to the sealing difference, has an internal circulation and thus a mixing of the Electrolytes. This improves the concentration for distribution in the respective chamber.
  • FIG. 1 shows a section through two electrolysis cells of an electrolysis apparatus arranged side by side
  • Fig. 2 to 4 different examples of hydrophobic internals in an electrolytic cell.
  • An electrolysis apparatus for carrying out electrochemical processes has a plurality of plate-shaped electrolysis cells 2 which are arranged next to one another in a stack and are in electrical contact, of which two such electrolysis cells 2 are shown arranged next to one another by way of example.
  • Each of these electrolysis cells 2 has a housing made of two half-shells len 3, 4, which are provided with flange-like edges, between each of which a partition (membrane or diaphragm) 6 is clamped by means of seals 5.
  • the partition 6 can optionally also be clamped in another way.
  • a plurality of contact strips 7 are arranged parallel to one another over the entire depth of the housing rear walls 4A of the respective electrolysis cell 2, which are attached or attached to the outside of the relevant housing rear wall 4A by welding or the like. These contact strips 7 establish electrical contact with the adjacent electrolytic cell 2, namely with the relevant rear wall 3A, on which no separate contact strip is provided.
  • a planar anode 8 and a planar cathode 9 are provided adjacent to the partition 6, the anode 8 and the cathode 9 each being connected to stiffeners arranged in alignment with the contact strip 7, which as webs or other connection are formed and are not shown for the sake of clarity. These webs simultaneously provide the electrical connection of the anode or cathode 8, 9 to the respective back of the house.
  • a suitable device for the respective electrolysis cell 2 is provided for supplying the electrolysis products; such a device is not shown in the drawings.
  • a device for removing the electrolysis products is also provided in each electrolysis cell, but this is also not indicated.
  • the electrodes (anode 8 and cathode 9) are designed in such a way that they flow or let the electrolysis input product or the output products flow freely, for which purpose slots or the like can be provided.
  • the stringing together of several plate-shaped electrolysis cells 2 takes place in a framework, the so-called cell framework.
  • the plate-shaped electrolytic cells are suspended between the two upper longitudinal beams of the cell frame so that their plate plane is perpendicular to the longitudinal beam axis. So that the plate-shaped electrolytic cells 2 can transmit their weight to the upper flange of the side member, they have a cantilever-like arm on each side of the upper plate edge or comparable holder.
  • the holder extends horizontally in the direction of the plate plane and protrudes beyond the edge of the flanges.
  • the lower edge of the cantilever-like holder lies on the upper flange.
  • the plate-shaped electrolysis cells 2 hang comparatively like files in a hanging file in the cell frame.
  • the plate surfaces of the electrolytic cells are in mechanical and electrical contact, as if they were stacked.
  • Electrolysers of this type are called suspended stack type electrolysers.
  • the electrolysis cells are suspended in the cell frame according to the filter press principle and pressed against one another by means of appropriate clamping devices.
  • the electrolytic cells 2 are each connected in an electrically conductive manner to adjacent electrolytic cells in a stack via the contact strips 7.
  • the current then flows from the contact strips 7 through the half-shells via webs or corrugated strips into the anode 8. If the partition 6 passes through, the current is taken up by the cathode 9 in order to flow via webs or corrugated strips into the other half-shell or its rear wall 3A and to pass into the contact strip 7 of the next cell. In this way, the electrolysis current passes through the entire electrolytic cell stack, being introduced on one outer cell and being discharged on the other outer cell.
  • hydrophobic internals are arranged in the housing of the respective electrolysis cell.
  • These hydrophobic internals can be designed, for example, in the form of screen fabrics, knitted wire mesh, nets or packing elements, as shown in detail in FIGS. 2 to 4.
  • These hydrophobic internals are indicated in FIGS. 2 to 4 and are generally designated by reference number 12 there.
  • hydrophobic internals 12 are preferably arranged in the anode chamber. They can have different geometrical designs, these are shown in detail in FIGS. 2 to 4.
  • too internals influencing the flow are also provided, as best shown in FIG. 1.
  • These internals can be usefully combined with the hydrophobic internals 12 according to the invention.
  • Two different flow plates are shown as examples.
  • a flow plate 13 is arranged in the upper region of the anode chamber, which improves the wetting of the partition 6, while a flow plate 14 is shown in the lower part of the anode chamber, which due to the density difference results in internal circulation and thus a mixing of the electrolyte. This improves the concentration distribution in the relevant chamber.

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Abstract

Mit einem Elektrolyseapparat zur Durchführung elektrochemischer Prozesse mit wenigstens einer plattenförmigen Elektrolysezelle, die ein Gehäuse aufweist, wobei das Gehäuse Einrichtungen zum Zuführen des Elektrolysestromes und der Elektrolyseeingangsstoffe und Einrichtungen zum Abführen des Eletrolysestromes und der Elektrolyseprodukte und eine Anode und Kathode aufweist, wobei die Anode und die Kathode von einer Trennwand voneinander getrennt und mit der jeweils zugeordneten Rückwand des Gehäuses elektrisch leitend verbunden sind, soll eine Lösung geschaffen werden, mit der mit möglichst einfachen Mitteln eine Schaumbildung verhindert wird. Dies wird dadurch erreicht, daß im Gehäuse (3, 4) der jeweiligen Elektrolysezelle (2) wenigstens in einer von der Trennwand (6) begrenzten Gehäusehälfte hydrophobe Einbauten (12) vorgesehen sind.

Description

"Elektrolyseapparat "
Die Erfindung betrifft einen Elektrolyseapparat zur Durchführung elektrochemischer Prozesse mit wenigstens einer plattenförmigen Elektrolysezelle, die ein Gehäuse aufweist, wobei das Gehäuse Einrichtungen zum Zuführen des Elektrolysestromes und der Elektrolyseeingangsstoffe und Einrichtungen zum Abführen des Elektrolysestromes und der Elektrolyseprodukte und eine Anode und Kathode aufweist, wobei die Anode und die Kathode von einer Trennwand voneinander getrennt und mit der jeweils zugeordneten Rückwand des Gehäuses elektrisch leitend verbunden ist .
Ein solcher Elektrolyseapparat mit mehreren nebeneinander in einem Stapel angeordneten und in elektrischem Kontakt stehenden plattenförmigen Elektrolysezellen mit jeweils eigenem Gehäuse ist beispielsweise aus der EP 0 189 535 Bl der Anmelderin bekannt. Dieser Elektrolyseapparat dient zur Herstellung von Chlor aus wässriger Alkali-Ha- logenidlösung . Grundsätzlich sind solche Elektrolyseapparate aber allgemein zur Durchführung elektrochemischer Reaktionen geeignet, bei denen Gase entwickelt werden, beispielsweise bei der Chloralkalielektrolyse, der Wasserelektrolyse oder der Salzsäureelektrolyse oder bei galvanischen Prozessen, bei denen Schichten auf Trägermaterialien abgeschieden werden sollen, bei denen häufig ebenfalls eine Gasbildung stattfindet, beispielsweise die kathodische Wasserstoffentwicklung als Nebenreaktion oder als Reaktion an der Gegenelektrode.
Für diese Zwecke werden nicht nur Elektrolyseure in Hängestapelbauweise, sondern auch Elektrolyseapparate in Filterpressenbauart eingesetzt.
Bei der Gasentwicklung während eines solchen elektrochemischen Prozesses werden in der Regel kleine Primärblasen mit einem Blasendurchmesser von etwa 1 μm bis 20 μm gebildet, die sich aufgrund dieses geringen Blasendurchmessers durch eine geringe Auftriebsgeschwindigkeit auszeichnen. Dies führt insbesondere bei koaleszenzgehemmten StoffSystemen zu einer hohen Verweilzeit der Gase im Elektrolytraum bzw. im aktiven Elektrodenbereich. Wird die Stromdichte erhöht, so füllt sich der Elektrolytraum zunehmend mit Gas . Aufgrund der steigenden Schwar behin- derung der Gasblasen untereinander infolge höherer Gasgehalte werden die Blasen noch langsamer. Deshalb füllt sich die Zelle vom Zellenkopf her mit steigender Stromdichte immer mehr mit Schaum, wodurch die Zirkulation bzw. die Vermischung der Flüssigkeit, insbesondere im Schaumbereich, immer mehr behindert wird und schließlich nahezu vollständig zum Erliegen kommt. In jedem Fall bedingt der Schaum eine verminderte Vermischungsleistung des frisch eintretenden Elektrolyten mit dem im Elektro- denraum vorhandenen Elektrolyten. Somit sind diese elektrochemischen Reaktoren bezüglich ihrer maximalen Stromdichte aufgrund geringer Gasvolumenstromdichten begrenzt.
Die Schaumbildung kann sich darüber hinaus noch unterschiedlich auswirken. Zum einen bedingt die mit zunehmender Stromdichte sinkende Elektrolytmenge im betreffenden Zellenvolumen eine ungleichmäßige Konzentrationsverteilung, wodurch die Stromdichteverteilung aufgrund des zunehmenden Elektrolytwiderstandes in Bereichen mit hohen Schaumanteilen inhomogen wird. Das hat unmittelbar eine höhere Zellspannung zur Folge. Zum anderen ist die maximale Stromdichte durch den hohen Gasgehalt in der Zelle ebenso limitiert wie die Lebensdauer von aktiven Zellenkomponenten, wie Diaphragmen, Membranen oder Elektrolytkatalysatoren zur Verminderung von Überspannungen.
In Diaphragmaelektrolyseverfahren kann Schaum zu einer mangelnden Benetzung des Diaphragmas führen, wodurch sich beispielsweise in der Chloralkali-Elektrolyse oder der alkalischen Wasserelektrolyse die Produktgase in der Zelle vermischen und explosive Gemische entstehen können. Bei Membranelektrolyseverfahren wird die Membran in Schaumzonen nur unzureichend benetzt, was eine geringere Lebensdauer und in der Regel eine geringere Stromausbeute bedeutet . Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Lösung zu schaffen, mit der mit möglichst einfachen Mitteln eine Schaumbildung verhindert wird.
Diese Aufgabe wird bei einem Elektrolyseapparat der eingangs bezeichneten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Gehäuse der jeweiligen Elektrolysezelle wenigstens in einer von der Trennwand begrenzten Gehäusehälfte hydrophobe Einbauten vorgesehen sind.
Mit der Erfindung wird auf überraschend einfache Weise eine Lösung zur Verfügung gestellt, mit der die vorerwähnte schädliche Schaumbildung verhindert werden kann. Die hydrophoben Einbauten haben den Effekt, die Gasgehalte in den elektrochemischen Reaktoren drastisch zu verringern, was dazu führt, daß das im Reaktor befindliche Elektrolytvolumen erhöht wird. Dadurch wird die Lebensdauer der aktiven Teile der Reaktoren, wie Elektroden, Diaphragmen oder Membranen erhöht, da die Stromdichteverteilung, verglichen mit Reaktoren ohne solche koaleszenz- fördernden Einbauten, homogener wird. Ein weiterer positiver Effekt ist, daß durch die hydrophoben Einbauten das Reaktorvolumen kleiner werden kann. Liegen nämlich hohe Schaumgehalte in elektrochemischen Zellen ohne hydrophobe Einbauten vor, dann darf ein kritisches Volumen nicht unterschritten werden, da sonst die Stromdichteverteilung noch inhomogener und die Lebensdauer aktiver Zellenkomponenten zu klein wird. Dieses kritische Volumen ist bei Elektrolysen mit koaleszenzfordernden hydrophoben Einbauten kleiner. Dadurch können aufgrund des sinkenden Materialeinsatzes die Investitionskosten für die Elektrolysezelle selbst gesenkt und der Platzbedarf der elektrochemischen Reaktoren minimiert werden.
Ein weiterer positiver Effekt ist, daß durch die Verringerung des Schaumgehaltes in der Elektrolysezelle Druckschwankungen vermindert werden, die sich auf eine Membran oder ein Diaphragma lebensdauermindernd auswirken, da diese Druckschwankungen zu einer mechanischen Belastung dieser Zellenkomponenten führen. Hierzu gibt es bereits andere Lösungsansätze, wie die Integration eines Gas/ Elektrolyt-Separationskanales im Kopf der Elektrolysezelle (US-PS 5,571,390). Dieser Lösungsansatz hat aber den entscheidenden Nachteil, daß nur Druckschwankungen minimiert werden, alle anderen Vorteile, wie beispielsweise die Homogenisierung der Stromdichte und eine damit verbundene Verlängerung der Lebensdauer aktiver Zellenkomponenten, werden nicht beeinflußt, da das eigentliche Problem, die Schaumbildung im elektroaktiven Bereich, unverändert bestehen bleibt. Weiterhin hat der Einsatz von hydrophoben Einbauten den Vorteil, daß sich die Stromspannungscharakteristik verbessert. Dadurch wird der spezifi- sehe Energiebedarf der Verfahren gesenkt, der in der Regel den größten Anteil an den Produktkosten ausmacht.
In besonders vorteilhafter Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die hydrophoben Einbauten im Bereich der Entstehung der Primärblasen angeordnet sind. Die Einbauten sind grundsätzlich in die Elektrolysezelle integriert, wobei diese sowohl zwischen der Elektrode und der Membran bzw. dem Diaphragma hinter der Elektrode oder im Rückraum der Elektrode angeordnet sein können. Wesentlich ist lediglich, daß das entwickelte Gas mit den hydrophoben Einbauten sofort nach dessen Bildung in Kontakt kommt, wobei der optimale Zustand dann erreicht wird, wenn die Konzentration der hydrophoben Einbauten am Ort der Entstehung der Primärblasen besonders hoch ist.
So kann, wie experimentell nachgewiesen wurde, der Schaumgehalt im Anodenraum einer Chloralkalielektrolysezelle bei einer Stromdichte von 7 kA/mz um rund 55 % von 70 bis 75 % auf unter 20 % gesenkt werden.
Die hydrophoben Einbauten sind bevorzugt in Form von Siebgeweben, Drahtgestricken, Netzen oder Füllkörpern ausgebildet. Dabei sind die Anforderungen an das Material der hydrophoben Einbauten chemische, mechanische und thermische Beständigkeit in Bezug auf die in der Elek- trolysezelle auftretenden Temperaturen, Drücke und eintretenden bzw. gebildeten Medien.
Es ist des weiteren bevorzugt, eine möglichst gleichmäßige räumliche Verteilung der hydrophoben Einbauten in der Elektrolysezelle zu erreichen. Dabei soll ein möglichst großer freier Strömungsquerschnitt bzw. ein hoher Lückengrad erhalten bleiben. Deshalb sollten die Einbauten ein geringes Eigenvolumen einnehmen. Dazu ist vorteilhaft vorgesehen, daß der Leerraumanteil im Gehäuse der Elektrolysezelle etwa zwischen 60 bis 98 % beträgt.
Weiterhin ist vorteilhaft vorgesehen, daß die offene Siebfläche der Siebgewebe, Drahtgestricke oder Netze im Bereich von 30 bis 80 % liegt.
Hydrophobe Einbauten dieser Art können auch in ggf . der Elektrolysezelle nachgeschaltete Gas/Elektrolyt-Separationseinrichtungen eingebracht werden. Da die wesentliche Separation bereits in der Zelle selbst erfolgt, können die Apparatdimensionen kleiner werden, wodurch ebenfalls die Investitionskosten und der Platzbedarf kleiner werden .
Ferner ist vorteilhaft vorgesehen, daß zusätzlich zu den hydrophoben Einbauten Strömungsbeeinflussende Einbauten vorgesehen sind. Diese Einbauten können beispielsweise als Strömungsplatten ausgebildet sein, von denen eine beispielsweise im oberen Bereich angeordnet sein kann, um die Benutzung der Trennwand zu verbessern, während im unteren Bereich eine Strömungsplatte angeordnet sein kann, die aufgrund der Dichtdifferenz eine interne Zirkulation und somit eine Vermischung des Elektrolyten zur Folge hat. Dies verbessert die Konzentration zur Verteilung in der jeweiligen Kammer.
Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Diese zeigt in:
Fig. 1 einen Schnitt durch zwei nebeneinander angeordnete Elektrolysezellen eines Elektrolyseapparates,
Fig. 2 bis 4 verschiedene Beispiele für hydrophobe Einbauten in einer Elektrolysezelle.
Ein allgemein mit 1 bezeichneter Elektrolyseapparat zur Durchführung elektrochemischer Prozesse weist mehrere, nebeneinander in einem Stapel angeordnete und in elektrischem Kontakt stehende plattenförmige Elektrolysezellen 2 auf, von denen beispielhaft zwei solche Elektrolysezellen 2 nebeneinander angeordnet dargestellt sind. Jede dieser Elektrolysezellen 2 weist ein Gehäuse aus zwei Halbscha- len 3, 4 auf, die mit flanschartigen Rändern versehen sind, zwischen denen mittels Dichtungen 5 jeweils eine Trennwand (Membran oder Diaphragma) 6 eingespannt ist. Die Einspannung der Trennwand 6 kann ggf. auch auf andere Weise erfolgen.
Über der gesamten Tiefe der Gehäuserückwände 4A der jeweiligen Elektrolysezelle 2 sind beim dargestellten Ausführungsbeispiel parallel zueinander eine Mehrzahl von Kontaktstreifen 7 angeordnet, die durch Schweißen oder dergl. an der Außenseite der betreffenden Gehäuserückwand 4A befestigt oder aufgebracht sind. Diese Kontaktstreifen 7 stellen den elektrischen Kontakt zur benachbarten Elektrolysezelle 2, nämlich zur betreffenden Gehäuserückwand 3A, her, an welcher kein eigener Kontaktstreifen vorgesehen ist.
Innerhalb des jeweiligen Gehäuses 3, 4 sind jeweils an die Trennwand 6 angrenzend eine ebenflächige Anode 8 und eine ebenflächige Kathode 9 vorgesehen, wobei die Anode 8 bzw. die Kathode 9 jeweils mit fluchtend mit dem Kontaktstreifen 7 angeordneten Versteifungen verbunden sind, die als Stege oder sonstige Verbindung ausgebildet sind und der besseren Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt sind. Diese Stege stellen gleichzeitig die elektrische Verbindung der Anode bzw. Kathode 8, 9 zur jeweiligen Ge- häuserückwand her.
Die Gehäusehälfte 3 bildet gemeinsam mit der Trennwand 6 und der Kathode 9 eine Kathodenkammer, die Gehäusehälfte 4 mit der Trennwand 6 und der Anode 8 eine Anodenkammer.
Zur Zuführung der Elektrolyseprodukte ist eine geeignete Einrichtung für die jeweilige Elektrolysezelle 2 vorgesehen, eine solche Einrichtung ist in den Zeichnungen nicht dargestellt. Ebenfalls ist in jeder Elektrolysezelle eine Einrichtung zum Abführen der Elektrolyseprodukte vorgesehen, diese ist jedoch ebenfalls nicht angedeutet.
Die Elektroden (Anode 8 und Kathode 9) sind derart gestaltet, daß sie das Elektrolyseeingangsprodukt bzw. die Ausgangsprodukte frei durchfließen bzw. durchströmen lassen, wozu Schlitze oder dergl. vorgesehen sein können. Die Aneinanderreihung mehrerer plattenförmiger Elektrolysezellen 2 geschieht in einem Gerüst, dem sogenannten Zellengerüst. Die plattenförmigen Elektrolysezellen werden zwischen den beiden oberen Längsträgern des Zellengerüstes so eingehängt, daß ihre Plattenebene senkrecht zur Längsträgerachse steht. Damit die plattenförmigen Elektrolysezellen 2 ihr Gewicht auf den Oberflansch des Längsträgers übertragen können, besitzen sie an der oberen Plattenkante auf jeder Seite einen kragarmartigen oder vergleichbaren Halter.
Der Halter erstreckt sich horizontal in Richtung der Plattenebene und ragt über die Randung der Flansche hinaus . Bei den in das Gerüst eingehängten plattenförmigen Elektrolysezellen liegt die Unterkante des kragarmartigen Halters auf dem Oberflansch auf.
Die plattenförmigen Elektrolysezellen 2 hängen vergleichsweise wie Ordner in einer Hängekartei im Zellengerüst. Im Zellengerüst stehen die Plattenflächen der Elektrolysezellen in mechanischem und elektrischem Kontakt, so als ob sie gestapelt seien. Elektrolyseure dieser Bauform werden Elektrolyseure in Hängestapelbauart genannt. In einer anderen Ausführungsform werden die Elektrolysezellen nach dem Filterpressenprinzip im Zellengerüst eingehängt und mittels entsprechender Spannvorrichtungen gegeneinander gepreßt .
Durch Aneinanderreihung von mehreren Elektrolysezellen 2 in Hängestapelbauweise mittels bekannter Spanneinrichtungen werden die Elektrolysezellen 2 über die Kontaktstreifen 7 jeweils mit benachbarten Elektrolysezellen in einem Stapel elektrisch leitend verbunden. Von den Kontaktstreifen 7 fließt der Strom dann durch die Halbschalen über Stege oder Wellbänder in die Anode 8. Nach Durch- tritt durch die Trennwand 6 wird der Strom von der Kathode 9 aufgenommen, um über Stege oder Wellbänder in die andere Halbschale bzw. deren Rückwand 3A zu fließen und hier in den Kontaktstreifen 7 der nächsten Zelle überzutreten. Auf diese Art und Weise durchsetzt der Elektrolysestrom den gesamten Elektrolysezellenstapel, wobei er an der einen Außenzelle eingeleitet und an der anderen Außenzelle abgeleitet wird.
Um während der Durchführung des elektrochemischen Prozesses in dem Elektrolyseapparat 1 eine Schaumbildung zu vermeiden, ist nun erfindungsgemäß vorgesehen, daß im Gehäuse der jeweiligen Elektrolysezelle 2 hydrophobe Einbauten angeordnet sind. Diese hydrophoben Einbauten können beispielsweise in Form von Siebgeweben, Drahtgestrik- ken, Netzen oder Füllkörpern ausgebildet sein, wie im einzelnen aus den Figuren 2 bis 4 dargestellt. Diese hydrophoben Einbauten sind in Figur 2 bis 4 angedeutet und dort allgemein mit dem Bezugszeichen 12 bezeichnet.
Diese hydrophoben Einbauten 12 sind vorzugsweise in der Anodenkammer angeordnet. Sie können verschiedene geometrische Gestaltungen aufweisen, diese sind im einzelnen in Figuren 2 bis 4 dargestellt.
Zusätzlich zu diesen hydrophoben Einbauten 12 können auch noch Strömungsbeeinflussende Einbauten vorgesehen werden, wie am besten aus Figur 1 hervorgeht. Diese Einbauten können mit den erfindungsgemäßen hydrophoben Einbauten 12 sinnvoll kombiniert werden. Beispielhaft sind zwei verschiedene Strömungsplatten gezeigt. Im oberen Bereich der Anodenkammer ist eine Strömungsplatte 13 angeordnet, die die Benetzung der Trennwand 6 verbessert, während im unteren Teil der Anodenkammer eine Strömungsplatte 14 dargestellt ist, die aufgrund der Dichtedifferenz eine interne Zirkulation und somit eine Vermischung des Elektrolyten zur Folge hat. Dies verbessert die Konzentrationsverteilung in der betreffenden Kammer.

Claims

Ansprüche:
1. Elektrolyseapparat zur Durchführung elektrochemischer Prozesse mit wenigstens einer plattenförmigen Elektrolysezelle, die ein Gehäuse aufweist, wobei das Gehäuse Einrichtungen zum Zuführen des Elektrolysestromes und der Elektrolyseeingangsstoffe und Einrichtungen zum Abführen des Elektrolysestromes und der Elektrolyseprodukte und eine Anode und Kathode aufweist, wobei die Anode und die Kathode von einer Trennwand voneinander getrennt und mit der jeweils zugeordneten Rückwand des Gehäuses elektrisch leitend verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (3,4) der jeweiligen Elektrolysezelle (2) wenigstens in einer von der Trennwand (6) begrenzten Gehäusehälfte hydrophobe Einbauten (12) vorgesehen sind.
2. Elektrolyseappparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hydrophoben Einbauten (12) im Bereich der Entstehung der Primärblasen angeordnet sind.
3. Elektrolyseapparat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die hydrophoben Einbauten (12) in Form von Siebgeweben, Drahtgestricken, Netzen oder Füllkörpern ausgebildet sind ,
4. Elektrolyseapparat nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Leerraumanteil im Gehäuse der Elektrolysezelle etwa zwischen 60 bis 98 % beträgt.
5. Elektrolyseapparat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die offene Siebfläche der Siebgewebe, Drahtgestricke oder Netze im Bereich von 30 bis 80 % liegt.
6. Elektrolyseapparat nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den hydrophoben Einbauten (12) strö- ungsbeeinflussende Einbauten (13,14) vorgesehen sind.
PCT/EP1998/005698 1997-09-16 1998-09-09 Elektrolyseapparat WO1999014402A1 (de)

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DE59803086T DE59803086D1 (de) 1997-09-16 1998-09-09 Elektrolyseapparat
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EP98948931A EP1015665B1 (de) 1997-09-16 1998-09-09 Elektrolyseapparat

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