DE2538414C2

DE2538414C2 - Elektrolyseapparat zur Herstellung von Chlor aus wässriger Alkalihalogenidlösung

Info

Publication number: DE2538414C2
Application number: DE2538414A
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Ing. 6238 Hofheim Bender; Dieter Dr. Bergner; Kurt Dipl.-Ing. 6233 Kelkheim Hannesen; Helmut Dr. 6240 Königstein Hund; Wilfried 6238 Hofheim Schulte
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1975-08-29
Filing date: 1975-08-29
Publication date: 1985-01-24
Also published as: BE845661A; ZA765158B; IN143408B; DE2538414A1

Description

a) das Gehäuse aus zwei Halbschalen besteht,

b) die Elektroden über elektrisch leitende Bolzen mit den Halbschalen verbunden sind, wobei die Bolzen durch die Wandung der Halbschalen hindurchragen und auf ihrer hindurchragenden Stirnseite Stromzuführungen und Einrichtungen ram Zusammenpressen der Stromzuführungen. Haibschaien, Elektroden und Trennwand aufliegen und

c) die Trennwand zwischen elektrisch isolierenden Distanzstücken, die In der Verlängerung der Bolzen auf der elektrolytisch aktiven Seite der Elektroden angeordnet sind, und mittels Dlchtelementen zwischen den Rändern der Halbschalen eingeklemmt ist.

2. Elektrolyi^apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathoden aus Elsen, Kobalt, Nickel oder Chrom od=r einer ihrer Legierungen bestehen.

3. Elektrolyseapparat nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anoden aus Titan, Niob, Tantal oder einer Legierung dieser Metalle oder aus einem metall- oder oxidkeramischen Material bestehen und mit einem elektrisch leitfähigen, elektrokatalytlsch wirksamen Überzug versehen sind, der Metalle oder Verbindungen der Metalle der Platingruppe enthalt. ■

4. Elektrolyseapparat nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbschalen der Anodenselten aus einem gegen Chlor beständigen faserverstärkten Kunststoff bestehen.

5. Elektrolyseapparat nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbschalen der Kathodenseiten aus einem gegen Alkalllaugen beständigen faserverstärkten Kunststoff oder aus Elsen oder einer Eisenlegierung, insbesondere aus Gußelsen bestehen.

6. Elektrolyseapparat nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände aus Ionenaustauschermembranen bestehen.

7. Elektrolyseapparat nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände aus mikroporösen Durchlaufdiaphragmen bestehen.

durch eine Trennwand voneinander getrennt angeordnet sind.

Nach der DE-AS 14 21051 ist eine Mehrfachelektrolysezelle bekannt, bei der zwischen den Graphit- oder Platinmetallanoden und den Meiallkathoden ein Asbestdiaphragma angeordnet ist. Diaphragma, Meta Ikathode und Anode bilden eine sogenannte Montageeinheit, die durch einen Rahmen von der nächst folgenden Einheit auf Abstand gehalten wird..Um.für

ίο den Katholyten den notwendigen Raum zu schaffen, ist der an der Anode anliegende Teil der Kathode mit Warzen versehen, auf denen sich das auf dem Metallgazesieb aufgezogene Diaphragma abstützt.
Nach der DE-OS 2100 214 Ist eine ähnliche Mehr-.

fachelektrolysezelle bekannt, bei der die mit Warzen versehenen Metallelektroden paarweise verschweißt sind und benachbarte Elektrodenpaare durch eine Membran voneinander getrennt sind. Die Membran stützt sich dabei auf den Warzen gegenüberliegender Elektroden ab. In den dadurch zustande kommenden Kanälen befindet sich der Anolyt bzw. der Katholyt.

Nachteilig bei den bekannten Mehrfachelektrolysezellen ist, daß bei Beseitigung von Betriebsstörungen, wie Leckagen zwischen den einzelnen Elementen, Defekte an den Elektroden oder der Trennwand der Elektrolyseapparat stets entleert und wieder gefüllt v/erden .-nuß, was sehr zeitraubend und aufwendig ist. Es Ist auch nicht ohne weiteres möglich, ohne komplette Demontage des Apparates den Ort der Betriebsstörung zu lokalisieren und ohne vollständige Demontage und ohne vollständige Erneuerung der einzelnen Dichtungen der Elemente den Elektrolyseapparat wieder in betriebsbereiten Zustand zu versetzen.
Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, daß keine Möglichkeit besteht, das entstehende Gas rasch von der aktiven Elektrodenoberfläche wegzuleiten. Es sind keine separaten Gasabzugskanäle möglich, so daß Anolyt und Katholyt nach Verlassen des Elektrolyseapparates entgast werden müssen. Bei Explosionen, die bei dieser Art der Elektrolyse nicht auszuschließen sind, wird In der Regel der gesamte Elektrolyseapparat zerstört.

Es war daher die Aufgabe zu lösen, einen Elektrolyseapparat zu schaffen, der die oben gezeigten Nachtelle nicht aufweist. Darüber hinaus bestand die Aufgabe, den Elektrolyseapparat aus Einzelzellen so aufzubauen, daß die Dichtigkeit der einzelnen Zellen, der Zustand der elektrischen Kontakte und die Stromverteilung ohne weiteres überwacht werden können. Ferner war erwünscht, daß die Einzelzellen für sich allein funktionsfähig sein sollten, um Im Reparaturfall leicht entfernt oder ausgetauscht werden zu können und damit ohne Demontage des gesamten Elektrolyseapparates den Betrieb desselben nur kurzfristig unterbrechen zu müssen.

Die Aufgaben wurden erfindungsgemäß gelöst durch einen Elektrolyseapparat der vorgenannten Art, der dadurch gekennzeichnet Ist, daß

60 a) b)

Gegenstand der Erfindung Ist ein Elektrolyseapparat zur Herstellung von Chlor aus wäßriger Alkallhalogenldlösung, der mindestens eine Elektrolysezelle aufweist, die aus einem Gehäuse mit Einrichtungen zum Zuführen des Elektrolysestromes und der Elektrolyseeingangsprodukte und zum Abführen der ElektrolvseDrodukte besteht und in der Anode und Kathode c) das Gehäuse aus zwei Halbschalen besteht,
die Elektroden über elektrisch leitende Bolzen mit den Halbschalen verbunden sind, wobei die Bolzen durch die Wandung der Halbschalen hindurchragen und auf Ihrer hindurchragenden Stirnseite Stromzuführungen und Einrichtungen zum Zusammenpressen der Stromzuführungen, Halbschalen, Elektroden und Trennwand aufliegen und
die Trennwand zwischen elektrisch Isolierenden

Distanzstücken, die In der Verlängerung der Bolzen auf der elektrolytisch aktiven Seite der Elektroden angeordnet sind, und mittels Dichtelementen zwischen den Rändern der Halbschalen eingeklemmt ist.

Die Kathoden können aus Eisen, Kobalt, Nickel oder Chrom oder einer ihrer Legierungen und die Anoden aus Titan, Niob, Tantal oder einer Legierung dieser Metalle oder aus einem metall- oder oxidkeramischen Material bestehen. Darüber hinaus sind die Anoden mit einem elektrisch leltfehlgen, elektrokatalytisch wirksamen Oberzug versehen, der Metalle oder Verbindungen der Metalle der Platingruppe enthält. Durch die Form der Elektroden, die aus durchbrochenem Material wie Lochblech, Streckmetall, Flechtwerk oder Konstruktionen aus dünnen Rundstaben bestehen, und ihre Anordnung in der Elektrolysezelle körnen die bei der Elektrolyse gebildeten Gase leicht in den Raum hinter den Elektroden eintreten. Durch diesen Gasabzug aus dem Elektrodeaspalt erreicht man eine Verminderung des Gasblasenwiderstandes zwischen den Elektroden und damit eine Verminderung der Zellenspannung.

Die Halbschalen der Anodenseiten können aus einem gegen Chlor beständigen faserverstärkten Kunststoff, die Halbschalen der Kathodenseiten aus einem gegen Alkalilaugen beständigen faserverstärkten Kunststoff oder aus Eisen oder einer Eisenlegierung, Insbesondere Gußeisen bestehen. Als faserverstärkte Kunststoffe kommen glasfaserverstärkte ungesättigte Polyesterharze, glasfaserverstärkte chlorierte Polyesterharze und glasfaserverstärkte Vinylesterharze in Betracht.

Die Trennwände können aus mikroporösen Durchlaufdiaphragmen z. B. aus Asbest oder aus Ionenaustauschermembranen bestehen. Als Material für die Ionenaustauschermembranen eignet sich zum Beispiel ein Copolymerlsat aus Tetrafluoräthylen und einer Perfluorvl nyl äthersulfonsäure:

-(CF₂Cf₂^-(CF₂CF)-(CF₂CF₂)-

R
R=-O — CF₂—CF(CFj)—O — CF₂—CFj—SO,H

Die Äquivslentgewichte eines solchen Copolymerisates liegen zwischen 900 und 1600, vorzugswele zwischen 1100 und 1500.

Der Elektrolyseapparat kann aus einer Elektrolysezelle, aber auch aus eine; Vielzahl hlnterelnandergeschalteter Zellen, wobei der elektrische Kontakt benachbarter Zeller, jeweils über die elektrisch leitenden Bolzen erfolgt, bestehen.

Der erfindungsgemäße Elektrolyseapparat wird anhand der Figuren in belsplelswelser Ausführung

erläutert.
Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch einen Elektrolyse-

■.lpparat mit zwei Elektrolysezellen. FI g. 2 zeigt die Einzelheit A der Fl g. 1. Flg. 3 zeigt eine Variante der In Fig. 2 gezeigten

Einzelheit A.

Das Gehäuse einer Elektrolysezelle besteht aus den Halbschalen I und 10. Die Halbschalen sind mit fianschartigen Rändern versehen, zwischen die mittels Dichtelementen 14 die Trennwand 6 eingespannt wird. Die Elektroden 3 und 7 sind über elektrisch !eltende Bolzen 2 mit den Halb'-chalen 1 und 10 verbunden, umhpi die Bolzen 2 durch die Wandung der Halbschalen hindurchragen. Auf der durch die Schalenwand hindurchragenden Stirnseite 22 der Bolzen liegen die Stromzuführungen 23 und die Spanneinrichtungen 12 auf. Die Spanneinrichtung 12 besteht zum Beispiel aus einem U-förmigen Rahmen, dessen einer Flansch mit Spannschrauben 24 versehen ist, während der andere Flansch Stützbolzen 25 aufweist. In Verlängerung der Bolzen 2 sind auf der elektrolytisch aktiven Seite der Elektroden 3 und 7 elektrisch Isolierende Distanzstücke 5 angeordnet. Die Bolzen 2 können entweder in die Halbschalen eingelassen sein (Flg. 3) oder sie sind mit den Elektroden verbunden (Flg. 2). Im Falle der metallischen Halbschalen können sie direkt angeformt werden.

Die Montage einer Zelle mit den konstruktiven Elementen entsprechend F1 g. 1 und 2 erfolgt so, daß die Bolzen 2, die mit den Elektroden 3 und 7 fest verbunden sind (geschweißt, geschraubt, und genietet), durch entsprechende Öffnungen 26 In die Halbschalen gesteckt werden, und die Halbschalen durch auf die Bolzen 2 aufgeschraubte Muttern 27 p/halten werden. 128 und 29 sind Dichtungen zum Abdickten der Salzen 2. Nach der Variante gemäß Fig. 3 sind die Bolzen In die Halbschale 1 eingelassen bzw. an die Halbschale 10 angeformt. Distanzstücke 5 und Elektroden 3 und 7 werden m'Uels Schrauben 8 bzw. Steckverbindungen 9 mit den Halbschalen verbunden. 4 deutet eine an dieser Stelle vorhandene Verstärkung der Elektroden 3 und 7 an. Die so montierten Zellenhälften werden gegebenenfalls mit den Distanzstücken 5, Dichtungen 14 und der Trennwand 6 versehen und an den Rändern mittels Schrauben 13 zusammengeschraubt. Die montierte Elektrolysezelle kann, wenn gewünscht, nun mit Elektrolyseeingangsprodukt gefüllt werden, bevor sie in die Spanneinrichtung 12 mit Ihren mit Federn 11 belasteten Spannschrauben 24 eingesetzt wird. Mit 15 und 16 sind die Zuleitungen für das Elektrolyseeingangsprodukt angedeutet. Bei der Verwendung von Ionenaustauschermembranen der eingangs geschilderten Art wird in den Anodenraum als Elektrolyseeingangsprodukt Alkallhalogenidlösung und In den Kathodenraum Wasser oder verdünnte Alkalilauge eingeleitet. Verwendet man mikroporöse Durchlaufdiaphragmen wie z. B. Asbestdiaphragmen oder Kunststoffdiaphragmen, einfallt die ⁴S Zuleitung zum Kathodenraum und durch die andere Zuleitung wird die Alkallhalogenldlösung in den Anodenraum eingespeist. Die Rohrleitungen 17 und 18 dienen zum Austragen von Chlor und Wasserstoff und die Rohrleitungen 19 und 20 für Anolyt und Katholyt. 21 deutet Isolatoren an.

Bei Elektroiyseapparaten mit mehreren Elektrolysezellen sind Anode und Kathode benachbarter Zellen über die Bolzen 2 elektrisch verbunden, so daß der Apparat sinen echten bipolaren Elektrolyseapparat ⁵^ darstellt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrolyseapparat zur Herstellung von Chlor aus wäßriger AlkaJlhalogenidlösung, der mindestens eine Elektrolysezelle aufweist, die aus einem Gehäuse mit Einrichtungen zum Zuführen des Elektrolysestromes und der Elektrolyseeingangsprodukte und zum Abführen der Elektrolyseprodukte besteht und in der Anode und Kathode durch eine Trennwand voneinander getrennt angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß