DE69019192T2

DE69019192T2 - Electrolyse-Vorrichtung für Chlor-Alkali-Electrolyse und Anode.

Info

Publication number: DE69019192T2
Application number: DE69019192T
Authority: DE
Inventors: Giovanni Meneghini
Original assignee: Permelec SpA
Current assignee: De Nora Elettrodi SpA
Priority date: 1989-02-13
Filing date: 1990-02-12
Publication date: 1996-02-29
Anticipated expiration: 2010-02-13
Also published as: NO180170B; IL92972A0; NO180170C; IT1229874B; CA1338933C; IL92972A; EP0383243A2; DE69019192D1; EP0383243A3; CN1046319C; EP0383243B1; ZA90906B; JPH02247391A; RU2051990C1; CN1044831A; NO900611L; PL163158B1; BR9000632A; US5066378A; UA25964A1

Description

STAND DER TECHNIK

In den verschiedenen Technologien der Cbloralkali-Industrie (Quecksilberkathode, Diaphragma- und Membran-Elektrolyse- Vorrichtung) ist es allgemein bekannt, daß es Probleme, die mit dem Stofftransport und der Gasentwicklung an den Elektroden, insbesondere an den Anoden, verbunden sind, gibt. In dem industriell wichtigen Fall der Natriumchlorid-Elektrolyse in Diaphragma-Elektrolyse-Vorrichtungen wurden während der zwei letzten Dekaden zunehmende Anstrengungen gemacht, um das Verfahren zu verbessern, insbesondere um die Stromdichte zu erhöhen und die Anoden-Diaphragma-Lücke zu verringern.
Die Einführung dimensionsstabiler Metallanoden als Ersatz für Graphit und die Verwendung von Diaphragmen auf der Basis von Asbest und Polytetrafluorethylen ergab bei der Anwendung an der Kathode mittels neuer Verfahren eine Erhöhung der Stromdichte von ca. 1.5 kA/m² auf ca. 2.7 kA/m², und eine Verringerung des Abstandes zwischen der Anode und dem Diaphragma von 7 bis 10 mm auf 1 bis 2 inm. Unter diesen Betriebsbedingungen ist ein effizienter Stofftransport an die Oberfläche der Anode durch Aufrechterhaltung einer hohen Chloridkonzentration in der verringerten Anode-Diaphragma-Lücke und eine Minimalisierung der Mengen an Gasblasen, die an der Anode anhaften, von allergrößter Wichtigkeit.
Die Wirkungen einer mangelhaften Chloridionenzufuhr und einer unzureichenden Gasblaseneliminierung an der Anode ergibt: ein Ansteigen der Zellspannung; eine Verringerung des Faraday'schen Wirkungsgrades; die Entwicklung störender Reaktionen, die zur Produktverunreinigung führen; eine Verringerung der elektrokatalytischen Wirksamkeit und der Lebensdauer der Anode; eine Verringerung der Lebensdauer des Diaphragmas; und einen gefährlichen Betrieb der Elektrolyse-Vorrichtungen. Wenn die vorstehenden Probleme nicht überwunden werden, wird nicht nur der Wirkungsgrad einer Diaphragma-Elektrolyse-Vorrichtung verringert, sondern jede weitere Entwicklung behindert.
Fig. 1 und 2 sind zwei Schnittansichten, im Längsschnitt bzw. Querschnitt, einer typischen Elektrolyse-Vorrichtung des Standes der Technik, umfassend: eine Basis (A), an der dimensionsstabile Anoden (B) befestigt sind.
Die Zahl der Anoden hängt von den Dimensionen der Elektrolyse- Vorrichtung ab. Eine Umhüllung, an die Kathoden aus einem sehr feinen Eisennetz angeschweißt sind, wirkt als Stromverteiler (R); ein Asbest-Diaphragma oder dergleichen ist am Kathodennetz mittels spezieller Verfahren (in den Fig. 1 und 2 nicht dargestellt) angebracht, und ein Deckel (G) ist aus Polyester oder einem anderen gegenüber Chlor widerstandsfähigen Material hergestellt. Die Kathodenkammer wird durch den zwischen dem Netz-gestützten Diaphragma und der Umhüllung (R) begrenzten Raum gebildet, während die Anodenkammer durch den übrigen Teil des Volumens der Elektrolyse-Vorrichtung ausgebildet wird, worin die Anoden angebracht sind.
Der Betrieb der Elektrolyse-Vorrichtung kann wie folgt beschrieben werden: die Salzlösung (300 g/l Natriumchlorid), die den Anolyt bildet, tritt vom Salzlösungseinlaß (M) in die Anodenkammer ein und wird an den Anoden (B) elektrolysiert, wo Chlor entwickelt und durch den Auslaß (H) abgelassen wird; die abgereicherte Salzlösung fließt durch das Diaphragma in die Kathodenkammer, wo sie an den Kathoden (C) unter Bildung von Wasserstoff, der durch (I) abgelassen wird, elektrolysiert wird; die elektrolysierte Salzlösung, die den Katholyten bildet (160 bis 190 g/l Natriumchlorid und 120 bis 150 g/l Natronlauge) wird durch das Sickerrohr (L) gesammelt; die Fließgeschwindigkeit des Anolyten von der Anodenkammer zur Kathodenkammer durch das Diaphragma wird eingestellt, indem man die Höhe des Sickerrohres (L) variiert; die treibende Kraft des Durchflusses der Salzlösung durch das Diaphragma wird durch den hydraulischen Druck (hydraulic head) (N) bereitgestellt, der sich zwischen Anolyt und Katholyt ausbildet.
Dieser Typ von Elektrolyse-Vorrichtung wird jedoch durch verschiedene Nachteile beeinträchtigt, wenn Versuche unternommen werden, um (a) die spezifische Produktivität durch Erhöhung der Stromdichte zu erhöhen; (b) die Lücke zwischen den Elektroden zu verringern, um den Energieverbrauch zu verringern; (c) die Konzentration an Lauge im Katholyt zu erhöhen, um den Dampfverbrauch in der Konzentrationsstufe zu verringern; (d) die Betriebszeiten zu verlängern, um die Wartungskosten und Probleme der Umweltverschmutzung, die im wesentlichen mit Asbest verbunden sind, der zur Zeit immer noch die Hauptkomponente der Diaphragmen darstellt, zu verringern. Die Verringerung der Häufigkeit der Handhabung von Asbest ist zur Zeit ein Ziel von höchster industrieller Bedeutung.
Die Nachteile werden hauptsächlich durch die Probleme verursacht, die mit der Zufuhr frischer Salzlösung an die Anoden- Diaphragma-Lücke und die Eliminierung der Gasblasen, die sich in dieser Lücke sammeln, verbunden sind. Eine unzureichende Zufuhr frischer Salzlösung ist mit der folgenden störenden Erscheinung verbunden: einer lokalen Erhöhung des pH-Werts in der Anodenkammer aufgrund der Rückwanderung von Hydroxylionen aus der Kathodenkammer; Elektrolyse von Wasser unter Sauerstofferzeugung und Verringerung des Anoden-Wirkungsgrades; Bildung von Hypochloraten und Chloraten, die durch das Diaphragma von der Anodenkammer in die Kathodenkammer hindurchdiffundieren, und an den Kathoden unter Verringerung des kathodischen Faraday'schen Wirkungsgrades in Chlorid überführt werden; und mit dem Gasblasen-Effekt, d.h. die an der Anode gebildeten Chlorgasblasen füllen die Kathodenkammer, wodurch ein lokalisierter Anstieg des Elektrolytwiderstandes verursacht wird, und das Strom-Ungleichgewicht führt zu einem Ansteigen der lokalen Stromdichte im Elektrolyten und im Diaphragma und einem Ansteigen der Spannung der Elektrolyse-Vorrichtung. Diese Probleme werden verstärkt, wenn die gesamte elektrische Beladung erhöht wird, und noch mehr, wenn die Lücke zwischen den Elektroden verringert wird. Die kritischsten Bedingungen werden in den sogenannten Zellen ohne Lücke (zero-gap cells) angetroffen, wo die Anoden in direktem Kontakt mit dem Diaphragma stehen.
Es wurden viele Versuche unternommen, um eine Lösung für diese Probleme zu finden, und es gibt eine umfangreiche Literatur und viele Patente, worin Lösungen vorgeschlagen werden, um die Stoffübertragung zu verbessern, entweder durch spezielle grobmaschige Elektrodenstrukturen, die eine Gasfreisetzung begünstigen, oder durch hydrodynamische Umlenkbleche. Die letzteren, die die an den Elektroden entwickelten Gasblasen auf zweckmäßige Weise ableiten, bewirken einen Pumpeffekt des Elektrolyten in der Lücke zwischen den Elektroden und verringern den Gasblasen-Effekt. Das US-Patent 4 035 279 beschreibt, obwohl es insbesondere auf Quecksilberzellen gerichtet ist, die Verwendung schräger Umlenkbleche (Fig. 5 dieses Patents) in Diaphragma-Zellen, die mit Graphitanoden betrieben werden. Fig. 3 der vorliegenden Anmeldung beschreibt diese Elektrolyse-Vorrichtung des Standes der Technik, worin das Paar der geneigten Umlenkbleche das Gas auffängt und nach (Q) abführt, wodurch eine Art von Kamin ausgebildet wird, wodurch das Gasvolumen mehr Elektrolyt durch den Zellenumfang (T) abzieht. Deshalb bildet sich eine Aufwärtsbewegung des Elektrolyten und des Gases in (Q) und eine Abwärtsbewegung des Elektrolyten in (T) aus. Auch nach mehr als 10 Jahren seit Anmeldung dieses Patentes ist jedoch keine industrielle Anwendung dieses Systems bekannt. Die Effektivität dieser Methode wird tatsächlich durch die folgenden Nachteile negativ beeinträchtigt: (a) die Aufwärts- und Abwärtsbewegungen werden in den Anode-Diaphragma- Lücken gleichzeitig ausgebildet. Die Aufwärtsbewegungen haben eine positive Wirkung, weil sie die Gasfreisetzung und die Aufsteiggeschwindigkeit der Elektrolyten verbessern; umgekehrt haben die Abwärtsbewegungen einen nachteiligen Effekt, weil sie entgegengesetzt zum aufwärtsgerichteten Gasstrom gerichtet sind; (b) um den negativen Effekt zu verringern, müssen die Abwärtsbewegungen zahlenmäßig beschränkt und in den peripheren Bereichen der Elektrolyse-Vorrichtung lokalisiert werden, damit sie nur einen kleinen Teil der gesamten anodischen Oberfläche beeinträchtigen. Als Ergebnis wird die gesamte Durchflußgeschwindigkeit der Abwärtsbewegungen ebenfalls begrenzt und Aufwärtsbewegungen des Elektrolyten sind nicht gleichmäßig verteilt und meistens nahe der Abwärtsbewegung lokalisiert; (c) die Anode-Diaphragma-Lücke kann nicht verringert werden, weil sie den Druckabfall erhöhen würde; in diesem Fall würde der Pumpeffekt weniger effektiv werden und der Elektrolyt würde vorzugsweise durch den lateralen oberen Teil des Kamins durch die zwei dreieckigen Querschnitte, die durch die Umlenkbleche und durch die imaginäre horizontale Linie, die rechtwinkelig zum oberen Teil der Elektroden steht, gebildet werden, eintreten.
Die Fig. 4 zeigt die Struktur dimensionsstabiler Anoden (Detail 2). Wie dies ersichtlich ist, haben die Metallanoden eine hohle Struktur in Form einer durch Falten eines expandierten Metallbleches ausgebildeten Schachtel. Die Verwendung dieser Anoden würde die vom US-Patent Nr. 4 035 279 gelehrte Verbesserung sogar noch unwirksamer machen, weil die Aufwärtsbewegungen in dem hohlen Teil der Anode (d.h. 44 mm Dicke) konzentriert werden würden, wo der Druckabfall geringer ist.
Dieses Patent ist schließlich in Diaphragma-Zellen, die mit Graphitanoden betrieben werden, nicht nur kaum wirksam, sondern aus den folgenden Gründen mit Metallanoden zweifellos unwirksam: (a) die Gegenwart von Bereichen, in denen den Aufwärtsbewegungen die Abwärtsbewegungen der Gasblasen entgegenstehen; (b) die Abwärtsbewegungen sind auf den äußeren Bereich der Elektrolyse-Vorrichtung beschränkt und nicht gleichmäßig verteilt, was den Betrieb negativ beeinträchtigt; (c) der Aufwärtsstrom geht im wesentlichen durch den hohlen Teil der Anoden, wo ein minimaler Druckabfall vorgefunden wird; (d) ein Teil der Aufwärtsbewegungen tritt durch den oberen lateralen Teil des Kamins durch die zwei durch die Umlenkbleche und die imaginäre horizontale Linie, die senkrecht zum oberen Teil der Elektroden steht, begrenzten dreieckigen Flächen; (e) die Höhe der geneigten Umlenkbleche wird zur Höhe der Anoden hinzugefügt, und ihre Neigung ist deshalb maßvoll, um ein Herausragen der Umlenkbleche aus der Salzlösung zu vermeiden, wodurch Wirksamkeit verlorengeht; (f) die maßvolle Neigung begrenzt den verfügbaren hydraulischen Aufwärtsdruck, weil die meiste kinetische Energie beim Zusammenprall der vertikalen Strömung der Gas-Flüssig-Dispersion und der Umlenkbleche verlorengeht.
Die französische Patentanmeldung FR-A-2 162 248 beschreibt eine Elektrolyse-Vorrichtung, die hohle Anoden aus nicht unterbrochenen Metallblechen aufweist. Die Chlorgasblasen werden an der Außenseite dieser Anoden erzeugt und sind für eine nach aufwärts gerichtete Umwälzbewegung verantwortlich. Das Innere der Anode wird vollständig von der nach abwärts gerichteten Umwälzbewegung eingenommen. Irgendein Versuch, die Anode- Diaphragma-Lücke zu verringern, würde einen entsprechenden Abfall des kleinsten Querschnittes des Umwälzweges ergeben. Die FR-A-2 162 248 lehrt die Verwendung von Umlenkblechen an den oberen Enden der Anoden, um die Höhe der entgasten Salzlösungssäule zu vergrößern, um die für die Umwälzbewegung verfügbare Energie zu erhöhen. Wenn durchlöcherte Anodenoberflächen verwendet werden, muß jedoch ein verschiedener Umwälzweg gewählt werden, da Chlorgasblasen in der Elektrolyt-Außenseite und im Inneren der Anoden vorhanden sind.
Das US-Patent US-A-4 138 295 beschreibt einen Umwälzweg für Elektrolyse-Vorrichtungen, die schachtelförmige Anoden mit durchlöcherten Oberflächen aufweisen. Röhrenförmig ausgestaltete Elektrolyt-Fördereinrichtungen sind innerhalb dieser Anoden vertikal angebracht. Die in der Elektrolyt-Außenseite und Innenseite der Anoden vorhandenen Chlorgasblasen verursachen eine Aufwärtsbewegung des Elektrolyten außerhalb der Fördereinrichtungen und eine Abwärtsbewegung des Elektrolyten innerhalb der Fördereinrichtungen. Obwohl nach der Lehre des US-Patents 4 138 295 eine kontinuierliche Erneuerung des Elektrolyten und eine beschleunigte Freisetzung von Gas aus dem Elektrolyten möglich ist, ist die Zellspannung immer noch relativ hoch und der Stromwirkungsgrad sowie die Umwälzbewegung sind immer noch verbesserungswürdig.

ERFINDUNGSGEMÄßE AUFGABENSTELLUNG

Aufgabenstellung der Erfindung ist es, eine verbesserte monopolare Elektrolyse-Zelle und eine Anode mit einem verbesserten Stofftransport bereitzustellen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines verbesserten Elektrolyse-Verfahrens.
Diese und andere Aufgabenstellungen und Vorteile der Erfindung sind aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die neue erfindungsgemäße Elektrolyse-Vorrichtung für die Chlor-Alkali-Elektrolyse mit monopolarem Diaphragma oder taschenartiger Ionenaustauschmembran umfaßt Kathoden- und Anodenkammern, die Kathoden bzw. Anoden enthalten, die eine offene Struktur haben und sich in im wesentlichen senkrechter Richtung erstrecken, wobei die Anoden aus expandierten Metallblechen gefertigt sind und röhrenförmige Elektrolytleitungen im Inneren der Anoden vorgesehen sind, um zahlreiche Umwälzungen mit Aufwärtsbewegungen der Mischphase aus Anolyt und Gas und Abwärtsbewegungen des gasfreien Anolyts zu erzeugen, um die Spannung der Elektrolyse-Vorrichtung zu verringern und den Faraday'schen Wirkungsgrad und die Qualität der Produkte zu erhöhen, wobei die Aufwärts- und Abwärtsbewegungen in getrennten Bereichen der Anoden stattfinden.
Die erfindungsgemäße Elektrolyse-Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Anoden im oberen Bereich Umlenkbleche aufweist, die mit den Elektrolytleitungen so verbunden sind, daß die Abwärtsbewegungen des gasfreien Anolyts in dem von einem Paar von Ablenkblechen gebildeten Raum beginnen und durch die Elektrolytleitungen nach unten führen, wobei die Ablenkbleche unterhalb der Oberfläche des Anolyts Oberkanten oder Überlauflöcher aufweisen.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Erfindungsgemäß werden die Nachteile des Standes der Technik überwunden, insbesondere im Hinblick auf neue oder bereits bestehende monoplare Diaphragma-Elektrolyse-Vorrichtungen, die dimenionsstabile Anoden verwenden. Die vorliegende Erfindung ist aber auch für Zellen mit taschenartigen Membranen vorteilhaft.
Die Fig. 5, 6, 7, 8 und 9 veranschaulichen die vorliegende Erfindung.
In diesen Figuren sind an den Elektroden Umlenkbleche (D) parallel oder senkrecht zu der Anodenoberfläche vorgesehen. Im ersteren Fall besitzt jedes Paar von an der Anode befestigten Umlenkblechen im Hinblick auf eine von der Anodenoberfläche definierten Mittelebene symmetrische Kanten, wobei die Umlenkbleche die auf steigende Bewegung der an der Anodenoberfläche entwickelten Gasblasen auffangen und in (P) konzentrieren, wodurch eine Aufwärtsbewegung der Mischphase aus Anolyt und Gas verursacht wird, die von der Basis (A) der Zelle durch den Raum (S) zwischen dem Diaphragma (F) und der Anodenoberfläche (B) nach (P) geführt wird, und eine Abwärtsbewegung des gasfreien Elektrolyten, die von dem durch jedes Paar von Umlenkblechen gebildeten Raum (D) beginnend durch die Salzlösungsleitungen (E) zur Basis der Anode (B) und der Zelle (A) nach unten strömt. Als hauptsächliche Folge werden die Aufwärts- und Abwärtsbewegungen in getrennten Bereichen der Anoden lokalisiert und stören sich nicht gegenseitig.
Die Aufwärtsbewegungen können im wesentlichen in dem zwischen dem Diaphragma (F) und der Anode (B) ausgebildeten Raum (S) konzentriert sein, wenn die schachtelförmigen Anoden aus einem expandierten Metallblech mit rechteckigem Querschnitt unten mit einem Streifen aus einem feinen Netz (Y) verschlossen sind. Im letzteren Fall kann der Streifen (Y) durch das gefaltete Ende der feinen Netze ersetzt sein, die auf die Oberflächen von verbrauchten Anoden während der Nachrüstung punktgeschweißt werden. Der durch jedes Paar von Umlenkblechen verursachte und durch die verschiedene Dichte der Säulen des aufsteigenden Fluids (Salzlösung und Gas) und des absteigenden Fluids (Salzlösung) verursachte hydraulische Druck wird nicht nur verwertet, um eine Umwälzung des Elektrolyten auszubilden, sondern auch, um die Abführgeschwindigkeit der Gasblasen, die sich an der Anodenoberfläche bilden und sich im Raum (S) konzentrieren würden, zu erhöhen. Darüberhinaus werden die Nachteile einer nicht gleichmäßigen und kaum wirksamen Elektrolytumwälzung, die typisch für den Stand der Technik ist, vermieden.
Die Umlenkbleche sind vorzugsweise aus Titanblechen, z.B. von 0.5 mm Dicke und in einer in Fig. 8, Details 1 bis 6, dargestellten Form, aber es können auch andere gegenüber Chlor beständige Materialien verwendet werden. Die Umlenkbleche werden an die Anoden, wie in Fig. 8, Details 7 bis 10, dargestellt, befestigt und die Umlenkbleche sind, wie in Fig. 8, Details 11 bis 17, dargestellt, mit Leitungen verbunden; die Elektrolytleitungen (E) aus gegenüber Chlor beständigem Material können hinsichtlich der Zahl, Form und den Dimensionen (zylindrisch, oval, rechtwinkelig usw. geformte Röhren) abhängig von den Anodeneigenschaften variieren und sind im inneren Teil der Anode senkrecht angeordnet. Die Leitungslänge beträgt die Hälfte der Höhe der Anoden oder mehr.
Der Abstand (U) (Fig. 9) zwischen zwei aufeinanderfolgenden Paaren von Umlenkblechen kann variieren und kann abhängig von der Stromdichte, den Anodendimensionen, dem Abstand zwischen Anode und Diaphragma und der gewünschten Geschwindigkeit des Aufwärtsflusses zwischen 10 und 100 mm liegen. In jedem Fall ist das bevorzugte Verhältnis zwischen den durch die Länge der Umlenkbleche multipliziert mit den Breiten (W) bzw. (U) (Fig. 9) definierten Flächen gleich oder größer als 1. Die Höhe jedes Umlenkbleches (V) (Fig. 9) kann variieren und hängt von dem Pegel der Salzlösung an der Anode ab. Es ist wichtig, daß das obere Ende der Umlenkbleche immer unterhalb des Pegels der Salzlösung liegt, und die Umlenkbleche können als Alternative, Überlauflöcher aufweisen. Die Orientierung der Umlaufbleche wurde als senkrecht zur Länge der Zelle (Fig. 5) dargestellt, aber es ist auch eine parallele Orientierung (Fig. 6) ohne merkliche Veränderung des Wirkungsgrades möglich.
Im nachfolgenden Beispiel werden zur Veranschaulichung der Erfindung mehrere bevorzugte Ausführungsformen beschrieben. Die Erfindung wird jedoch durch diese spezifischen Ausführungsformen nicht beschränkt.

BEISPIEL

In einer MDC-55-Diaphragma-Elektrolyse-Vorrichtung (Fig. 10), die mit dimensionsstabilen Anoden versehen ist, wurden 13 Paare von Umlenkblechen aus Titanblech mit einer Dicke von 0.5 mm, wie in Fig. 9 dargestellt, installiert. Die Höhe (V) der Umlenkbleche und der Abstand (U) (Fig. 9) zwischen zwei aufeinanderfolgenden Paaren von Umlenkblechen betrug 200 bzw. 30 mm. Die Winkel (Fig. 9) zwischen zwei geneigten Oberflächen bzw. der Tangente an der Basis des Ablenkbleches und der vertikalen Achse betrug 30º bzw. 70º. Der Elektrolyt war Salzlösung, die 310 g/l Natriumchlorid enthielt, und die Stromdichte betrug, bezogen auf die Anodenoberfläche, 2.5 kA/m². Die nach einem langen Betrieb in zwei Zwillings- Elektrolyse-Vorrichtungen der gleichen Anlage, in der eine mit den erfindungsgemäßen Umlenkblechen ausgestattet war, und die andere ohne diese, erhaltenen Werte sind in der nachfolgenden Tabelle angegeben. TABELLE Mittlerer Wert Elektrolyse-Vorrichtung ohne Umlenkbleche U Elektrolyse-Vorrichtung mit Umlenkblechen Spannung der Elektrolyse-Vorrichtung Konzentration der Salzlösung Temperatur der Salzlösung Katholyt O&sub2;-Gehalt im Chlor Lebensdauer des Diaphragmas Faraday'scher Wirkungsgrad (*) Die Elektrolyse-Vorrichtung wurde aufgrund eines Zusammenbrechens des Faraday'schen Wirkungsgrades und des Ansteigens des Sauerstoffgehalts im Chlor auf untragbare Werte (mehr als 5%) stillgelegt und auseinandergenommen. (**) Die Elektrolyse-Vorrichtung war zum Zeitpunkt des Einreichens der Prioritätsanmeldung immer noch in Betrieb.
Ein Vergleich der Betriebswerte zeigt ganz klar, daß die Verwendung der erfindungsgemäßen hydrodynamischen Umlenkbleche einen merklichen Abfall der Spannung der Elektrolyse-Vorrichtung, eine drastische Verringerung der Sauerstoffmenge im Chlor, was einen Anstieg des Faraday'schen Wirkungsgrades zur Folge hat, und schließlich eine beträchtliche Erhöhung der Lebensdauer der Elektrolyse-Vorrichtung ergibt.

Claims

1. Elektrolyse-Vorrichtung für die Chlor-Alkali-Elektrolyse mit monopolarem Diaphragma oder taschenartiger Ionenaustauschmembran, welche Kathoden- und Anodenkammern umfaßt, die Kathoden (C) bzw. Anoden (B) enthalten, die eine offene Struktur haben und sich in im wesentlichen senkrechter Richtung längs erstrecken, wobei die Anoden (B) aus expandierten Metallblechen gefertigt sind und röhrenförmige Elektrolytleitungen (E) im Inneren der Anoden (B) vorgesehen sind, um zahlreiche Umwälzungen mit Aufwärtsbewegungen der Mischphase aus Anolyt und Gas und Abwärtsbewegungen des gasfreien Anolyts zu erzeugen, damit die Spannung der Elektrolyse-Vorrichtung verringert und der Faradaysche Wirkungsgrad und die Qualität der Produkte erhöht werden, wobei die Aufwärts- und Abwärtsbewegungen in getrennten Bereichen der Anoden (B) stattfinden, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Anoden (B) im oberen Bereich Umlenkbleche aufweist, die mit den Elektrolytleitungen (E) so verbunden sind, daß die Abwärtsbewegungen des gasfreien Anolyts in dem von einem Paar Ablenkbleche gebildeten Raum beginnen und durch die Elektrolytleitungen (E) nach unten führen, wobei die Ablenkbleche unterhalb der Oberfläche des Anolyts Oberkanten oder Überlauflöchern aufweisen.

2. Elektrolyse-Vorrichtung gemäß Anspruch 1, worin die Anoden (B) schachtelförmig, ortsfest oder expandierbar sind.

3. Elektrolyse-Vorrichtung gemäß Anspruch 2, worin die Anoden (B) ein auf ihnen angebrachtes aktiviertes Feinsieb aufweisen.

4. Elektrolyse-Vorrichtung gemäß Anspruch 2, worin die Anoden (B) von dem Diaphragma (F) oder der Membran beabstandet sind und der untere Teil der Anoden (B) mit einem Blechstreifen oder mit einem Streifen aus einem feinen Netz verschlossen ist, um die Aufwärtsbewegungen in der Nähe des Diaphragmas (F) oder der Membran zu bündeln.

5. Elektrolyse-Vorrichtung gemäß Anspruch 3, worin die Anoden (B) von dem Diaphragina (F) oder der Membran beabstandet sind und der untere Teil der Anoden (B) durch das umgeschlagene Ende des aktivierten Feinsiebs verschlossen ist, um die Aufwärtsbewegungen in der Nähe des Diaphragmas (F) oder der Membran zu bündeln.

6. Elektrolyse-Vorrichtung gemäß Anspruch 1, worin die von den Oberflächen der Anode (B) gebildeten Ebenen parallel zur Längsrichtung der Ablenkbleche verlaufen.

7. Elektrolyse-Vorrichtung gemäß Anspruch 6, worin die Ablenkbleche paarweise befestigt sind und jedes Paar Ablenkbleche mechanisch mit dem oberen Teil der Anoden (B) verbunden ist, wobei die geneigten Flächen von jedem Paar Ablenkbleche symmetrisch zu einer von den anodischen Oberflächen definierten Mittel ebene angeordnet sind, wobei das Verhältnis von der Breite (W) jedes Paars Ablenkbleche und der Entfernung (U) zwischen aufeinanderfolgenden Paaren Ablenkbleche wenigstens gleich 1 ist, wobei die Breite (W) und die Entfernung (U) zwischen aufeinanderfolgenden Paaren Ablenkbleche bezogen auf die Oberkanten oder die Überlauflöcher gemessen wird.

8. Elektrolyse-Vorrichtung gemäß Anspruch 7, worin alle Anoden (B) mit den Ablenkblechen versehen sind.

9. Elektrolyse-Vorrichtung gemäß Anspruch 7, worin die Anoden (B) wechselweise mit den Ablenkblechen versehen sind.

10. Elektrolyse-Vorrichtung gemäß Anspruch 1, worin die von den Oberflächen der Anode (B) gebildeten Ebenen senkrecht zur Längsrichtung der Ablenkbleche verlaufen.

11. Chlor-Alkali-Elektrolyseverfahren zur Erzeugung von Chlor und Alkali durch Elektrolyse einer Salzlösung, welches die Durchführung der Elektrolyse in einer Eiektrolyse- Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 umfaßt.

12. Anode mit offener Struktur und die sich in im wesentlichen senkrechter Richtung längs erstreckt und aus expandierten Metallblechen gefertigt ist, wobei röhrenförmige Elektrolytleitungen (E) im Inneren der Anode (B) vorgesehen sind, um Aufwärts- und Abwärtsbewegungen in getrennten Bereichen der Anode zu erzeugen, wobei die Anode (B) in bestimmten Bereichen ihres oberen Abschnittes mit Ablenkblechen ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (B) mit den Elektrolytleitungen (E) so verbunden ist, daß die Abwärtsbewegungen des gasfreien Anolyts in einem von einem Paar Ablenkbleche gebildeten Raum beginnen und durch die Elektrolytleitungen (E) nach unten führen, wobei die Ablenkbleche unterhalb der Oberfläche des Anolyts Oberkanten oder Überlauflöcher aufweisen.

13. Anode gemäß Anspruch 12, worin die Anoden (B) schachtelförmig, ortsfest oder expandierbar sind.

14. Anode gemäß Anspruch 12, worin die Anoden (B) ein auf ihnen angebrachtes, aktiviertes Feinsieb aufweisen.

15. Anode gemäß Anspruch 12, worin der untere Teil der Anode (B) mit einem Blechstreifen oder mit einem Streifen eines feinen Netzes verschlossen ist, um die Aufwärtsbewegungen in der Nähe eines Diaphragmas (F) oder einer Membran zu bündeln.

16. Anode gemäß Anspruch 14, worin die Anode (B) durch das umgeschlagene Ende des aktivierten Feinsiebs verschlossen ist, um die Aufwärtsbewegungen in der Nähe des Diaphragmas (F) oder der Membran zu bündeln.

17. Anode gemäß Anspruch 12, worin ein Paar Ablenkbleche mechanisch am oberen Bereich der Anode (B) angebracht ist, wobei die geneigten Oberflächen jedes Paars von Ablenkblechen symmetrisch zu einer von den anodischen Oberflächen gebildeten Mittelebene angeordnet sind.