DE747203C - Verfahren zur elektromotorischen Verbrennung von alkaliloeslichen ligninhaltigen Stoffen in Elementen - Google Patents

Description

• Verfahren zur elektromotorischen Verbrennung von alkalilöslichen ligninhaltigen Stoffen in Elementen Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektromotorischen Verbrennung von alkalilöslichen ligninhaltigen Stoffen in Elementen, wobei vorteilhaft die beiden Elektrodenräumne durch ein Diaphragma voneinander getrennt sind. Als Anöde wird hierbei eine solche aus Kohle, Chrom-Nickel-Stähl oder Edelmetallen-verwendet.
• Es sind bereits zweizellige Brennstoffelemente mit negativen Luft- bzw. Sauerstoffelektroden bekannt, hei denen in alkalischer Flüssigkeit suspendierte bzw. gelöste organische Stoffe, wie Steinkohlenpulver, Pflanzenreste u. dgl., in den Raum unm die positive Elektrode eingebracht sind und dort langsam oxydiert werden.
• Demgegenüber besteht die Erfindung darin, daß eine alkalisch gemachte Sulfatabläuge oder eine alkalische Lauge aus denHolzaufschlutßverfahren, also sogenannte Schwarzlange, mit einem p@-Wert von etwa Io und höher als Anodenflüssigkeit verwendet wird. Als Kathode dient hierbei in an sich bekannter Weise eine in einen alkalischen Elektrolvten eintauchende Luftelektrode.
• Die Erfindung zeigt somit einen Weg zur wirtschaftlichen Verwertung der in großer Menge aus demn Holzaufschlußverfahren vorhandenen Ablaugen. Trotz zahlreicher Vorschläge ist eine Nutzbarmachung dieser Ablaugen bisher nicht erzielt worden, und der bisher hauptsächlich beschriebene Weg der Verbrennung müß als wirtschaftlich völlig unbefriedigend bezeichnet werden.
• Es war für den Fachmann unwahrscheinlich, daß an Stelle der Verwendung wassrunlöslicher organischer Stoffe derartige Laugen zur Erzeugung elektromotorischer Kräfte nutzbar gemacht werden können, dla es allgemein bekannt ist, däß zwischen festen oder flüssigen nicht ionisierten Brrenstoffen einerseits und den wasserlöslichen, zum größten Teil ionisierten Stoffen der 7_ellstoffal>lzure andererseits im elektromotorischen Vrrlialteii ein grundsätzlicher Unterschied besteht. Die in den älteren Vorschlagen beabsichtigte elektronmotorische Aktivierung von hohle und Ähnlichen Stoffen ist übrigens praktisch nicht durchführbar, weil sie b)ei normaler Temperatur viel zu träge verläuft. Demgegenüber wird bei Verwendclung von Zellstofablaugen gemäß der Erfindung schote bei normalen Temperaturen eine so große Oxydationsgeschwitndigkeit erreicht, daß technisch verwertbare elektrische Energien aus demn Element entnommen werden können.
• Gemäß der Erfindung werden als Elektroden Kohle, z. B. in Formn voll Graphit oder Retortenkohle. sowie schwer angreifbare Metalle. wie schwer angreifbare Chrom-Nickel-Stälhle, Platin, Silber, Gold oder auclNickel, Kupi@er, Eisen verwendet.
• Als Kathode dient eine sogenannte Luftelektrode bekannter Art, für welche z. B. Kohle oder Platin bzw. Silber oder Eisen verwendet werden kann. Besonders günstig wirken die sogenanuten Kissenelektroden. Als Kathodenflüssigkeit dient eine alkalische Lösung, wie z. B. N atronlauge, Sololösung bzw. Ka1kmit1ch.
• Es ist auch möglich, im Katlioden- und Anodlenratum dieselbe Flüssigkeit zu vcrwenden.
• Der Vollstäindiglkeit halber sei erwähnt, daß Kohleanoden oller unangreifbare Alloden, z. B. aus Chlrom-Niclkel-Stahll, bei Brennsatoffelementen all sich bekannt sind. Ebenso sind fElemente mit Luftelektroden bekannt, bei teeneu als Kathodenflüssigkeit Natronlauge verwendlet wird. In all diesen Fällen handelt es sich aller nicht uni die Nutzbarimachung von Zellstofablaugen als Energiequelle.
• Die Oxydation des in der kohlenstoffhaltigen Verbindung, z. B. der Ligninsulfosiiäure der Sulfitablauge, enthaltenen Kohlenstoffs erfolgt unter Verwendung einer Kohleanode verhältnismäßig langsam. Bessere Ergebnisse werden mit Elektroden aus den obengenannten, nicht angreifbaren Metallen, wie Platin odler Chrom-Nickel-Stahl, erzielt. Zur Verbesserung .der Stromkapazität der Zelle können folgende Maßnahmen angewendet werden i. Der kolhlenstoffhaltigen. Löstung werden in an sich bekannter Weise Katalysatoren zugesetzt, welche beim vorzuziehencdenArbeiten in alkalischer Lösung selbstverständlich in alkalischem Medium wirksam und bestandig sein müssen. Als Katalysatoren dieser Art kommen in erster Lille Salze voll Metallen mit wechselnder Wertigkeit, z. B. chronmsaure oder vanadinsaure Salze, in Betracht. Es können auch Cuprisalze, Sillbersalze, Talliumsalze sowie Salze und Hydroxy@e der seltenen Erden für diesen Zweck verwendet werden. Als besonlers günstig hat sich eile Getmisch aus Chromchromat und Permanganat (bzw. Braunstein) erwiesen.
• 2. An Stelle der vorstehend erwähnten Maßnahme oder neben dieser kann das Verhä ltnis der Elektrodenoberfläche zum Ano@lenvolumnen besonders groß gewählt werden. Bei Kohleelektroden erfolgt dies z. B. in teer Weise, daß,) ein Graphitkorb mit eingebettetem feinem Kohlepulver verwendet wird, während heim Arbeiten mit Metallelelktrodlen diese in Sieb- bzw. Drahtnetzform verwendet oder erst einer Oxydation unterworfen und nanu wieder reduziert werden.
• Bei Verwendung verschiedener Lösungen im Anoden- und Katlhodlenraumn ist es vorteilhaft, jedolcl nicht unbedingt erforderlich, in an sieh bekannter Weise ein Diaphragnma, z. B. in Form eines Ton- oder Pergamentdiaplhragmas, zu verwenden. Beim Arbeiten mit einem gemeinsamen Elektrolyten wird die nutzbare Spannung gegenüber teer Verwendung verschiedener Elektrolyte etwas herabgesetzt, was jedoch unter Umstanden durch andere wirtschaftliche Vorteile ausgeglichen wird.
• Sulfitablauge kann im allgemeinen in der anfallenden Forn, td. h. finit eineng Trockengehalt voll etwa Io%, verwendet werdlen. Hierbei ist es vorteilhaft, die Anodenflüssigkeit auf eineu p@-Wert über to einzustellen. Selbstverständlich ist die Verwendlung von Laugen mit höherem Trockenstoffgehalt nicht ausgeschlossen.
• D)a die elektromotorische Kraft dler Kette im allgemeinen I Volt nicht überschreitet, empfielhlt sich die Hintereinanderschaltung mehrerer Aggregate, wobei also in wirtschaftlicher Weise die für gewisse technische. Verwendungszwecke, wie z. B. die Chlorelektrolyse, erforderlichen Spannungen erhalten werden.
• Die Kathodenflüssigkeit wird beim Arbeiten der Zelle praktisch nicht verbraucht. In der Anodenflüssigkeit findet dagegen die Verbrennung des Kohlenstofs unter Anreicherung von Salzen (hauptsächlich Carbonaten und bzw. oder oxalsauren Salzen) statt, so daß während der Betriebsdauer nach gewissen Zeitriiumen eine Ergänztung der Lauge un@ von Zeit zu Zeit eine vollständige Erneuerung zwecks Vermeidung voll Salzausscleidtungen erforderlich ist. Es kann der Zelle auch fortlaufend vorzugsweise auf einen p@-Wert über Io eingestellte frische Löseng wie Sulfitablaue, rtugeführt und ein entspreclender Anteil der mehr oder weniger verbrauchten salrzlialtigrn Laure abgezogen werden.
• Beispiel i Einer Sulfitablauge mit etwa FeststofFgrlialt weinlen to(;mviclitsliruzmt \aUl-f zugesetzt. Diese Lauge wird als Anodenflüssigkeit in einer Zelle verwendet, die als Kathodenflüssigkeit 2ö%ige Natronlauge enthält. Anoden- und Kathodenrä ume sind durch ein Totndliaplragtma getrennt. Als Kathode dient eine Luftkissenelektrode bekannter Art. Als Anode wird ein Graphithohlzylinder mit Siebloden verwendet, der mit Graplhitpulver ausgefüllt ist und vollständig in die Sulfitablauge eintaucht.
• Die Kette liefert eine elektromotorische Kraft voll o,7 Volt und eine Anfangsstromstärke voll o,6 Ampere. Die Stromkapazität beträgt etwa Io Amp/Std.
• Beispiel 2 Ein Drahtsieb aus Chrom-Nickel-Stahl voll Io :Io cm und einer Maschenweite votn etwa Inmm wird als Atnode verwendet in einer Sulfitablauge der in Beispiel I erwähnten Konzentrationi, die mit Kalkmilch auf einen p@t-Wert von etwa Io eingestellt ist. Der beim Zusetzen des Kalks ausfallende geringe Niederschlag (ligtninsulfosaurer Ka@h) wird nicht abgetrennt. Die Lauge erhält als Katalysator auf I 1 einen Zusatz von ro ccm einer Lösung enthaltend o,2 g Käliumchromnat und o,i n Kaliumpertmanganat. Als Kathode dient eitle Platinelektrode, welche in Io%ige N atronlautge eintaucht.
• Die Zelle liefert eine Spanntung von etwa o,@ Volt.
• In Beispiel I hat die.Luftlkissenelektrode eine Länge von Io und eine Breite von 5 cm. D)er als Anode verwendete Graphith orlinder hat einen Durchmesser von 8 cm und eilte Höhe von I5 cm. In Beispiel 2 hat die Platinkathode eine Oberfläche von 40 @cm.
• fIt Anordnung gemäß Beispiel i haben Anoden- und Kathodenraum je ein Fazssungsvermögen voll je r l Flüssigkeit. Bei Anordnung 2 hat der Kathodenraum ein Volument von 5oo, ccm, der Anodenrahm ein Volumen voll etwa T 1.

Claims (3)

1. PATENTANSPtRÜCHE I. Verfahren zur elektromotorischen Verbrennung von alkalilöslichen ligninhaltigen Stoffen in Elementen mit vorteilhaft dürchein Diaphragma voneinander getrennten Elektrodenräumen und einer unangrecifbaren Anode aus z. B. Kohle, Chlromn-N ickel-Stahl oder Edelmetallen, dadurch gekenizeichnet, dlaß eilte alkalisch gemachte Sulfitablauge oder alkalische lauge aus dem Holzaufschlußverfahren (sogetnatnnte Schwarzlauge) mit einem p@-W ert voll etwa I o und höher als Anodenflüssiglceit und als Kathode in an sich bekannter Weise ein in einem alkalischen Elektrolyten eintauchende Luftelektrode verwendet wird. 2.Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Kathodenflüssigkeit oder der für beide Elektrodenräume gemeinsame Elektrolyt einen vorzugsweise in alkalischem Medium beständigen und wirksamen Katalysator, z. B. ein Salz von Metallen mit wechselnder Wertigkeit, zugesetzt wird. 3. Verfahren nach Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodenflache im Verhältnis zu ihrem Volumen möglichst groß gehalten wird, z: B. durch Verwendung pulverförmiger Kohle oder vun Metalleleltruden in Form von Drahtntetzen. Ztri Abgrenzung des Anmeldungsgegenstandes vorn Stand dler Technik sind in Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betraclht gezogen worden: deutsche Patentschritent .... Nr.3Io782 (insbesondere S. I, Zeile 48 bis 6o), 2o6Io8 (insbesondere die Abbildung), 359 305 (insbesondere S. I, Zeile 2I bis 47), II4740 (insbesondere S. I, linke Spalte, Zeile 5 bis g, Lund rechte Spalte, Zeile I3 bis I7 von unten), 6o5 587 (insbesondere S. I Zeile 6I lbis .S.
2. 2 Zeile 2), 265 424; britische Patentschrift ....... Nr. IS 93I vom Jahre Igo5 (insbesondere S.
3. 3, Zeile 26 bis 29); Auguste Berthier, Lenergie electrique de demain (I9z9), S. I 9o. Abs.: »Pile Tatlöw« (insbesondere Zeile 8 bis io voll unten) »Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft« 51 1 (194, S. 153-5. Abs. i ti. 2.