EP0170092B1 - Elektrolysezelle mit horizontal angeordneten Elektroden - Google Patents
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- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
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- 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
Definitions
- the invention relates to a trough-like electrolysis cell with horizontally arranged electrodes for producing chlorine from alkali chloride solution according to the membrane method, in which the anodes are arranged on the cell cover in a height-adjustable manner.
- the membrane cell consists of two electrolysis chambers, each with a gas-generating electrode, which are separated by a cation-selective membrane. If such a membrane cell were arranged horizontally, a gas cushion, depending on the arrangement of chlorine or hydrogen, would form under the membrane, and the electrolyte resistance would nullify the cell voltage advantage.
- EP-A-104137 shows the conversion of mercury cells into membrane cells, with hydrogen being developed on the cathode and being removed from the cathode compartment with the resulting lye.
- the task was therefore to create a membrane cell with horizontally arranged electrodes from the mercury cell, in which gas cushions do not arise which could influence the electrical resistance.
- the present invention achieves the object in that a gas diffusion cathode rests on a grate with support feet for support on the cell bottom and a spacer is arranged between the membrane and the gas diffusion cathode.
- the membrane can be clamped between the cell cover and the cell tub.
- the cell cover can have devices for supplying and discharging brine and chlorine and the cell trough can have devices for supplying oxygen-containing gas.
- the advantage of the invention is essentially to be seen in the fact that it is possible to inexpensively convert mercury cells into membrane cells with the advantages mentioned above.
- the electrolytic cell consists of the cell tub 1, which is connected to the negative pole of the power supply.
- This trough is provided with support feet 2 which stand on the cell floor and which carry the gas diffusion cathode 3. They also serve to supply current to the gas diffusion cathode 3.
- the support feet 2 consist of a metallic material, preferably of the same material as the cell trough, in order to achieve the best possible connection, e.g. B. to ensure by welding the support feet to the cell pan.
- the support feet 2 are provided with a grate 4 on which the gas diffusion cathode 3 rests.
- the gas diffusion cathode 3 itself is a wire mesh or expanded metal coated with an electrochemically active catalyst, and is hydrophobized by means of a plastic, preferably polytetrafluoroethylene, in order to prevent the sodium hydroxide solution from seeping through.
- a gas space I is created, via which the gas diffusion cathode 3 with oxygen or an oxygen-containing gas, for. B. air is supplied.
- the gas space is provided with devices for introducing oxygen or air (not shown in the figure) and optionally with devices for disposing of excess oxygen or air depleted in oxygen (not shown in the figure).
- the cation exchange membrane 6 is clamped between the cell cover 5 and the cell tub 1. It separates the cathode compartment II, in which the sodium hydroxide solution circulates, from the anode compartment 111, in which the conversion of the chloride ions to elemental chlorine takes place at a titanium or graphite anode 7.
- a spacer 8 in the cathode compartment II This can be designed in the form of a mesh made of a lye-resistant plastic or metal.
- the inlet and outlet (not shown) present in the cell tub 1 can be used for the catholyte circuit.
- the cell cover 5 is provided with devices (not shown) via which the anode compartment 111 can be supplied with brine and the depleted brine and the chlorine formed can be disposed of.
- Graphite anodes or activated titanium anodes are used as anodes to keep the chlorine overvoltage low.
- the anodes 7 are attached to the cell cover in a known manner in a height-adjustable manner. It is particularly advantageous if the membrane rests on the titanium anodes, which is done with the adjustment device for the electrode spacing can be reached.
- Another advantage of using a gas diffusion cathode is an additional cell voltage saving compared to membrane cells with a hydrogen-producing cathode, since the potential for oxygen reduction is approximately 1.2 volts more positive than the potential for hydrogen generation.
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Description
- Gegenstand der Erfindung ist eine wannenartige Elektrolysezelle mit horizontal angeordneten Elektroden zum Herstellen von Chlor aus Alkalichloridlösung nach dem Membranverfahren, bei der die Anoden höhenverstellbar am Zellendeckel angeordnet sind.
- Etwa 50 % der Elektrolyseweltkapazität zur Herstellung von Chlor besteht aus Elektrolysezellen, die nach dem Amalgamverfahren arbeiten. Die theoretische Zersetzungsspannung für die Quecksilberzelle beträgt etwa 3,15 bis 3,20 Volt. Demgegenüber ergibt sich eine theoretische Zersetzungsspannung von etwa 2,2 Volt, wenn man die Alkalichloridelektrolyse in einer Membranzelle mit Wasserstoff erzeugender Kathode durchführt. Durch die Einführung des Membranverfahrens ließe sich folglich theoretisch etwa 1 Volt an Zellenspannung einsparen, was in Zeiten steigender Energiekosten von erheblicher wirtschaftlicher Bedeutung ist. Neben der Energieeinsparung bietet das Membranverfahren den Vorteil eines umweltfreundlichen Verfahrens, da kein Quecksilber emitiert wird, und auch die produzierte Lauge nicht mit Quecksilber verunreinigt ist.
- Die Membranzelle besteht aus zwei Elektrolysekammern mit jeweils einer gasentwickelnden Elektrode, die durch eine kationselektive Membran getrennt sind. Bei horizontaler Anordnung einer solchen Membranzelle würde sich unter der Membran ein Gaspolster, je nach Anordnung aus Chlor oder Wasserstoff bilden, und der Elektrolytwiderstand würde den Zellenspannungsvorteil zunichte machen.
- Die EP-A-104137 zeigt die Umrüstung von Quecksilberzellen in Membranzellen, wobei an der Kathode Wasserstoff entwickelt wird und mit der entstehenden Lauge aus dem Kathodenraum abgeführt wird.
- Es bestand daher die Aufgabe, aus der Quecksilberzelle eine Membranzelle mit horizontal angeordneten Elektroden zu schaffen, bei der Gaspolster nicht entstehen, die den Elektrowiederstand beeinflussen könnten.
- Die vorliegende Erfindung löst die Aufgabe dadurch, daß eine Gasdiffusionskathode auf einem Rost mit Stützfüßen zum Abstützen auf dem Zellenboden aufliegt und zwischen Membran und Gasdiffusionskathode ein Abstandshalter angeordnet ist.
- Die Membran kann zwischen Zellendeckel und Zellenwanne eingeklemmt sein. Der Zellendeckel kann Einrichtungen zum Zu- und Abführen für Sole und Chlor und die Zellenwanne Einrichtungen zum Zuführen von sauerstoffhaltigem Gas aufweisen.
- Der Vorteil der Erfindung ist im wesentlichen darin zu sehen, daß es möglich ist, Quecksilberzellen kostengünstig in Membranzellen mit ihren oben angeführten Vorteilen umzurüsten.
- Im folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellender Zeichnung näher erläutert. Die Figur zeigt einen Querschnitt durch die Elektrolysezelle.
- Die Elektrolysezelle besteht aus der Zellenwanne 1, die mit dem negativen Pol der Stromversorgung verbunden ist. Diese Wanne ist mit Stützfüßen 2 versehen, die auf dem Zellenboden stehen und die die Gasdiffusionskathode 3 tragen. Sie dienen gleichzeitig der Stromzuführung zur Gasdiffusionskathode 3. Die Stützfüße 2 bestehen aus einem metallischen Werkstoff, bevorzugt aus dem gleichen Werkstoff wie die Zellenwanne, um die bestmögliche Verbindung, z. B. durch Verschweißen der Stützfüße mit der Zellenwanne zu gewährleisten. Die Stützfüße 2 sind mit einem Rost 4 versehen auf dem die Gasdifusionskathode 3 aufliegt. Die Gasdiffusionskathode 3 selbst stellt ein mit einem elektrochemisch aktiven Katalysator beschichtetes Drahtgewebe oder Streckmetall dar, und ist mittels eines Kunststoffes, bevorzugt Polytetrafluorethylen, hydrophobiert um ein Durchsickern der Natronlauge zu verhindern. Auf diese Weise wird ein Gasraum I geschaffen, über den die Gasdifusionskathode 3 mit Sauerstoff oder einem Sauerstoff enthaltenden Gas, z. B. Luft, versorgt wird. Der Gasraum ist mit Vorrichtungen zum Einleiten von Sauerstoff oder Luft (in der Figur nicht gezeigt) und gegebenenfalls mit Vorrichtungen zum Entsorgen überschüssigen Sauerstoffs oder an Sauerstoff verarmter Luft (in der Figur nicht gezeigt) versehen.
- Zwischen Zellendeckel 5 und Zellenwanne 1 ist die Kationaustauschermembran 6 eingeklemmt. Sie trennt den Kathodenraum II, in dem die Natronlauge zirkuliert, vom Anodenraum 111, in dem die Umsetzung der Chloridionen zu elemetarem Chlor an einer Titan- oder Graphitanode 7 stattfindet. Um einen definierten und gleichmäßigen Abstand der Kationenaustauschermembran von der Kathode 3 zu gewährleisten, befindet sich ein Abstandshalter 8 im Kathodenraum II. Dieser kann in Form eines Netzes aus einem laugebeständigen Kunststoff oder Metall gestaltet sein. Für den Katholytkreislauf kann der in der Zellenwanne 1 vorhandene Zu- und Ablauf (nicht dargestellt) verwendet werden.
- Der Zellendeckel 5 ist mit Vorrichtungen versehen (nicht gezeigt), über die der Anodenraum 111 mit Sole versorgt und die abgereicherte Sole und das gebildete Chlor entsorgt werden können. Als Anodenwerden Graphitanoden oder aktivierte Titananoden verwendet, um die Chlorüberspannung gering zu halten. Die Anoden 7 sind am Zellendeckel in bekannter Weise höhenverstellbar befestigt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Membran an den Titananoden anliegt, was mit der Einstelleinrichtung für den Elektrodenabstand erreicht werden kann.
- Mit der Erfindung ist es möglich, bestehende Amalgananlagen unter Verwendung eines Großteils der Anlagenteile auf das Membranverfahren umzurüsten. Ein weiterer Vorteil besteht bei Verwendung einer Gasdiffusionskathode in einer zusätzlichen Zellenspannungsersparnis gegenüber Membranzellen mit Wasserstoff erzeugender Kathode, da das Potential für die Sauerstoffreduktion um etwa 1,2 Volt positiver liegt als das Potential für die Wasserstofferzeugung.
Claims (2)
1. Wannenartige Elektrolysezelle mit horizontal angeordneten Elektroden zum Herstellen von Chlor aus Alkalichloridlösung nach dem Membranverfahren, bei der die Anoden höhenverstellbar am Zellendeckel angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gasdiffusionskathode (3) auf einem Rost (4) mit Stützfüßen (2) zum Abstützen auf dem Zellenboden aufliegt und zwischen Membran (6) und Gasdiffusionskathode (3) ein Abstandsabhalter (8) angeordnet ist.
2. Elektrolysezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (6) zwischen Zellendeckel (5) und Zellenwanne (1) eingeklemmt ist, der Zellendeckel (5) Einrichtungen zum Zu- und Abführen für Sole und Chlor und die Zellenwanne (1) Einrichtungen zum Zuführen für sauerstoffhaltiges Gas aufweisen.
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