[0001] 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.
[0002] 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.
[0003] 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.
[0004] Es bestand daher die Aufgabe, aus der Quecksilberzelle eine Membranzelle mit horizontal
angeordneten Elektroden zu schaffen, bei der Gaspolster nicht entstehen, die den Elektrolytwiderstand
beeinflussen könnten.
[0005] 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.
[0006] 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.
[0007] Der Vorteil der Erfindung ist im wesentlichen darin zu sehen, daß es möglich ist,
Quecksilberzellen kostengünstig in Membranzellen mit ihren oben angeführten Vorteilen
umzurüsten.
[0008] Im folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellender
Zeichnung näher erläutert. Die Figur zeigt einen Querschnitt durch die Elektrolysezelle.
[0009] 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 können mit einem Rost 4 versehen sein, 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.
[0010] Zwischen Zellendeckel 5 und Zellenwanne 1 ist die Kationaustauschermembran 6 eingeklemmt.
Sie trennt den Kathodenraum II, in dem die Natronlauge zirkuliert, vom Anodenraum
III, 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.
[0011] Der Zellendeckel 5 ist mit Vorrichtungen versehen (nicht gezeigt), über die der Anodenraum
III mit Sole versorgt und die abgereicherte Sole und das gebildete Chlor entsorgt
werden können. Als Anoden werden 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.
[0012] Mit der Erfindung ist es möglich, bestehende Amalgananalagen 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.
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 Abstandshalter (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.
