Korrosionssicherer Kontakt für die Salzsäureelektrolyse

Abstract

 Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stromzuführungskontakt für Salzsäureelektrolysezellen, bestehend aus einer metallischen Stromzuführung (6), die mit einem Bolzen aus Elektrographit (3) verschraubt wird.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stromzuführungskontakt für Salzsäureelektrolysezellen, bestehend aus einer metallischen Stromzuführung, die mit einem Bolzen aus Elektrographit verschraubt wird.

[0002] In Fig. 1 ist schematisch eine monopolare Zelle dargestellt, in der beispielsweise Salzsäure in die Komponenten C1₂ und H₂ zerlegt werden kann. In der industriellen Technik sind zwar überwiegend bipolare Anordnungen gebräuchlich, jedoch besteht zwischen bipolaren und monopolaren Systemen bezüglich der vorliegenden Erfindung kein grundsätzlicher Unterschied. Die Graphitelektroden (1), (2) sind mit den Graphitbolzen (3), (4) über ein Schraubgewinde verbunden. Der Übergang zur Stromzuführung (Flexbänder) erfolgt über die Schraubkappen (6) aus Kupfer. Uberwurfflansch (7) und Dichtung (8) verhindern den Austritt des Elektrolyten (9) aus dem Zellengehäuse (10). Die entstehenden Gasblasen (13) und der Elektrolyt (9) werden gemeinsam oben (11) abgeführt, während frischer Elektrolyt über eine unten befindliche Öffnung (12) zugeführt wird. Anodenraum und Kathodenraum sind durch ein Diaphragma (16) getrennt.

[0003] Die Problematik einer solchen Anordnung besteht darin, daß die ungleichen Werkstoffe Graphit und Kupfer am Übergang einen hohen elektrischen Widerstand aufweisen. Es hat auch nicht an Versuchen gefehlt, an Stelle der Kupferkappe eine Kupferschelle zu verwenden. Der relativ hohe elektrische Widerstand erfährt aber in der Praxis eine zeitliche Zunahme infolge von Korrosionserscheinungen am Übergang. Die Folgen der Widerstandserhöhung infolge Korrosion sind erheblich.

[0004] In technischen Zellen sind auf jeder Elektrodenseite zahlreiche Kontakte der in Fig. 1 beschriebenen Art parallel geschaltet. Im Idealfall soll der Stromdurchgang durch jeden Kontakt mit gleichem Spannungsabfall erfolgen. In der Praxis jedoch korrodieren die Kontakte untereinander ungleichmäßig. Beim Ausfall eines Kontaktes verteilt sich der Strom auf die übrigen Kontakte und die auftretende Temperaturerhöhung fördert wiederum die Korrosion. Die Kontakte müssen dann unter erheblichem Arbeitsaufwand erneuert werden, was darüber hinaus zu einem Produktionsausfall führt.

[0005] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, einen Kontakt für die Salzsäureelektrolyse zur Verfügung zu stellen, der nicht die eingangs beschriebenen Nachteile aufweist.

[0006] Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß diese Aufgabe dadurch gelöst wird, daß man die Kontaktstelle in bisher nicht bekannter Weise hermetisch abdichtet und somit gegen Umgebungseinflüsse schützt.

[0007] Der Erfolg dieser Maßnahme ist um so überraschender, als die Graphitbolzen nach dem Stand der Technik, die mit Kunstharz imprägniert sind, als absolut gas- und flüssigkeitsdicht gelten.

[0008] Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit ein Stromzuführungskontakt für Salzsäureelektrolysezellen, bestehend aus einer metallischen Stromzuführung, die mit einem Bolzen aus Elektrographit verschraubt wird, welcher hermetisch gegen die Umgebung abgedichtet ist.

[0009] Eine bevorzugte Ausführungsform besteht darin, daß die Abdichtung durch eine Inertgas-Beaufschlagung des Stromzuführungskontaktes geschieht.

[0010] In Fig. 2 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung dargestellt. Das Inertgas (14) kann dabei über ein Schlauchsystem zugeführt werden. Als Inertgas kommt vorzugsweise Stickstoff in Frage. Da das Inertgas praktisch nicht strömt, erfüllt aber auch bereits reine Luft die gestellten Anforderungen. Sofern die Montage, d.h. das Zusammenschrauben von Kupferkappe und Graphitbolzen in reiner Luftatmosphäre erfolgen kann, kann schon eine einmalige Inertgasfüllung ausreichend sein. In gleicher Weise kann das Inertgas an allen Undichtigkeiten, im wesentlichen ist die Kontaktstelle betroffen, austreten und das Einströmen einer korrosiven Atmosphäre verhindern. Um die Inertgasmenge niedrig zu halten, wird vorteilhaft die Kontaktstelle (3-6) noch mit einer Abdeckmasse und/oder einem elastischen Ring (15) umgeben.

[0011] Gegenstand dieser Erfindung ist somit auch ein Stromzuführungskontakt, bei dem die Abdichtung durch eine Abdeckmasse und/oder einen elastischen Ring erfolgt.

[0012] Um einen hohen Spannungsabfall zu vermeiden, wird die beiderseitige Verschraubung mit einem Drehmoment von 5 bis 18 kpm, vorzugsweise mit 12 bis 14 kpm ausgeführt. Erst durch die erfindungsgemäße Inertgasfüllung sind auch kontaktverbessernde, an sich bekannte Maßnahmen dauerbeständig. Unter diesen wurden Beschichtungen der Graphitringfläche mit Pb oder In mit Erfolg erprobt. Der Einsatz dieser Metalle zeigt besonders deutlich die Vorteile der Erfindung. Einerseits senken sie deutlich den Spannungsabfall, andererseits sperren sie total den Strom bei geringstem Säuredurchtritt.

[0013] Im folgenden wird die Erfindung beispielhaft erläutert, ohne das hierzu eine Einschränkung zu sehen ist.

Beispiel

[0014] An einem Salzsäureelektrolyseur mit jeweils 10 Kontakten auf Anoden- und Kathodenseite in herkömmlicher Ausführung nach Fig. 1 wurden folgende Spannungsabfälle nach 1 Monat seit Inbetriebnahme gemessen:

[0015] 

[0016] Die hohe Verlustleistung, als Wärme abgegeben, hatte beispielsweise beim Kontakt 9 zu einem Totalausfall dieses Kontaktes und zu einer Überlastung der übrigen geführt. Diese Kontakte wurden gegen die erfindungsgemäßen gemäß Fig. 2 ausgetauscht. Dabei wurde ein dauernder Druck von 0,3 bar Stickstoff aufrechterhalten. Über eine Meßdauer von länger als 1 Jahr zeigten alle Kontakte innerhalb geringer Abweichung einen jeweils vergleichbaren und praktisch zeitlich konstanten Spannungsabfall. Es gab nur Unterschiede, die durch verschiedene Kontaktverbesserungen verursacht wurden.

Ansprüche

1. Stromzuführungskontakt für Salzsäureelektrolysezellen, bestehend aus einer metallischen Stromzuführung, die mit einem Bolzen aus Elektrographit verschraubt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromzuführungskontakt hermetisch gegen die Umgebung abgedichtet ist.

2. Stromzuführungskontakt gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtung durch eine Inertgasbeaufschlagung des Stromzuführungskontaktes geschieht.

3. Stromzuführungskontakt gemäß einem oder mehrerer der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtung durch eine Abdeckmasse und/oder einen elastischen Ring erfolgt.

4. Stromzuführungskontakt gemäß einem oder mehrerer der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschraubung des Bolzens mit dem Elektrographit mit einem Drehmoment von 5 bis 18, vorzugsweise 12 bis 14 kmp, ausgeführt wird.

Zeichnung