[0001] Die Erfindung betrifft eine Elektrolysezelle mit Verzehranoden, die mit einer Zuleitung
und einer Ableitung für Elektrolyt versehen ist.
[0002] Es ist bekannt, bei bestimmten elektrochemischen Verfahren, beispielsweise zur Herstellung
von aromatischen Aldehyden durch reduktive Carbonylierung von Aryl- oder Benzylhalogeniden
oder zur Herstellung von aromatischen Carbonsäuren durch reduktive Carboxylierung
von Aryl- oder Benzylhalogeniden sowie ferner zur Herstellung von aromatischen α-Hydroxycarbonsäuren
durch reduktive Carboxylierung von Aryl-Alkylketonen sogenannte Verzehranoden (Opferanoden)
zu verwenden. Weiter sind elektrochemische Verfahren zur Herstellung von Sulfinsäuren,
Silanen oder tertiären Phosphinen bekannt, bei denen man ebenfalls Verzehranoden verwendet.
[0003] Das bedeutet, daß bei den genannten Verfahren, als ein Teil des elektrochemischen
Gesamtprozesses, der Anodenprozeß in der gezielten Auflösung der metallischen Anode
besteht. Durch diese Maßnahme erzeugt man einerseits die zur Kompensation der erzeugten
anionischen Elektrolyseprodukte benötigten Kationen. Andererseits vermeidet man durch
die Verwendung der Verzehranode die anodische Generierung von Protonen, die in den
genannten Fällen den gewünschten kathodischen Syntheseprozeß stören würden.
[0004] Nach der Europäischen Patentschrift 0 283 796 ist eine Durchfluß-Elektrolysezelle
vom Filterpressen-Typ mit kontinuierlich erneuerbaren Verzehranoden aus Metallpartikeln
in einem beidseitig als Anode wirksamen Schüttbett bekannt. Bei Elektrolysezellen,
die mehrere derartige Anodenelemente aufweisen, können die Elektroden sinnvoll nur
monopolar geschaltet sein, andernfalls wäre jeweils die Hälfte der Elektroden falsch
polarisiert und würden für den gewünschten Synthesezweck nicht zur Verfügung stehen.
Nachteilig ist, daß bei monopolarer Schaltung die Stromzuführung mit separaten Stromanschlüssen
bzw. -verteilungen für jede einzelne Anodenkammer zu erfolgen hat, was bei Schüttbett-Elektroden
technisch aufwendig ist.
[0005] Nach der Europäischen Patentschrift 0 219 367 ist eine Durchfluß-Elektrolysezelle
für die Herstellung von organischen oder metallorganischen Verbindungen mit einem
Elektrodenpaar bekannt. Eine der beiden Elektroden ist eine Verzehranode, die aus
einem massiven zylindrischen Metallblock mit einem kegelförmig zugespitzten Ende besteht.
Dieser gleitet in dem Maß, wie das Metall verzehrt wird unter der Wirkung seines Eigengewichtes
in einem als Kathode geschalteten Hohlkegel von gleichen geometrischen Abmessungen
wie der Anodenkegel. Der erwähnte Hohlkegel stellt dabei gleichzeitig einen Teil der
äußeren Zellwandung dar. Nachteilig bei dieser Konstruktion ist, daß die Elektrodenfläche
nicht unbegrenzt vergrößert werden kann, ohne gleichzeitig das Reaktorvolumen überproportional
zu erhöhen. Die Bereitstellung einer größeren Elektrodenfläche erfordert somit die
Installation einer größeren Anzahl von Zellen.
[0006] Es stellte sich daher die Aufgabe eine für die Verwendung von Verzehranoden geeignete
Elektrolysezelle mit einem möglichst hohen Verhältnis von Elektrodenfläche zu Volumen
des Elektrolyseraums bereitzustellen.
[0007] Die Aufgabe wird durch eine Elektrolysezelle der eingangs genannten Art gelöst, bei
der in einem Gehäuse Elektroden durch Abstandshalter, die einen Elektrodenspalt bilden,
voneinander getrennt gestapelt sind, der Stapel mit einer Führungsvorrichtung versehen
ist, in der die einzelnen Elektroden gleitend angeordnet sind, die einzelnen Elektroden
Durchbrüche aufweisen, die bei gestapelten Elektroden einen Kanal zum Zuführen des
Elektrolyten in die Elektrodenspalte bilden, wobei ein Ende des Kanals mit der Zuleitung
für Elektrolyt verbunden und sein anderes Ende verschlossen ist.
[0008] Die Elektroden können aus Verbundelektroden bestehen, bei denen Kathode und Verzehranode
jeweils elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Die Verbundelektroden sind
gestapelt und durch Abstandshalter voneinander getrennt.
[0009] Die Führungsvorrichtung kann den Elektrodenstapel umfassen. Die einzelnen Elektroden
können jeweils einen zentralen Durchbruch aufweisen und die Durchbrüche bei gestapelten
Elektroden einen zentralen Kanal bilden. In dem Kanal kann als Führungsvorrichtung
ein Rohr angeordnet sein, das mit Öffnungen versehen ist, über die der Elektrolyt
den Elektrodenspalten zugeführt wird. Die Kathoden können aus Stahl, Edelstahl, Nickel,
Blei, Zink, Eisen, Gold, Platin, Kupfer, Zinn, Cadmium, Graphit, glasartigem Kohlenstoff
oder einem Verbundstoff aus Metall oder Graphit und Kunststoff bestehen. Die Verzehranoden
können aus einem reduzierenden Metall, insbesondere aus Magnesium, Aluminium oder
Zink bestehen.
[0010] Der wesentliche Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß das Verhältnis von
Elektrodenfläche zu Reaktorvolumen trotz des Verzehrs der Anoden erhalten bleibt.
Ferner läßt sich die Zelle problemlos den Betriebserfordernissen anpassen.
[0011] Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Beispiels und mit Bezug auf die Figuren
näher erläutert. Es zeigt
Figur 1 die Elektrolysezelle mit bipolar geschalteten Elektroden und zentral angeordneter
Führung, geschnitten und
Figur 2 die Elektrolysezelle mit monopolar geschalteten Elektroden und am Elektrodenumfang
angeordneter Führung, geschnitten.
[0012] Im Gehäuse 1 der Elektrolysezelle, das mit einer Zuleitung 2 und einer Ableitung
3 für Elektrolyt versehen ist, sind abwechselnd Kathoden 4 und Verzehranoden 5 angeordnet.
Kathoden 4 und Anoden 5 sind durch einen Abstandshalter 6 voneinander getrennt, durch
den zwischen den Elektroden 4, 5 der Elektrodenspalt 7 gebildet wird. Der Elektrodenstapel
ist mit einer Führungsvorrichtung 8 versehen, in der die einzelnen Elektroden 4, 5
von kreisförmiger, quadratischer oder rechteckiger Gestalt gleitend angeordnet sind.
Die einzelnen Elektroden 4, 5 weisen Durchbrüche auf, die bei gestapelten Elektroden
einen Kanal 9 zum Zuführen des Elektrolyten in die Elektrodenspalte 7 bilden, wobei
ein Ende des Kanals 9 mit der Zuleitung 2 für Elektrolyt verbunden und sein anderes
Ende verschlossen ist. Die Führungsvorrichtung 8 kann aus parallel zur Stapelachse
angeordenten elektrisch nicht leitenden Führungsprofilen, z.B. Rundstäben, L-, T-o.U.-Schienen
bestehen, die fest mit dem Gehäuse verbunden sind Diese Führungsprofile können den
Stapel durchdringen oder umfassen.
[0013] Bei der Ausführungsform gemäß Figur 1 weisen die einzelnen Elektroden 4, 5 jeweils
einen zentralen Durchbruch auf, der bei gestapelten Elektroden einen zentralen Kanal
9 bildet, in dem als Führungsvorrichtung 8 und gleichzeitig als Zuleitung 2 ein Rohr
10 angeordnet ist. Das Rohr 10 ist mit Öffnungen 11, z.B. mit parallel zur Achse verlaufenden
Schlitzen 11 versehen, über die der Elektrolyt den Elektrodenspalten 7 zugeführt wird.
[0014] Der Abstandshalter 6 bestehend aus Kunststoff, weist zweckmäßigerweise Netzstruktur
auf, damit der Elektrolyt gleichmäßig in den Elektrodenspalten 7 verteilt wird. Bei
der Ausführung gemäß Figur 1 kann der Elektrodenstapel 4, 5 mit einer das Rohr 10
umgebenden Dichtmanschette 12 und einem Gewicht 13 versehen sein. Die Dichtmanschette
12 soll den direkten Auslauf des Elektrolyten in das Gehäuse 1 verhindern und das
Gewicht 13 die Nachführung der Elektroden 4, 5 unterstützen. Bei monopolarer Schaltung
der Elektroden können die Elektroden 4, 5 mit flexiblen Anschlußleitungen 14, 15 versehen
sein.
1. Elektrolysezelle mit Verzehranoden, die mit einer Zuleitung und einer Ableitung für
Elektrolyt versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Gehäuse (1) Elektroden
(4, 5) durch Abstandshalter (6), die einen Elektrodenspalt (7) bilden, voneinander
getrennt gestapelt sind, der Stapel mit einer Führungsvorrichtung (8) versehen ist,
in der die einzelnen Elektroden (4, 5) gleitend angeordnet sind, die einzelnen Elektroden
(4, 5) Durchbrüche aufweisen, die bei gestapelten Elektroden (4, 5) einen Kanal (9)
zum Zuführen des Elektrolyten in die Elektrodenspalte (7) bilden, wobei ein Ende des
Kanals (9) mit der Zuleitung (2) für Elektrolyt verbunden und sein anderes Ende verschlossen
ist.
2. Elektrolysezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse (1) die
Elektroden (4, 5) als Verbundelektroden gestapelt sind, die jeweils aus elektrisch
leitend miteinander verbundener Kathode (4) und Verzehranode (5) bestehen, wobei die
Verbundelektroden durch Abstandshalter (6), die einen Elektrodenspalt (7) bilden,
voneinander getrennt gestapelt sind, der Stapel mit einer Führungsvorrichtung (8)
versehen ist, in der die einzelnen Elektroden (4, 5) gleitend angeordnet sind, die
einzelnen Elektroden (4, 5) Durchbrüche aufweisen, die bei gestapelten Elektroden
(4, 5) einen Kanal (9) zum Zuführen des Elektrolyten in die Elektrodenspalte (7) bilden,
wobei ein Ende des Kanals (9) mit der Zuleitung (2) für Elektrolyt verbunden und sein
anderes Ende verschlossen ist.
3. Elektrolysezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsvorrichtung
(8) den Elektrodenstapel umfaßt.
4. Elektrolysezelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsvorrichtung
(8) den Elektrodenstapel umfaßt und die einzelnen Elektroden (4, 5) jeweils einen
zentralen Durchbruch aufweisen und die Durchbrüche gestapelter Elektroden (4, 5) einer
zentralen Kanal 9 bilden.
5. Elektrolysezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Elektroden
(4, 5) jeweils einen zentralen Durchbruch aufweisen und die Durchbrüche bei gestapelten
Elektroden (4, 5) einen zentralen Kanal (9) bilden, in dem als Führungsvorrichtung
(8) ein Rohr (10) angeordnet ist, das mit Öffnungen (11) versehen ist, über die der
Elektrolyt den Elektrodenspalten (7) zugeführt wird.
6. Elektrolysezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathoden (4) aus
Stahl, Edelstahl, Nickel, Blei, Zink, Eisen, Gold, Platin, Kupfer, Zinn, Cadmium,
Graphit, glasartigem Kohlenstoff oder einem Verbundstoff aus Metall oder Graphit und
Kunststoff bestehen, die Verzehranoden (5) aus einem reduzierenden Metall, insbesondere
aus Magnesium, Aluminium oder Zink.