DE19908964C2

DE19908964C2 - Verfahren zur Herstellung einer Natriumhypochloritlösung sowie Elektrolysegerät zur Durchführung dieses Verfahrens

Info

Publication number: DE19908964C2
Application number: DE19908964A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Gerhardt; Dieter Schminke
Original assignee: Dinotec Wassertechnologie und Schwimmbadtechnik GmbH; Dinotec Wassertechnologie GmbH
Current assignee: Dinotec De GmbH
Priority date: 1998-02-27
Filing date: 1999-03-01
Publication date: 2003-11-20
Anticipated expiration: 2019-03-02
Also published as: DE19908964A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Natrium hypochloritlösung aus Wasser und Salz nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Elektrolysegerät zur Durchführung dieses Verfahrens.

Zur Desinfektion von Trink-, Bade- und Brauchwasser und zur Vermeidung von Keimübertragungen wird Chlor in verschiedenen Lieferformen eingesetzt. Übli cherweise wird in Großanlagen vorzugsweise mit Chlorgas und in kleineren An lagen mit Natrium- oder Calciumhypochlorit gearbeitet. Der Umgang mit den Chlorprodukten setzt allerdings strenge Sicherheitsvorkehrungen voraus, um Gefahren für das Betriebspersonal und Dritte zu vermeiden.

Bei den herkömmlichen großtechnischen Verfahren wird Chlorgas durch Elektrolyse aus natürlichem Kochsalz oder Siedesalz durch elektrochemische Zersetzung mit Hilfe von elektrischem Strom hergestellt. Ähnlich wie bei diesem großtechnischen Verfahren kann auch direkt am Verwendungsort eine hochaktive Chlorlösung durch Elektrolyse hergestellt werden.

So ist aus der DE 296 13 126 U1 ein Elektrolysegerät zur Herstellung einer Desinfektionslösung aus Kochsalz nach dem Membranzellenverfahren bekannt, bei dem in einer Elektrolyse zelle aus Kochsalz eine Desinfektionslösung hergestellt wird. Die hierbei entstehende Ablauge (Magersole) wird in die Kanalisation abgeführt und ist unwiederbringlich verloren. Bevor das Betriebswasser der Anlage sowie dem Salzlöse- oder Solebehälter zugeführt wird, wird das Betriebswasser von einem regenerierbaren Enthärter enthärtet. Aus dem Solebehälter wird die Salzsole der Elektrolysezelle mittels einer Dosierein richtung zugeführt, in der das gelöste Kochsalz elektroche misch zersetzt wird.

Ferner ist ein Membranzellenverfahren bekannt, bei dem die Magersole zur Aufkonzentration wieder in den Salzlösetank zurückgeführt wird. Da sich der erforderliche pH-Wert hierbei verfahrensbedingt aber nicht regeln lässt, kommt es immer wieder zu unerwünschten Chlorausgasungen im Solekreislauf sowie im Salzlösetank.

Ein weiteres wesentliches Problem bei der (exothermen) Chlorproduktion ist die entstehende Verlustwärme in Höhe von ca. 1,5 kWh/kg Chlor. Bei Anlagen bis zu einer Standardgröße von 500 g/h spielt dieser Wärmefaktor zwar keine entscheidende Rolle, bei Anlagen ab 1000 g/h und mehr wird die Verlustwärme jedoch zum Problem. Die bei der Chlorerzeugung entstehende Verlustenergie wird in den Elektrolysezellen freigesetzt und über die Förderströme an Sole und Lauge auf den Salzlösebehäl ter und das Natriumhypochlorit übertragen. Wird diese Wärme nicht in ausrei chendem Maße abgeführt, entsteht insbesondere auf der Hypochlorit-Seite eine zu hohe Produkttemperatur, die zu einem thermischen Abbau des erzeugten Natriumhypochlorits und damit einer Reduzierung der Anlagenleistung führt. Ferner können durch die im System enthaltene Wärme Korrosionsprobleme auf treten und Anlagenteile beschädigt werden.

Aus der DE 28 06 441 B2 ist grundsätzlich die elektrolytische Herstellung von Natriumhypochlorit bekannt. Die bekannte Vorrichtung weist eine dia phragmafreie Elektrolysezelle auf, bei der zur Erzielung eines hohen Wirkungs grades das Verhältnis der tatsächlichen Anodenfläche zu dem der wirksamen Kathodenfläche mindestens 150% beträgt. Um eine unerwünschte Nebenreakti on der in der Elektrolysezelle erzeugten Hypochloritionen in Chlorationen zu vermeiden, wird die Temperatur der Elektrolytlösung durch wenigstens eine zwi schen den einzelnen Elektrolysezellen bzw. in einer oder mehreren Elektrolyse zellen angeordneten Kühleinrichtungen auf etwa 50°C oder weniger temperiert. Die Herstellung der Natriumhypochloritlösung erfolgt hierbei in einem Verfah rensschritt in einer diaphragmafreien Elektrolysezelle, während eine Membran zellenelektrolyse mehrstufig in einer komplexen, eine bspw. mittels einer Memb ran in eine Anoden- und eine Kathodenkammer unterteilte Elektrolysezelle ent haltenden Vorrichtung erfolgt.

Die DE 30 30 324 C2 offenbart eine Elektrolysevorrichtung für Salzlösungen mit einer Elektrodenanordnung, die aus wenigstens zwei Stapeln (Elektrolysezellen) von abwechselnd geschichteten Anoden- und Kathodenplatten gebildet wird und in einem rohrförmigen Gehäuse mit einer waagrecht angeordneten Längsachse untergebracht ist. Die einzelnen Stapel sind voneinander durch mindestens eine Trennwand getrennt, um deren Umfang herum oder durch welche über mehrere Durchtrittsöffnungen der Elektrolyt von einem Stapel zu dem benachbarten Sta pel durchtritt. Die einzelnen Elektrolysezellen bzw. Stapel sind jedoch nicht in eine Anoden- und eine Kathodenkammer unterteilt. Zur Ableitung des zwischen den Elektroden erzeugten Gases ist ein gesonderter Strömungsweg in den obe ren Teilen des Gehäuses vorgesehen. Das während der Elektrolyse in den ein zelnen Stapeln gebildete Gas trennt sich von dem Elektrolyten an dessen Ober fläche ab, strömt durch weitere, in der Trennwand oberhalb der für den Elektro lyttransport vorgesehenen Durchtrittsöffnungen angeordnete Öffnungen zu dem benachbarten Stapel und tritt schließlich durch eine in dem Gehäuse oben an geordnete Gasentlüftung aus der Elektrolysezelle heraus. Diese Gasmengen, welche in erster Linie von der Menge an Elektrolyt und dessen Konzentration abhängen, lassen sich berechnen, so dass sich die Größe der für den Gas transport benötigten Öffnungen und Kanäle leicht bemessen lässt.

Auch aus der DE 32 21 253 A1 ist ein Chlorgasgenerator mit diaphragmafreien Elektrolysezellen ohne Unterteilung in eine Anoden- und eine Kathodenkammer bekannt. Analog zu der in der DE 30 30 324 C2 beschriebenen Elektrolysevor richtung werden die gebildeten Reaktionsgase Chlor und Wasserstoff von dem Elektrolyten an der Oberseite des Chlorgasgenerators, also in der Elektrolyse zelle, abgetrennt und mit Hilfe von Rohrleitungen zu einem Gasinjektor abgelei tet. Des weiteren ist ein mit dem Schwimmbeckenwasser gespeister Kühlkreis lauf in Form einer durch den Elektrolyten führenden Kühlschlange vorgesehen, wobei die Rohrleitungen den Elektrolyten innerhalb des Chlorgasgenerators kühlen und gleichzeitig das Schwimmbeckenwasser, das mit einer Temperatur unter 29°C zur Verfügung steht, kühlen. Nach Passieren der Kühlschlange strömt das Kühlwasser in den Injektor und nimmt dort an den Einlässen das aus dem Chlorgasgenerator durch Rohrleitungen getrennt voneinander diesen Ein lässen zugeleitete Chlor- bzw. Wasserstoffgas auf, bevor es wieder dem Schwimmbeckenwasser zugeleitet wird.

Die CH 626 408 A5 beschreibt eine Vorrichtung zum Chloren von Wasser mit einer Elektrolysezelle bestehend aus einer durch eine Membran voneinander getrennten Anoden- und Kathodenkammer. Die Gasabscheidung erfolgt wie bei den oben erwähnten Elektrolysevorrichtungen in dem oberen Abschnitt der E lektrolysezelle, ohne dass ein externer Gasabscheider vorgesehen ist. Während das Wasserstoffgas über eine Zuleitung direkt in die Umgebung freigesetzt wird, wird das Chlorgas zur Vermischung mit einem Teilstrom des Schwimmbecken wasser in einen Chlorgas-Wasser-Mischer geleitet, bevor das chlorierte Wasser dem Schwimmbeckenwasser zugeführt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Erhöhung der Anlagenleistung bei der Natriumhypochloritproduktion zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird mit der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 ge löst. Hierbei wird die Kühlfläche bei der Wasserstoff- und/oder der Chlorgasab scheidung mit steigender Anlagenleistung vergrößert. Es ist zwar bereits be kannt, die Wärme im Bereich der Hypochloritproduktion über den Wasserstoff entgasungsbehälter abzuführen, jedoch wird hierbei die Anlagenleistung und die dadurch bedingte unterschiedliche Verlustwärmemenge nicht berücksichtigt. Durch entsprechende Dimensionierung der Abscheider kann demgegenüber erfindungsgemäß sichergestellt werden, dass auch bei hoher Chlorproduktion eine ausreichende Wärmeabfuhr gegeben ist.

Der im Wasserstoffabscheider entstehende Wasserstoff wird zur Vermeidung einer Knallgasreaktion erfindungsgemäß über ein Gebläse mit Luft verdünnt und ausgeblasen, wobei das Gebläse ebenfalls zur Kühlung verwendet werden kann. Vorzugsweise ist ferner vorgesehen, dass der Solerücklaufstrom und/oder der Reaktionsturm belüftet wird, um bei der Elektrolyse entstehenden Sauerstoff abzuführen.

Bei der Sole treten durch die höheren Temperaturen ebenfalls Probleme auf. Der Salzgehalt der Sole steigt mit zunehmender Temperatur, da sich die Sätti gungsgrenze verschiebt. Wird diese in hohem Maße gesättigte Sole auf dem Weg zur Elek trolysezelle durch niedrige Umgebungstemperaturen abgekühlt, kann es zur Auskristallisation von Salz, Blockierung des Soleförderstroms und zum Abschalten der Elektrolyse kommen. Dies ist vor allen Dingen dann problematisch, wenn die Anlage stillsteht und die Auskristallisation von Salz in der Solezuführleitung zur Elekrolysezelle erfolgt. Die Leitung kann dann mit Salzkristallen zuwachsen und beim nächsten Anfahren die Anlage blockieren. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist daher vorgesehen, dass vor dem Stillsetzen der Anlage Magersole in die Solezufuhrleitung eingeführt wird, die eventuelle Salzkristallationen löst und die Auskristallisation von Salz während des Anlagenstillstandes verhindert.

Alternativ kann die Solezufuhrleitung vor dem Abstellen der Anlage auch mit Betriebswasser gespült werden, dies vergrößert aber das Solevolumen.

Ein weiteres Problem tritt beim Einschalten der Anlage auf. Nach dem Einschalten wird in der Anlage sofort Chlorgas entstehen, dem aber in dem Reaktionsturm noch keine Natron lauge entgegengesetzt werden kann. Es besteht somit die Gefahr, dass Chlorgas freigesetzt wird. Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, dass die Kathodenkammer der Elektrolysezelle und der Wasserstoffabscheider vor der Freigabe des Elek trolytenstroms bis zu einem festgelegten Niveau aufgefüllt werden. Der Reaktionsturm kann somit sofort mit der Arbeit beginnen und das unkontrollierte Freisetzen von Chlorgas wird verhindert.

Aufgabe der Erfindung ist es ferner, die Herstellung von Natriumhypochloritlösung zu vereinfachen, einen Salzverlust durch Abführen von Magersole zu vermeiden und die Anlage für Betreiber und Umwelt sicher zu gestalten. Durch gezielte Verfahrensschaltungen soll ein Ausgasen von Chlorgas aus der Magersole vermieden werden. Neben der Erhöhung der Betriebs sicherheit wird dadurch auch der Wirkungsgrad in Bezug auf den Salzumsatz verbessert.

Diese Aufgabe wird mit der Erfindung im wesentlichen dadurch gelöst, dass ein Teilstrom der Natronlauge aus der Kathoden kammer dem in den Salzlösebehälter zurückfließenden Magersole strom zugeführt wird. Die Erfindung macht sich hierbei die Tatsache zu Nutze, dass die Ausbeute an Wasserstoffgas (H₂) in der Kathodenkammer der Elektrolysezelle etwas besser (ca. 99%) ist als die Ausbeute an Chlorgas (Cl₂) in der Anodenkammer der Elektrolysezelle (92 bis 95%). Mit dem entstehenden Laugen überschuss kann die Magersole aufkonzentriert und erneut dem Salzlösebehälter zugeführt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die der Magersole zugeführte Natronlauge dem Sumpf des Wasser stoffsabscheiders entnommen und der Magersole nach dem Chlorgasabscheider zugeführt. Die Magersole aus der Anodenkam mer der Elektrolysezelle weist einen niedrigen pH-Wert auf, so dass das Chlorgas austreten und im Chlorgasabscheider abgetrennt und für die Herstellung der Natriumhypochloritlö sung verwendet werden kann. Der Rest des Cl₂ bleibt in der Magersole in Lösung.

Um zu vermeiden, dass das Chlorgas später aus der sauren Magersole ausgast, muss der pH-Wert der Magersole wieder in den alkalischen Bereich (pH < 7) gebracht werden, was über die Zufuhr der Natronlauge erfolgt. Erfindungsgemäß wird hierzu der pH-Wert der Magersole überprüft und die Zufuhr von Natronlauge auf der Basis des pH-Wertes der Magersole gesteuert.

Wird, wie bei einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung vor gesehen, der pH-Wert der Magersole hinter der Zufuhrstelle der Natronlauge überprüft, so ergibt sich eine gewisse Totzeit, bis die Magersole den erwünschten pH-Wert annimmt. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist daher vorgesehen, dass die Zufuhr der Natronlauge so ge steuert wird, dass immer eine ausreichende Menge zugeführt wird, um einen pH-Wert von < 7 zu erreichen (Grundlastdosierung), und dass die auf der Basis der pH-Wert-Messung der Magersole erfolgende Regelung nur die Restmen genzufuhr zur Erzielung eines pH-Wertes von vorzugsweise ca. 8,5 regelt. Da mit kann die Regelung auch schneller reagieren.

Ein erfindungsgemäßes Elektrolysegerät zur Durchführung des oben beschrie benen Verfahrens weist die Merkmale des Anspruchs 13 auf. So umfasst das Elektrolysegerät einen Salzlösebehälter, in dem Salz bspw. auf einem Siebbo den angeordnet ist, eine Elektrolysezelle mit einer Anodenkammer, die über ei ne Sole-Zufuhrleitung mit dem Salzlösebehälter verbunden ist, und einer Katho denkammer, die mit einer Betriebswasser-Zufuhrleitung verbunden ist, einen Chlorgasabscheider zur Abscheidung von Chlor aus dem aus der Anodenkam mer austretenden Magersolestrom, einen Wasserstoffabscheider zur Abschei dung von Wasserstoff aus der aus der Kathodenkammer austretenden Natron lauge, einen Reaktionsturm zur Herstellung von Natriumhypochloritlösung aus der Natronlauge aus der Kathodenkammer und dem Chlorgas aus dem Chlor abscheider, eine Sole-Rücklaufleitung, über die die Magersole aus der Anoden kammer in den Salzlösebehälter zurückführbar ist und vorzugsweise eine Nat ronlauge-Rückführleitung auf, über die ein Teilstrom der Natronlauge aus der Kathodenkammer in die Magersole-Rücklaufleitung einführbar ist.

In der Magersole-Rücklaufleitung ist erfindungsgemäß eine pH-Wert-Messung vorgesehen, um die Magersole gezielt auf einen pH-Wert von ca. 8.5 aufkon zentrieren zu können.

In Weiterbildung der Erfindung ist eine Dosierpumpe vor gesehen, die den Natronlauge-Rücklaufstrom insbesondere in Abhängigkeit von der pH-Wert-Messung in der Magersole- Rücklaufleitung fördert.

Um die Kühlleistung der Anlage an die Chlorproduktion und die dadurch bedingte Verlustwärmemenge anpassen zu können, ist die Größe des Chlorgasabscheiders und/oder des Wasserstoff abscheiders in Abhängigkeit von der Anlagenleistung variabel. Dies wird besonders einfach und wirkungsvoll dadurch erreicht, dass der Chlor- und/oder der Wasserstoffabscheider als der Elektrolysezelle zugeordnete Rohrabschnitte ausgebildet sind, so dass bei einer Ergänzung weiterer Membranzellen zur Erhöhung der Anlagenleistung auch die Entgasungs- und Kühlfläche durch Ergänzen weiterer Rohrabschnitte vergrößert wird. Selbstverständlich kann bei der Erstinstallation der Anlage gleich ein der Anlagenleistung entsprechend lang ausgebildetes Rohr für den Chlorgas- bzw. Wasserstoff abscheider verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich kann dem Chlorgasabscheider und/oder dem Wasserstoffabscheider ein Kühlaggregat zugeordnet sein.

In Weiterbildung der Erfindung ist ein Gebläse zur Verdünnung des im Wasserstoffabscheider austretenden Wasserstoffs mit Luft vorgesehen. Das Gebläse kann außerdem zur Kühlung herangezogen werden. Zusätzlich kann in der Magersole- Rücklaufleitung und/oder dem Reaktionsturm eine Belüftung vorgesehen sein.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist in der Sole-Zufuhrleitung eine Soledosierpumpe vorgesehen, um die außerdem eine Bypassleitung mit einem Magnetventil angeordnet ist. Über diese Bypassleitung kann vor dem Abschalten der Anlage Magersole in die Solezufuhrleitung zurückgeführt werden, so dass in der Zufuhrleitung gebildete Salzkristalle gelöst bzw. eine Auskristallisation von Salz während des Stillstandes der Anlage verhindert wird.

Schließlich ist in Weiterbildung der Erfindung in der Kathodenkammer und/oder dem Wasserstoffabscheider ein Niveauschalter vorgesehen, der den Elektroly tenstrom erst dann freigibt, wenn die Kathodenkammer und/oder der Wasser stoffabscheider bis zu einem festgelegten Niveau gefüllt ist.

Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnung.

Es zeigen:

Fig. 1 schematisch ein erfindungsgemäßes Elektrolysegerät,

Fig. 2 schematisch die Zuordnung mehrerer Elektrolysezellen zum Wasserstoff- und Chlorabscheider.

Das in der Zeichnung dargestellte Elektrolysegerät 1 weist einen Salzlösebehäl ter oder Soletank 2, einen Schaltschrank oder Steuerschrank mit Leistungsteil 3, eine Enthärtungsanlage mit Regeneration 4 sowie einen Produkttank 5 für die erzeugte Natriumhypochloritlösung auf.

In dem Salzlösebehälter 2 ist ein Siebboden 6 vorgesehen, auf dem Kochsalz oder Siedesalz 7 bspw. in Tablettenform angeordnet ist. Bei Verwendung von Siedesalz wird auf dem Siebboden eine Schicht Filterkies oder dgl., wie bspw. ein Filterflies, aufgebracht, um zu vermeiden, dass Salzkristalle in die Soleumwälzung gelangen. Außerdem ist ein Sicherheits überlauf 8 vorgesehen. Zwischen der Enthärtungsanlage 4 und dem Einlaufstutzen des Salzlösebehälters 2 ist ein Absperr ventil (Kugelhahn) 9 vorgesehen, das den Wasserzulauf in den Salzlösebehälter 2 regelt.

In dem Salzlösebehälter 2 befindet sich unter dem Siebboden 6 ein Absaugstutzen 10 einer Soledosierpumpe 11, die die Sole ansaugt und über eine Sole-Zuführleitung 12 einer Elektrolyse zelle 15 mit einer Anodenkammer 15a und einer Kathodenkammer 15b zuführt. Der Solestrom wird hierbei über einen Durchfluß messer 13 gemessen. Ein Zurückfließen der Sole wird über ein Druckhalteventil 28 in der Sole-Zuführleitung 12 verhindert. Andererseits ist parallel zu der Sole-Zuführleitung 12 um die Soledosierpumpe 11 und das Druckhalteventil 28 eine Bypass leitung 12a mit einem Magnetventil 32 angeordnet, auf die später eingegangen wird.

In der Anodenkammer 15a wird über die Anodenspannung aus den Chloridionen Cl₂ gebildet. Das Natriumion diffundiert aufgrund der elektrokinetischen Effekte durch die Membran in Richtung der Kathode. Der an der Anode austretende Flüssigkeitsstrom (Magersole) wird einem Chlorabscheider 22 zugeführt. Am Sumpf des Chlorabscheiders 22 wird die weitgehend entgaste Magersole in eine zum Salzlösebehälter 2 führende Magersole-Rück laufleitung 16 abgeführt.

Der Kathodenkammer 15b wird über eine Betriebswasser-Zuführ leitung 14 Betriebswasser aus der Enthärtungsanlage 4 zugeführt. Hierzu ist in der Zufuhrleitung 14 ein Durchfluß messer 26 sowie ein Stellventil 25 und/oder ein Magnetventil 29 vorgesehen. Die in der Kathodenkammer 15b angereicherten Natriumionen reagieren mit dem enthärteten Betriebswasser zu Natronlauge. Das an der Kathodenkammer 15b oben austretende Lauge/Wassergemisch ist mit dem in der Elektrolysezelle 15 gebildeten Wasserstoffgas angereichert und wird einem Wasserstoffabscheider 20 zugeführt. Der im Wasserstoff abscheider 20 abgeschiedene Wasserstoff wird über ein Gebläse 24 zur Vermeidung einer Knallgasreaktion bis auf eine Konzentration von weniger als 1% mit Luft verdünnt und anschließend über eine Steigleitung ausgeblasen. Die Natron lauge vom Wasserstoffabscheider 20 wird zum einen einem Reaktionsturm 23 oben zugeführt. Zum anderen wird ein Teilstrom der Natronlauge vom Wasserstoffabscheider 20 über eine Natronlauge-Rückführleitung 21 mit einer Dosierpumpe 19, die über die Steuereinheit 3 angesteuert wird, an einer Impfstelle 33 dem Solerücklaufstrom zugegeben. Hierbei wird der pH-Wert der Magersole über eine pH-Meßdose 17, in die eine pH-Sonde 18 eingehängt oder eingeschraubt ist, überwacht. Das am Chlorgasabscheider 22 oben austretende Chlorgas wird über eine Leitung dem Reaktor 23 unten zugeführt, in dem die Natronlauge mit dem Chlorgas im Gegenstromverfahren zur Reaktion gebracht und zu einer Natriumhypochloritlösung umgesetzt wird. Die so gebildete Natriumhypochloritlösung tritt unten aus dem Reaktor 23 aus und wird dem Produkttank 5 durch freien Auslauf zugeführt. Die im Produkttank 5 befindliche 2 bis 4%-ige Natriumhypochloritlösung kann jetzt nach Bedarf über eine oder mehrere Dosierpumpen zum Einsatz gebracht werden.

Wie in Fig. 2 dargestellt ist, können zur Erhöhung der Anlagenleistung mehrere Elektrolysezellen 15 nebeneinander angeordnet sein, die parallel mit Salzlösung und Betriebs wasser versorgt werden. Die in den Elektrolysezellen 15 erzeugte Magersole bzw. Natronlauge wird dem Chlor- bzw. Wasserstoffabscheider zugeführt, um Cl₂ bzw. H₂ abzutrennen. Erfindungsgemäß sind die Chlor- und Wasserstoffabscheider als rohrförmige Abscheider ausgebildet, die sich durch einfache Ergänzung zusätzlicher Rohrabschnitte, in die die Ausgangsprodukte der Elektrolysezellen eingeleitet werden, verlängern lassen. Dadurch wird die Kühlfläche der Abscheider 20, 22 entsprechend der zusätzlichen Elektrolysezellen 15 und damit der Anlagenleistung vergrößert, so dass die zusätzlich entstehende Verlustwärme abgeführt werden kann. Somit wird bei Erhöhung der Anlagenleistung durch zusätzliche Membranzellen 15 automatisch auch die Kühlfläche in den Abscheidern 20, 22 erhöht. Eine Änderung der übrigen Mechanik der Elektrolyse anlage und insbesondere des wasserführenden Tableaus ist nicht erforderlich.

Schließlich sind in der Magersole-Rücklaufleitung 16 und dem Reaktionsturm 23 Belüftungen 30 bzw. 31 vorgesehen. Ferner ist ein Chlorgaswarngerät 27 vorgesehen, das im Störfall den Betrieb der Elektrolyseanlage über die Steuereinheit 3 abschaltet.

Nachfolgend wird die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Elektrolysegerätes 1 beschrieben:
Bei Inbetriebnahme des Elektrolysegerätes 1 wird zur Erst befüllung des Salzlösebehälters 2 das Zulaufventil 9 geöffnet und enthärtetes Betriebswasser in den Salzlösebehälter 2 eingeführt. Nach erfolgter Erstbefüllung wird das Erst befüllungsventil 9 geschlossen. Siedesalz oder Kochsalz vorzugsweise in Tablettenform wird in der erforderlichen Menge in dem Salzlösebehälter 2 auf den Siebboden 6 gegeben. Ferner werden die Kathodenkammer 15b und der Wasserstoffabscheider 20 über die Betriebswasser-Zufuhrleitung 14 bis zu einem festgelegten Niveau gefüllt, um zu verhindern, dass sich beim Anschalten der Anlage bildendes Chlorgas freigesetzt wird. Dies wird über einen Niveauschalter überprüft. Nun kann die Anlage eingeschaltet und der Elektrolytstrom freigegeben werden.

Bei laufendem Betrieb der Anlage erfolgt die Versorgung mit enthärtetem Betriebswasser über die Zulaufleitung 14 direkt in die Kathodenkammer 15b. In dem Salzlösebehälter 2 wird aus dem auf dem Siebboden 6 angeordneten Kochsalz und dem enthärteten Betriebswasser eine konzentrierte Salzsole gebildet. Die Soleversorgung der Elektrolyseanlage erfolgt über die Sole-Zuführleitung 12 mit Hilfe der Soledosierpumpe 11. In der Elektrolysezelle 15 werden Magersole und Natron lauge erzeugt. In dem Chlorgasabscheider 22 bzw. dem Wasser stoffabscheider 20 werden Chlorgas und Wasserstoff von der in der Elektrolysezelle 15 hergestellten Magersole bzw. Natron lauge abgetrennt. Aus der Natronlauge wird anschließend im Reaktionsturm 23 Natriumhypochlorit hergestellt.

Ein Teilstrom der Natronlauge wird jedoch aus dem Sumpf des Wasserstoffabscheiders 20 über die Dosierpumpe 19 abgezogen und an der Impfstelle 33 in die Magersole-Rücklaufleitung 16 eingeführt. Hierdurch wird die einen niedrigen pH-Wert aufweisende saure Magersole aufkonzentriert und in den schwach alkalischen Bereich gebracht. Die Zufuhr der Natronlauge in die Magersole-Rücklaufleitung 16 wird hierbei so gesteuert, dass immer eine Grundlastdosierung zugegeben wird, die sicherstellt, dass die Magersole einen pH-Wert < 7 erreicht. Dieser pH-Wert wird über die pH-Messung 17, 18 überprüft und die Dosierpumpe 19 auf der Basis der pH-Wert-Messung so gesteuert, dass sich in der Magersole ein pH-Wert von ca. 8,5 einstellt. Aufgrund der Grundlastdosierung wird hierbei sichergestellt, dass der pH-Wert immer < als 7 ist und die Totzeit zwischen der Impfstelle 33, an der die Natronlauge in die Magersole eingeführt wird, und der pH-Wert-Messung 17, 18 überbrückt. Da die Regelung der Dosierpumpe sich nur noch auf den Rest-pH-Bereich bis zu einem pH-Wert von 8, 5 bezieht, kann die Regelung sehr viel einfacher erfolgen. Auch wird sicher gestellt, dass selbst bei einem Ausfall der pH-Messung der Magersole immer ausreichende Laugenmengen zugesetzt werden, um ein Ausgang von Chlor zu vermeiden. Anschließend wird die aufkonzentrierte Magersole wieder in den Salzlösebehälter 2 eingeführt.

Die Auslegung der Entgasungsbehälter 22, 20 für Chlor und Wasserstoff in Form von horizontalliegenden Rohren, die z. T. mit Flüssigkeit (Magersole bzw. Natronlauge) und darüber hinaus mit ausgasendem Chlor bzw. Wasserstoff gefüllt sind, gewährleistet eine möglichst große Entgasungs- und Kühlfläche. Die Entgasungs- und Kühlfläche kann durch einfache Verlänge rung bzw. Verkürzung der Rohre des Wasserstoff- und Chlorgas abscheiders an die Anlagengröße und -leistung angepasst werden. Da die sonstige Mechanik der Elektrolyseanlage und das wasserführende Tableau nicht verändert werden müssen, kann die Anpassung kostengünstig durchgeführt werden. Die Kühlung im Wasserstoffabscheider 20 kann durch das Gebläse 24 zusätzlich unterstützt werden.

Beim Abschalten der Anlage soll vermieden werden, dass Salzkristalle aus der in der Sole-Zuführleitung 12 enthaltenen Salzlösung auskristallisieren und die Leitung zusetzen. Hierzu ist vorgesehen, dass vor der Stillsetzung der Anlage das Magnetventil 32 der Bypassleitung 12a geöffnet und hierdurch Magersole in die Sole-Zuführleitung 12 zurückfließen kann. Wenn hierbei die Dosierpumpe 11 kurz eingeschaltet wird, kann die zurücklaufende Magersole auch in die Dosierpumpe 11 und . in den durch das Druckventil 28 abgesperrten Leitungsbereich bis zum Abzweig der Bypassleitung 12a eingeführt werden. Dadurch wird auf einfache Weise ohne Vermehrung des Solevolu mens eine Auskristallisation von Salzkristallen in der Solezuführleitung, die das spätere Anfahren der Anlage behindern würden, vermieden.

Mit der Erfindung wird somit eine einfache, kontinuierlich betreibbare Elekrolyseanlage geschaffen, bei der eine ausreichende Kühlung in Abstimmung mit der Anlagenleistung gewährleistet wird. Ein Ausgasen von Chlorgas im Salzlösetank wird vermieden. Die Magersole kann ohne Salzverlust und gefährliche Chlorgasbildungen im Soletank wieder dem Salz kreislauf zugeführt werden.

Bezugszeichenliste

1

Elektrolysegerät

2

Salzlösebehälter

3

Schaltschrank

4

Enthärtungsanlage

5

Produkttank

6

Siebboden

7

Kochsalz/Siedesalz

8

Sicherheitsüberlauf

9

Absperrventil

10

Absaugstutzen

11

Soledosierpumpe

12

Sole-Zuführleitung

12

a Bypassleitung

13

Durchflußmesser

14

Betriebswasser-Zuführ leitung

15

Elektrolysezelle

15

a Anodenkammer

15

b Kathodenkammer

16

Magersole-Rücklauflei tung

17

pH-Meßdose

18

pH-Sonde

19

Dosierpumpe Natronlauge

20

Wasserstoffabscheider

21

Natronlauge-Rückführ leitung

22

Chlorgasabscheider

23

Reaktionsturm

24

Gebläse

25

Stellventil-Zulaufwas ser-Kathodenkammer

26

Durchflußanzeige-Zu laufwasser-Kathodenkam mer

27

Chlorgaswarngerät

28

Druckhalteventil

29

Magnetventil

30

Belüftung-Magersole rücklauf

31

Belüftung-Reaktionsturm

32

Bypass-Magnetventil

33

Impfstelle

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Natriumhypochloritlösung aus Wasser und Salz, wobei in einem Salzlösebehälter (2) aus Betriebswasser und Salz (7) eine Salzlösung (Sole) hergestellt wird, wobei die Sole in einer Elektrolysezelle (15) mit Hilfe von elektrischem Strom in Natrium- und Chlorionen aufgeteilt und diese voneinander getrennt werden, wobei die in einer Anodenkammer (15a) der Elektrolysenzelle (15) entstehende Magersole nach Abscheidung von Chlor gas in einem Chlorgasabscheider (22) wieder in den Salzlösebehälter (2) zu rückgeführt wird, wobei die in einer Kathodenkammer (15b) der Elektrolysezelle (15) entstehende Natronlauge nach Abscheidung von Wasserstoff in einem Wasserstoffabscheider (20) wenigstens teilweise einem Reaktionsturm (23) zu geführt wird, in dem aus der Natronlauge mit Hilfe von Chlorgas Natriumhypoch loritlösung hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Entgasungs- und Kühlfläche in dem Wasserstoff- und/oder dem Chlorgasabscheider entspre chend der Größe und/oder Anzahl der Elektrolysezellen (15) mit steigender An lagenleistung vergrößert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der im Wasserstoffabscheider (20) abgeschiedene Wasserstoff über ein Gebläse (24) mit Luft verdünnt und ausgeblasen wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Solerücklaufstrom belüftet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktionsturm (23) belüftet wird.

5. Verfahren insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teilstrom der Natronlauge aus der Kathodenkammer (15b) dem in den Salzlöse behälter (2) fließenden Magersolestrom zugeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die der Magersole zugeführte Natronlauge dem Sumpf des Wasserstoffabscheiders (20) entnommen und der Magersole nach dem Chlorgasabscheider (22) zugeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der pH-Wert der Magersole überprüft und die Zufuhr von Natronlauge auf der Basis des pH-Werts der Magersole gesteuert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der pH-Wert der Magersole hinter der Zufuhrstelle (33) der Natronlauge überprüft wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr der Natronlauge so gesteuert wird, dass immer eine ausreichende Menge zugeführt wird, um einen pH-Wert von < 7 zu erreichen (Grundlastdosie rung), und dass die auf der Basis der pH-Wert-Messung erfolgende Regelung nur die Restmengenzufuhr zur Erzielung eines pH-Wertes von ca. 8,5 regelt.

10. Verfahren insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Stillsetzen der Anlage Magersole in die Solezufuhrleitung (12) zur Elektrolysezelle (15) eingeführt wird.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Solezufuhrleitung (12) zur Elektrolysezelle (15) vor dem Stillsetzen der Anlage mit Betriebswasser gespült wird.

12. Verfahren insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolytstrom der Elektrolysezelle (15) erst eingeschaltet wird, wenn die Kathodenkammer (15b) und der Wasserstoffabscheider (20) bis zu einem festgelegten Niveau mit Betriebswasser gefüllt sind.

13. Elektrolysegerät zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vor hergehenden Ansprüche mit einem Salzlösebehälter (2), in dem Koch- oder Siedesalz (7) angeordnet ist, mit einer Elektrolysezelle (15) mit einer Anoden kammer (15a), die über eine Sole-Zufuhrleitung (12) mit dem Salzlösebehälter (2) verbunden ist, und einer Kathodenkammer (15b), die mit einer Betriebswas serzufuhrleitung (14) verbunden ist, mit einem Chlorgasabscheider (22) zur Ab scheidung von Chlor aus dem aus der Anodenkammer (15a) austretenden Ma gersolestrom, mit einem Wasserstoffabscheider (20) zur Abscheidung von Was serstoff aus der aus der Kathodenkammer (15b) austretenden Natronlauge, mit einem Reaktionsturm (23) zur Herstellung von Natriumhypochloritlösung aus der Natronlauge aus der Kathodenkammer (15b) und dem Chlorgas aus dem Chlor abscheider (22), mit einer Magersole-Rücklaufleitung (16), über die die Mager sole aus der Anodenkammer (15a) in den Salzlösebehälter (2) zurückgeführt wird, wobei die Größe des Chlorgasabscheiders (22) und/oder des Wasserstoff abscheiders (20) in Abhängigkeit von der Anlagenleistung variabel ist.

14. Elektrolysegerät nach Anspruch 13, dadurch gekenn zeichnet, dass der Chlorgasabscheider (22) und/oder der Wasserstoffabscheider (20) röhrenförmig aus Abschnitten gebildet sind, die den Elektrolysezellen (15) zugeordnet sind und bei Ergänzung weiterer Elektrolysezellen (15) zur Vergrößerung der Entgasungs- und Kühlfläche aneinandersteckbar sind.

15. Elektrolysegerät nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass dem Chlorgasabscheider (22) und/oder dem Wasserstoffabscheider (20) ein Kühlaggregat zugeordnet ist.

16. Elektrolysegerät nach einem der Ansprüche 13 bis 15, gekennzeichnet durch ein Gebläse (24) zur Verdünnung des im Wasserstoffabscheiders (20) austretenden Wasserstoffs mit Luft.

17. Elektrolysegerät nach einem der Ansprüche 13 bis 16, gekennzeichnet durch eine Belüftung (30) der Magersole- Rücklaufleitung (16).

18. Elektrolysegerät nach einem der Ansprüche 13 bis 17, gekennzeichnet durch eine Belüftung (31) des Reaktionsturms (23).

19. Elektrolysegerät insbesondere nach einem der Ansprüche 13 bis 18, gekennzeichnet durch eine Natronlauge-Rück fuhrleitung (21), über die ein Teilstrom der Natronlauge aus der Kathodenkammer (15b) in die Magersole-Rücklaufleitung (16) einführbar ist.

20. Elektrolysegerät nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch eine pH-Wert-Messung (17, 18) in der Magersole-Rücklaufleitung (16).

21. Elektrolysegerät nach Anspruch 19 oder 20, gekennzeichnet durch eine Dosierpumpe (19) zur Förderung des Natronlauge- Rücklaufstroms insbesondere in Abhängigkeit von der pH-Wert- Messung in der Magersole-Rücklaufleitung (16).

22. Elektrolysegerät insbesondere nach einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass in der Sole-Zu fuhrleitung (12) eine Soledosierpumpe (11) vorgesehen ist und dass um die Pumpe (11) eine Bypassleitung (12a) mit einem Magnetventil (32) vorgesehen ist.

23. Elektrolysegerät insbesondere nach einem der Ansprüche 13 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathodenkammer (15b) und/oder der Wasserstoffabscheider (20) einen Ni veauschalter aufweist, der den Elektrolytstrom erst dann freigibt, wenn die Kathodenkammer (15b) und/oder der Wasser stoffabscheider (20) bis zu einem festgelegten Niveau gefüllt sind.