DE19956787A1

DE19956787A1 - Elektrolyseplatte

Info

Publication number: DE19956787A1
Application number: DE19956787A
Authority: DE
Inventors: Bernd Bressel; Hans-Joachim Kramann
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1999-11-25
Filing date: 1999-11-25
Publication date: 2001-05-31
Also published as: JP2001181881A; PL344075A1; KR20010061947A; EP1103636A1; US6395155B1

Abstract

Es wird eine Elektrolyseplatte, bestehend aus einem äußeren, nicht leitenden Rahmen (4), insbesondere bestehend aus einem faserverstärkten Kresolharz, einer darin gelagerten, elektrisch leitfähigen, bipolaren, bevorzugt beidseitig geschlitzten Graphitplatte (5) beschrieben, die im Bereich der Elektrolytzuführung (8; 9) Kunststoffschürzen (15; 16) zur Zwangsführung für die Elektrolytlösungen aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrolyseplatte, bestehend aus einem äußeren, nicht leitenden Rahmen, insbesondere aus einem faserverstärkten Kresolharz, einer darin gelagerten, elektrisch leitfähigen, bipolaren, bevorzugt beidseitig geschlitzten Graphitplatte, die im Bereich der Elektrolytzuführung Kunststoffschürzen zur Zwangsführung für die Elektrolytlösungen aufweist. Die Erfindung betrifft ferner Elektrolyseure aufgebaut auf Basis der genannten Elektrolyseplatte.

Bekannte Elektrolyseure, z. B. Salzsäureelektrolyseure weisen Elektrolyseplatten in Form von Rahmenelementen auf, die elektrisch leitfähige, bipolare Graphitplatten als Anode/Kathode tragen. Solche Konstruktionen sind aus der Schrift DT 23 27 883 bekannt. Die Rahmenelemente werden allgemein in Blöcken zu typischerweise 32 oder 38 Platten angeordnet und bilden dadurch eine Einheit als Elektrolyseur mit 31 bzw. 37 Elektrolysezellen zur Elektrolyse von beispielsweise Salzsäure zu Chlorgas und Wasserstoffgas, die bei Stromdichten von bis zu 4.800 A/m² betrieben werden. Durch die Rahmen wird die Salzsäure ausgehend von Durchleitungen im unteren Bereich der Rahmenelemente über speziell angeordnete Bohrungen jeweils auf der Anolyt- oder der Katholytseite jeweils von unten in den Anolyt- bzw. den Katholytraum zugeleitet und im oberen Bereich der Rahmenelemente durch Austrittsbohrungen in obere Durchleitungen der Rahmenelemente gemeinsam mit den erzeugten Gasen wieder abgeleitet.

Bekannte Elektrolyseelemente werden je nach Stromdichte mit 130 l/h bis 180 l/h Anolyt- und Katholytsäure versorgt. Die 60°-80°C heiße Salzsäure trifft auf das den Anolytraum vom Katholytraum trennende Diaphragma und verteilt sich nach Umlenkung z. B. an dem Diaphragma über die Schlitze im Graphit oder dem Kanal zwischen Rahmen und Graphitplatte zufällig.

Bei der bekannten Konstruktion der Elektrolyseelemente kommt es zu Betriebsstörungen aufgrund der Beanspruchung und gegebenenfalls Zerstörung des Diaphragmas, insbesondere im Bereich des Elektrolyteintritts in den Anolytraum bzw. Katholytraum.

Aufgabe der Erfindung ist es ein Elektrolyseelement bereitzustellen, dass die Nachteile der bekannten Konstruktion vermeidet und eine vergleichbar höhere Standzeit aufweist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in einem Elektrolyseelement der eingangs genannten Art die Anolyt- und Katholytseite des Elektrolyseelements durch Anbringen einer inerten Folie, insbesondere aus Polyvinyldifluorid oder eines Polyfluorkohlenstoffes zum Schutze des Diaphragmas oder der Membran gegen chemische, thermische und mechanische Korrosion durch den aus den im Elektrolyseelement vorhandenen Bohrungen auftreffenden Anolyt- und Katholytstrahl geschützt wird.

Gegenstand der Erfindung ist eine Elektrolyseplatte, bestehend aus einem äußeren, nicht leitenden Rahmen, insbesondere bestehend aus einem faserverstärkten Kresolharz, einer darin gelagerten, elektrisch leitfähigen, bipolaren, bevorzugt beidseitig geschlitzten Graphitplatte, die im Bereich der Elektrolytzuführung Kunststoffschürzen zur Zwangsführung für die Elektrolytlösungen aufweist.

Der Aufbau des Rahmenelementes entspricht vorzugsweise einem solchen, wie er aus der Schrift DT 23 27 883 bekannt ist, deren hiermit als Offenbarung eingeschlossen ist.

Weiterer Gegenstand der Erfindung sind Elektrolyseure aufgebaut auf Basis der genannten Elektrolyseplatte.

Bevorzugt wird die Elektrolyseplatte mit Kunststoffschürzen bei der Salzsäureelektrolyse als Säurezwangsführung für die beidseitigen Salzsäurezuläufe eingesetzt.

Die Konstruktion der Elektrolytzuführung, insbesondere Säurezwangsführung, ist so wirksam, daß sie ein direktes Auftreffen der Säure auf die nach ca. 20-100- monatigem Gebrauch beobachteten Schadstellen z. B. an den Diaphragmen sicher verhindert.

Bevorzugt werden Eckstücke in Dreieckform vor den Säureeintrittsbohrungen in der Elektrolyseplatte eingebaut.

Eine Verbesserung in einer besonders bevorzugten Bauform der Erfindung wird jedoch durch zusätzlichen Einbau waagerecht und senkrecht durchgehender gelochter Bänder vor Eintrittsbohrungen und im Kanal zwischen Elektrolyserahmen und Graphitplatte erreicht.

Die eingebauten Folien werden vorzugsweise aus Polytetrafluorethylen (PTFE) oder PVDF gefertigt.

Der erfindungsgemäße Einbau der Säurezwangsführung zeigte überraschenderweise zusätzlich eine deutliche Spannungserniedrigung von 3%-8% pro Elektrolyseur mit steigender Anlagemast gegenüber Elektrolyseuren ohne Säurezwangsführung und erhöht die Wirtschaftlichkeit der Salzsäureelektrolyse wesentlich.

Das Diaphragma besteht bevorzugt aus z. B. dicht gewebtem, thermostabilisiertem Polyvinylchlorid oder Polyvinyldifluorid oder einem Mischgewebe aus PVC und PVDF oder ist insbesondere eine Membran aus einem sulfonierten Fluorkohlenwasserstoff.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren durch die Beispiele, welche jedoch keine Beschränkung der Erfindung darstellen, weiter erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 die schematische Seitenansicht eines Elektrolyseurs für die Salzsäureelektrolyse,

Fig. 2 den grundsätzlichen Aufbau einer Elektrolyseplatte in Seitenansicht,

Fig. 3 die schematische Seitenansicht auf eine Elektrolyseplatte gemäß der Erfindung,

Fig. 4 die schematische Seitenansicht auf eine Variante der Elektrolyseplatte gemäß Fig. 3,

Fig. 5 die schematische Seitenansicht auf eine weitere Variante der Elektrolyseplatte gemäß Fig. 3.

Beispiele Beispiel 1

Ein Salzsäureelektrolyseur hat den im Prinzip in Fig. 1 in Seitenansicht gezeigten Aufbau. Der Elektrolyseur ist hierin der Mitte aufgebrochen gezeichnet.

Auf einem Traggerüst 1 ist der Elektrolyseur, bestehend aus 32 durch Spannbolzen 2 zusammengepressten Elektrolyseplatten 4 aufgebaut. Die Elektrolyseplatten 4 weisen unten rechts und links jeweils durch den Elektrolyseur durchlaufende Durchleitungen 9 für die Katholytsäure und Durchleitungen 10 für die Anolytsäure auf, die mit frischer Säure versorgt werden. Im mittleren Bereich des Elektrolyseurs sind Stromschienen 3 vorgesehen die die Anschlüsse für die Graphitanoden bzw. -kathoden mit einer nicht gezeichneten Stromversorgung elektrisch kontaktieren.

Fig. 2 zeigt den grundsätzlichen Aufbau einer Elektrolyseplatte 4. Bohrungen 11 verbinden die Durchleitungen 9 für die Katholytsäure mit dem jeweiligen Katholytraum und Bohrungen 12 die Durchleitungen 10 für die Anolytsäure mit dem entsprechenden Anolytraum. Die Salzsäure durchläuft den Kathoden- bzw. Anodenraum nach oben und tritt zusammen mit den Elektrolysegasen im Katholytraum im oberen Bereich der Elektrolyseplatte 4 durch Bohrungen 13 zu den Durchleitungen 8 und im Anolytraum durch Bohrungen 14 zu den Durchleitungen 7 wieder aus.

In der in Fig. 3 gezeigten Bauform der Elektrolyseplatte 4 sind im Bereich der Bohrungen 11 bzw. 12 Anströmfolien 15 bzw. 16 angebracht, die das Diaphragma 6 schützen. Die Folien haben eine Stärke von 0,5 mm und wurden in Form ungleichschenkliger Dreiecke mit den Maßen 190 × 290 mm mit abgerundeten Ecken und glatten Schnittkanten zum Diaphragma 6 oder der Membran in den Ecken vor den Säureeintrittsöffnungen in speziellen Bohrungen im Rahmen mit abgerundeten, säurebeständigen Kunststoffnieten (nicht gezeichnet) befestigt. Je ein Foliendreieck 15 bzw. 16 ist hier vor dem Anolyteintritt und Katholyteintritt vorgesehen (Fig. 3).

Die an der Anode und Kathode erzeugten Gase sorgen für ausreichende Vermischung und Versorgung der Anode bzw. Kathode mit Salzsäure.

Beispiel 2

Fig. 4 zeigt die schematische Seitenansicht auf eine Variante der Elektrolyseplatte gemäß Beispiel 1 mit waagerecht durchgehenden Schürzen.

Die eingebauten ganzen Schürzen, die vor allem auch dem mechanischen Schutz von Membranen dienen, wurden aus einem PTFE- oder PVDF-Streifen der Länge 1760 mm und Breite 190 mm gefertigt. Durchgehend hat die Folie eine Breite von 60 mm, beide Ecken enden jedoch in ungleichschenkligen Dreiecken, die 220 mm vom Ende beginnen und eine äußere Kantenlänge von 190 mm besitzen. Alle Kanten sind gerundet und entgratet. Die Befestigung erfolgt wie in Beispiel 1 dargestellt mit Kunststoffnieten im Elektrolyserahmen 4 auf der Anolyt- und Katholytseite (Fig. 4).

Beispiel 3

Fig. 5 zeigt die schematische Seitenansicht auf eine weitere Variante der Elektrolyseplatte gemäß Beispiel 1 mit Dreieckschürzen und waagerecht und senkrecht durchgehenden Lochfolien im Randbereich der Elektrolyseplatte 4.

Zum Schutze für Diaphragma 6 oder Membran ist hier auf dem Rahmen 4 beidseitig jeweils eine gelochte Seitenfolie 17 mit der Dicke 0,25 mm und der Breite 40 mm eingebracht, wobei der Graphit mindestens 10 mm von der Lochfolie überlappt werden soll. Die obere Folie 18 ist aus 100 mm hoher Lochfolie, 0,25 mm dick, die untere ca. 60 mm hoch. Die Dreieckschürzen 15 bzw. 16, die den Einlaufbohrungen 9 und 11 für Anolyt- und Katholytsäure abgewandt befestigt werden, sind ebenfalls aus Lochfolie gefertigt. Die Folie wird so zugeschnitten, daß keine Löcher durchschnitten sind. Die Lochfolienabdeckung ist hier sowohl auf der Anode als auch auf der Kathode aufgebracht (Fig. 5).

Claims

1. Elektrolyseplatte, bestehend aus einem äußeren, nicht leitenden Rahmen (4), insbesondere bestehend aus einem faserverstärkten Kresolharz, einer darin gelagerten, elektrisch leitfähigen, bipolaren, bevorzugt beidseitig geschlitzten Graphitplatte (5), die im Bereich der Elektrolytzuführung (8; 9) Kunststoffschürzen (15; 16) zur Zwangsführung für die Elektrolytlösungen aufweist.

2. Elektrolyseplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrolyseplatte mit Kunststoffschürzen (15; 16) ausgebildet ist, die bei der Salzsäureelektrolyse als Säurezwangsführung für die beidseitigen Salzsäurezuläufe dient.

3. Elektrolyseplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffschürzen (15; 16) aus Polytetrafluorethylen (PTFE) oder PVDF gefertigt ist.

4. Elektrolyseplatte nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenform der einzelnen Kunststoffschürzen (15; 16) dreieckig ist.

5. Elektrolyseplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich waagerecht und senkrecht im Randbereich des Rahmens (4) angeordnete durchgehende gelochte Bänder (17; 18), insbesondere aus Kunststofffolien, vor Eintrittsbohrungen und im Kanal zwischen Elektrolyserahmen und Graphitplatte angeordnet sind.

6. Elektrolyseplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffschürzen (19) im unteren Bereich der Elektrolyseplatte waagerecht durchgehend ausgebildet sind.

7. Elektrolyseure aufgebaut auf Basis mindestens einer Elektrolyseplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 6.