DE2451629C2

DE2451629C2 - Elektrolysiervorrichtung und deren Verwendung

Info

Publication number: DE2451629C2
Application number: DE2451629A
Authority: DE
Inventors: Oronzio de Mailand/Milano Nora; Vittorio De Nassau Nora; Placido M. Mailand/Milano Spaziante
Original assignee: Oronzio de Nora Impianti Elettrochimici SpA
Current assignee: De Nora SpA
Priority date: 1973-10-30
Filing date: 1974-10-30
Publication date: 1986-08-07
Also published as: FI59425B; NO145016C; SE7413457L; YU290674A; IT1003156B; JPS5932548B2; DE2451629A1; BR7409083D0; NO145017C; ZA746241B; JPS5079484A; NO145017B; NO780940L; GB1451400A; FR2249182B1; SE7702427L; FI59425C; NO743566L; GB1451399A; FR2249182A1

Description

Chlor und Alkalimetallhypochlorite werden heute häufig zur Sterilisierung von Trinkwasser verwendet. Sie werden auch verwendet, um das Wachstum der Bakterienflora und die Ansammlung von Algen zu verhindern und um organische Substanzen in Schwimmbassins und in industriellen Kühlwassersystemen zu oxidieren, l'ür diese Zwecke wählt man die Konzentration an freiem Chlor in der Größenordnung von 1 bis 2 mg pro Liter. Die gewerblichen Verfahren verwenden handelsüblich in Flaschen eingebrachtes Chlor. Jedoch bringt die Vcrwetidung von Chlor technische Probleme bezüglich dessen genauer Dosierung mit sich. Weiterhin bestehen Sieheiheitsrisiken aufgrund der hohen Toxizitat von gasförmigem Chlor, die den Transport und das Lagern von Chlor erschweren. Einige Gemeinden haben darum strenge Gesetze für den Transport durch dicht besiedelte Gcbieie.

Um die durch die Verwendung von flüssigem oder gasförmigem Chlor bedingten Probleme zu vermeiden,

wurden Alkalimetallhypochlorite in Konzentrationen von 100 bis 180 mg pro Liter, bezogen auf aktives Chlor, verwendet, jedoch weist auch dieses Material Probleme bezüglich Lagerung, Transport und Dosierung nuf. Die Verwendung von Alkalimetallhypochloriten erfordert den Transport und die Lagerung großer Mengen an Flüssigkeit. Insbesondere in Sommermonaten, wenn größere Mengen Wasser sterilisiert werden müssen, neigi die Flüssigkeit dazu, ihr aktives Chlor zu verlieren, was eine genaue Dosierung schwierig macht. In manchen Fällen ist auch die mit der Hypochloritlösung verbundene Alkalinität schädlich bei der endgültigen Verwendung des behandelten Wassers.

Aus der GB-PS 10 56 889 ist eine horizontale Elektrolysezelle bekannt, bei der bipolare Elektroden in einem Gehäuse angeordnet sind, das durch Trennelemente in mehrere selbständige Teilgehäuse unterteilt wird. Die Elektroden erstrecken sich hierbei durch die Trennelemente hindurch. Diese bekannte Vorrichtung ist jedoch wie alle horizontalen Elektrolysezellen äußerst platzraubend, eine merkliche selbsttätige Umwälzung des Klektrolyten durch den Gashebeleffekt findet nicht statt.

Eine vertikale Elektrolysezelle zur Herstellung von aktivem Chlor aus Sole ist in der US-Patentschrift 37 66 044 und in F i g. 5 der Patentschrift beschrieben. Diese ist zur Herstellung von Chlorat ausgelegt, wobei die Anoden und Kathoden an die Platten geschweißt sind, die die einzelnen Einheiten unterteilen, jedoch müssen die einzelnen Einheiten aneinandergeschraubt werden, wodurch die Konstruktionskosten erhöht und die Feriigiingsproblerne größer werden; die Anoden und Kathoden sind nicht an jedem Ende gestützt, die Leitung des Stroms durch die Vorrichtung ist mangelhaft.

Die Anordnung der Anoden-Kathodenplatten unterbindet den Gashebeeffekt über den Reaktionsprodukte und Niederschläge «us der Vorrichtung herausgespült werden. Elektrolyt und Nebenprodukte der llleklrolysu werden in jeder einzelnen Zelleinheit aufgrund der Umlaufräume zurückgehallen.

Ausgehend vom obengenannten Sland der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine vertikale,

t>5 diaphragmalosc bipolare Hlektrolysiervorrichtung so auszubilden, daß eine kompakte, einfach herzustellende und wirksame Elektrolysevorrichtung entsteht, die den Gashebeeffekt optimal ausnutzt.

Diese Aufgabe wird durch eine Eiektrolysevorrichtung nach dem Hauptanspruch gelöst, weitere bevorzugte Ausführungsformen sowie eine bevorzugte Verwendung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Elektrolysevorrichtung wird ein geringer iirundflächenbedarf einer solchen Anlage erreicht, und die Zelle läßt sich besonders leicht warten. Der Konvekiionscffekt und die Strömung des Elektrolyten sind in optimaler Weise gewährleistet, wobei durch die horizontalen Trennelemente mit ihren Durchlässen drosselnde Einflüsse bestehen, so daß die Elektrolytströmung besonders gleichmäßig und damit wirksam ist.

Das vertikale Gehäuse für die Elekirolysezelle kann aus irgendeinem geeigneten Material, wie Stahl, anderen Metallen oder Kunststoff, wie Polyvinylchlorid, hergestellt sein und ist üblicherweise mit einem isolierenden inerten Material versehen, um Stromverlust durch den Behälter und Korrosionspiobleme zu vermeiden. Der Querschnitt des Gehäuses kann irgendeine geeignete Gestalt aufweisen, wie quadratisch, rechteckig oder kreisförmig. In einer Ausführungsform kann die Elektrolysiervorrichtung in ein Rohr in einem Elektrolytkreislauf eingesetzt werden.

Die Trennelemente fertigt man aus einem nicht-leitenden, elektrolyt-inerten Material, wie keramischen Materialien oder inerten Kunststoffen, ihr Querschnitt ist im wesentlichen derselbe wie der des vertikalen Gehäuses, so daß kein Bewegen der Elemente, kein Bewegen der Anoden und der Kathoden in den Elementen und kein Auslaufen des Elektrolyts um sie herum auftritt. Die Trennelemente sind mit mehreren gleichmäßig verteilten Bohrungen versehen, in denen die bipolaren Elektroden gesichert werden können.

Die Trennelemente weisen in ihrem Querschnitt auch auf beiden Seiten mehrere Sacklöcher oder Spalten auf, um das Ende des Anodenteils und des Kathodenteils der bipolaren Elektrode aus den Elementen oberhalb und unterhalb der Trennelemente aufzunehmen. Dies erlaubt ein einfaches Zusammenbauen und Ausrichten der Kiiihodcn und Anoden in jeder Zelleinheit, so daß sie voneinander in gleichmäßigem Abstand gehalten werden.

Die Trennelemcnlc sind so konstruiert, daß der Elektrolyt leicht von einer Zellcinheit in die nächste Zelleinheit fließen kann. Dies kann durch mehrere Bohrungen oder Spalte in der Trennplatte oder durch hohle, bipolare Elektroden erfolgen, die Bohrungen direkt oberhalb und unterhalb des Trennelementes aufweisen, oder indem man Bohrungen für die bipolaren Elektroden durch die Trennelemente vorsieht, die groß genug sind, um den Elektrolysen hindurch zu lassen. In diesem Fall werden die Elektroden nicht in den Bohrungen in den Trennelementcn befestigt, sondern durch mehrere kleine Schrauben oder andere geeignete Vorrichtungen in Position gehallen.

Die bipolaren Elektroden können aus verschiedenen Materialien, abhängig vom spezifischen Elektrolyt und den gebildeten Elektrolyseprodukten, hergestellt sein. Die Elektroden können aus einem einzigen, resistenten Ml-uiII, wie einem Ventilmetall, z. B. Titan oder Tantal, oder aus einem Metall der Platingruppe bestehen. Sie jo können bimclallisch sein, wobei der Anodenteil aus einem Material wie Titan hergestellt ist und der Kathodenteil aus einem weiteren Metall, wie Stahl, rostfreiem Stahl, Kupfer, Silber und dergleichen hergestellt sein kann, das für kalhodische Bedingungen geeignet ist. Die Anoden- und Kathodenteile können miteinander in direktem Kontakt stehen, oder sie können durch ein Verbindungsmetall verbunden sein.

Der Anodenteil der bipolaren Elektroden wird vorzugsweise aus einem Ventilmetall hergestellt, das mit einem elektrisch leitenden, elektrokatalytischen Überzug auf seiner Außenseite versehen ist, der längere Zeit den Strum in den Elektrolyten leiten kann, ohne zu passivieren. Die Kathodenteile können aus demselben Metall ohne einen elektrokatalytischen Oberzug darauf hergestellt sein.

Zu den Beispielen geeigneter anodischer Überzuge gehören Metalle aus der Platingrupe wie Platin, Palladium, Iridium, Ruihenium, Osmium oder Rhodium und deren Legierungen; Gold. Silber, Eisen, Nickel. Chrom, Kupfer, Blei und Mangan sowie deren Oxide, Nitride, Sulfide und Carbide und Mischungen davon. Am geeignetsten sind Überzüge eines Ventilmetalloxyds und eines nicht-filmbildendcn Leiters, wie in der US-PS 3b 32 498 beschrieben.

Wenn die bipolare Elektrode bimetallisch ist. besteht manchmal die Schwierigkeit beim Zusammenschweißen der beiden Metalle. Dies kann durch Anordnung eines dritten Metalls zwischen den Anoden- und Kathodentcilcn überwunden werden, das an beide Metalle leichter schweißbar ist. Wenn beispielsweise der Anodenteil aus Titan besteht und der Kathodentei! aus Stahl hergestellt ist, wird ein Kupfereinsatz vorgesehen, der leicht an ein Ende des Stahls und an das gegenüberliegende Ende des Titans geschweißt werden kann.

Diis Zwischenmetall in einer bimetallischen Elektrode dieser Konstruktion kann auch die Wassersiofrwanderung von der Kathode zum Anodenteil unterbinden. Wandernde Wasserstoffatome, die zur Anode diffundieren, können das Auftreten von Blasen und ein Anschwellen des Trägermetalls bewirken, wodurch der darauf befindliche elektrokatalytische Überzug zerstört wird. Wenn man Kupfer zwischen Titan und Stahl verwendet, dient das Kupfer als Barriere gegen die Diffusion von Wasserstoff zur Anode.

Das vertikale Gehäuse der Elektrolysiervorrichiung ist mit Einlaß- und Auslaßvorrichtungen am Boden bzw. am Oberteil versehen, die aus nicht von Strom durchflossenen Kammern bestehen, um einen Turbulenzberuhigungsruum am Einlaßende zu schaffen und um Turbulenzen am Auslaßende zu vermeiden.

Aufgrund der vertikalen Konstruktion der erfindungsgemäßen Elektrolysiervorrichtung ist der Fluß des Elektrolyten im wesentlichen gerade, und die Turbulenz in den Zelleinheiten wird vermieden. Dieser gerade Fluß des Elektrolyten durch den Raum zwischen angrenzenden Anoden und Kathoden, die den Elektrolysierspalt bilden, vermindert die Ansammlung unlöslicher Partikel, die in den Zellen ausfallen können, was insbesondere ein Problem darstellt, wenn man Meerwasser elektrolysiert. Die Feststoffe werden durch diesen Elektrolytfluß aus der Zelle herausgetragen, wobei die Geschwindigkeit des Elektrolyten vom Einlaß hin zum Auslaß durch den Gashebeeffckt der bei der Elektrolyse gebildeten Gase erhöht wird.

Die während der Elektrolyse gebildeten Wasserstoffblasen können aufgrund des geraden, nach vorwärts gerichteten Flusses des Elektrolyten nicht in den Zelleinheiten stagnieren und Gastaschen bilden. Statt dessen e>5 werden die Wasserstoffblasen durch den Elektrolyten dispergiert, ihre Konzentration nimmt zu, während der Elektrolyt durch die vertikale Zelle aufsteigt, wodurch die Geschwindigkeit des Elektrolyten in den oberen Abschnitten der Elektrolysiervorrichtung erhöht wird. Somit führt bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung der

Steigungs- oder Hebeeffekt der gebildeten Gase zu einer Geschwindigkeitszunahme des Elektrolyten, während er durch die verschiedenen Zeiteinheiten aufsteigt. Die Gleichförmigkeit des Flusses durch den gesamten Abschnitt der Elektrolysiervorrichtung, die laufend zunehmende Geschwindigkeit der durch die Elektrisiervorrichtung aufsteigenden Elektrolytgasdispersion und das Fehlen von Turbulenzen, die von inneren Zirkulationswegen oder stagnierenden Zonen hervorgerufen werden, verhindern, daß sich feste Partikel, wie Kalzium- und Magnesiumniederschläge, organische Bestandteile und dergleichen innerhalb der Elektrolysiervorrichtung absetzen. Diese festen Partikel werden in Suspension gehalten und durch den Fluß der Elektrolytgasdispersion wirksam weggeschwemmt.

In den Zeichnungen werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung erläutert. Es zeigt
ίο Fig. 1 einen Teil-Querschnitt durch eine vertikale Elektrolysiervorrichtung mit plattenartigen bipolaren Elektroden.

F i g. 2 einen Teil-Querschnitt entlang der Linie H-Il aus F i g. 1,

Fig. 3 einen Horizonalschnitt der Elektrolysiervorrichtung entlang der Linie IH-111 aus Fig. 1,
Fig.4 einen vergrößerten Querschnitt eines Trennelementes und die Anordnung der aus einem einzelnen Metall hergestellten bipolaren Elektroden,

F i g. 5 einen Horizontaischnitt entlang der Linie V-V gemäß F i g. 4,

F i g. 6 einen vergrößerten Querschnitt einer weiteren Form von Trennelement und der Anordnung bimcUillischer bipolarer Elektroden,

Fig. 7 einen Horizontalschnitt der angenähert entlang den Linien VII-VII gemäß F i g. 6 verläuft,
F i g. 8 einen Querschnitt durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen vertikalen Elekirolysicrvorrichtung mit bipolaren Stabelektroden und kreisförmigem Querschnitt,

F i g. 9 einen vergrößerten Teil-Querschnitt durch zwei Trennelemente und bipolare Stäbe der Elektrolysiervorrichtung gemäß F i g. 8,

F i g. 10 eine Teil-Aufsicht auf die Trennelemente entlang der Linie X-X gemäß F i g. 9,

F i g. 11 und 12 einen vergrößerten Teil-Querschnitt bzw. eine Teil-Aufsicht eines Trennelementes mit bimetallischen bipolaren Elektroden.

Fig. 13 eine schematische Darstellung eines zur Herstellung von Natriumchlorat aus einer Natriumchloridlösung brauchbaren Eiektrolysiersystems.

Wie in den F i g. 1 bis 3 erläutert, besteht eine bevorzugte Ausführungsform der Elektrolysiervorrichtung aus einem Gehäuse 1, das mit einer Einlaßkammer 2 und einer Ausiaßkammer 3 versehen ist. Der Elektrolyt wird in die Einlaßkammer 2 über ein Rohr 4 eingespeist und aus der Elektrolysiervorrichtung durch das Rohr 5 entfernt, das gewünschtenfalls mit einem Gasabscheider verbunden sein kann. Diese Elektrolysiervorrichtung mit nur zwei vollständigen Elektrolysierkammern und Teilen weiterer Kammern ist in F i g. 1 erläutert. Selbstverständlich kann eine beliebige Anzahl Eiektrolysierkammern im Gehäuse vorgesehen sein. Das Gehäuse 1 kann auch länger sein und so viele Elektrolysierkammern oder Zelleinheiten wie gewünscht aufnehmen. Die Elektrolysiervorrichtung ist mit einer positiven Endplatte 6 versehen, die mit dem entsprechenden Pol der elektrischen Energieversorgung (nicht gezeigt) durch die Endstücke 7 und die Stromschiene 8 verbunden ist. Sie ist mit einer negativen Endplatte 9 versehen, die durch die Endstücke 10 und die Zuleitungsschiene 11 mit der Stromquelle verbunden ist. Die Platten 6 und 9 bilden zusammen mit dem isolierenden Zylinder 15 an jedem Ende flüssigkcitsdichte Absperrungen.

Der Anodenteil der bipolaren Elektroden in der untersten Zelleinheit ist in Kontakt mit der positiven Endplatte 6. der Kathodenteil der Elektroden in der obersten Zelleinheit ist in Kontakt mit der negativen Endplatte 9. Es kann irgendeine Zahl von Zwischenzelleinheiten zwischen die terminale positive Endeinheil und die terminale negative Endeinheit zwischengeschaltet sein, der Stromfluß kann vom Boden zum obersten Teil oder umgekehrt erfolgen. In den Einlaß- und Auslaßabteilen 2 und 3 findet keine Elektrolyse statt, da in diesen Abteilen nur Elektroden eines einzigen Typs vorhanden sind.

Die bipolaren Elektroden 12 in der Elektrolysiervorrichtung gemäß Fi g. 1 sind in ihrem mittleren Teil durch mehrere Trennelemente 13 getrennt, die aus einem isolierenden Material, wie Polyvinylchlorid, Plexiglas, Ebonit, Gummi, keramischen Material oder dergleichen hergestellt sind, und die mit Dichtungen 16 zwischen den Trennelementen und den Elektroenden versehen sein können. Die Trennelemente 13 und die Elektroden 12 wirken wie horizontale Wände, die einzelne Zelleinheiten begrenzen. Die bipolaren Elektroden gemäß Kig. 1 sind metallische Platten. Die Trennelemente oberhalb und unterhalb der bipolaren Elektroden sind mit Nuten 14 versehen, in denen die Enden der Elektrode aufgenommen sind. Auf diese Weise werden die Elektroden auf einfache Weise mit hoher mechanischer Festigkeit in einem definierten Abstand gehalten. Abwechselnd laufen die Elektroden durch die Trennelemente 13, wie in F i g. 4 dargestellt bzw. stecken mit den Elektrodcncnden in den Nuten 14. Das Innere des Zellengehäuses 1 ist mit einer isolierenden Kammer aus einem isolierenden Gehäuse 15 versehen, um die Elektrolysiereinheiten vom Zellengehäuse zu isolieren. Die Trennelemente 13 sind mit Spalten 16a (F i g. 4 und 5) versehen, wodurch ein gleichförmiges Fließen des Elektrolyten nach oben durch die Elektrolysiervorrichtung möglich ist.

Der Elektrolysestrom wird von der positiven Platte 6 zu den positiven Enden der bipolaren Elektroden 12, durch die Trennelemente 13 zu den negativen Enden der bipolaren Elektroden in der ersten Zelleinheil, durch den darin enthaltenen Elektrolyten zum positiven Ende des nächsten Satzes bipolarer Elektroden und so weiter durch die Zelle nach oben zur negativen Endplatte 9.

Wie in F i g. 1 dargestellt, sind die Leitungen der unteren Endplatte 6 mit den Elektroden verbunden, die durch das untere Trennelement 13 hindurchgehen und die in die Nuten 14 auf der Unterseite des nächsthöheren Trennelements 13 ragen. Die Elektroden 12, die in den Nuten 14 auf der Oberseite des unteren Trcnnelcmenics 13 ruhen, erstrecken sich durch Bohrungen in das nächsthöhere Trennelement 13a und in die nächsthöhere Zelleinheit und so weiter, über die gesamte Zellhöhe bis die oberste terminale Einheit erreicht ist. In dieser

Einheit erstrecken sich die Elektroden durch das Trennelement und sind mit der oberen Endplatte 9 verbunden, $f

so daß die bipolaren Verbindungen durch die Zelle, unabhängig von der Anzahl der Zelleinheiten in der Zelle, p

vollständig sind. |l

Die durch die in Serie verbundenen Zclleinheiten geleitete Natriumchloridlösung wird gemäß den nachfolgen- **

den Reaktionen elektrolysiert: 5

K;ilhodenreaktion:

2eO + 2H₂O-H₂ + 2 OH©

unter Diffusion von ΟΗθ-ionen nach der Anode;
Anoden reaktionen:

-2eO ₁₅

Cl₂ + 2 OHO _ ei© + CIO© + H₂O ί

(jesamtrcaktion der Anode: ψ

ClO + 2 OH© — CIOO + H₂O + 2 eO I

Die an der Kathode gebildeten Wasserstoffblasen und andere freie Gase werden durch den Elektrolyt nach ψ

oben gelragen und beschleunigen den Elektrolyten während des Aufsteigens durch jede höhere Zelleinheit in |(

dem Maße, in dem die Menge an Wasserstoff von Einheit zu Einheit zunimmt. Die Dichte des Elektrolyten nimmt 25 s| ab, während die Wasserstol'fblasenkonzentration zunimmt. Dies trägt dazu bei. die Bildung unerwünschter g?

Ablagerungen zu verhindern und sie hinwegzuschwemmen. ;;';

Die metallischen bipolaren Elektroden können in Form von Metallplatten, Streckmetall. Metallsieb oder in ¥■;

Form von Metallstreifen oder Stäben vorliegen. Die Elektroden können aus einem Ventilmetall, wie Titan, >,;

Tantal, Zirkonium, Niob, Molybdän, Wolfram oder deren Legierungen oder aus Silizium-Eisenlegierungen 30 |i hergestellt sein. Der Anodenteil ist mit einem elektrisch leitenden, elektrokatalytischen Überzug versehen. ||

In der Ausführungsform gemäß Fig.6 und 7 sind die bipolaren Elektroden 12 bimetallisch, wobei der ||

Anodenteil 18 auf der Basis eines geeigneten Ventilmetalls hergestellt ist, das mit einem Überzug auf elektrisch 1

!eilendem, elcktrokatalytischem Material versehen ist. Der Kathodenteil 19 ist aus einem davon verschiedenen §j

metallischen Material hergestellt, das für Kathodenbedingungen geeignet ist, wie Stahl, Kupfer, Silber oder 35 iS rostfreiem Stahl. Um die verschiedenen Materialien verschweißen zu können, ist ein dünner Einsatz 20 aus einem &

geeigneten dritten Material, wie z. B. Kupfer, vorgesehen, der jeweils an ein Ende des Ventilmetallanodenteils 18 |§

und des Kathodenteils 19 angeschweißt wird. Der Einsatz 20 dient auch zur Verhinderung der Wasserstoffwan- ||

derung aus dem Kathodenteil 19 zum Anodenteil 18. Dichtungen 16 (s. F i g. 4), sind auch in dieser Ausführungs- {§

form vorgesehen, um den Bereich um die Einsätze 20 abzudichten und um die Korrosion der Einsätze 20 durch 40 p den Elektrolyten und die Elektrolyseprodukte zu verhindern. In der Ausführungsform gemäß F i g. 6 und 7 ist das |~

Trennclemcnt 13 anstelle von Spalten mit kreisförmigen Bohrungen 21 versehen, um den Weg des Elektrolyten §§

hindurch nach oben zu erlauben. g

in der Ausführungsforrn gemäß Fi g. 8 bis 10 ist die Elektrisiervorrichtung als kreisförmiges Rohr ausgebil- sä

del. die bipolaren Elektroden als metallische Stäbe. Die Elektrisiervorrichtung besteht aus dem Gehäuse 22 45 p mil dem Einlaßrohr 23, das in die Einlaßkammer 24 mündet und mit dem Auslaßrohr 25, das mit der neutralen j|

Aiislaßkammcr 26 in Verbindung steht. Das Gehäuse kann aus irgendeinem geeigneten Material, wie z. B. S

Polyvinylchlorid, hergestellt sein und ist mit einem inerten isolierenden Material in Form einer Hülse 27 gj

versehen.

Das unlere Ende des Gehäuses 22 ist durch eine Platte 28 verschlossen, durch die das positive Endstück 29 zur 50
Verbindung an die Energiequelle hindurchgeht. Vorzugsweise ist die Platte 28 an das Gehäuse angeschweißt,
jedoch kann sie auch durch irgendeine geeignete andere Maßnahme, wie z. B. Verschrauben, verbunden sein.
Das Endstück 29 ist mit der Endplatte 30 verbunden, die mit der Hülse 27 eine flüssigkeitsdichte Absperrung
bildet. Um einen guten elektrischen Kontakt zwischen der Basisplatte 30 und den bipolaren Elektroden 31
sicherzustellen, können in die Endplatte 30 Bohrungen eingebracht sein. Die Stäbe 31 werden in diese Bohrun- 55
gen eingesetzt und daran verschweißt, dann wird die Rückplatte an das Endstück 29 angeschweißt.

Das obere Ende des Gehäuses 22 ist durch die Platte 32 verschlossen, die mit dem Gehäuse 22 vorzugsweise
lösbar verbunden ist, um für die Wartung einen Zugang zur Zelle zu erlauben. Das Endstück 33 geht durch die
Plane 32 hindurch und ist mit der Endplatte 34 elektrisch verbunden, die zusammen mit der Hülse 27 ein
Nüssigkeilsdichtes Oberteil bildet Die bipolaren Elektroden 31 sind an der Platte 34 auf dieselbe Weise wie an 60
der Platte 30 befestigt.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 8 bis 10 sowie die Ausführungsform gemäß Fig. 1 bis 6 können eine
beliebige Anzahl aktiver Elektrolysekammern aufweisen. Obgleich nur zwei aktive Elektrolysekammern oder
-zellen in F i g. 8 dargestellt sind, kann selbstverständlich jede gewünschte Anzahl an Elektrolysekammern oder
-/eilen in demselben Elektrolysegehäuse vorgesehen sein. 65

Die Elekirolysevorrichtunggemäß Fig. 8bis 10hat eine nicht von Strom durchflossene untere Einlaßkammer
24 und eine ebenfalls nicht von Strom durchflossene obere Auslaßkammer 26, die zur gleichförmigen Flußverteidcs Elektrolyten durch die gesamte Elektrolysevorrichtung beitragen. Der Elektrolyt wird in die untere

Einlaßkammer 24 eingespeist und gelangt durch Bohrungen oder Nuten in den Trennelementen, die die Elcktrolysiervorrichtung in mehrere Elektrolysezelleneinheiten unterteilen, unmittelbar in die darüber gelegene Kammer. Der Elektrolytfluß ist daher longitudinal parallel zu den Elektroden, und die gebildeten WasscrstoffbUiscn besitzen keine Möglichkeit zu stagnieren und Gastaschen zu bilden. In den einzelnen Zelleinheiten befindet sich kein Zirkulationsraum. Statt dessen werden die Wasserstoffblasen im Elektrolyten dispergiert und fließen mit ihm nach oben, so daß auf diese Weise der Hebeeffekt der Wasserstoffblasen verwendet wird, um die Geschwindigkeit des Elektrolyten von Zelleinheit zu Zelleinheit zu vergrößern, um zunehmend höhere Fließraien in den Zellen von unten nach oben zu schaffen. Die Elektrolysiervorrichtung gemäß Fig. 8 bis 10 ist, wie in F i g. 1 gezeigt, durch mehrere Trennelemente 35 geteilt, die eine enge Passung zur Hülse 27 aufweisen, wobei sich

ι ο mehrere Zelleinheiten bilden, die nötigenfalls durch Schrauben in Position gehalten werden können.

Wie in Fig.9 und 10 dargestellt, sind die bipolaren Elektroden 37 aus einem einzigen Metall, wie Titan, hergestellt. Der Anodenteil 37a ist mit einem elektrokatalytischen Überzug versehen, während der Kathodenteil 37Zj nicht überzogen ist. Das Trennelement 35 ist in dieser Ausführungsform mit mehreren Bohrungen 36 versehen, die gleichmäßig verteilt über seiner Oberfläche angeordnet sind, durch die die bipolaren Elcklrodenstäbe hindurchgehen, während um jeden Stab ein Raum gelassen wird, durch den der Elektrolyt von einer Zelleinheit zur nächsten Zelleinheit passieren kann. Das Trennelement 35 ist auch mit mehreren blinden, äquidistanten Bohrungen 36a auf beiden horizontalen Seiten versehen, welche die Enden der Elektroden 31 aufnehmen, die durch die Bohrungen der Trennelemente ober- oder unterhalb dieses Trennelements hindurchgehen. Dies schafft eine einfache Vorrichtung zur Anordnung der Anoden- und Kathodenteile der bipolaren Stabelektroden in gleichen Abständen, so daß zwischen jeder Anode und Kathode ein gleichförmiger Elektrolysespalt besteht und eine bipolare Leitung von Zelleinheit zu Zelleinheit vorhanden ist.

In der Modifikation gemäß F i g. 11 und 12 sind die bipolaren Stabelektroden 38 bimetallisch und im Trennelement 39 befestigt; somit sind keine Schrauben erforderlich, um das Trennelement 39 in Position zu halten. Der Anodenteil 38a der Stabelektrode 38 ist aus einem geeigneten Material, wie Titan mit einem Überzug eines

elektrisch leitenden, elektrokatalytischen Überzugs versehen, der Kathodenteil 38£> ist aus einem geeigneten Material, wie Eisen oder Stahl, hergestellt. Um die Verbindung der beiden Teile zu erleichtern, ist der Verbindungsstreifen 40 aus Kupfer am einen Ende an das Kathodenende 386 und am anderen Ende an das Anodenende 38a geschweißt. Die Bohrungen 41 durch das Trennelement, durch welches sich die bipolaren Elektroden erstrecken, sind gegen ein Durchströmen des Elektrolyten abgedichtet, um den Streifen 40 vor den korrodierenden Bedingungen in der Zelle zu schützen. Hierzu kann irgendein geeignetes, hitzeresistentes Dichtungsmaterial, wie z. B. ein Harz, verwendet werden.

Das Trennelement 39 ist mit mehreren blinden Bohrungen 42 versehen, um die Enden der Stabelcktroden 38, wie zuvor beschrieben, aufzunehmen. Es ist weiterhin mit mehreren Bohrungen 43 versehen, um den leicht cn, geraden Fluß des Elektrolyten von einer Zelleinheit zur nächsten zu erlauben.

Die Elektrolysiervorrichtungen gemäß F i g. 1 bis 12 sind brauchbar für die Elektrolyse von verdünnten Solen, wie Meerwasser, um oxidierende Verbindungen des Chlors, wie Hypochlorit zu bilden. Sie können auch verwendet werden, um Chlorate und Perchlorate aus wäßrigen Chloridlösungen herzustellen. Wenn man Meerwasser elektrolysiert, werden die normalen Verunreinigungen, wie Kalzium, Magnesium. Kalium, sowie Algen ausgefällt und lagern sich normalerweise auf den Elektroden ab und verrotten diese. Gebraucht man jedoch den Gashebeeffekt der Wasserstoffblasen und anderer Gase, wird der Elektrolyt zu einem schnelleren Fließen durch jede aufeinanderfolgende höhere Zelleinheit gebracht, wodurch der Elektrolyt und irgendwelche niedergeschlagenen Feststoffe darin durch jede aufeinanderfolgende höhere Einheit gespült werden. Dadurch wird die Ablagerung von Feststoffen in den Einheiten verhindert und jeglicher Verrottungseffekt unterdrückt.
Typische Betriebsdaten der zur Herstellung von aktivem Chlor in Form von Hypochlorit verwendeten Elektrolysiervorrichtungen. um Meerwasser zu chlorieren, das als Kühlmedium in großen industriellen Anlagen verwendet werden soll, sind wie folgt:

Elektrolyt unbehandeltes Meerwasser

NaCI-Konzentration 20 g/l in Form von Chlor

Elektrolyteinlaßtemperatur 24°C

Elektrolytauslaßtemperatur 26° C

Elektrolytretentionszeit 15 Sekunden

Mittlere Elextrolytgeschwindigket 11 cm/sec

Elektrodenabstand 3,75 mm

Stromdichte 1600 A/m²

Aktive Chlorkonzentration im Auslauf 2 g/l

Stromwirkungsgrad 95%

Chloratgehalt im Auslauf nicht festgestellt

Ein ähnlich erläuternder Satz von Betriebsdaten für eine Chlorat-Testanordnung ist nachfolgend aufgeführt:

Elektrolytzusammensetzung unter
den während des Versuchs erreichten

beständigen Bedingungen 100 bis 110 g/l NaCI

650 bis 670 g/l Chlorat

Puffermittelkonzentration 3 g/l Na2Cr2Ü7 · H2O

Elektrolyteinlaßtemperatur 95°C

Elektrolytauslaßtemperatur 98⁰C

	24 51 629
Mittlere Elektrolytgeschwindigkeit
/wischen den Elektroden	40cm/sec
Elektrodenabstand	3.5 mm
Stromdichte	2250 A/m²
Strom wirkungsgrad	98%
I lypodilorilkon/.enlralion im Auslaß	2 g/l
Relenlions/.eit im Reaktor	90 see
Rclentioris/.eil in der Zelle	3 see

Hei diesem Versuch wird die Elektrolysiervorrichtung mit einem Reaktortank verbunden, der Elektrolyt wird aus dem Tank in die Elektrolysevorrichtung zurückgeführt. Man erhält gleichbleibende Konzentrationen an Chlorat und Chlor im Elektrolyten, indem man kontinuierlich Elektrolyt entnimmt und zusätzliche Sole in den Reaktortank einspeist. Die Zirkulierung des Elektrolyten von der Elektrolysevoriichtung in den Reaktortank und zurück wird allein durch den Hebeeffekt der Wasserstoffgasblasen innerhalb der Elektrolysevorrichtung bewirkt.

Wenn man Chlorate herstellt, arbeitet man bei höherer Temperatur und verwendet Konstruktionsmaterialien, die für die höhere Temperatur geeignet sind, jedoch bleibt die Auslegung der Zelle im wesentlichen wie dargestellt. Vorzugsweise ordnet man für die Chloratherstellung eine Serie getrennter, miteinander verbundener lüektrolyscvorrichtungen an, bei denen der Elektrolyt in Serie durch jede der Elektrolysevorrichtungen hindurchgeht. F^: i g. 13 erläutert ein für die Herstellung von Natriumchlorat verwendetes System, worin die wäßrige Natriumchloridlösung durch die Zuleitung 44 in die Elektrolysevorrichtung 45 eingespeist wird, die vorzugsweise 5 lilektrolysezelleinheiten enthält. Der Elektrolyt wird aus der Zelle 45 durch die Leitung 46 entfernt, durch einen Gasabscheider 47 zum Ableiten des Wasserstoffgases aus dem Elektrolyten und dann in das Unterteil der Kleklrolyscvorrichtung 48 geleitet. Der Elektrolyt wird durch die Leitung 49 über den Gasabscheider 50 und dann durch die Elektrolysevorrichtung 51 abgeführt. Die erhaltene Chloratlösung wird durch die Leitung 52 abgeführt, in den Gasabscheider 53 geleitet und kann dann weiter verwendet werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vertikale, bipolare Elektrisiervorrichtung mit parallel angeordneten Elektroden und Vorrichtungen zur Stromzufuhr, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (1,22), das mit einer unteren, nicht von .Strom durchflossenen Elektrolyteinlaßkammer und einer oberen nicht von Strom durchflossenen Elckirolytauslaßkammer versehen ist; elektrisch nicht leitfähige und elektrolyt-inerte Trennelemente (13,35,39), die horizontal im Gehäuse angeordnet sind, im wesentlichen dem Querschnitt des Gehäuses entsprechen und Kammern bilden; bipolare Elektroden (12, 31, 37, 38), die sich durch die Trennelemente hindurch erstrecken und über den Querschnitt des Gehäuses in gleichmäßigem Abstand gehalten sind, wobei die Anoden- und Kathodenteile sich von den jeweiligen Trennelementen gleich weit erstrecken und in die Anoden- bzw. Kathodcnzwischenräume angrenzender Gruppen von Elektroden hineinragen; und Öffnungen im Trennelement, die ein ungehindertes, nach oben gerichtetes Strömen des Elektrolyts von einer Kammer in die nächsthöhere Kammer erlauben.

2. Elektrolysiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennelemente (13,35, 39) an ihren oberen und unteren horizontalen Oberflächen mit Vorrichtungen zur Aufnahme der Enden der bipolaren Elektroden, die sich nach oben und nach unten durch die Trennelemente erstrecken, versehen sind und die Elektroden in gleichmäßigem Abstand halten.

3. Elektrolysiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bipolaren Elektroden (12, 31,37,38) bimetallisch sind.

4. Elektrolysiervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die bimetallischen Teile der Elektroden über ein drittes Metall miteinander verbunden sind.

5. Elektrolysiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden aus einem einzigen Metall hergestellt sind und der Anodenteil mindestens teilweise mit einem elektrisch leitenden, elektrokatalytischen Überzug versehen ist.

6. Elektrisiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden in Form von Stäben (38) vorliegen.

7. Verwendung einer Elektrolysiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 in Elcktrolysiersyslemen zur Herstellung von Alkaiimetallehloratlösungen aus Alkalimetalichloridlösungen.