DE2856882A1

DE2856882A1 - Vorrichtung zum elektrolysieren und verfahren zum herstellen von chlor durch elektrolysieren

Info

Publication number: DE2856882A1
Application number: DE19782856882
Authority: DE
Inventors: Anthony Basil La Conti; Russell Mason Dempsey
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: De Nora SpA
Priority date: 1978-01-03
Filing date: 1978-12-30
Publication date: 1979-07-05
Also published as: FR2413481A1; GB2011950B; IT1109940B; JPS629674B2; BE873283A; DE2856882C2; CA1140891A; IT7919028A0; FR2413481B1; NL7900026A; JPS5497581A; GB2011950A

Description

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Elektrolysieren, insbesondere eine Elektrolysezelle, mit stromsammelnden Separatorplatten und mehr im besonderen auf eine Elektrolysezelle mit bipolaren stromsammelnden Elementen.

Vorrichtungen zum Elektrolysieren mit einer Vielzahl von Zellen, seien diese monopolarer oder bipolarer Konfiguration, sind bekannt und werden in weitem Umfange benutzt. Es gibt zahlreiche Vorteile in solchen Anordnungen hinsichtlich des Raumes, der Ersparnis, der Kompaktheit und insbesondere im Falle von bipolaren Anordnungen hinsichtlich der erleichterten Zuführung von Energie zur Elektrolysevorrichtung, indem man die einzelnen Zellen in Reihe miteinander verbindet. Die einzelnen Elektrolysezellen in einer solchen Elektrolysevorrichtung sind von den benachbarten Zellen durch Wände abgetrennt, die für den Elektrolyten und die Elektrolyseprodukte undurchlässig sind. Im Falle einer bipolaren Zellanordnung gestattet der Separator die innere elektrische Verbindung der Anode der einen Zelle mit der Kathode der benachbarten Zelle. Die vorhandenen Separator- oder bipolaren Elemente werden aus verschiedenen Materialien hergestellt. So wurde Stahl häufig auf der Kathodenseite eingesetzt, während die Anodenseite mit einem Material plattiert oder in anderer Weise bedeckt wurde, das der zu elektrolysierenden Lösung und den Elektrolyseprodukten der Anode gegenüber beständig war und das als katalytische Anode wirken kann. Da die Elektrolyse an der Oberfläche dieser früher benutzten bipolaren Zellseparatoren stattfindet, erwies sich die Entwicklung von Gasen, insbesondere Wasserstoff, in der Separatorfläche als sehr große Schwierigkeiten verursachend. Der Wasserstoff diffundiert nämlich in die metallischen Substrate, die den bipolaren Separator ausmachen und führt zum Verspröden des Metalles. Diese Metallversprödung aufgrund des eindiffundierenden Wasserstoffes führte häufig auch einem Abfallen des elektrokatalytischen Materials, das auf die anodische S_eite des bipolaren Elementes aufgebracht war. Es sind viele Techniken und Struk-

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türen entwickelt worden, um das Verspröden der bipolaren Separatoren zu vermelden. Alle diese Lösungen sind aber teuer und viele von ihnen nur teilweise wirksam.

Es sind Elektrolyseverfahren und Elektrolysezellen zur Ausführung dieser Verfahren gefunden worden, einschließlich solcher für die Elektrolyse wässriger Chloride, wie wässriger Chlorwasserstoffsäurelösung und Natriumchloridlösung, bei denen die Lösungen in Zellen elektrolysiert werden, in denen die Anode und die Kathode sich in innigem physischen Kontakt mit den gegenüberliegenden Seiten einer Ionenaustauschermembran befinden. Dieser innige Kontakt wird erreicht, indem man die Elektroden mit der Membran verbindet und vorzugsweise indem man die Elektroden in die Oberfläche der Membran einbettet. Wegen dieses innigen Kontaktes wird der Spannungsabfall vom Anodenkammerelektrolyten (im folgenden kurz "Anolyt" genannt) zum KathodenkammerelektroIyten (im folgenden kurz "Katholyt" genannt) beträchtlich vermindert und gleiches geschieht mit dem Gasmisch/Massenübertragungs-Verlust. Die wässrigen Chloride werden somit sehr wirksam bei Zellspannungen elektrolysiert, die um 0,5 bis 0,7 Volt unterhalb denen liegen, wie sie in den vorhandenen Elektrolysezellen angewandt werden müssen.

Da die Anode und die Kathode mit einer ionenleitenden Membran verbunden und nicht separat auf einer starren Trägerstruktur abgestützt sind, haben sich stromleitende Separatorelemente, die einen vielfachen Kontakt mit der Oberfläche der gebundenen Elektroden herstellen, als sehr wirksam erwiesen, um die Stromleitung zwischen der Energiequelle und den Elektroden vorzunehmen und um die Zellen voneinander zu trennen. Es wurde außerdem festgestellt, daß der stromleitende Separator in einer solchen Weise ausgebildet werden kann, daß er einen guten Transport der Flüssigkeit und/oder des Gases sowie deren Verteilung gewährleistet, um einen maximalen Kontakt mit den Elektroden zu haben. In Zellen der vorbeschriebenen Art ist es auch erwünscht, die Membran mechanisch auf beiden Seiten abzustützen und festzuhalten, da sie sehr dünn ist (in der Größenordnung von 0,175 bis 0,25 mm). Die erfindungsgemäße Ausbildung des stromleitenden Separators sorgt weiter für eine

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maximale Abstützung der Membran an einer Vielzahl von Orten, ohne daß eine sorgfältige räumliche Ausrichtung der Stützelemente auf den gegenüberliegenden Seiten der Membran erforderlich ist, um die Membrandeformation zu vermeiden.

Es wurde festgestellt, daß die Elektrolysezellen der oben beschriebenen Art noch wirksamer gemacht werden können, indem man eine einzigartige Separatorplatte benutzt, die besonders angepaßt ist an die Verwendung in einer bipolaren Zelle. Die Konfiguration des Separators ist derart, daß sie:

1) eine abdichtende Oberfläche gegenüber der bloßen,ionenleitenden Membran schafft, um ein internes oder externes Lecken zu verhindern. Die abdichtende Oberfläche ist gegenüber der zugeführten zu elektrolysierenden Lösung (Chlorwasserstoffsäure oder NaCl) inert gemacht und ist vorzugsweise nichtleitend, um unerwünschte parasitäre Reaktionen im nichtkatalysierten Membranbereich zu verhindern,

2) guten Kontakt zur Stromleitung mit den katalytischem Elektroden herstellt, die an der ionenleitenden Membran befestigt sind, wobei dieser Kontakt vorzugsweise unabhängig sein soll vom Druck, der zum Abdichten des ganzen Stapels aus Elektrolysezellen angewandt wird,

3) mechanische Abstützung gegenüber der Verbundstruktur aus Elektrode und Membran an einer Vielzahl von Orten schafft, ohne das Risiko der Deformation der Membran,

4) guten Massentransport fördert, was es den Chlorionen gestattet, die gebundenen Elektroden zu erreichen und den Elektrolyseprodukten, wie Chlor, sich rasch von der Elektrodenoberfläche wegzubewegen und

5) maximalen Kontakt zur Stromleitung an einer Vielzahl von Orten liefert und dabei die katalytischen Elektrodenstellen nur minimal maskiert und auf diese Weise die parasitären Reaktionen zur Sauerstofferzeugung gering hält.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Elektrolyse von Chloriden, wie Chlorwasserstoff und Salzlauge, in Zellen oder Zellstapeln ausgeführt, die ein oder mehr mit Ausnehmungen versehene

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Kollektor/Separator-Elemente aus Graphit enthalten. Die Ausnehmungen, die die Anoden- bzw. Kathodenkammer bilden, schließen eine Vielzahl vorstehender Rippen ein. Diese Rippen stehen an einer Vielzahl von Orten in Kontakt mit den katalytischen Elektroden, die mit einer ionendurchlässigen Membran verbunden sind. Die vorstehenden Rippen begrenzen auch eine Vielzahl von Verteilungspfaden für Flüssigkeit und/oder Gas. Jede Zellmembran ist zwischen zwei solchen Kollektor/Separator-Elementen abgestützt. Die Rippen auf den gegenüberliegenden Seiten einer Separatorplatte sind winkelförmig zueinander angeordnet. Jede Membran ist auf ihren gegenüberliegenden Seiten durch die winkelförmig angeordneten Rippen abgestützt, die eine Vielzahl von Druckbereichen an ihrem Schnittpunkt bilden, um die Membran abzustützen, ohne daß eine genaue Ausrichtung der Rippen erforderlich ist. Auf diese Weise sorgen Graphitseparatorplatten mit Rippen oder Vorsprüngen für eine ausgezeichnete mechanische Abstützung der Membran an einer Vielzahl von Orten entlang der Membran- und Elektrodenoberfläche. Dies führt zu einer guten Stromleitung zu und von den Elektroden und einer guten Strömungsverteilung für zugeführte Elektrolyselösung und die Elektrolyseprodukte.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Figur 1 eine diagrammartige auseinandergezogene Schnittansicht einer einzelnen Zelle für die Ausführung der Chloridelektrolyse,

Figur 2 eine diagrammartige Schnittansicht einer zusammengebauten Zelle mit metallischen Netzelementen und Kollektoren,

Figur 3 eine auseinandergezogene Ansicht einer Vorrichtung mit einer Vielzahl von Zellen unter Verwendung der stromsammelnden Separatorelemente nach der vorliegenden Erfindung,

Figur 4 eine horizontale Schnittansicht durch die Baueinheit nach Figur 3 in der Höhe unterhalb der Auslaßleitungen,

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Figur 5 eine vergrößerte vertikale Schnittansicht entlang der Linie A-A der Figur 3 und

Figur 6 eine Teilschnittansicht einzelner Separatorplatten, die auf den gegenüberliegenden Seiten der Zellmembran angeordnet sind.

Figur 1 zeigt eine einzelne Zelleinheit 10 mit einer Membran 11, die Ionen, wie Kationen transportiert, die aber gegenüber Flüssigkeiten im wesentlichen undurchlässig ist, um den Anolyt- und Katholyttransport zwischen den gegenüberliegenden Seiten der Membran zu verhindern. Mit der einen Seite der Membran 11 ist eine Anodenelektrode 12 verbunden und mit der anderen Seite der Membran ist eine Kathodenelektrode 13 verbunden. Die beiden Elektroden bestehen aus Mischungen elektrokatalytischer Edelmetallteilchen und eines harzartigen Materials, wie Fluorkohlenwasserstoffen, die von DuPonfc unter der Handelsbezeichnung Teflon vertrieben werden. Die Membran 11 und die damit verbundenen Elektroden 12 und 13 sind gehalten zwischen einer Anodenendplatte 16 aus Graphit, die als Stromsammler, zur Verteilung von Flüssigkeit und/oder Gas und zum Abstützen der Membran dient, und einer Kathodenendplatte 17,ebenfalls aus Graphit, die wie die Anodenendplatte zum Stromsammeln, zum Verteilen von Flüssigkeit und/oder Gas und zum Abstützen der Membran dient. Die Membran 11 wird zwischen den Endplatten 16 und 17 festgehalten, indem man die Teile der Membran, die sich über die Elektroden hinaus erstrecken, zwischen den Dichtungserhebungen oder Flanschen 19 und 20 preßt. Diese Flansche 19 und 20 sollten gegenüber Säure, Salzlauge, Chlor, Wasserstoff und Soda inert sein und sie sind vorzugsweise nicht-leitend. Dies verhindert das Auftreten parasitischer Reaktionen im nichtkatalysierten Membranbereich, die die Membran nachteilig beeinflussen könnten. Zu diesem Zwecke können die Dichtungsoberflächen 19 und 20 mit einer Schicht aus inertem Material, wie Teflon, Kynar und ähnlichem, bedeckt werden.

Die als Stromkollektor dienende Anodenendplatte 16 weist eine Vertiefung bzw. Ausnehmung auf, die eine Anodenkammer 21 begrenzt,

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in der sich eine Vielzahl von Rippen oder Vorsprüngen 22 befindet, die mit der Anode 12 in Berührung stehen, wenn die Zelle zusammengebaut ist. Die Rippen 22 begrenzen eine Vielzahl von Kanälen 23, durch die der Anolyt und das entwickelte Chlor strömen. Die stromsammelnde Kathodenendplatte 17 ist ebenfalls mit einer Ausnehmung versehen und diese bildet die Kathodenkammer 25. Auch diese Kathodenkammer 25 enthält eine Vielzahl von Rippen oder Vorsprüngen 26, die jedoch in einer horizontalen Richtung angeordnet sind. Die Rippen 26 in der Kathodenkammer sind von einem leitenden Material, wie einem Netz 27,oder vorzugsweise einer Folie aus leitendem Material, wie Graphitpapier, bedeckt. Die Rippen 22 in der Anodenkammer und die Rippen 26 in der Kathodenkammer sind somit in einem Winkel, im vorliegenden Falle rechtwinklig, zueinander angeordnet.

Diese im Winkel zueinander angeordneten Rippen bilden drückende oder tragende Bereiche an einer Vielzahl von Orten auf den gegenüberliegenden Seiten der Membran 11 an den Kreuzungspunkten der Rippen. Auf diese Weise ist die Membran fest abgestützt, ohne daß eine genaue Ausrichtung der Rippen erforderlich ist, wobei gleichzeitig die Deformation der Membran vermieden oder gering gehalten wird.

Die in Figur 1 gezeigten Rippen erstrecken sich im wesentlichen über die gesamten Kammern. Die Rippen sind die bevorzugte Ausführungsform der Einrichtung zur Herstellung einer Vielzahl stromsammelnder Punkte ebenso wie als Vielzahl einzelner Druckbereiche zum Abstützen der Membran. Anstelle der Rippen können jedoch auch andere Konfigurationen benutzt werden, wie Vorsprünge mit zylindrischem, elliptischem usw. Querschnitt.

Figur 2 zeigt eine andere Ausführungsform einer einzelnen Zelle mit stromsammelndem, Flüssigkeit und/oder Gas verteilendem Separatorstützelement aus Graphit, bei dem Draht oder ausgedehnte Metallnetze zwischen dem mit Rippen versehenen Stromkollektor und der mit der Membran verbundenen Anode bzw. Kathode angeordnet sind. Die Membran 30 trägt eine Anode 31 und eine Kathode 32 in Form elektrokatalytischer Teilchen, die mit Teflon oder einem

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anderen Fluorkohlenstoff gebunden und mit der Membran 30 verbunden oder in diese eingebettet sind. Die Kathodenendplatte 33 aus Graphit ist auch wieder mit einer Ausnehmung versehen, um eine Kathodenkammer zu schaffen, in der eine Vielzahl von Vorsprüngen oder Rippen 34 enthalten ist. Die Rippen 34 stehen in Berührung mit einem ausgedehnten Metallnetz 35, das zwischen den Rippen und der Kathode 32 angeordnet ist. In ähnlicher Weise ist ein ausgedehntes Metallnetz 36 zwischen den Graphitrippen 37 der Anodenendplatte 38 aus Graphit in der Anodenkammer der Anode 31 angeordnet.

Wo die ausgedehnten Metallnetze zwischen den Rippen des stromsammelnden Verteilerelementes und den mit der Membran verbundenen Elektroden angeordnet sind, ist die Rippenhöhe geringer als die Tiefe der Anoden- bzw. Kathodenkammer, da die Rippen nicht mit der Anode bzw. der Kathode in Berührung stehen, sondern mit den Netzen, die gegen die Elektroden gepreßt sind. Die Netze müssen aus Materialien hergestellt sind, die elektrisch leitend und korrosionsbeständig sind. Das in der Anodenkammer eingesetzte Netz sollte daher gegenüber den zugeführten Elektrolyten, wie HCl, NaCl usw., sowie dem entwickelten Chlorgas beständig sein. Niob und ähnliche Materialien sind zur Verwendung als Anodennetze geeignet. Das in der Kathodenkammer verwendete Netz kann aus korrosionsbeständigem Stahl oder anderen Metallen im Falle der Chlorwasserstoffsäure-Elektrolyse und aus Nickel oder anderen gegenüber Lauge beständigen Materialien im Falle der Salzlauge-Elektrolyse bestehen.

Bei der HCl-Elektrolyse wird die wässrige Chlorwasserstoffsäure an der Anode unter Erzeugung von gasförmigem Chlor und Wasserstoffionen elektrolysiert. Die Wasserstoffionen werden durch die Kationenaustauschermembran zur mit der gegenüberliegenden Seite der Membran verbundenen Kathode transportiert. An dieser Kathode werden die Wasserstoffionen unter Erzeugung gasförmigen Wasserstoffes entladen.

Bei der Salzlauge-Elektrolyse wird eine wässrige Natriumchlorid-

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lösung in die Anodenkammer und Wasser in die Kathodenkammer gefüllt. Das Natriumchlorid wird an der Anode unter Erzeugung von Chlorgas und Natriumionen elektrolysiert. Die Natriumionen werden wieder durch die Membran zur mit der Membran verbundenen Kathode transportiert. Das Wasser an der Kathode wird unter Erzeugung von Hydroxylionen und gasförmigem Wasserstoff elektrolysiert. Die OH -Ionen und die Na -Ionen ergeben Lauge (NaOH). Der aus Wasser bestehende Katholyt wird über die Kathodenoberfläche geleitet, um die dort gebildete Lauge zu verdünnen und eine Rückwanderung von Natriumhydroxid durch die Membran zur Anode möglichst gering zu halten. Die Wanderung der NaOH zur Anode führt nämlich zu einer parasitären Reaktion, in der die NaOH an der Anode unter Erzeugung von in höchstem Maße unerwünschtem gasförmigem Sauerstoff und Wasser oxidiert wird.

Figur 3 gibt eine auseinandergezogene Perspektive Ansicht einer aus einer Vielzahl von Zellen bestehenden Elektrolysevorrichtung wieder, die Endplatten, Separatorplatten mit Rillen oder Rippen und eine Vielzahl von ionenleitenden Membranen aufweist, mit deren Oberflächen katalytische Elektroden verbunden sind, wobei diese Membranen zwischen den Separatorplatten oder zwischen Separator- und Endplatten angeordnet sind. Die in Figur 3 gezeigte Anordnung ist besonders brauchbar für bipolare Elektrolysevorrichtungen, in der eine Vielzahl von Zellen in Reihe verbunden ist und in der die Separatoren bipolar sind. Die Rippen auf den gegenüberliegenden Seiten der Separatoren sind so ausgebildet, daß die eine Seite eine stromsammelnde Separatorseite für die Anode der einen Zelle ist, während die Rippen auf der gegenüberliegenden Seite die für die Kathodenseite einer anderen Zelle sind. Die in Figur 3 veranschaulichte Elektrolysevorrichtung mit einer Vielzahl bipolarer Zellen kann zur Elektrolyse von Chlorwasserstoffsäure benutzt werden und sie weist eine stromsammelnde und strömungsverteilende Endplatte 40 mit einer Vielzahl vertikaler Rippen 41 auf, die sich über die volle Länge der die Anodenkammer bildenden Ausnehmung in dieser Platte erstrecken. Die Rippen 41 bilden eine Vielzahl von Kanälen für die Verteilung von Flüssigkeit und/oder Gas, d.h. für die leichte Verteilung der zu elek*-

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trolysierenden Lösung, wie Chlorwasserstoffsäure und zur leichten Entfernung des an der Anode entwickelten Chlors. Die Vorrichtung weist auch eine stromsammelnde und Strömungsverteilende Endplatte

43 für die Kathode auf, die ebenfalls mit einer die Kathodenkammer

44 bildenden Ausnehmung versehen ist. Eine Vielzahl horizontaler Rippen 45 in dieser Kathodenkammer begrenzt eine Reihe von Strömungspfaden, durch die der an der Kathode entwickelte Wasserstoff strömt.

Zwischen den beiden Endplatten 40 und 43 befindet sich eine Vielzahl ionenleitender Membranen 46, 47 und 48, die durch bipolare Separatorplatten 49 und 50 getrennt sind. Die Membranen 46, 47 und 48 können Ionen transportieren und mit ihren gegenüberliegenden Oberflächen sind Schichten katalytischer Teilchen verbunden. Die Membran 46 weist eine Kathode 51 auf, die typischerweise eine gebundene Mischung eines Edelmetallkatalysators, wie Platinschwarz, und hydrophober Fluorkohlenstoff-Teilchen sein kann, die mit der einen Oberfläche der Membran 46 verbunden ist. Die in der Darstellung der Figur 3 nicht sichtbare gegenüberliegende Seite der Membran 46 weist eine Anodenelektrode auf, die aus Schichten elektrokatalytischer Teilchen besteht, die mit der Membran verbunden sind. Bei den Membranen 47 und 48 dagegen sind die Anoden 52 erkennbar.

Für die Chlorwasserstoffsäure-Elektrolyse ist der Anodenkatalysator vorzugsweise eine Mischung Teflon-gebundenen Graphits, der mit einer gebundenen Mischung von katalytischen Edelmetall-Teilchen und Fluorkohlenstoff-Teilchen aktiviert ist. Die Edelmetallkatalysatoren sind Oxide oder reduzierte Oxide von Ruthenium, stabilisiert durch Iridium, Tantal oder Titan.

Für die Salzlaugenelektrolyse kann die Elektrode eine gebundene Mischung reduzierter Oxide von katalytischen Edelmetall-Teilchen, wie Ruthenium, stabilisiert durch reduzierte Oxide von Iridium, Ruthenium-Titan oder Tantal sein.

Die Kathodenelektroden können aus ähnlichen elektrokatalytischen Materialien bestehen oder sie können gebundene Mischungen von

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Fluorkohlenstoff-Teilchen und Platinschwarz sein.

Die Membranen weisen Öffnungen in den nicht mit katalytischen Teilchen bedeckten Abschnitten auf, die mit entsprechenden Öffnungen in den Separator- und Endplatten ausgerichtet sind, um das Einführen der zu elektrolysierenden Lösungen in die Kammern und die Entfernung erschöpfter Lösungen und der Elektrolyseprodukte zu gestatten. So hat jede der Membranen Öffnungen 55, die in Verbindung stehen mit Einlaßleitungen 59 und außerdem eine Vielzahl von öffnungen 56, die mit Anodenauslaßleitungen,sowie Öffnungen 57, die mit Kathodenauslaßleitungen in Verbindung stehen.

Die stromsammelnden und Strömungsverteilenden sowie die membranenabstützenden Separatorelemente 49 und 50 weisen auf beiden Seiten Ausnehmungen auf, um die Anoden- bzw. Kathodenkammern zu bilden. Die Anodenkammern auf der einen Seite der Separatoren weisen Rippen auf, die sich in einer vertikalen Richtung erstrecken (wie am besten beim Separator 50 ersichtlich) und die Kathodenkammern auf der gegenüberliegenden Seite der Separatoren haben horizontal verlaufende Rippen (wie am besten beim Separator 49 ersichtlich).

Bei einer Zelle, die wie die der Figur 3 für die Chlorwasserstoffsäure-Elektrolyse eingesetzt wird, wird die zugeführte wässrige Chlorwasserstoffsäure durch das Einlaßrohr 59, das sich durch den Boden der Endplatte 40 und der Separatoren 49 und 50 erstreckt, in die Anodenkammer 42 eingeleitet. Der Anodeneinlaß 59 in der Endplatte 40 und den Separatoren 49 und 50 steht in Verbindung mit einer Kammer 60, die sich entlang der gesamten Breite der Anodenseite des Separators erstreckt. Eine Vielzahl von vertikalen Durchgängen 61 erstreckt sich von der Kammer 60 in einen offenen horizontalen Kanal 62, der sich entlang dem gesamten Bodenende der Anodenkammer erstreckt. Dieser Kanal 62 ist zu den durch die vertikalen Rippen 41 in der Anodenkammer 42 und den Anodenkammern der Separatoren 49 und 50 gebildeten Kanälen hin offen. Der Anolyt wird in die Kammer 60 unter Druck eingebracht. Von der Kammer 60 aus verläuft der Elektrolyt durch die horizontalen Kanäle 62, durch die Passagen 61 und in die durch die vertikalen Rippen 41 gebildeten Vertei-

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lungskanäle. Diese Verteilungskanäle öffnen sich in einen oberen horizontalen Kanal 63, der in dem Separator 50 deutlich gemacht ist und dieser Kanal 63 steht in Verbindung mit den Anodenauslaßdurchgängen 56.

Die horizontalen Strömungskanäle in den Kathodenkammern der Separatoren 49 und 50 und der Endplatte 43 öffnen sich in vertikale Kanäle 64. Diese Kanäle 64 öffnen sich in horizontale Kanäle 65, die ihrerseits mit weiteren Durchgängen zu den Kathodenausgangsleitungen 57 verbunden sind. Dies gestattet die Entfernung der verbrauchten Elektrolyselösung und des gebildeten Chlors an der Anode und des gebildeten Wasserstoffes an der Kathode.

Die Art und Weise, in der die Einlaß- und Auslaßleitungen mit den einzelnen Anoden- und Kathodenkammern in Verbindung stehen, kann am besten in Figur 4 gezeigt werden, in der eine horizontale Schnittansicht durch die Baueinheit der Figur 3 dargestellt ist.

Der in Figur 4 gezeigte Schnitt ist unterhalb der Höhe der Auslaßleitungen der Elektrolysevorrxchtung der Figur 3 genommen. Die Auslaßleitungen sind daher strichpunktiert dargestellt. Die Einlaßleitungen, die mit der Anodenkammer verbunden sind, wurden dagegen gestrichelt dargestellt.

Die Einlaßleitung 65 steht in Verbindung mit dem Durchgang 59 in den Separatoren und Endplatten und mit den öffnungen 55 in den Membranen. Dieser Durchgang 59 steht aber auch in Verbindung mit der Kammer 60 und somit mit den Anodenkammern, so daß der Anolyt in die einzelnen Anodenkammern gelangt. Ein Paar von Anodenauslaßleitungen 66 steht in Verbindung mit den einzelnen Anodenkammern über einen Durchgang 56, um den verbrauchten Anolyten und das entstandene Chlorgas zu entfernen. Ein Paar von Kathodenauslaßleitungen 67 auf der gegenüberliegenden Seite der Elektrolysevorrichtung steht in Verbindung mit den Kathodenkammern und den Durchgängen zur Entfernung des während der Elektrolyse der Chlorwasserstoffsäure an der Kathode entwickelten Wasserstoffs.

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Figur 5 zeigt einen Vertikalschnitt längs der Linie A-A der Figur 4 und aus dieser Schnittdarstellung sind diese Verbindungen in größerem Detail ersichtlich. Die Anodeneinlaßleitung 65 ist mit der Kammer 60 über den Durchgang 59 verbunden. Die Vertikalpassagen 61 verbinden die Kammer 60 mit dem Kanal 62 und stehen auch in Verbindung mit den Kanälen zum Verteilen von Flüssigkeit und/oder Gas, die durch die Vertikalrippen 41 gebildet werden. Der Anolyt kommt auf diese Weise in Kontakt mit den Anoden 52, die mit den Membranen 46, 47 und 48 verbunden sind. Der obere horizontale Kanal 63 in den Anodenkammern steht über die Durchgänge 68 in Verbindung mit den Anodenauslaßleitungen 66. In der Kathodenkammer stehen die horizontalen Rippen 69 über die Durchgänge 70 und die Auslaßöffnungen 57 in Verbindung mit der Kathodenauslaßleitung 67.

Die in den Figuren 3, 4 und 5 dargestellte Anordnung zeigt eine Zelle, in der Chlorwasserstoffsäure elektrolysiert wird, wobei das Elektrolyseprodukt auf der Kathodenseite der Zelle Wasserstoff ist. Dieser Wasserstoff strömt durch die Verteilungskanäle, die durch die horizontalen Rippen gebildet werden. Zum Einführen eines Katholyten in die Kathodenkammern ist keine Einlaßleitung erforderlich. Wenn eine solche Zelle jedoch zur Salzlaugenelektrolyse benutzt werden soll, dann wird ein Katholyt (H₂O) in die Kathodenkammer eingeführt. In diesem Falle ist eine Einlaßleitung ähnlich der Anodeneinlaßleitung 65 und eine Kammer ähnlich der Anodenkammer 60 vorgesehen, um den Katholyten in die Kathodenkammer einzuführen. Diese Bestandteile sind der besseren Übersichtigkeit halber in den Figuren 3, 4 und 5 nicht gezeigt. Dem Fachmann ist jedoch klar, daß für den vorgenannten Zweck solche Einlaßleitungen vorzusehen sind.

Bei der Salzlaugen-Elektrolyse, bei der auch Wasser und verdünnte Lauge aus der Kathodenkammer entfernt werden müssen, sollten die Rippen der Kathodenkammer nicht horizontal verlaufen, da dies die Entfernung des Katholyten und der nichtgasförmigen Elektrolyseprodukte schwieriger macht. Die Rippen sollten so angeordnet sein, daß sie eine vertikale Komponente aufweisen, um die Entfernung der Elektrolyseprodukte zu erleichtern. Die Rippen auf den gegenüberliegenden Seiten des Separators müssen im Winkel zueinander an-

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geordnet sein. Wäre dies nicht der Fall, dann müßte man die Separatorrippen auf den gegenüberliegenden Seiten einer Membran sehr genau ausrichten. Ist nämlich die Ausrichtung nicht genau, dann kann die zwischen den nicht richtig ausgerichteten Rippen festgehaltene Membran deformiert werden. Wenn man dagegen die im Winkel zueinander angeordneten Rippen vorsieht, dann erhält man auf den gegenüberliegenden Seiten der Membran eine Vielzahl von abstützenden Druckbereichen an den Stellen, wo die vorspringenden Ebenen der Rippen räumlich in Wechselwirkung treten bzw. sich kreuzen. Dies kann man am deutlichsten in Figur 6 erkennen, die eine vergrößerte Vertikalschnittansicht eines Teiles der mit Rippen versehenen Abschnitte auf den gegenüberliegenden Seiten der Membran wiedergibt. Ein Separator 74 mit einer Vielzahl sich horizontal erstreckender RippenvorSprünge 75 ist gegen die eine Seite einer Membran 76 gepreßt, wobei mit den gegenüberliegenden Seiten dieser Membran 76 eine Anode 77 und eine Kathode 78 verbunden sind. Ein mit Rippen versehener Separator oder eine solche Endplatte 79 mit sich vertikal erstreckenden Rippen 80 wird gegen die gegenüberliegende Seite der Membran 76 angeordnet. Eine Vielzahl von Druck ausübenden Oberflächen zwischen den beiden Elektroden wird an den Punkten geschaffen, wo die flachen Oberflächen der Rippen 75,wie z.B. bei 81,gegen die Rippen 80 des Separators bzw. der Endplatte 79 pressen. Auf diese Weise wird eine Vielzahl von die Membran unterstützenden Punkten bzw. Flächen auf den gegenüberliegenden Seiten der Membran geschaffen.

Wann immer die Rippen oder VorSprünge jedes der Separatoren bzw. Endplatten gegen die gebundenen Elektroden auf der Oberfläche der ionenleitenden Membran drücken, erfüllen sie die erwünschte stromsammelnde Funktion ebenso wie die der Verteilung der Flüssigkeit und/oder des Gases und des Abstützens der Membran. Es wurde jedoch festgestellt, daß die stromsammelnden Rippen ausreichende Kontaktflächen aufweisen sollten, um eine angemessene Stromsammlung zu ergeben und die Membran abzustützen, ohne zu viel der Elektrodenoberfläche abzudecken. Da sich die Rippen in direktem Kontakt mit der Elektrode befinden, wie dies bei 81 in Figur 6 gezeigt ist,und da die zugeführte Elektrolyselösung, wie eine

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wässrige Chlorwasserstoff säure- oder Salzlösung, reLSch hinsichtlich des Chloridgehaltes an der Anode erschöpft wird, kann das verbleibende Wasser zwischen den Rippen und der Elektrode festgehalten werden. Blockiert man so den Zugang der Chloride zu den katalytischen Stellen, dann wird anstelle der Chloridionen das Wasser elektrolysiert. Da die stromsammelnden strömungsverteilenden Separatoren aus Graphit hergestellt sind, sind sie anfällig gegenüber Sauerstoff, insbesondere solchem in statu nascendi. Die Kontaktfläche der stromsammelnden Rippen muß daher einer guten Stromleitung angemessen sein, darf aber die katalytischen Stellen nicht zu sehr abdecken, um eine unerwünschte zu starke Sauerstoffentwicklung zu vermeiden.

Es wurde eine Reihe von Versuchen ausgeführt, um den Einfluß der Kontaktfläche des Separatorelementes auf die Sauerstoffentwicklung an der Anode zu zeigen. Diese Versuche wurden mit Separatoren ausgeführt, die Rippen bzw. Vorsprünge verschiedener Querschnitte aufwiesen, wodurch die Kontaktfläche mit der Anode variiert wurde. Die Zelle wurde zur Elektrolyse einer etwa 10-normalen wässrigen HCl-Lösung benutzt, wobei diese Lösung in die Anodenkammer eingefüllt und bei einer Stromdichte von etwa 430

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mA/cm (entsprechend 400 Amp./US-ft ), einer Anolyttemperatur von

30° C und mit einer Zellspannung von 1,8 Volt elektrolysiert wurde.

Bei dem ersten dieser Versuche wurden drei übereinandergelegte platinierte, gereckte Niobnetze gegen die Anodenoberfläche gelegt, um den Strom zu verteilen. Der Sauerstoffgehalt des entwickelten Chlors wurde mit einem Gaschromatographen bestimmt und er lag bei 0,01 %. Mit Metallnetzstromsammlern erhält man somit eine sehr geringe Sauerstoffentwicklung. Die Netze sind jedoch nicht sehr kosteneffektiv für die Produktionsherstellung und sie sind beträchtlich schwieriger herzustellen als die mit Rippen versehenen Separatoren.

In einem zweiten Versuch wurde daher eine Graphitplatte als stromsammelnder Separator benutzt, der rechteckige Rippen mit einer Höhe von 1,14 mm (entsprechend 0,045 ") aufwies, die einen Ab-

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stand von 1,5 mm (entsprechend 0,06 ") voneinander hatten. Die Oberteile der Rippen viren flach und die Weite bzw Breite dieser Rippen betrug 1,5 njn (entsprechend 0,06 "). Der Sauerstoffgehalt des unter Verwendung dieser Kollektorplatte entwickelten Chlors betrug 5,0 %. Das Zwischenlegen eines Niobnetzes mit einer Dicke von 0,25 mm (entsprechend 0,01 ") zwischen den Graphitseparator und die Anode verminderte den Sauerstoffgehalt auf 0,42 % und das Dazwischenlegen eines weiteren Niobnetzes verringerte den Sauerstoffgehalt auf 0,005 %. Daraus wird deutlich, daß bei einer relativ breiten Rippenoberfläche die katalytischen Stellen maskiert werden und das Wasser anscheinend zwischen den Rippen und der Anode festgehalten wird, was zur Entwicklung einer beträchtlichen Sauerstoffmenge führt. Diese Sauerstoffentwicklung kann durch die zwischengelegten Netze etwas vermindert werden, doch ist es schwierig, diese Netze in der Produktion einzubauen und außerdem sind sie sehr teuer.

Im dritten Versuch wurde die Rippenkonfiguration dahingehend verändert, daß sie einen oberen verjüngten Abschnitt aufwies, wodurch die mit der Anode in Kontakt stehende Oberfläche beträchtlich vermindert wurde. Die Gesamthöhe der Rippen betrug etwa 1,25 mm (entsprechend 0,05 ") und die Rippen waren im Abstand von etwa 1,5 mm (entsprechend 0,06 ") voneinai.Jer angeordnet. Die Kontaktoberfläche der so verjüngten Rippen, wie sie in Figur 6 gezeigt sind, wurde auf eine Breite von etwa 7,6 mm (entsprechend 0,3 ") vermindert. Die Verjüngung begann etwa 0,55 mm (entsprechend 0,25 ") oberhalb der Basis der Rippen. Der Abstand der Verjüngung zur flachen, mit der Elektrode in Berührung stehenden Oberfläche von der Basis aus betrug etwa 0,55 mm (entsprechend 0,025 "). Bei Verwendung einer solchen Rippenkonfiguration mit der verminderten Elektrodenkontaktflache betrug der Sauerstoffgehalt des Chlors 0,25 Gewichts-% oder 1/20 des Sauerstoffgehaltes von dem unter Verwendung einer Rippe mit der doppelten Kontaktfläche (1,5 mm Rippenbreite entsprechend 0,06 "). Der Sauerstoffgehalt kann weiter durch das Zwischenlegen eines oder zweier Niobnetze vermindert werden. Bei Verwendung eines solchen Netzes verringerte sich der Sauerstoffgehalt des entwickelten Chlors

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- 21" auf 0,037 % und mit zwei Nickelnetzen auf 0,015 %.

In einem weiteren Versuch Nr. 4 wurde der Abstand zwischen den Rippen vergrößert, wodurch der Kontaktbereich der Rippen mit der Elektrode geringer war als in Versuch Nr. 2 aber etwas größer als in Versuch Nr. 3. Die Gesamthöhe der Rippen betrug 3 mm (entsprechend 0,118 "). Der Kontaktbereich der oberen flachen Rippenfläche hatte eine Breite von 1 mm (entsprechend 0,04 ") und der Rippenabstand betrug etwa 2,5 mm (entsprechend 0,098 "). Unter Verwendung von Rippen dieser Konfiguration und dieser Abmessungen betrug der Sauerstoffgehalt des Chlores 0,02 %. Durch Erweitern des Abstandes zwischen den Rippen und durch Verringern ihrer Breite wurden die relativ großen Cl^-Blasen rasch abgeführt. Es wird daher wenig Wasser durch die Gasblasen eingefangen.

Diese Versuche zeigten, daß es wichtig ist, daß die Stromsammler am Berührungspunkt so schmal wie möglich sind, wobei sie gleichzeitig breit genug sein müssen, um eine gute Stromleitung zu gewährleisten und die Wasserelektrolyse gering zu halten, damit der Sauerstoffgehalt des entwickelten Chlors unterhalb von 1 Gewichts-% bleibt. Auch sollte der Abstand zwischen den Rippen möglichst gering gehalten werden, um einen guten Kontakt und eine gute Abstützung der katalytischen Elektroden zu haben. Die Tiefe der Kanäle muß ausreichend sein, um das entwickelte Gas entweichen und die Chloridionen die Elektrodenoberfläche erreichen zu lassen.

Die Separatorplatten sind mit minimaler Porosität hergestellt. Werden diese Platten aus Graphit gefertigt, so kann dieser mit einem Harz versiegelt werden oder man kann die Platte aus mit Harzbinder geformtem Graphit herstellen. Einige dieser Harzbinder schließen Phenolharze, Fluorkohlenstoffe und Chlorfluorkohlenstoffe ein. Das bevorzugte Bindeharz ist das unter der Handelsbezeichnung Kynar durch die Pennwalt Corporation vertriebene Polyvinylidenfluorid .

Zur Herstellung einer solchen Separatorplatte werden Kynar und Graphitpulver zu einer homogenen Mischung vermengt. Diese Mischung

wird bei Temperaturen im Bereich von 177 bis 204° C und mit

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Drucken von 70 bis 190 kg/cm geformt, wobei der Bindergehalt im

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Bereich von 10 bis 25 Gewichts-% liegt. Eine brauchbare Graphitpulverform hierfür wird von der Stackpole Corporation unter der Handelsbezeichnung A-905-Graphit vertrieben. Eine weitere brauchbare Graphitpulverform wird von der Union Oil Company unter der Handelsbezeichnung Poro-Graphit vertrieben. Die minimale Porosität des Separators ist wichtig, um die Durchlässigkeit für Wasserstoff und Chlor im Falle der Chlorwasserstoffsäure-Elektro-Iyse zu begrenzen. Die elektrische Leitfähigkeit des Separators sollte andererseits hoch genug sein, um sowohl in monopolaren als auch bipolaren Konfigurationen eine gute Stromsammlung zu gewährleisten.

Es wurde eine Reihe von Graphitseparatoren mit den vorgenannten Parametern hergestellt und deren spezifischer Widerstand gemessen. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle I zusammengefaßt.

Tabelle I.

Formtemperatur Formdruck % Kynar Spezifischer Widerstand

O ( C)	(kg/cm²)	23
204	186	23
204	105	23
204	70	18
204	141	15
204	141

(0hm cm)

(0hm inches)

0,905 χ 10~³ (2,3 χ 10~³) 1,044 χ 1O~³(2,65 χ 10~³) 1 ,153 χ "1O~³(2,93 χ 10~³) 0,673 χ 1O~³(1,71 χ 10~³) 0,582 χ 1O~³(1,48 χ 10~³)

Den Ergebnissen dieser Tabelle I läßt sich entnehmen, daß die geformten Harz/Graphit-Separatoren einen ausgezeichneten spezifischen Widerstand in 0hm-cm aufweisen, der eine ausgezeichnete Stromleitfähigkeit gewährleistet.

Es wurde eine bipolare Elektrolysevorrichtung aus zwei Zellen

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rait etwa 930 cm (entsprechend 1 US-ft ) großen Anoden und Kathoden hergestellt, die mit einer ionenleitenden Membran verbunden waren und wobei man einen mit Rippen versehenen Separator und mit Rippen versehene Endplatten benutzte. Die Konfiguration und Abmessungen der Rippen waren die gleichen wie in dem oben beschriebenen Versuch Nr. 4, die im folgenden noch einmel zusammengefaßt sind:

Versuch Nr. 4

Höhe 3 mm (0,118 Zoll) Beginn der Verjüngung

1,8 mm(0,070 Zoll)

(von der Basis aus) Abstand 2,5 mm(O,O98 Zoll)

Kontaktbreite 1 mm (0,040 Zoll)
Verjüngung 1,3 mm(0,050 Zoll)

Eine 10,5-normale wässrige HCl-Lösung mit einer Temperatur von 40° C wurde mit einer Geschwindigkeit von 3 000 ml/Min, der Anodenkammer zugeführt und mit verschiedenen Stromdichten elektrolysiert. Es wurde der Sauerstoffgehalt des an der Anode entwickelten Chlors und die Zellspannung gemessen, um die Leistungsfähigkeit der Zelle unter Verwendung des vorbeschriebenen Separators zu bestimmen. Die Ergebnisse dieses Versuches sind in der folgenden Tabelle II zusammengefaßt:

Tabelle II

Stromdichte (mA/cm ) Zellspannung (V) % 0„ in Chlor

108	1,46	0,03
216	1 ,66	0,05
324	1,75	0,07
432	1 ,83	0,15

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Diesen Ergebnissen läßt sich entnehmen, daß die Zelle sehr leistungsfähig ist, da selbst bei einer Stromdichte von 432 mA/cm der Sauerstoffgehalt im Chlor geringer ist als 0,2 %. Die Zellspannungen bei den verschiedenen Stromdichten zeigen, daß die Zelle sehr wirksam ist und daß sie die Ausführung eines sehr spannungswirksamen Elektrolyseverfahrens von Chloriden gestattet.

Es wurde eine bipolare Elektrolysevorrxchtung aus 8 Zellen kon-

struiert, die je etwa 930 cm große Anoden und Kathoden aufwiesen, die mit jeweils einer Membran verbunden waren. Die Rippenkonfigurationen von Separator und Endplatten waren die gleichen wie in Zusammenhang mit der Zelle der Tabelle I beschrieben. In diese Elektrolysevorrichtung wurde eine 8,5-normale wässrige HCl-Lösung mit einer Zuführungsgeschwindigkeit von 4 000 ml/Min, und einer Temperatur von 40° C eingeleitet und bei verschiedenen Stromdichten elektrolysiert. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle III zusammengefaßt.

Tabelle III

Stromdichte (mA/cm ) Zellspännungsbereich (V)

(Durchschnitt)

108 1,30 - 1,38 (1,34)

216 1,47 - 1,59 (1,53)

324 1,63 - 1,76 (1,70)

432 1,73 - 1,91 (1,83)

Die Ergebnisse zeigen eine ausgezeichnete Leistungsfähigkeit bei geringem Spannungsabfall.

Der erfindungsgemäße Separator arbeitet nicht nur gut, sondern hat den zusätzlichen Vorteil, daß er sehr viel billiger ist als die bisher bei der Elektrolyse eingesetzten bipolaren Separator-

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platten, die aus außerordentlich teuren Materialien wie Niob, Tantal usw. bestanden. Das verwendete Graphit ist relativ billig und auch seine Verarbeitung zu der Separatorplatte durch Formen ist relativ billig, so daß die Verwendung des erfindungsgemäßen Separators zu beträchtlichen wirtschaftlichen Vorteilen führt.

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Claims

Dr. rer. nat. Horst Schüler PATENTANWALT 6000 Frankfurt/Main 1,29 .12.1978 Kaiserstraße 41 Dr. Sb. /K. Telefon (0611) 235555 Telex: 04-16759 mapat d Postscheck-Konto: 282420-602 Frankfurt-M. Bankkonto: 225/0389 Deutsche Bank AG, Frankfurt/M. 4927 - 52EE-O286 GENERAL ELECTRIC COMPANY 1 River Road Schenectady, N.Y./U.S.A. Vorrichtung zum Elektrolysieren und Verfahren zum Herstellen von Chlor durch Elektrolysieren Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Elektrolysieren zur Herstellung von Chlor mit mindestens einer Zelle, dadurch gekennzeichnet, daß diese Zelle folgende Bestandteile aufweist:

(a) eine ionenleitende Membran,

(b) eine elektrisch leitende katalytische Anode und eine elektrisch leitende katalytische Kathode, die beide mit der Membran verbunden sind und durch diese getragen werden,

(c) eine leitende Rückenplatte für die Kathode, die im Abstand von der Kathode angeordnet ist und eine Kathodenkam-

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mer zwischen der Rückenplatte und der Kathode begrenzt,

(d) eine Einrichtung zum Herstellen eines elektrischen Kontaktes zwischen der Kathode und ihrer Rückenplatte, die eine Vielzahl im Abstand voneinander befindlicher leitender Vorsprünge einschließt, die sich von der Rückenplatte aus erstrecken,

(e) eine Einrichtung zur Begrenzung einer Anodenkammer,

in der die Anode angeordnet ist,

(f) eine Einrichtung zum Anlegen eines elektrischen Potentials zwischen der Rückenplatte der Kathode und der Anode,

(g) eine Einrichtung zum Zirkulierenlassen einer wässrigen Chloridlösung durch die Anodenkammer, um das Chlorid zu elektrolysieren und Chlor an der Anode zu erzeugen,

(h) eine Einrichtung, um das entstandene Chlor aus der Anodenkammer zu entfernen und

(i) eine Einrichtung, um die Elektrolyseprodukte einschließlich dem gebildeten Wasserstoff aus der Kathodenkammer zu entfernen.

2. Vorr- '.ung zum Elektrolysieren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den sich von der Rückenplatte der Kathode erstreckenden leitenden Vorsprüngen und der Kathode ein leitendes Element angeordnet ist.

3.Vorrichtung zum Elektrolysieren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dieses leitende Element ein flüssigkeitsdurchlässiges Metallnetz ist.

4. Vorrichtung zum Elektrolysieren nach Anspruch 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Begrenzen der Anodenkammer ein leitendes Teil ist, das sich im Abstand von der Anode befindet und das eine Vielzahl im Abstand voneinander befindlicher leitender Vorsprünge aufweist, um einen elektrischen Kontakt zwischen der Anode und dem leitenden Teil herzustellen.

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5. Vorrichtung zum Elektrolysieren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein leitendes Element zwischen den sich von der Rückenplatte der Kathode aus erstreckenden leitenden Vorsprüngen und der Kathode und ein leitendes Element zwischen den sich von dem leitenden Teil der Anodenkammer aus erstreckenden Vorsprüngen und der Anode angeordnet werden.

6. Vorrichtung zum Elektrolysieren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die leitenden Zwischenelemente flüssigkeitsdurchlässige Metallnetze sind.

7. Vorrichtung zum Elektrolysieren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das die Anodenkammer begrenzende leitende Teil und die Rückenplatte der Kathode aus Graphit hergestellt sind.

8. Vorrichtung zum Elektrolysieren nach den Ansprüchen 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die leitenden Vorsprünge von der Rückenplatte der Kathode und dem die Anodenkammer begrenzenden leitenden Teil im Abstand voneinander angeordnete langgestreckte Rippen sind, die Flüssigkeitsverteilungskanäle begrenzen.

9. Vorrichtung zum Elektrolysieren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die langgestreckten Rippen im Winkel zueinander angeordnet sind, wodurch sie eine Vielzahl von einzelnen die Membran abstützenden Bereichen an den Schnittpunkten der Rippen auf den gegenüberliegenden Seiten der Membrane bilden.

10. Vorrichtung zum Elektrolysieren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Zellen umfaßt, wobei die einzelnen Membranen jeder Zelle von den benachbarten Membranen durch ein bipolares stromsammelndes und Strömungsverteilendes Element getrennt sind, das im Abstand voneinander befindliche

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leitende VorSprünge aufweist, die sich von den gegenüberliegenden Seiten des Elementes aus erstrecken, wobei die Vorsprünge auf der einen Seite des Elementes eine Anodenkammer beschränken und in Kontakt stehen mit der Anodenelektrode, die mit der einen Membran verbunden ist und die Vorsprünge auf der anderen Seite eine Kathodenkammer begrenzen und in Berührung stehen mit der Kathodenelektrode, die mit einer benachbarten Membran verbunden ist.

11. Verfahren zum Herstellen von Chlor durch Elektrolyse einer wässrigen Chloridlösung zwischen einer Anode und einer Kathode, die durch eine ionenleitende Membran voneinander getrennt sind, wobei die Anode und die Kathode je eine Masse aus elektrisch leitenden, katalytisch aktiven Teilchen umfaßt, die mit der Membran verbunden sind und wobei ein Stromverteiler an einer Vielzahl von Kontaktbereichen, die über die Oberfläche der Anodß verteilt sind, in Berührung mit der Anode steht.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktbereich zwischen dem Stromverteiler und der Anode klein genug ist, um die Wasserelektrolyse an der Anode auf eine Menge zu begrenzen, die den Sauerstoffgehalt im an der Anode entwickelten Chlor unterhalb von 5 Gewichts-% hält.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Elektrolyse ein Stromverteiler an einer Vielzahl von Kontaktbereichen, die über die Oberfläche der Kathode verteilt sind, in Berührung mit der Kathode steht.

14. Verfahren nach Anspruch 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine wässrige Lösung von Chlorwasserstoff säure an der Anode elektrolysiert wird.

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15. Bipolares Stromsammlerelement gekennzeichnet durch folgende Bestandteile:

(a) einen Körper aus leitendem Material,

(b) der Körper weist auf den gegenüberliegenden Seiten Ausnehmungen auf,

(c) eine Vielzahl im Abstand befindlicher leitender VorSprünge erstreckt sich von der Basis der Ausnehmungen aus, um einen elektrischen Kontakt zwischen dem Körper und den auf den gegenüberliegenden Seiten davon befindlichen Elektroden herzustellen und

(d) eine Einrichtung steht in Verbindung mit jeder der Ausnehmungen, um das Einführen und Entfernen von Flüssigkeiten und/oder Gasen zu gestatten.

16. Bipolares Element nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß der leitende Körper aus Graphit hergestellt ist und die leitenden Vorsprünge in den Ausnehmungen in einem Winkel zueinander angeordnet sind.

17. Bipolares Element nach Anspruch 16, dadurch gezeichnet , daß die leitenden Vorsprünge in den Aus-

■ nehmungen langgestreckte parallele Rippen sind, die eine Vielzahl von Verteilungskanälen für Flüssigkeit und/oder Gas begrenzen.

18. Bipolares Element nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß sich die langgestreckten parallelen Rippen auf den gegenüberliegenden Seiten des Elementes zu den mit den Elektroden in Kontakt stehenden Enden hin verjüngen.

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