DD146967A5 - Vorrichtung zur wiedergewinnung von gas - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wiedergewinnung von Gas, das waehrend der Elektrolyse von Alkalichloriden entsteht. Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung einer Vorrichtung, die die Sicherheitsprobleme, die mit der Wiedergewinnung des Elektrolysegases verbunden sind, loest und es ermoeglicht, den bei der Elektrolyse erzeugten Wasserstoff weiter zu verwenden. Erfindungsgemaesz sind Waschkolonnen vorgesehen, die eine Wassertasse aufweisen, sowie automatische Systeme zum Verteilen von Inertgas bzw. Luft, die durch den Betrieb des Stromerzeugers und der Arbeitsintensitaet der Zelle gesteuert werden, so dasz der durch die Elektrolyse entstehende Wasserstoff ohne Sicherheitsprobleme fuer eine Weiterverwendung wiedergewonnen werden kann.

Description

Berlin, den 3.4.1980

^ . AP C.25 B/216 857

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Vorrichtung zur Wiedergewinnung von Gas

Anwendungsgebiet der Erfindung ·

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wiedergewinnung von Gas, das während der Elektrolyse von'Alkalichloriden entst eht · - ·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die Elektrolyse einer Alkalisalzlösung zum Erhalten von Alkalichloraten führt zur Bildung einer Gasraischung, die Wasserstoff enthält, der an den Katoden der Elektrolysezellen gebildet wird, sowie Sauerstoff, Chlor und gegebenenfalls Kohlendioxid, die in ITebenreaktionen gebildet werden,

Die Zusammensetzung dieser Gasraischung hängt von dem Typ der verwendeten Zellen, der Art der verwendeten Elektroden und den Arbeitsbedingungen der Elektrolyse ab.

Bei Zellen mit Graphitanoden, die gewöhnlich bis in die letzten Jahre hinein verwendet wurden, war die Zusammensetzung der Mischung etwa folgende:

- H₂ 91 bis 95 %

- O₂ 4 bis 7 %

- Cl₂ 0,4 bis 0,8 %

- CO₂ 0,4 bis 1 %

wobei die Wiedergewinnung und Behandlung dieses Abgases ins-, besondere Sicherheitsprobleme aufgrund der Entflammbarkeit und Explosivität wegen des relativ hohen Sauerstoffgehaltes bereitete. . ' .

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Um diese Mischung mit der gewünseilten Sicherheit transportieren und "behandeln zu können, wurde die Mischung in den Zellen oder am Ausgang derselben mit:einer Menge Luft verdünnt, die derart bestimmt wurde, daß ein Gehalt an Wasserstoff in der Mischung aus Elektrolysegas und Luft unterhalb von 4 %.erhalten wurde, was einer Verdünnung des Elektrolysegases' um wenigstens das 25fache ent spricht ₀

Seit 1970 wurde eine neue Zellenteclinologie entwickelt, wobei Titananoden verwendet werden, - die mit einer elektroaktiven Schicht beschichtet sind, die es ermöglicht, unter neuen Arbeitsbedingungen eine erhöhte Leistung gegenüber Zellen mit Graphitanoden zu erhalten, wobei sich folgende Gasmischung ergibt:. ' . . ·

H2 :	% 96	%	ο,	5 #
O2 <	: 3»	5 %
Cl	ο,	2 bis

Diese Zusammensetzung liegt außerhalb der Explosivitätszone.

Die bisherige Lösung kann verwendet werden, jedoch führt dies zu beträchtlichen Verdünnungen, die die Verwendung von Ventilatoren mit großer Leistung erfordern, wodurch sich ein nicht vernachlässigbarer Energieverbrauch ergibt« Ein anderer hauptsächlicher Nachteil der Verdünnung besteht in der Tatsache, daß die Wiedergewinnung von Wasserstoff für seine, spatere Weiterverwendung zur Verbrennung oder als Ausgangsmaterial praktisch unmöglich ist»

Ziel .d'er^JBrfindung^ ' .

Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung einer Vorrichtung, die die ·Sicherheitsprobleme', die mit der Wiedergewinnung des Elektrolysegases verbunden sind, löst.und es ermöglicht, den

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bei der Elektrolyse erzeugten V/asserstoff weiter zu verwenden ο : ·

Darlegung des V/esens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, geeignete Einrichtungen und Arbeitsbedingungen für eine Wiedergewinnung des Elektrolysegases aufzufinden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist gekennzeichnet durch Waschkolonnen, die eine Wassertasse aufweisen, und durch automatische Verteilungssysteme für Inertgas bzw. Luft, die durch den Betrieb des Stromerzeugers und die Arbeitsintensität der Zellen gesteuert werden.

Der Druck in der Wassertasse liegt zwischen 10 und 200 rim Wasser.

Erfindungsgemäß ist im Falle der Unterbrechung des Betriebes des Stromerzeugers die Inertgasverteilung während einer vorbestimmten Dauer sichergestellt»

Ausführungsbeispiel '

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Abbildungen näher erläutert.

Elektrolysegase v/erden aus Zellen A- bis A durch Rohrleitungen 1 abgeführt, die im oberen Bereich der Zellen A- bis A angeordnet sind, und in einer oder mehreren Hauptleitungen 2 gesammelt und von dort einer oder mehreren V/aschkolonnen 3· zum Entfernen des Chlors zugeführt«,

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Die Gesamtheit der Zellen Α., bis Λ wird infolge einer Wassertasse 4 am Fuß jeder Waschkolonne 3 unter Druck gehalten« Der Druck der Wassertasse 4 kann zwischen 10 und 200 mm Wasser entsprechend den Einrichtungen und den Arbeitsbedingungen variiren und derart eingestellt v/erden, daß die Zellen A- bis A derart unter Druck gehalten werden, daß der Zutritt von Falschluft vermieden wird, durch den die Gasmischung explosiv werden kann und damit die Aufsteigekraft des erzeugten Wasserstoffs genügend ist, um Streuverluste des Stromkreises niedrig zu halten_e Dadurch ist es nicht notwendig, für die Gewinnung der Gase Ventilatoren zu verwenden,. Wenn die Elektrolyseeinrichtung im Normalbetrieb ist, ergibt sich auf diese Weise eine natürliche Freisetzung des Elektrolysegases, Abführung desselben zu den Waschkolonnen 3? Herauswaschen des Chlors, wobei man am Ausgang; der Waschstufe bei 5 einen Wasserstoff erhält, der weniger als 3»5 % Sauerstoff enthält und als solcher weiterverwendet oder für eine eventuelle Weiterverwendung ge-, reinigt werden kann«,

Die Vorrichtung enthält des weiteren Sicherheitseinrichtungen, die es erlauben, die Sicherheit der Anlage in Übergangsbereichen aufrechtzuerhalten, d· ho, etwa bei Stromabschaltung und beim Arbeiten mit verringerter Intensität»

In diesen Fallen steigt der Sauerstoffgehalt der Gasmischung, so daß diese explosiv werden kann·

Im Falle der Unterbrechung des elektrischen Stromlireises infolge eines Abschaltens wird ein automatisches Ventil 6, das durch den Betrieb des Stromerzeugers gesteuert wird, geöffnet, das es ermöglicht, daß in die Sammelleitung(en) 2 und in die Zellen A- bis A Stickstoff oder ein anderes Inertgas aus einem Vorratsbehälter 7 über eine Entspannungseinrichtung 8 zugeführt wird, die die Austrittsmenge an Inertgas regelt. Die Zellen A- bis A und Rohrleitungen 1; 2 werden

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auf diese Weise mit Inertgas gespült, das den Platz des Elektrolysegases einnimmt, wobei die Anlage unter Druck gehalten wird· Eine Variante des Systems besteht darin, das Spülen während einer vorbestimmten Zeitdauer aufrechtzuerhalten und dies am Ende dieser Periode automatisch zu beenden·

Im Falle des Arbeitens mit verringerter Intensität, beispielsweise mit einem Zehntel der normalen Intensität, fördert ein Ventilator 9 Luft und drückt diese in die Zellen A^ bis A und Rohrleitungen 1; 2 über ein automatisches Ventil 10, das entsprechend der Arbeitsintensität der Zellen A- bis A betätigt wird· Die Luftmenge wird durch die Eigenschaft des oder der Ventilatoren 9 bestimmt, die selbst durch die notwendige Verdünnung zum Erhalten einer nicht explosiven Gasmischung bestimmt v/erden. Die notwendige Ventilatorleistung ist begrenzt, da diese Einrichtung nur während des Arbeitens mit niedriger Intensität funktionieren muß, wobei die gebildete Gasmenge entsprechend gering ist·

Beispiel .

In einer Elektrolyseanlage für Hatriumchlorat, die 1 t/h liatriumchlorat erzeugt, entweicht aus den Zellen:

'S

665 m /h Wasserstoff 13,5 v?/Yi Sauerstoff 1,4 m³/h Chlor

Gemessen unter Normalbedingungen bezüglich Druck und Temperatur (0 ⁰C bis 1 bar)_e

Die .Anlage enthält 50 Elektrolysezellen A, die mit einer Stromstärke von 32000 A arbeiten und in zwei Reihen von 25 Zellen aufgeteilt sind· Über jeder Reihe ist eine Gassammelleitung 2 mit einem Durchmesser von 150 mm angeordnet, die das Gas jeder Zelle der entsprechenden Reihe auf-

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' AP 0 25 B/216 (56 449/18)

nimmt und einer Waschkolonne 3 zuführte Die Wassertasse 4 der V/aschkolonne 3 ist auf eine Wasserhöhe von 50 mm eingestellt, während die Gase_s die von den Zellen freigesetzt werden, durch die Sammelleitungen 2 und durch die Waschkolonne strömen, ohne daß hierzu eineMotorkraft notwendig ist β Der. in der Anlage erzeugte Druck verhindert den Eintritt von Falschluft, so daß die Gasndschung innerhalb des gewünschten Sicherheitsbereiches bleibt«

Wenn eine Stromunterbrechung erfolgt, öffnet sich das Ventil 6, und Stickstoff wird in das Gasaufnahmesystem in einer Menge eingeführt, die durch die Entspannungseinrichtung 8 auf 20 m /h in jede Sammelleitung eingestellt ist, so daß die Zellen immer unter Druck aufgrund der Wassertasse gehalten werden t.

Wenn die Anlage mit reduzierter Intensität, beispielsweise mit einer Stromstärke von 1000 A, arbeitet, drückt der Ventilator 9 eine auf 350 nr'/h durch das Ventil 10 eingestellte Luftmenge in jede Sammelleitung mit einem Druck leicht oberhalb desjenigen der Wassertasse«,

Claims (3)

1· Vorrichtung zur Wiedergewinnung von Gas, das während der Elektrolyse von Alkalichloriden entsteht, gekennzeichnet durch Waschkolonnen (3)» die eine Wassertasse (4) aufweisen, und durch automatische Systeme (6; 7; 8; 9; 10) zum Verteilen von Inertgas bzw. Luft, die durch den Betrieb
des Stromerzeugers und der Arbeitsintensität der Zelle
(Α-, bi3 A) gesteuert werden»

2· Vorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß
der Druck der Wassertasse (4) zwischen 10 und 200 mm
Wasser liegt·

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Erfindungsanspruch

3· Vorrichtung nach Punkt 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß im Falle der Unterbrechung des Betriebs des Stromerzeugers die Inertgasverteilung während einer vorbestimmten Dauer sichergestellt ist.

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