DD204949A5

DD204949A5 - Elektrolytzelle des filterpressentyps

Info

Publication number: DD204949A5
Application number: DD82245197A
Authority: DD
Inventors: Thomas W Boulton
Original assignee: Ici Plc
Priority date: 1981-11-24
Filing date: 1982-11-24
Publication date: 1983-12-14
Also published as: EP0080287B1; PL239176A1; FI71355C; IE822661L; DE3266574D1; IL67303A0; JPS5893880A; AU550325B2; ES517648A0; FI824028L; NO152567C; KR890000708B1; JPS6239238B2; KR840002469A; SU1687033A3; EP0080287A1; FI71355B; CA1212354A; ATE15818T1; PT75887A

Abstract

Die Elektrolysezelle vom Filtertyp ist dadurch gekennzeichnet, dass zur elektrischen Isolierung der in Laengsrichtung der Zelle verlaufenden Kammern,von denen aus Fluessigkeiten zu den Anodenkammern der Zelle zugefuehrt und durch die Elektrolyseprodukte aus diesen entfernt werden, von den in Laengsrichtung der Zelle verlaufenden Kammern, von denen aus Fluessigkeiten zu den Katodenkammern der Zelle zugefuehrt und durch die Elektrolyseprodukte aus diesen entfernt werden, in wenigstens einige der in den metallischen Anodenplatten und Katodenplatten befindlichen Oeffnungen und um deren Raender rahmenartige Elemente aus elektrisch isolierendem Werkstoff eingesetzt sind.

Description

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Elektrolysezelle vom ffilterpressentyp Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Elektrolysezelle vom PiIterpressentyp, und vor allem eine Elektrolysezelle, die für den Einsatz bei der Elektrolyse einer wäßrigen Lösung eines Alkalimetallchlorides geeignet ist.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bekanntlich bestehen Elektrolysezellen aus zahlreichen Anoden und Katoden, wobei jede Anode von der benachbarten Katode durch eine im wesentlichen hydraulisch undurchlässige Kationenaus t aus chmembr an getrennt ist, die die Elektrolysezelle in zahlreiche Anoden- und Katodenkammern unterteilt. Die Anodenkammern einer derartigen Zelle sind mit Einrichtungen für Einleitung von Elektrolyt in die Zelle, am besten aus einem üblichen Falltank, und mit Einrichtungen zur Entfernung von Elektrolyseprodukten aus der Zelle versehen. In ähnlicher Weise sind die Katodenkammern der Zelle mit Einrichtungen zur Entfernung von Elektrolyseprodukten und mit Einrichtungen für die Zuführung von V/asser oder einer anderen Flüssigkeit zur Zelle versehen.

Elektrolysezellen vom Fiiterpressentyp können eine große Anzahl abwechselnder Anoden und Katoden enthalten, zum Seispiel fünfzig Anoden abwechselnd mit fünfzig Katoden, obwohl die Zelle noch mehr Anoden und Katoden enthalten kann, zum Beispiel bis zu einhundertfünfzig abwechselnde Anoden und Katoden.

In einer solchen Membranzelle werden ionische Substanzen durch die Membran zwischen den Anoden- und Katodenkammern der Zelle befördert. Y/enn beispielsweise eine wäßrige Alkalimetallchloridlösung in einer Elektrolysezelle des Membrantyps elektrolysiert wird, wird die Lösung zu den Anodenkammem der Zelle ge~

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leitet, und bei der Elektrolyse erzeugtes Chlor und erschöpfte Alkalime tall chloridlö" sung werden aus den Anodenkammem entfernt, Alkalimetallionen werden durch die Membran zu den Katod'enkammern der Zelle transportiert, in die V/asser oder verdünnte Alkalimetallhydroxidlösung eingefüllt wird, und durch die Reaktion von Alkalimetallionen mit Wasser erzeugter Wasserstoff und Alkalimetallhydroxidlösung werden aus den Katodenkammern der Zelle entfernt.

Eine besondere Elektrolysezelle vom Filterpressentyp wird in der GB-PS ITr. 1.595.183 beschrieben· Die Zelle weist zahlreiche vertikal angeordnete flexible Anodenplatten und flexible Katodenplatten und eine für Kationen permselektive Membran zwischen jeweils einer Anodenplatte und benachbarten Katodenplatte auf, wodurch einzelne Anodenkammern und Katodenkammern gebildet werden_o In der Zelle besteht jede Anodenplatte teilweise aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff, und sie weist einen Anodenabschnitt aus einem filmbildenden Metall mit einem elektrokatalytisch aktiven Überzug auf der Oberfläche auf, besteht jede Katodenplatte zum Teil aus einem elektris ch isolierenden Werkstoff und weist einen metallischen Katodenabschnitt auf, und ist eine nicht-leitende flexible Zwischenplatte, die als Dichtung dienen kann, zwischen jede Membran und benachbarte Anodenplatte und zwischen jede Membran und benachbarte. Katodenplatte eingesetzt. Die Anodenplatten, Katodenplatten und Zwischenplatten haben jeweils Öffnungen, die in der Zelle vier getrennte, in Längsrichtung der Zelle verlaufende -Kammern bilden, von denen aus Flüssigkeiten jeweils zu den Anoden- und Katodenkammern der Zelle geleitet werden kann, und durch die Elektrolyseprodukte jeweils aus den Anoden- und Katodenkammern der Zelle entfernt werden können* Die Zwischenplatten können in ihren Wandungen mit Kanälen versehen sein, die die erforderliche Verbindung für den Flüssigkeitsstrom zwischen den in Längsrichtung der Zelle verlaufenden Kammern und den Anoden- und

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Katodeiikammern schaffen. In dieser Elektrolysezelle bestehen die Anodenplatten und die Katodenplatten zum Seil aus einem, elektrisch, isolierenden Werkstoff, damit die in Längsrichtung der Zelle verlaufenden Kammern, die mit den Anodenkammern der Zelle in Verbindung stehen, elektrisch von denjenigen in Längsrichtung der Zelle verlaufenden Kammern, die mit den Katodenkammern der Zelle in Verbindung stehen, elektrisch isoliert werden. Diese elektrische Isolierung ist erforderlich, damit gewährleistet ist, daß elektrischer Strom in der Zelle durch die Kationenaustauschmernbranen. die zwischen benachbarten Anodenplatten und Katodenplatten ange-.bracht sind, fließt.

In der oben genannten Patentschrift, wird eine spezielle Ausführungsform von Anodenplatte und Katodenplatte beschrieben, von denen jede teilweise aus Metall und teilweise aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff besteht. Die Anodenplatte und die Katodenplatte haben jeweils einen in der Mitte befindlichen metallischen Elektrodenabschnitt und vier nahe den Rändern der rechtwinklig geformten Platte befindliche Öffnungen, wobei zwei der öffnungen durch rahmenartige metallische A bschnitte der Platte, die ein Ganzes mit der Platte bilden, und zwei der Öffnungen durch rahmenartige Elemente aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff, die sich in der Plattenebene und in Vertiefungen in der Platte nahe der Ränder der. Platte befinden, begrenzt werden.

Eine solche Ausführung von Anodenplatte und Katodenplatte ist kompliziert und führt zu Schwierigkeiten beim Einbau in die Elektrolysezelle, da es schwer ist, die elektrisch-isolierenden, Abschnitte der Anodenplatten und Katodenplatten mit der erforderlichen Genauigkeit auszurichten· Des weiteren müssen, da die metallischen und elektrisch isolierenden Abschnitte der Anodenplatte und der Katodenplatte keine einheitliche Konstruktion haben, die metallischen und elektrisch

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isolierenden Teile aneinanderstoßen. Diese Berührung, die sich über ein erhebliches Stück erstrecken kann, kann zu Problemen durch Auslaufen von flüssigkeiten aus den Anoden- und Katodenkammern der Zelle nach außerhalb der Zelle führen.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die Schwierigkeiten beim Zusammenbau der bekannten Zellen zu überwinden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Erfindung hat die Aufgabe, eine Verbesserung der Elektrolysezelle aus dem oben genannten .Patent zu schaffen, die eine vereinfachte Ausführung hat und die leichter zusammengebaut werden kann.

Erfindungsgemäß wird eine Elektrolysezelle vom Filterpressentyp zur Verfügung gestellt, bestehend aus: zahlreichen metallischen Anodenplatten und metallischen Katodenplatten, die abwechselnd angeordnet sind; einer im wesentlichen hydraulisch undurchlässigen Kationenaustauschmembran und einer rahmenartigen Dichtung aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff, die zwischen jeder benachbarten Anodenplatte und Katodenplatte zur Bildung von zahlreichen einzelnen Anodenkammern und Katodenkammern in der Zelle angebracht ist", wobei die Anodenplatten, Katodenplatten und Dichtungen mit vier öffnungen versehen sind, die in der Zelle zusammen vier einzelne in Längsrichtung der Zelle verlaufende Kammern bilden, aus denen flüssigkeiten jeweils zu den Anodenkammern und Katodenkammern der Zelle geleitet werden können und durch die die Elektrolyseprodukte jeweils aus den Anoden- und Katodenkammern der Zelle entfernt werden können, gekennzeichnet dadurch, daß zur elektrischen Isolierung der in Längsrichtung der Zelle verlaufenden Kammern, aus denen

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flüssigkeiten zu den Anodenkammern der Zelle geleitet und durch, die Elektrolyseprodukte aus diesen entfernt werden, von den in Längsrichtung der Zelle verlaufenden Kammern, aus denen flüssigkeiten zu den Katodenkammern der Zelle geleitet und durch, die Elektrolyseprodukte aus diesen entfernt werden, in wenigstens einige der Öffnungen in den metallischen Anodenplatten und Katodenplatten und um deren Ränder rahmenartige Elemente aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff eingesetzt sind.

Wie oben bereits erklärt wurde, ist es wichtig, daß die in Längsrichtung der Zelle verlaufenden Kammern, die mit den Anodenkammern der Zelle in Verbindung stehen, elektrisch von den in Längsrichtung der Zelle verlaufenden Kammern, die mit den Katodenkammern der Zelle in Verbindung stehen, isoliert sind. Diese elektrische Isolierung ist erforderlich, damit der elektrische Strom in der Zelle auch wirklich durch die Kationenaustauschmeinbranen zwischen benachbarten Anodenplatten und Katodenplatten fließt. Die rahmenartigen Elemente aus elektrisch isolierendem 7/erkstoff sind in wenigstens einigen der Öffnungen in den metallischen Anodenplatten und Katodenplatten sowie um deren Ränder angebracht, um die erforderliche elektrische Isolierung zu schaffen.

In jeder Anodenplatte und in jeder Katodenplatte können in _vallen vier Öffnungen rahmenartige Elemente aus elektrisch isolierendem Werkstoff untergebracht sein·

Alternativ können zur Schaffung der notwendigen elektrischen Isolierung die beiden öffnungen in jeder der Anodenplatten, die in der Elektrolysezelle einen Teil der in Längsrichtung der Zelle verlaufenden Kammern bilden, die mit den Anodenkammern der Zelle in Verbindung, stehen, mit rahmenartigen. Elementen aus elektrisch isolierendem Werkstoff versehen sein, und die beiden öffnungen in jeder der Katodenplatten, die in

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der Elektrolysezelle einen Teil der in Längsrichtung der Zelle verlaufenden Kammern bilden, die mit den Kato&enkammem der Zelle in Verbindung stehen, mit rahmenartigen Elementen aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff versehen sein.

Alternativ können die beiden Öffnungen in jeder der Anodenplatten, die in der Elektrolysezelle einen Teil der in Längsrichtung der Zelle verlaufenden Kammern bilden, die mit den Anodenkammem der Zelle nicht in Verbindung stehen, mit rahmenartigen Elementen aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff versehen sein, und die beiden öffnungen in den Katodenplatten, die in der Elektrolysezelle einen Teil der in Längsrichtung der Zelle verlaufenden Kammern bilden, die mit den Katodenkammern der Zelle nicht in Verbindung stehen, können mit rahmenartigen Elementen aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff versehen sein.

Die rahmenartigen Elemente aus elektrisch isolierendem Werkstoff sollten flexibel, sein und sind möglichst elastisch. Sie sollten auch eine Dicke haben, die zumindest der Dicke des Teiles der Anodenplatte oder Katodenplatte, in denen sie untergebracht sind, gleich ist. Tatsächlich können sie eine etwas größere Dicke haben als die Dicke des Teiles der Anodenplatte oder Katodenplatte, in denen sie untergebracht sind, beträgt, damit sie in der zusammengebauten Elektrolysezelle beispielsweise .zwischen Dichtungen zusammengedrückt werden können und dadurch eine gute Abdichtung bilden.

Zur Unterstützung der Anbringung der.rahmenartigen Elemente aus elektrisch isolierendem Werkstoff in den öffnungen der Anodenplatten und Katodenplatten können die äußeren Ränder der rahmenartigen Elemente mit einer flachen Vertiefung versehen sein, in die der Rand der Öffnung in der Anodenplatte oder Katodenplatte eingepaßt werden kann.

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Die erfindungsgemäße Elektrolyseselle v/eist zahlreiche rahmenartige Dichtungen aus elektrisch isolierend_em Werkstoff mit vier darin befindlichen Öffnungen auf, die in der Zelle einen Teil der vier in Längsrichtung der Zelle verlaufenden Kammern bilden. Die vier Öffnungen befinden sich in dem rahmenartigen Teil der Dichtung, und der Rahmen selbst umgibt eine zentrale Öffnung in der Dichtung. Die öffnungen sind entsprechend paarweise angeordnet, ein Paar auf einer Seite der zentralen Öffnung und das andere Paar auf der gegenüberliegenden Seite der zentralen Öffnung»

Wie im Falle des rahmenartigen Elementes aus elektrisch isolierendem Werkstoff sollte auch die Dichtung flexibel und vorzugsweise elastisch sein. Tatsächlich können sie beide aus dem gleichen Werkstoff hergestellt werden. Geeignete Werkstoffe umfassen organische Polymere, zum Beispiel Polyolefine, z. B. Polyäthylen und Polypropylen, Kohlenwasserst off elastomere, z. B. auf Äthylen-Propyleii-Copolymeren und Äthylen-Propylen-Dien-Copolymeren, laturkautschule und Styrol-Butadien-Kautschuken basierende Elastomere und chlorierte Kohlenwasserstoffe, z. B."Polyvinylchlorid und Polyvinylidenchlorid· Es ist besonders empfehlenswert, daß der Werkstoff für die Dichtung und für das rahmenartige Element aus elektrisch isolierendem Werkstoff chemisch gegenüber den in der Elektrolysezelle befindlichen Flüssigkeiten beständig ist, und wenn die Zelle für die Elektrolyse wäßriger Alkalimetallchloridlösung eingesetzt werden soll, kann der Werkstoff ein fluoriertes Polymermaterial sein, zum Beispiel Polytetrafluoräthylen, Polyvinylfluorid, Polyvinylidenfluorid oder ein Tetrafluoräthylenhexafluorpropylencopoiymer oder ein Substrat mit einer äußeren Schicht eines solchen, fluorierten Polyinermaterials·

In einer bevorzugten erfindungs^emäßen Ausführüngsform bildet das rahmenartige Element aus elektrisch isolierendem Werk-

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stoff mit der rahmenartigen Dichtung eine Einheit. So können die rahmenartigen Elemente auf der Oberfläche einer Dichtung sitzen und von dieser im Bereich der Öffnungen in dem rahmenartigen Teil der Dichtung hochstehen._tDie rahmenartigen Elemente können an der Dichtung angebracht sein, z. B, mit Hilfe eines Klebstoffes, oder die rahmenartigen Elemente und die Dichtung können ein Ganzes bilden, zum Beispiel kann die Dichtung mit von der Oberfläche der Dichtung hochstehenden rahmenartigen Elementen in einer entsprechend gestalteten Preßform hergestellt werden.

Für diese bevorzugte Ausführungsform gibt es zwei alternative Formen.'Die von der Oberfläche der Dichtung hochstehenden rahmenartigen Elemente können eine Dicke- haben, die mindestens gleich der Dicke des Teiles der Anodenplatte oder Katodenplatte ist, in dem sich die rahmenartigen Elemente befinden.

Alternativ kann die Dicke der von der Oberfläche der Dichtung hochstehenden rahmenartigen Elemente geringer 8.1s die Dicke des Teiles der Anodenplatte oder Katodenplatte* sein, in dem die rahmenartigen Elemente untergebracht sind, und es können Dichtungen auf gegenüberliegenden Seiten der Anodenplatte oder Katodenplatte so angebracht sein, daß die rahmenartigen Elemente auf den Oberflächen beider Dichtungen in den Öffnungen der Anodenplatte oder Katoden.pls.tte sitzen und darin miteinander zusammenwirken und somit die vorgesehene elektrische Isolierung ergeben«

Die Ausführungsform, bei der die rahmenartigen Elemente eine Einheit mit der Dichtung bilden, wird bevorzugt, v/eil sie die einwandfreie Anbringung der Dichtungen im Verhältnis zu den Anodenplätten und Katodenplatten erleichtert und die !Notwendigkeit einer getrennten Anbringung der rahmenartigen Elemente in den öffnungen in den Anodenplatten und Katodenplatten ausschaltet und daiier den Zusammenbau der Elektroly-

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sezelle weiter vereinfacht.

In der Elektrolysezelle sind Vorrichtungen für die Zuführung von Flüssigkeiten-zu den Anoden- und Katodenkammern der Zelle aus den in Längsrichtung der Zelle verlaufenden Kammern vorhanden sowie Einrichtungen für die Zuleitung der Elektrolyseprodukte von den Anoden- und Katodenkammern der Zelle zu den in Längsrichtung der Zelle verlaufenden Kammern. Diese Vorrichtungen können durch Kanäle in den Wandungen der Dichtungen gebildet werden, die Durchgänge zwischen den Öffnungen in dem rahmenartigen Teil der Dichtung und der durch den rahmenartigen Teil der Dichtung begrenzten zentralen Öffnung darstelleno Die Kanäle können durch Schlitze in den Wandungen der Dichtungen gebildet werden. Die Dichtiingen werden in ihren Wandungen mit zwei so angeordneten Kanälen versehen sein, daß die Anodenkammern der Zelle mit den in Längsrichtung der Zelle verlaufenden Kammern, aus denen Flüssigkeiten den Anodenkammern zugeführt und Elektrolyseprodukte aus diesen entfernt werden, in Verbindung stehen, und daß die Katodenkarnmern der Zelle mit den in Längsrichtung der Zelle verlaufenden Kammern, aus denen Flüssigkeiten den Katodenkammern zugeführt und Elektrolyseprodukte aus diesen entfernt werden, in Verbindung stehen.

Die Beschaffenheit des Metalls der metallischen Anodenplatte wird von der Beschaffenheit des in der Elektrolysezelle zu elektrolysierenden Elektrolyten abhängen. Ein bevorzugtes Metall ist ein filmbildendes Metall, vor allem dort, wo eine wäßrige Lösung eines Alkalimetallchlorids in der Zelle elektrolysiert werden soll·

Als filmbildendes Metall kann eines der Metalle Titan, Zirkonium, niobium, Tantal oder \Iolfram oder eine Legierung verwendet werden, die vorwiegend aus einem oder mehreren dieser Metalle besteht und anodische Polarisationseigenschaften be-

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sitzt, die mit denen des reinen Metalls vergleichbar sind. Bevorzugt wird die Verwendung von Titan alleine oder einer auf Titan basierenden Legierung mit Polarisationseigenschaften, die mit denen des Titans vergleichbar sind«

Die Anodenplatte wird einen zentralen Anodenabschnitt aufweisen, und die Öffnungen in der Platte können nahe der Ränder der Platte an Stellen angebracht sein, die den Positionen der Öffnungen in der rahmenartigen Dichtung entsprechen. Die Öffnungen sind .vorzugsweise paarweise vorhanden, ein Paar auf einer Seite des Anodenabschnittes und ein Paar auf der gegenüberliegenden Seite des Anodenabschnittes.

Der Anodenabschnitt kann zahlreiche-längliche Glieder aufweisen, die vorzugsweise senkrecht angeordnet sind, zum Beispiel in Form von Blenden oder Streifen, oder er kann eine durchbrochene Oberfläche aus einem Geflecht oder Stre clone-' tall oder eine perforierte Oberfläche aufweisen. Der Anodenabschnitt kann ein Paar durchbrochene Oberflächen aufweisen, die im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind.

Der Anodenabschnitt der Anodenplatte kann mit einem Überzug aus einem elektrisch leitenden, elektrokatalytisch aktiven Material versehen sein. Tor allem in dem Fall, in dem eine wäßrige Lösung eines Alkalimetallchlorides elektrolysiert v/erden soll, kann dieser Überzug beispielsweise aus einem oder mehreren Metallen der Platingruppe bestehen, und zwar aus Platin, Rhodium, Iridium, Ruthenium, Osmium und Palladium, oder Legierungen dieser Metalle und/oder einem Oxid oder Oxiden davon. Der überzug kann aus einem oder mehreren Metallen der Platingruppe und/oder Oxiden davon vermischt mit einem oder mehreren Hichtedelmetalloxiden, besonders einem filmbildenden Metalloxid, bestehen. Besonders geeignete elektrokatalytisch aktive Überzüge sind die aus Platin selbst bestehenden und die auf Rutheniumdioxid/Titandioxid und

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Rutheniumdioxid/Zinndioxid/Titandioxid basierenden.

Derartige überzüge und ihre Aufbringungsniethoden sind im Fachgebiet allgemein bekannt.

Die Beschaffenheit des Metalls der metallischen Katodenplatte wird gleichfalls von der Beschaffenheit des in der Elektrolysezelle zu elektrolysierenden Elektrolyten abhängen. Wenn eine wäßrige Lösung eines Alkalimetallchlorides elektrolysiert werden soll, kann das Metall der Katode beispielsweise Stahl sein, z. B. Flußstahl oder rostfreier Stahl, oder JSTickel, oder mit Hickei beschichteter Stahl· Andere Metalle können gleichfalls verwendet werden» Die Katodenplatte wird einen zentralen Katodenabschnitt besitzen, und die Öffnungen in der Platte können nahe der Ränder der Platte an Stellen angebracht sein, die der Position der Öffnungen in der rahnienartigen Dichtung entsprechen. Die Öffnungen sind vorzugsweise paarweise angeordnet, ein Paar auf einer Seite des Katodenabschnittes und ein Paar auf der gegenüberliegenden Seite des Katodenabschnittes.

Der Katodenabschnitt kann mit zahlreichen länglichen Gliedern versehen sein, die vorzugsweise senkrecht angeordnet sind, zum Beispiel in Form von Blenden oder Streifen, oder er kann eine durchbrochene Oberfläche aus Geflecht oder Streckmetall oder eine perforierte Oberfläche haben» Der Katodenabschnitt kann ein Paar im wesentlichen parallel zueinander angeordnete durchbrochene Oberflächen haben«

Der Katodenabschnitt der Katodenplatte kann mit einem überzug aus einem Material versehen sein, das die Wasserstoff-überspannung an der Katode reduziert, wenn die Elektrolysezelle für die Elektrolyse von wäßriger Alkalimetallchloridlösung eingesetzt wird. Derartige Überzüge sind im Fachgebiet bekannt·

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Die .Anodenplatte und Katodenplatte sind mit·Vorrichtungen zur Verbindung mit einer Energiequelle versehen. Beispielsweise können sie mit Verlängerungen versehen sein, die sich für die Befestigung an entsprechenden Sammelschienen eignen«

Es empfiehlt sich, daß die bodenplatten und die Katodenplatten flexibel sind, und daß sie vorzugsweise elastisch sind, da !Flexibilität und Elastizität die Herstellung lecksicherer Abdichtungen beim Einbau der Platten in eine Elektrolysezelle unterstützen.

Die Dicke der Anodenplatten und Katodenplatten, zumindest im Bereich der darin befindlichen Öffnungen, liegt am besten im Bereich von 0,5 mm bis 3 mm.

Bevorzugt wird, daß die Abmessungen der Anoden- und Katodenplatten in der Richtung des Stromflusses so sind, daß kurze Stromwege geschaffen werden, die wiederum geringe Spannungsabfälle in den Anoden- und Katodenplatten ohne Einsatz aufwendiger Stromführungsvorrichtungen gewährleisten. Eine bevorzugte Abmessung in der Richtung des Stromflusses liegt im Bereich von 15 bis 60 cm.

Die äußeren Abmessungen der Kationenaustauschmembran in der erfindungsgemäßen Elektrolyseselle können im wesentlichen die gleichen wie die der Anodenplatten, Katodenplatten und Dichtungen sein, wobei die Membran in diesem Falle mit vier öffnungen versehen sein wird, die in ihrer Anordnung den öffnungen in den Anoden-, Katodenplatten und Dichtungen entsprechen. Andererseits können die äußeren Abmessungen der Membran geringer als die der Anoden-, Katodenplatten und Dichtungen sein, wobei die Membran in diesem !'alle nicht mit darin befindlichen Öffnungen versehen sein wird, sondern in der Elektrolysezelle beispielsweise zwischen einem Paar Dichtungen in einer solchen Lage angebracht sein wird, daß sie die Off-

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nungen 121 den Rahmen der Dichtlingen nicht überlappt.

Die Beschaffenheit der Kationenaustauechmembran wird von dem in der Zelle zu elektrolysierenden Elektrolyten abhängen» Die Membran sollte gegenüber Zersetzung durch den Elektrolyten und die Elektrolyseprodukte beständig sein, und wenn eine wäßrige Lösung von Alkalimetallchlorid elektrolysiert werden soll, besteht die Membran am besten aus einem fluorhaltigen Polymermaterial, das Kationenaustauschgruppen, zum Beispiel SuIfonsäure-, Carbonsäure- oder Phosphorsäuregruppen oder Derivate davon oder ein Gemisch von zwei oder mehreren derartigen Gruppen enthält.

Derartige Kationenaustausclimembranen sind im Fachgebiet allgemein bekannt«. Geeignete Kationenaustauschmembranen sind die, die beispielsweise in den GB-PS 1.184.321, 1.402.920, 1.406.673, 1.4.55.070,. 1.497.748, 1.497.749, 1.518.387 und 1.531.068 beschrieben v/erden.

Die Elektrolysezelle wird mit Stirnplatten versehen sein, die entsprechend eine Anschlußanodenplatte und eine Anschlußkatodenplatte bilden.

Die Elektrolysezelle kann mit bis zu 50 oder mehr Anodenplatten, die mit 50 oder mehr Katodenplatten-abwechseln, ausgestattet sein, wobei eine Dichtung oder Dichtungen und eine Kationenaustauschmembran zwischen benachbarten Anodenplatten und Katodenplatten untergebracht sind»

Die durch die öffnungen in den Anodenplatten, den Katodenplatten und dem rahmenartigen Teil der Dichtungen gebildeten in Längsrichtung der Zelle verlaufenden Kammern können mit entsprechenden !al!tanks.· verbunden sein, aus denen Flüssigkeiten in die in Längsrichtung verlaufenden Kammern und dann in die Anoden- und Katodenkammem der Zelle geleitet werden

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können und denen die Elektrolyseprodukte aus den Anoden- und Katodenkammem über die in Längsrichtung der Zelle verlaufenden Kammern zugeführt werden können.

Die erfindungsgemäße Elektrolysezelle kann für die Elektrolyse verschiedenster Elektrolyten eingesetzt werden. Besonders eignet sie sich jedoch für die Elektrolyse einer wäßrigen Alkalirnetallchloridlösung, z. B. Hatriumchloridlösung. Bei der Elektrolyse von Hatriumchloridlösung wird die Lösung einer der in Längsrichtung der Zelle verlaufenden Kammern zugeführt und z. 3. über Kanäle, beispielsweise in den Wandungen der Dichtungen, in die Anodenkammern der Zelle befördert. Bei der Elektrolyse erzeugtes Chlorgas wird zusammen mit verdünnter Hatriumchloridlösung von den Anodenkammern, zum Beispiel durch Kanäle in den Wandungen der Dichtungen, zu einer anderen in Längsrichtung der Zelle verlaufenden Kammer'befördert.' Wasser oder verdünnte wäßrige Uatriumhydrosidlösung wird in eine in Längsrichtung der Zelle verlaufende Kammer geleitet und wird, zum Beispiel durch Kanäle in den Wandungen der Dichtungen, in die Katodenkammern der Zelle befördert« .Wasserstoff und konzentrierte Hatriurnhydrosidlösung, die während der Elektrolyse erzeugt wurden, werden aus den Katodenkairmiern, zum Beispiel durch Kanäle in den Wandungen der Dichtungen, zu einer anderen in Längsrichtung der-Zelle verlaufenden Kammer befördert.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird anschließend anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

!"ig· 1: eine isometrische Ansicht einer Elektrode zur Verwendung in der erfindungsgemäßen Elektrolysezelle;

Fig. 2: eine isometrische Ansicht einer rahmenartigen Dich-

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tung aus rahmenartigen Elementen aus elektrisch isolierendem Werkstoff;

Figo 3: eine Seitenschnittansicht im Aufriß einer Elektrode und eines Paares Dichtungen, von denen eine aus rahmenartigen Elementen aus elektrisch-isolierendem Werkstoff besteht;

Pig. 4 und Pig. 5: Seitenschnittansichten im Aufriß einer

Elektrode und eines Paares von Dichtungen, von denen jede rahmenartige Elemente aus elektrisch isolierendem Werkstoff enthält und

Pig« 6: eine isometrische auseinandergezogene Ansicht eines Teiles einer erfindungsgemäßen Elektrolysezelle.

Gemäß Pig. 1 besteht die metallische Elektrode 1 aus einem rahmenartigen Element 2, das eine zentrale öffnung 3 umgibt» Die zentrale Öffnung 3 wird durch eine Anzahl senkrecht angeordneter Streifen 4 überspannt, die an den oberen und unteren Seilen des rahmenartigen Elementes befestigt sind und parallel zur Ebene des rahmenartigen Elementes verlaufen und einen Abstand dazu aufweisen. Die Streifen sind auf beiden Seiten des rahmenartigen Elementes 2 angebracht. Die Streifen sind so angeordnet, daß sich ein Streifen auf der einen Seite gegenüber der Lücke zwischen zwei benachbarten Streifen auf der anderen Seite befindet«

Die metallische Elektrode 1 ist mit einer Verlängerung 5 versehen, an der ein entsprechender elektrischer Anschluß befestigt Y/erden kann· Wenn die Elektrode 1 als Anode verwendet werden soll, befindet sich die Verlängerung 5 an der unteren Kante des rahmenartigen Elementes 2, und Vieira die Elektrode 1 als Katode dienen soll, befindet sich die Verlängerung 5 an

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der gegenüberliegenden oberen Kante des rahmenartigen Elementes 2 ist mit einem Paar Öffnungen 6; 7₅ das sich an einer Seite der zentralen öffnung 3 befindet, und einem Paar öffnungen 8; 9, das sich an der gegenüberliegenden Seite der zentralen öffnung 3 befindet,. versehen, vTenn die Elektrode in einer Elektrolysezelle eingesetzt ist, bilden diese Öffnungen einen Teil der in Längsrichtung der Zelle verlaufenden Kammern, durch die Elektrolyt und andere Flüssigkeit zu den Anoden- und Katodenkammern der Zelle geleitet werden können und durch die die Elektrolyseprodukte aus den Anoden- und Katodenkammern der Zelle entfernt werden können, Das Metall der Elektrode wird in Abhängigkeit davon gewählt, ob sie als eine Anode oder als eine Katode verwendet wird und je nach der Beschaffenheit des Elektrolyten, der in der Elektrolysezelle verwendet werden soll«

In Fig. 2 besteht die Dichtung 9a aus einem rahmenartigen Teil 10, das eine zentrale Öffnung 11 bildet. Das rahmenartige Teil 10 ist mit einem Paar öffnungen 12; 13 an einer Seite der zentralen öffnung 11 versehen sowie einem Paar öffnungen 14; 15 an der gegenüberliegenden Seite der zentralen öffnung 11. Wenn die Dichtung in eine Elektrolysezelle eingesetzt Yfurde, bilden diese Öffnungen einen Teil der in Längsrichtung der Zelle verlaufenden Kammern, durch die Elektrolj-t und andere Flüssigkeit zu den Anoden- und Katodenkammern der Zelle geführt werden können und durch die die Elektrolyseprodukte aus den Anoden- und Katodenkammern der Zelle entfernt werden können. Die öffnungen 12; 15 sind auch mit hochstehenden rahmenartigen Elementen I6j 17 versehen, die um die öffnungen herum angeordnet sind und von der Ebene der rahmenartigeh Dichtung bevorstehen und so beschaffen sind, daß sie in die öffnungen 6; 9 der Metallelektrode passen, wenn diese in die Elektrolysezelle eingesetzt wurde. Die hochstehenden rahmenartigen Elemente 16; 17 sorgen für die geforderte elektrische Isolierung in der Elektrolysezelle zwischen den

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in Längsrichtung der Zelle verlaufenden sum Teil durch die öffnungen 6; 7; 8; 9 in der Elektrode gebildeten Kammern, Die hochstehenden rahinenartigen Elemente 16; 17 sind mit der Dichtung 9a als Ganzes ausgeführt und können zum Beispiel durch Formpressen eines geeigneten elektrisch isolierenden thermoplastischen Polymerisat eria Is hergestellt werden. Y/enn die Elektrolysezelle Dichtungen des in Pig. 2 gezeigten Typs enthält, dann wird sie auch ähnliche Dichtungen aufweisen, in denen die hochstehenden rahmenartigen Elemente 16; 17 um die Öffnungen 13; 14 der Dichtung herum angeordnet sind.

Pig. 3 zeigt den Einbau einer Elektrode und eines Paares Dichtungen in die Elektrolysezelle. Das Bauteil besteht aus einer Elektrode 18 mit vier Öffnungen 19; 20(zwei werden nicht gezeigt), einer rahmenartigen Dichtung 21 mit vier öffnungen 22; 23 (zwei werden nicht gezeigt) und einer zweiten rahmenartigen Dichtung 24 mit vier öffnungen 25; 26 ('zwei werden nicht gezeigt). Die rahmenartige Dichtung 24 weist zwei hochstehende rahmenartige Elemente 27 (eines wird nicht gezeigt) auf, die von der Ebene der Dichtung 24 hervorstehen Lind in den Öffnungen 19, (eine wird nicht gezeigt) der Elektrode 18 angebracht sind und mit der Oberfläche der Dichtung 21 in Berührung stehen, um eine lecksichere Abdichtung zu bilden. In dem Bauteil von Pig. 3 ist die Y.erlängeriing an der Elektrode (siehe 5 von Pig, 1) für den elektrischen Anschluß weggelassen worden.

Pigο 4 zeigt einen alternativen Einbau einer Elektrode und eines Dichtungspaares in der Elektrolysezelle. Wie in Pig. besteht das Bauteil, aus einer Elektrode 18 mit vier Öffnungen 19; 20 (zwei werden nicht gezeigt). Das Bauteil'"'hat eine rahmenartige Dichtung 28 mit vier öffnungen 29, 30 (zwei werden nicht gezeigt) und zwei hochstehenden rahinenartigen Elementen 31 (eines wird nicht gezeigt), die' von der Ebene der Dichtung 28 hervorstehen und in den öffnungen 19, (eine

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wird nicht gezeigt) der Elektrode 18 untergebracht sind. Das Bauteil hat auch eine zweite rahmenartige Dichtung 32 mit vier Öffnungen 33; 34 (zwei werden nicht gezeigt) und zwei hochstehenden rahmenartigen Elementen 35 (eines wird nicht gezeigt), die von.der Ebene der Dichtung 32 hervorstehen und in den Öffnungen 19 (eine wird nicht gezeigt) der Elektrode 18 untergebracht sind. In dem Bauteil stehen die hochstehenden von der Ebene der Dichtungen 28j 32 hervorstehenden rahmenartigen Elemente.31; 35 zur Bildung einer lecksicheren Abdichtung miteinander in Berührung»

Fig. 5 zeigt eine Modifikation der Ausführungsfom von Pig. 4> bei der die rahmenartige Dichtung 36 vier hochstehende, aus der Ebene der Dichtung 36 hervorstehende rahmenartige Elemente 37, 38 (zwei werden nicht gezeigt) hat, und bei der die rahmenartige Dichtung 39 vier hochstehende, aus der Ebene der Dichtung 39 hervorstehende rahmenartige Elemente 40, 41 (zwei werden nicht gezeigt) aufweist. 3ei dieser Ausführungsform sind hochstehende aus den Oberflächen der Dichtungen hervorstehende rahmenartige Elemente in allen vier Öffnungen in der Elektrode untergebracht, die einen Teil der in Längsrichtung der Zelle verlaufenden Kammern bilden.

Die Ausführungsform von 3?ig» 6 zeigt einen Teil der erfindungsgemäßen Elektrolysezelle und sie weist eine Katode 42, eine Dichtung 43, eine Kationenaustauschmembran 44, eine Dichtung 45, eine Anode 46, eine Dichtung 47, eine Kationenaus tauschmembran 48 und eine Dichtung 49 auf. Die Katode 42 ist mit zahlreichen senkrecht angebrachten Streifen 50 an beiden Seiten der Katode und vier Öffnungen 51; 52; 53; 54 und einer für den elektrischen Anschluß geeigneten Verlängerung 55 versehen. Die Dichtung 43 hat eine zentrale Öffnung 56 und vier Öffnungen 57; 58; 59 (eine wird nicht gezeigt) und zwei hochstehende rahmenartige Elemente 60; 61, die aus der Ebene der Dichtungsoberfläche hervorstehen» Die Dichtung

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45 ist eine ebene Dichtung und ist mit einer zentralen öffnung 62, vier öffnungen 63, 64, 65 (eine wird nicht gezeigt) sowie zv/ei in den Wandungen der Dichtung vorhandenen Kanälen 66; 67 versehen, bei denen es sich um Verbindungskanäle zwischen der zentralen Öffnung 62 und jeweils den Öffnungen 63; 65 handelt. Die Anode 46 weist eine ähnliche Ausführung wie die Katode 42 auf, nur daß sich die Verlängerung für den elektrischen Anschluß an der unteren Kante der Anode befindet und nicht gezeigt wird» Die Dichtung 47 weist eine ähnliche Ausführung wie die Dichtung 43 auf, mit dem Unterschied, daß die hochstehenden, aus der Ebene der Dichtungsoberfläche hervorstehenden rahmenartigen Elemente 68 (eines wird nicht gezeigt) um die Öffnnungen 69 (eine wird nicht gezeigt) in der Dichtung 47 in einer anderen Position als die in Dichtung 43» um die rahmenartige Elemente angeordnet sind, angebracht sind. Die Dichtung 49 weist eine ähnliche Ausführung wie Dichtung 45 auf, mit dem Unterschied, daß die in Dichtung 49 in den Wandungen der Dichtung vorhandenen Kanäle 70 (einer wird nicht gezeigt) Verbindungskanäle zwischen der zentralen Öffnung 71 und den öffnungen in der Dichtung 72 (eine wird nicht gezeigt) bilden, die eine andere Position als diejenigen in der Dichtung 45, die mit der zentralen öffnung 62 in der Dichtung 45 in Verbindung stehen, haben.

In der Elektrolysezelle bilden die Dichtungen 45 und 47 und die Anode 46 zusammen eine Anodenkammer der Zelle, -wobei die Kammer durch die Katione'naustauschmembraiien 44, 48 begrenzt wird. Ähnlich werden die Katodenkammern der Zelle durch die Katode 42, Dichtung 43 und eine (nicht gezeigte) Dichtung der Art wie 49» die neben der Katode 42 angeordnet ist, gebildet, wobei die Katodenkammer gleichfalls durch zwei Kationene-ustauschmembranen begrenzt wird. In der montierten Zelle v/erden die Kat ion enaus t aus chme rnbran en durch Dichtungen an beiden Seiten jeder Membran in ihrer Lage festgehalten.

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Aus Gründen der Deutlichkeit zeigt die Ausführungsform von Pig. 6 keine Stirnplatten für die Zelle, die natürlich einen Teil der Zelle bilden,. sowie auch keine Mittel, z. B. Bolzen, die vorhanden sind, um die Elektroden und Dichtungen in einem lecksicheren Bauteil.aneinander zu befestigen. Wie oben beschrieben, enthält die Zelle zahlreiche Anoden und Katoden. Die Zelle ist auch mit (nicht gezeigten) Falltanks versehen, aus denen Elektrolyt in'die in Längsrichtung der Zelle verlaufende Kammer, von welcher die öffnung 51 der Katode 42 einen Teil bildet, und dann durch einen in der Wandung der Dichtung 45 befindlichen Kanal 66 zu der Anoden-Kammer der Zelle geleitet werden kann, und zu denenJSlektrolyseprodukte von den Anodenkammern der Zelle über Kanal 67 in den Wandungen der Dichtung 45 und über die in Längsrichtung der Zelle verlaufende Kammer, von welcher die Öffnung 54 in der Katode 42 einen Teil bildet, geleitet werden können.

Ähnlich ist auch die Zelle mit (nicht gezeigten) Falltanks versehen, aus denen Flüssigkeit, z» B, Wasser, in die in Längsrichtung der Zelle verlaufende Kammer, von der die öffnung 53 in der Katode 42 einen Teil bildet, und dann durch einen (nicht gezeigten) Kanal in der Wandung der Dichtung zu der Katodenkammer der Zelle geleitet v/erden kann, und zu denen 'Elektrolyseprodukte von den Katodenkammern der Zelle durch Kanal 70 in der Wandung der Dichtung 49 und durch die in Längsrichtung der Zelle verlaufende Kammer, von welcher die öffnung 52 in der Katode 42 einen Teil bildet, befördert werden können.

Claims

1* Elektrolyseseile vom Filterpressentyp, bestehend aus: zahlreichen, abwechselnd angeordneten metallischen Anodenplatten "und metallischen Katodenplatten, einer im wesentlichen hydraulisch undurchlässigen Kationen-austauschmembran und einer rahmenartigen Dichtung aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff zwischen jeder benachbarten Anodenplatte und Katodenplatte zur Bildung zahlreicher getrennter Anodenkammem und KstodenkaEmem in der Zelle, wobei sich in den Anodenplatten, Katodenplatten und Dichtungen jeweils vier öffnungen befinden, die in der Zelle zusammen vier getrennte Kammern in Längsrichtung der Zelle bilden, aus denen Flüssigkeiten jeweils zu den Anoden- und Katodenkanmem der Zelle geleitet werden können und durch die die Elektrolyseprodukte jeweils aus den Anoden- und Katodenkammern der Zelle entfernt werden können, gekennzeichnet dadurch, daß zur elektrischen Isolierung der in Längsrichtung der Zelle verlaufenden Kammern, von denen aus Flüssigkeit au den Anodenkamrnern der Zelle zugeführt und durch die Elektrolyseprodukte aus diesen entfernt werden, von den in Längsrichtung der Zelle verlaufenden Kammern, von denen aus Flüssigkeiten zu den Katodenkammem der Zelle zugeführt und durch die Elektrolyseprodiikte aus diesen entfernt v/erden, in wenigstens einige der in den metallischen-Anodenplatten und Katodenplatten befindlichen Öffnungen und um deren Ränder rahmenartige Elemente aus elektrisch isolierendem Werkstoff eingesetzt sind«

^!-2. Elektrolysezelle nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß in den vier öffnungen in jeder Anodenplatte und jeder Katodenplatte jeweils ein rahinenartiges Element aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff untergebracht ist»

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3· Elektrolysezelle nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch^ daß in den beiden öffnungen in jeder der Anodenplatten, die in der Elektrolysezelle einen Teil der in Längsrioh-. tung der Zelle verlaufenden Kammern bilden, die mit den Anodenkammern der Zelle in Verbindung stehen, rahmenartige Elemente aus elektrisch isolierendem Werkstoff untergebracht sind, und daß in den beiden öffnungen in jeder der Katodenplatten, die in der Elektrolysezelle einen !Teil der in Längsrichtung der Zelle angeordneten Kammern bilden, die mit den Katoaenkammem der Zelle in Verbindung stehen, rahmenartige Elemente aus elektrisch isolierendem Werkstoff untergebracht sind«

4. Elektrolysezelle nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß in den beiden Öffnungen in jeder der Anodenplatten, die in der Elektrolysezelle einen Teil der in Längsrichtung der Zelle verlaufenden Kammern bilden, die mit den Anodenkammern der Zelle nicht in Verbindung stehen, rahmenartige Elemente aus elektrisch isolierendem Werkstoff untergebracht sind, und daß in den beiden Öffnungen in den Katodenplatten, die in der Elektrolysezelle einen Teil der in Längsrichtung der Zelle verlaufenden Kammern bilden, die mit den Katodenkammern der Zelle nicht in Verbindung stehen, rahmenartige Elemente aus elektrisch isolierendem Werkstoff untergebracht sind»

5. Elektrolysezelle nach einem der Punkte 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß die rahmenartigen Elemente aus elektrisch isolierendem Werkstoff elastisch sind*

6· Elektrolysezelle nach einem der Punkte 1 bis 5₃ gekennzeichnet dadurch, daß die vier Öffnungen in der Dichtung, die in der Elektrolysezelle einen Teil der in Längsrichtung der Zelle verlaufenden Kammern bilden, paarweise, an gegenüberliegenden Seiten einer zentralen öffnung in der

7« Elektrolysezelle nach einem der Punkte 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß die Dichtung elastisch ist»

8. Elektrolysezelle nach einem der Punkte 1 bis 7> gekennzeichnet dadurch, daß die rahmenartigen Elemente von der Oberfläche der Dichtung hochstehen und eine einheitliche Ausführung aufweisen.

9. Elektrolysezelle nach Punkt 8, gekennzeichnet dadurch, daß das von der Oberfläche der Dichtung hochstehende rahmenartige Element eine Dicke hat, die zumindest gleich der Dicke des Teiles der Anodenplatte oder Katodenplatte ist, in der die rahmenartigen Elemente untergebracht sind«

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Dichtung angeordnet sind«

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Erfindunersanspruch

10. Elektrolysezelle nach Punkt 8, gekennzeichnet dadurch, daß die Dicke der von der Oberfläche der Dichtung hochstehenden rahmenartigen Elemente geringer als die Dicke des Teiles der Anodenplatte oder Katodenplatte ist, in dem die rahmenartigen Elemente untergebracht sind, und daß Dichtungen auf gegenüberliegenden Seiten der Anodenplatte oder Katodenplatte so angebracht sind, daß die rahmenartigen Elemente auf den Oberflächen beider Dichtungen, in den Öffnungen in der Anodenplatte oder Katodenplatte untergebracht sind und darin miteinander zusammenwirken .

Hierzu 3 Seiten Zeichnung