DD270934A5

DD270934A5 - Elektrolytische zelle

Info

Publication number: DD270934A5
Application number: DD87308709A
Authority: DD
Inventors: Colin Brereton
Original assignee: ��@��@��@��k��
Priority date: 1986-11-07
Filing date: 1987-11-05
Publication date: 1989-08-16
Also published as: FI874921A0; IN172211B; JPS63134685A; GB8626629D0; EP0266948A1; FI874921A7; US4851099A; FI874921L; GB8724650D0; ZA878028B; KR880006385A; AU588715B2; AU8087587A

Abstract

Elektrolytische Zelle, welche eine Vielzahl von Anoden und Kathoden aufweist, und einen Separator, welcher zwischen jeder Anode und ihrer benachbarten Kathode angeordnet ist, um eine Vielzahl von Anodenkammern und Kathodenkammern zu bilden, in welcher ein Barriereelement in einem oberen Teil der Zelle zwischen einer Anode und ihrem benachbarten Separator oder zwischen einer Kathode und ihrem benachbarten Separator angeordnet ist, welches beim Betrieb der Zelle den Separator gegen eine Beruehrung mit einem gasfoermigen Erzeugnis der Elektrolyse abschirmt, welches sich in einem oberen Teil der Anodenkammer oder in einem oberen Teil der Kathodenkammer ansammeln kann. Der Separator kann eine Ionenaustausch-Membran sein und das Barriereelement schuetzt den Separator vor einem chemischen Angriff durch gasfoermige Erzeugnisse der Elektrolyse. Fig. 9

Description

Elektrolytische Zelle Anwendungsgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht eich auf eine elektrolytische Zelle» und insbesondere auf eine elektrolytieche Zelle des Typs« welcher eine Vielzahl von Anoden und Kathoden aufweist« wobei jede Anode von der benachbarten Kathode durch einen Separator getrennt ist, welche Separatoren« die elektrolytische Zelle in eine Vielzahl von Anodenkamraern und Kathodenkammern unterteilen»

Die elektrolytische Zelle kann vom Diaphragmatyp sein« oder vom Ionenaustauschmenbranen-Typ· Bei der Zelle vom Diaphragmatyp sind die Separatoren« welche zwischen den benachbarten Anoden und Kathoden angeordnet sind« mikroporös und hydraulisch durchlässig und bei der Verwendung tritt der Elektrolyt durch die Diaphragmen von den Anodenkammern zu den Kathodenkammern der Zelle hindurch· Bei einer Zelle vom Membranentyp sind die Separatoren im wesentlichen hydraulisch undurchlässig, aber ionenpermselektiv und bei der Verwendung werden spezielle Ionen durch die Membranen zwischen den Anodenkammern und den Kathodenkammern der Zelle hindurchtransportiert·

Die elektrolytische Zelle entsprechend der vorliegenden Erfindung ist besonders gut für die Verwendung bei der Elektrolyse eines Elektrolyten geeignet« bei welchem als ein Ergebnis der Elektrolyse ein gasförmiges Erzeugnis herge-

stellt wird.

Wenn zum Beispiel eine wäßrige Lösung eines Alkalimetallchloride in einer elektrolytiechen Zelle dee Diaphragma· type elektrolysiert wird, wird die Lösung zu den Anodenkammern der Zelle zugeführt« gasförmiger Chlor« welcher bei der Elektrolyse hergestellt wird, wird aus den Anodenkammern der Zelle entnommen« die Alkalimetallchlorid-Lösung tritt durch die Diaphragmen hindurch und gasförmiger Wasserstoff und Alkalimetallhydroxid, welche bei der Elektrolyse hergestellt werden, werden aus den Kathodenkammern entnommen, wobei das Alkalimetallhydroxid in der Form einer wäßrigen Lösung des Alkalimetallchlorids und von Alkalimetallhydroxid entnommen wird. W~. . eine wäßrige Alkalimetallchlorid-Lösung in einer elektrolytischen Zelle vom Membranentyp· welche Kationen-Auetausch-Membranen enthält« elektrolysiert wird, wird die Lösung zu den Anodenkammern der Zelle zugeführt und gasförmiger Chlor, welcher bei der Elektrolyse hergestellt wird, und erschöpfte Alkalimetallchlorid-Lösung werden aus den Anodenkammern entnommen, Alkalimetallionen werden durch die Membran hindurch zu den Kathodenkammern der Zelle transportiert, zu welchen Wasser oder frische Alkalimetallhydroxid-Lösung zugeführt werden kann, und gasförmiger Wasserstoff und Alkalimetallhydroxid-Lösung, welche durch die Reaktion der Alkalimetallionen mit dem Waeeer hergestellt wird, werden aus den Kathodenkammern der Zelle entnommen«

Die elektrolytische Zelle entsprechend der vorliegenden Erfindung kann vom Filterpressentyp sein, welcher eine große Anzahl von abwechselnd angeordneten Anoden und Kathoden enthält, zum Beispiel fünfzig Anoden, abwechselnd mit fünf-

zig Kathoden« obwohl die Zelle durchaus mehr Anoden und Kathoden aufweisen kann« zum Beispiel bis zu eini.'jndertfünfzig abwechselnd angeordnete Anoden und Kathoden.

Die Zelle kann vom monopoleren Typ sein oder vom bipolaren. Die elektrolytisch^ Zelle entsprechend der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht auf Zellen vom Filterpressentyp beschränkt» obwohl sie insbesondere dazu ausgelegt ist« Probleme zu Oberwinden« welches im Zusammenhang mit olektrolyti8chen Zellen dieses Type auftreten.

Obwohl die vorliegende Erfindung auch für elektrolytische Zellen anwendbar ist« welche ein hydraulisch durchlässiges Diaphragma als Separator enthalten« ist sie insbesondere dazu ausgelegt ein Problem zu überwinden« welches im Zusammenhang mit elektrolytischen Zellen auftritt« bei welchen der Separator eine Ionenauetauschmembran ist.

Das im vorangegangenen erwähnte Problem kann am besten unter Bezugnahme auf eine elektrolytIsche Zelle vom Ionenaustauschmembranen-Typ beschrieben werden« mit welcher eine wäßrige Lösung eines Alkalimetallchlorids elektrolysiert werden soll. Die elektrolytische Zelle kann natürlich auch zur Elektrolyse anderer Elektrolyten Verwendung finden.

Eine derartige elektrolytische Zelle kann eine Vielzahl abwechselnd angeordneter Anoden und Kathoden enthalten« wobei im Falle einer monopolaren Zelle zwischen jeder Anode und ihrer benachbarten Kathode eine Kationenaustausch-Membran angeordnet ist« und im Falle einer bipolaren Zelle eine Kationenauetauechmembran zwischen einer Anode einer bipolaren Elektrode und einer Kathode einer benachbarten bipolaren

Elektrode angeordnet ist, wodurch die Zelle in eine Vielzahl von separaten Anödenkammern und Kathodenkammern unterteilt wird.

Die Anoden« Kathoden und Membranen sind im allgemeinen im wesentlichen vertikal angeordnet· Die Zelle kann mit einem Vorratsbehälter ausgerüstet sein« durch welchen eine wäßrige Alkalimetallchlorid-Lösung zu den Anodenkammern zugeführt wird« und mit einem Vorratsbehälter, durch welchen Wasser oder frische wäßrige Alkalimetallhydroxid-Lösung zu den Kathodenkaromern zugeführt wird.

Diese Vorratsbehälter sind im allgemeinen derart angeordnet« daß die Lösungen zu einem unteren Teil der Anodenkammern und Kathodenkammern zugeführt werden« zum Beispiel in der Nähe der Grundfläche der Kammern« Die Zelle kann mit einem Vorräte behälter ausgerüstet sein, durch welchen die Erzeugnisse der Elektrolyse, das sind Chlorgas und erschöpfte Alkalimetallchlorid-Lösung aus den Anodenkammern entnommen werden können und mit einem Vorratsbehälter, aus welchen die Erzeugnisse der Elektrolyse, das sind Wasserstoff gas und wäßrige AlkalimetallhydroxidrLösung, aus den Kathodenkammern entnommen werden können·

Da die gasförmigen Erzeugnisse der Elektrolyse, das sind Chlor und Wasserstoff, zum oberen Teil der Anodenkammern beziehungsweise Kathodenkamnern aufsteigen, werden diese Vorratsbehälter im allgemeinen derart angeordnet sein, daß die Erzeugnisse der Elektrolyse aus einem oberen Teil der Kammern entnommen werden können, zum Beispiel an einer Position an oder in der Nähe des oberen Endes dor Kammern·

In Wirklichkeit können die Vorratsbehälter oberhalb der Anodenkammern und Kathodenkanmern angeordnet sein« derart« daß die Erzeugniese der Elektrolyse sich nach oben und nach außerhalb der Kammern und in die Vorratsbehälter hinein bewegen« wobei die Aufwärtsbewegung durch die Auftriebewirkung unterstützt wird« welche durch die gasförmigen Chlor und Wasserstoff hervorgerufen wird·

Obwohl die Vorratsbehälter für die Entnahme der Erzeugnisse der Elektrolyse oberhalb der Anodenkammern und Kathodenkammern angeordnet sein können« ist es gelegentlich der Fall« daß ein gasförmiges Erzeugnis der Elektrolyse nicht geeignet schnell entnommen werden kann« um zu vermeiden« daß sich das gasförmige Erzeugnis im oberen Teil der Anodenkammer oder der Kathodenkammer ansammelt· Dieses ist insbesondere dann der Fall« wenn gasförmige Erzeugnisse sehr schnell erzeugt werden« das heißt« wenn die elektrolytische Zelle mit einer hohen Stromdichte betrieben wird.

So ist es zum Beispiel in dem Fall« in dem eine wäßrige Alkalimetallchlorid-Lösung elektrolysiert wird« oft der Fall« da3 Chlorgas« zum Beispiel in der Form eines Schaumes von gasförmigem Chlor und Alkalimetallchlorid-Lösung« sich in dem oberen Teil der Anodenkammern der Zelle ansammelt. Das ist speziell der Fall bei elektrolytischen Zellen vom Filterpressentyp« bei denen die Anodenkammern und Kathodenkammern verhältnismäßig dicht beieinander liegen«

Dieser gasförmige Chlor stellt ein Problem dar« welches schwierig zu vermeiden ist* Der Chlor ist korrosiv« insbesondere dann« wenn er in der Form eines Schaumes auftritt« wie es beschrieben wurde und wenn eine Tasche gasförmigen

Chlors* welche eich im oberen Teil der Anodenkammer gebildet hat« mit einer Kationenaustauschmembran in Berührung kommt» kann ein chemischer Angriff auf die Membran ausgelöst werden« derart« daß die Membran schnell unbrauchbar wird« selbst dann« wenn die Membran aus einem Perfluorpolymer hergestellt ist« was ein Typ ist« welcher als stabil angesehen wird«

Es wird aus diesem Grunde erforderlich, die Membran in kürzeren Zeitintervallen auszutauschen« als dieses ansonsten erforderlich wäre«

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrolytische Zelle« welche derart aufgebaut ist« daß die Auswirkungen des im vorangegangenen beschriebenen Problems wesentlich verringert oder sogar beseitigt wird. Es gibt viele frühere Beschreibungen von elektrolytischen Zellen« welche eine Kationenaustauechmembran aufweisen und die dem Filterpressentyp entsprechen.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

So ist in der GB-Patentbeschreibung 1503799 eine bipolare elektrolytische Zelle des Filterpress' ntyps beschrieben« welche eine Vielzahl von senkrecht angeordneten Trennwänden aufweist« die aus einer Titanplatte und einer Eisenplatte bestehen« welche im Explosionsschweißverfahren miteinander verbunden wurden« und welche die Zelle in eine Vielzahl von Anodenkammern und Kathodenkammern unterteilen; eine Titananode, welche elektrisch mit jeder Titanplatte verbunden ist; eine Eisenkathode, welche elektrisch mit jeder Eisenplatte verbunden ist; eine Kationenaustauschmembran« welche

zwischen jeder Anode und benachbarten Kathode angeordnet ist; ZuiChrungsöffnungen am Boden der Zelle« zur Zuführung des Elektrolyten zu den Anodenkaminern und Kathodenkammern der Zelle und Aueleitungeöffnungen an der oberen Seite der Zelle zur Entnahme der Erzeugnisse der Elektrolyse aus den Anödenkammern und Kathodenkammern.

In der europäischen Patentbeschreibung 45148 ist eine monopolare elektrolytieche Zelle vom Filterpressentyp beschrieben« welche eine Vielzahl von senkrecht angeordneten Anoden und Kathoden aufweist« mit Dichtungen aus einem elektrisch isolierendem Material und eine Kationenauetau8chmembran« welche zwischen jeder Anode und ihrer benachbarten Kathode angeordnet ist« wobei sie jede Anode von ihrer benachbarten Kathode elektrisch isoliert und außerdem die Zelle in eine Vielzahl von Anodenkammern und Kathodenkammern unterteilt.

Die Anoden und die Kathoden haben jede eine e!*tive Oberfläche« welche eine Vielzahl von im Abstand zueinander angeordneten Streifen aufweisen, welche parallel zu einem Tragelement« aber versetzt zu diesem angeordnet sind und die Vorratsbehälter« durch welche der Elektrolyt zu der Zelle zugeführt und durch welche die Erzeugnisse der Elektrolyse von den Anodenkammern und den Kathodenkammern entnommen werden« sind als öffnungen in den Anoden« Kathoden und Dich· tungen ausgebildet, welche in der Zelle miteinander zusammenwirken« um die Vorratsbehälter zu bilden.

Ziel der Erfindung Ziel der Erfindung ist ee« die Mängel der bekennten tech-

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niechen Lösungen zu Oberwinden· Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es ι eine elektrolytisch^ Zelle zu schaffen« die gegen chemische Angriffe durch ihre gasförmigen Erzeugnisse geschützt ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung eine elektrolytische Zelle« welche eine Vielzahl in wesentlichen vertikal angeordneter Elektroden und je einen Separator aufweist« welcher Jeweils zwischen benachbarten Paaren von Elektroden angeordnet ist und dadurch die Zelle in eine Vielzahl getrennter Elektrodenkammern unterteilt« in welchen ein Barriereelement im oberen Teil einer Elektrodenkammer zwiechen einer Elektrode und einem benachbarten Separator angeordnet ist« derart, daß das Barriere-' element beim Betrieb der elektrolytischen Zelle den Separa tor gegen eine Berührung mit einem gasförmigen Erzeugnis der Elektrolyse abschirmt« welches eich in einem oberen Teil der Elektrodenkammer ansammeln kann»

Die elektrolytische Zelle entsprechend der Erfindung kann eine elektrolytische Zelle sein« welche eine Vielzahl von im wesentlichen senkrecht angeordneten Anoden und Kathoden aufweist« sowie einen Separator, welcher zwischen jeder Anode und benachbarten Kathode angeordnet ist, und dadurch die Zelle in eine Vielzahl Anodenkammern und Kathodenkammern unterteilt« in welchen ein Barriereelement im oberen Teil einer Anodenkammer der Zelle zwischen einer Anode und einem benachbarten Separator angeordnet ist oder im oberen Teil einer Kathodenkammer der Zelle zwischen einer Kathode

und dem benachbarten Separator derart, daß das Barriereelement beim Betrieb der elektrolytischen Zelle den Separator gegen eine Berührung mit einem gasförmigen Erzeugnis der Elektrolyse abschirmt, welches sich in einen oberen Teil der Anodenkammer oder in einem oberen Teil der Kathodenkammer ansammeln kann.

Die elektrolytische Zelle entsprechend der vorliegenden Erfindung kann eine monopolare Zelle sein, welche eine Vielzahl von abwechselnd angeordneten Anoden und Kathoden aufweist, wobei ein Separator zwischen jeder Anode und ihrer benachbarten Kathode vorgesehen ist, oder sie kann eine bipolare Zelle sein, welche eine Vielzahl von bipolaren Elektroden aufweist, von denen eine Oberfläche als Anode arbeitet und die entgegengesetzte Oberfläche als eine Kathode arbeitet, und in welcher ein Separator zwischen einer Anode der einen bipolaren Elektrode und einer Kathode einer benachbarten bipolaren Elektrode angeordnet ist.

In einer elektrolytischen Zelle sind die Anoden und Kathoden im wesentlichen senkrecht angeordnet. Es ist aber nicht erforderlich, daß die Ai<c^^en und Kathoden präzise senkrecht angeordnet sind. Allee was erforderlich ist, ist, daß die Anoden und Kathoden derart angeordnet sind, daß beim Betrieb der Zelle ein gasförmiges Erzeugnis zum oberen Teil einer Anodenkammer oder zum oberen Teil einer Kathodenkammer aufsteigen kann, und aus diesem Grunde können die Anoden und Kathoden auch derart angeordnet sein, daß sie um einen wesentlichen Winkel gegenüber einer senkrechten Anordnung geneigt sind* Die Anoden und Kathoden dürfen jedoch nicht horizontal angeordnet werden.

Beim Betrieb der Zelle kann eich ein gasförmiges Erzeugnis der Elektrolyse in einem oberen Teil einer Elektrodenkammer der Zelle ansammeln« welche eine Anodenkammer oder eine Kathodenkammer sein kann* Mit dem Ziel« den Separator gegen die gasförmigen Erzeugnisse in der Elektrodenkammer abzuschirmen« erstreckt sich das Barrioreeleraent vorzugsweise Ober die volle Breite der Kammer.

Die Tiefe des Barriereelements ist von der Menge der gasförmigen Erzeugnisse in der Elektrodenkammer abhängig und vom Pegel der Flüssigkeit in der Elektrodenkammer* Obwohl der Pegel der Flüssigkeit in der Elektrodenkammer nicht mit Sicherheit präzise bestimmt werden kann« weil teilweise ein Teil des gasförmigen Erzeugnisses in der Form eines Schaumes vorhanden ist« weichen die Flüssigkeit in der Elektrodenkammer bildet« weist das Barriereelement vorzugsweise eine ausreichende Tiefe auf, derart« daß es den Separator im wesentlichen gegen die Gesamtheit der gasförmigen Erzeugnisse abschirmt« welche sich in einem oberen Teil der Elektrodenkammer ansammeln können. Es ist unmöglich, einen präzisen Wert für diese bevorzugte Tiefe des Barriereelements anzugeben« da die Menge der gasförmigen Erzeugnisse, welche sich in der Elektrodenkammer ansammeln von einer Anrtahl Faktoren abhängig ist, einschließlich verschiedener Konstruktionsmerkmale der Zelle und von der Rate mit welcher das gasförmige Erzeugnis hergestellt wird.

Die bevorzugten Merkmale des Barriereelementes, welches im vorangegangenen im Hinblick auf ein Barriereelement beschrieben wurde, welches zwischen einer Elektrode und einem benachbarten Separator angeordnet ist, sind sowohl auf ein Barriereelement anwendbar, welches zwischen einer Anode

und einem benachbarten Separator angeordnet ist« als auch auf ein Barriereelement« welches zwischen einer Kathode und einem benachbarten Separator angeordnet ist. Tatsächlich kann die elektrolytische Zelle ein Barriereelement aufweisen« welches zwischen einer Anode und einem benachbarten Separator angeordnet ist und ein Barriereelement, welches zwischen einer Kathode und einem benachbarten Separator angeordnet ist« Ob eine derartige Anordnung eines Barriereelements wünschenswert oder erforderlich ist« oder nicht, hängt von den Eigenschaften des gasförmigen Erzeugnisses der Elektrolyse ab. Zum Beispiel wird in einer elektrolytischen Zelle, in welcher eine wäßrige Alkalimetallchlorid-Lösung elektrolyeiert wird, in der Anodenkammer der Zelle, korrosiver gasförmiger Chlor erzeugt und es ist ein Barriereelement wünschenswert oder sogar erforderlich, welches zwischen der Anode und dem benachbarten Separator im oberen Teil der Anodenkammer der Zelle angeordnet ist« mit dem Ziel, den Separator gegen eine Berührung mit dem korrosiven Chlorgas abzuschirmen. Auf der anderen Seite wird in einer derartigen Elektrolyse in den Kathodenkammern der Zelle gasförmiger Wasserstoff erzeugt, welcher nicht korro- Qi. ist, und in diesem Falle ist es nicht erforderlich, ein Barriereelement zwischen einer Kathode und einem benachbarten Separator im oberen Teil einer Kathodenkammer der Zelle anzuordnen« Die Kathodenkammer kann jedoch derartige Barriereelemente enthalten.

Es ist offensichtlich, daß durch dieses Vorhandensein eines Barriereelementes der Separator gegen eine Berührung mit gasförmigen korrosiven Erzeugnissen der Elektrolyse abgeschirmt wird, was zum Ergebnis hat, daß die aktive Lebensdauer des Separators länger ist als sie es ansonsten gewe-

sen wäre«

Die Erfindung ist insbesondere auf elektrolytische Zellen vom Filterpressentyp anwendbar. Eine elektrolytische Zelle dieses Typs kann zum Beispiel eine Vielzahl von Anoden« Kathoden und rahmenförmigen Dichtungen aus einem elektrisch isolierenden Material aufweisen« in welchem die Anoden und die Kathoden in Aussparungen dieser rahmenförmigen Dichtungen angeordnet sind« oder alternativ dazu können die rahmenförmigen Dichtungen zwischen jeder Anode und der benachbarten Kathode angeordnet sein und dadurch jede Anode von der benachbarten Kathode elektrisch isolieren* Die rahmenförmige Dichtung kann eine zentrale Öffnung aufweisen und das Barriereelement kann über die zentrale Öffnung angeordnet sein, derart« daß in der Zelle das Barriereelement im oberen Teil der Zelle zwischen einer Elektrode und einem benachbarten Separator angeordnet ist*

Das Barriereelement kann in die Dichtung integriert sein« derart« daß es einstückig mit der Dichtung ausgebildet ist. Alternativ dazu kann das Barriereelement an der Dichtung befestigt sein, zum Beispiel mit Hilfe eines Klebers.

Die Dichtungen in der elektrolytischen Zelle sind aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt. Es ist wünschenswert« daß die Dichtungen flexibel ausgebildet sind« und vorzugsweise elastisch« mit dem Ziel eine leckdichte Abdichtung in der elektrolytischen Zelle zu erreichen. Die Dichtungen sind in geeigneter Weise aus einem organischen polymeren Material hergestellt, welches zum Beispiel ein Polyolefin sein kann« zum Beispiel Polyethylen oder Polypropylen; ein Hydrocarbon-Elastomer« zum Beispiel ein EIa-

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8tomer auf der Grundlage von Ethylen-Propylen-Kopolyroer, ein Ethylen-Propylen-Dien-Kopolymer, Naturgummi oder ein Styren-Butadien-Gummi; oder ein chloriertes Hydrocarbon! zum Beiepiel Polyvi: /lchlorid oder Polyvinyldien-Chlorid.

Es ist insbesondere wünschenswert, daß das Material der Dichtung gegenüber den Flüssigkeiten in der elektrolytischen Zelle chemisch widerstandsfähig ist und wenn die Zelle zur Elektrolyse von wäßrigen Alkalimetallchlorid-Lösungen Verwendung finden soll, kann das Material ein fluorisiertes polymeres Material sein, zum Beiepiel Polytetrafluorethylen, Polyvenilfluorid, Polyvenyldienfluorid, fluorisiertes Ethylen-Propylsn-Kopolymer oder ein Substrat, welches eine äußere Lage eines derartigen fluorisierten polymeren Materials aufweist.

Das Barriereelement kann aus dem gleichen Material hergestellt sein, wie^?die Dichtungen, insbesondere dann, wenn die Dichtung und das Barriere-Material in einer einheitlichen Konstruktion vorliegen. Alternativ dazu kann das Barriereelement aue einem Material hergestellt sein, welches zu dem der Dichtung unterschiedlich ist, oder zumindest kann es einen 06erzug aus einem unterschiedlichen Material aufweisen. Das kann insbesondere dann zweckmäßig sein, wenn das Barriereelement mit einem besonders korrosiven gasförmigen Erzeugnis in Berührung kommt, zum Beispiel mit Chlor. In diesem Falle kann das Barriereelement aus einem Fluorpolymer-Material hergestellt sein oder mit einem solchen überzogen sein.

Die Elektroden in der elektrolytischen Zelle werden im allgemeinen aus einem Metall hergestellt sein oder aus einer

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Legierung und die Beschaffenheit des Metalls oder der Legierung werden davon abhängen» ob die Elektrode als Anode oder als Kathode Verwendung finden soll und von der Beschaffenheit des Elektrolyten« welcher in der elektrolytischen Zelle elaktrolyeiert werden soll*

Wenn zum Beispiel eine wäßrige Alkalimetallchlorid-Lösung elektrolysiert werden soll« ist die Anode zweckmäßigerweise aus einem filmbildenden Material« oder aus einer Legierung desselben hergestellt« zum Beispiel aus Zirkonium« Niobium« Wolfram oder Tantal« aber vorzugsweise aus Titan und die Oberfläche der Anode trägt zweckmäßigerweise einen Oberzug aus einem elektrisch leitenden elektrokatalytisch aktiven Material.

Oer Oberzug kann ein oder mehrere Metalle der Platingruppe enthalten« das sind Platin« Rhodium« Ividium« Ruthenium« Osmium oder Palladium und/oder Oxid von einem oder von mehreren dieser Metalle. Der Ob^ot"*ug aus dem Metall der Platingruppe und/oder dem Oxid kanr in Form einer Mischung mit einem oder mehreren nichtedlen Metalloxiden vorhanden sein« zum Beispiel Titandioxid, insbesondere in Form einer festen ' Lösung der Oxide.

Elektrisch leitfähige, elektrokatalytisch aktive Materialien zur Verwendung als Oberzüge Ober Anoden in einer elektrolytischen Zelle für die Elektrolyse wäßriger Alkalimetallchlorid-Lösungen und die Verfahren zur Anwendung derartiger Oberzüge sind im Stand der Technik allgemein bekannt.

Wenn eine wäßrige Alkalimetallchlorid-Lösung elektrolysiert werden soll« ist die Kathode zweckmäßigerweise aus Eisen

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oder Stahl hergestellt« oder aus einem anderen geeigneten Material« zum Beispiel Nickel·

O.ie Kathode kann mit einem Material überzogen sein» welches dLzu auegelegt ist« das Wasseretoff-Oberpotential der Elektrolyse zu verringern.

Oie Elektrode kann« zumindest zum Teil eine durchlöcherte Oberfläche aufweisen« zum Beispiel kann sie in Form einer perforierten Platte ausgeführt sein« oder sie kann eine maschenartige Oberfläche oder Oberflächen aufweisen« zum Beispiel gewebte Maschen« oder sie kann eine Vielzahl von langgestreckten Elementen aufweisen« welche in einem Abstand voneinander angeordnet sind« zum Beispiel eine Vielzahl von Streifen« weiche im allgemeinen parallel zueinander und senkrecht in der elektrolytischen Zelle angeordnet sind. Tatsächlich offenbart eine durchlöcherte Oberfläche« welche eine Vielzahl langgestreckter Elemente aufweist, einige Vorteile, wenn der Separator in der elektrolytischen Zelle in Form einer Ionenaustauschmembran ausgeführt ist.

Ioneneustauschmembranen dehnen sich nämlich aus, wenn sie mit dem Elektrolyten in der elektrolytischen Zelle in Berührung kommen und die Zwischenräume zwischen den langgestreckten Elementen schaffen Zwischenräume« in welche sich die Membran ausdehnen kann, ohne daß die Membran Beschädigungen erleidet·

Die elektrolytische Zelle enthält einen Separator« welcher zwischen jeder Anode und benachbarten Kathode angeordnet ist oder zwischen jeder Anode einer bipolaren Elektrode und einer benachbarten Kathode einer bipolaren Elektrode und

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der dadurch die Zelle in eine Vielzahl von getrennten Anodenkammern und Kathodenkammern unterteilt* Der Separator kann ein poröses hydraulisch durchlässiges Diaphragma sein oder eine im wesentlichen hydraulisch undurchlässige Ionenaustausch-Membran· In der zusammengebauten elektrolytischen Zelle kann der Separator zwischen benachbarten Dichtungen angeordnet sein und durch die Anpreßkraft« welche im Endzustand des Zusammenbaues der elektrolytischen Zelle ausgeübt wird« in seiner Position gehalten werden. Während des Zusammenbaues der elektrolytischen Zelle kann der Separator durch irgendein geeignetes Mittel« zum Beispiel mit Hilfe eines Klebers« an einer Dichtung befestigt werden.

Wenn die elektrolytische Zelle einen Separator enthält« welcher als poröses Diaphragma ausgebildet ist, ist die Beschaffenheit des Diaphragmas von der Beschaffenheit des Elektrolyten abhängig« welcher in der elektrolytischen Zelle elektrolysiert werden soll.

Das Diaphragma sollte gegen eine Verschlechterung durch den Elektrolyten und durch die Erzeugnisse der Elektrolyse widerstandsfähig sein und wenn eine wäßrige Lösung eines Alkalimetallchlorids elektrolysiert werden soll« wird das Diaphragma zweckmäßigerweise aus einem fluorhalt igen polymeren Material hergestellt« da derartige Materialien im allgemeinen gegen eine Verschlechterung durch Chlor und Alkalimetallhydroxid« welche durch die Elektrolyse erzeugt werden« widerstandsfähig ist. Das poröse Diaphragma wird vorzugsweise aus Polytetrafluorethylen hergestellt« obwohl auch andere Materialien Verwendung finden können« zum Beispiel Tetrafluorethylen-Hexafluorpropylen-Kopolymere und fluorisierte Ethylen-Propylen-Kopolymere.

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Geeignete poröse Diaphragmen sind solche, wie sie zum Beispiel in der UK-PS 1503915 beschrieben sind, in welcher ein poröses Diaphragma aus Polytetrafluorethylen beschrieben ist, welches eine MikroStruktur von Knoten aufweist, welche durch Fasern miteinander verbunden ftind, und in der UK-PS 1081046, in welcher ein poröses Diaphragma beschrieben ist, welches durch Extrahieren eines bestimmten Füllmaterials aus einer Platte aus Polytetrafluorethylen besteht· Andere geeignete Diaphragmen sind im Stand der Technik beschrieben*

Wenn der Separator, welcher in der elektrolytischen Zelle Verwendung finden soll, als Kationen-Austauschmembran ausgebildet ist, ist die Beschaffenheit der Membran ebenfalls von der Beschaffenheit dee Elektrolyten abhängig, welcher in der elektrolytischen Zelle elektrolysiert werden soll. Die Membran sollte gegen eine Verschlechterung durch den Elektrolyten und durch die Erzeugnisse der Elektrolyse widerstandsfähig sein und wenn eine wäßrige Lösung eines Alkalimetallchlorids elektrolysiert werden soll, wird die Membran zweckmäßigerweise aus einem fluorhaltigen polymeren Material hergestellt, welches Kationenauatausch-Gruppen ent* hält, zum Beispiel schweflige Säure, karboxilische Säure oder phoephorische Säuregruppen, oder Derivate derselben, oder eine Mischung von zwei oder mehreren derartiger Gruppen·

Geeignete Kationen-Austauschmembranen sind solche, wie sie zum Beispiel in den UK-PS 1184321; 1402920; 14066673; 1455070; 1497748; 1497749; 1518387 und 1531068 beschrieben sind.

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In der elektrolytiechen Zelle können die Anodenkawraern mit Mitteln zum Zuführen des Elektrolyten vorzugsweise aus einem gemeinsamen Vorratsbehälter« versehen sein und mit Mitteln zum Entnehmen von Erzeugnissen der Elektrolyse aus den Kammern. In gleicher Weise sind die Kathodenkammern der Zelle mit Mitteln zum Entnehmen der Erzeugnisse der Elektrolyse aus den Kammern ausgestattet und wahlweise mit Mitteln zur Zuführung von Wasser oder anderen Flüssigkeiten zu den Kammern« zweckmäßigerweise aus einem gemeinsamen Vorratsbehälter·

Wenn die Zelle zum Beispiel zur Elektrolyse von wäßrigen Alkalimetallchlorid-Lösungen Verwendung findet« ist die Zelle mit Mitteln zum Zuführen der wäßrigen Alkalimetallchlorid-Lösung zu den Anodenkammern der Zelle auegestattet und mit Mitteln zum Herausführen von Chlor und von erschöpfter wäßriger Alkalimetallchlorid-Lösung aus den Anodenkammern« und die Zelle ist mit Mitteln zum Herausführen von Wasserstoff und Zellenflüssigkeit« welche Alkalimetallhydroxid enthält« aus den Kathodenkammern ausgestattet und wahlweise und wenn es erforderlich ist, mit Mitteln zur Zuführung von Wasser oder frischer Alkalimetallhydroxid-Lösung zu den Kathodenkammern·

In der elektrolytischen Zelle sind die einzelnen Anodenkammern der Zelle mit Mitteln zur Zuführung von Elektrolyten zu den Kammern ausgestattet« zweckmäßigerweise aus einem gemeinsamen Vorratsbehälter und mit Mitteln zum Herausführen der Erzeugnisse der Elektrolyse aus den Kathodenkammern. In gleicher Weise sind die einzelnen Kathodenkammern der Zelle mit Mitteln zum Herausführen der Erzeugnisse der elektrolyse aus den Kammern ausgestattet und wahlweise

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mit Mitteln zur Zuführung von Wasser oder anderer Flüssigkeiten zu den Zellen» zweckmäßigerweise aus einen gemeinsamen Vorratsbehälter.

Obgleich es möglich ist, daß die Mittel zur Zuführung des Elektrolyten und zum Herausführen der Erzeugnisse dor Elektrolyse in Form getrennter Rohrleitungen ausgeführt werden» welche zu jeder oder von jeder entsprechenden Anodenkammer oder Kathodenkammer in der Zelle führen» kann eine derartige Anordnung unnötig kompliziert und aufwendig eein» insbesondere bei einer elektrolytischen Zelle des Filterpressentyps» welche eine Vielzahl derartiger Kammern enthalten kann·

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der elektrolytischen Zelle weisen die Dichtungen und wahlweise ebenso die Elektroden» eine Vielzahl von Öffnungen darin auf« welche in der Zelle getrennte Kammern in der Längsrichtung der Zelle definieren» welche als Vorratsbehälter dienen und durch welche der Elektrolyt zu den Zellen zugeführt werden kann» zum Beispiel zu den Anodenkammern der Zelle und durch welche die Erzeugniese der Elektrolyse aus der Zelle herausgeführt werden können» zum Beispiel aus den Anodenkammern und Kathodenkammern der Zelle· Die Kammern in der Längsrichtung der Zelle» welche als Vorratsbehälter dienen« können mit den Anodenkammern und den Kathodenkammern der Zelle durch Kanäle in den Elektroden verbunden sein« zum Beispiel in den Oberflächen der Elektroden oder durch Kanäle in den Dichtungen zum Beispiel in den Oberflächen der Dichtungen.

Wenn die elektrolytische Zelle hydraulisch durchlässige Diaphragmen aufweist, können zwei oder drei Öffnungen vorgesehen sein» welche zwei oder drei Kammern in der Längerichtung

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der Zelle definieren« welche als Vorratsbehälter dienen können« von denen Elektrolyt zu den Anodenkammern der Zelle zugeführt werden kann und durch welche die Erzeugnisse der Elektrolyse aus den Anodenkammern und den Kathodenkaramern der Zelle herausgeführt werden können.

Wenn die elektrolytische Zelle kationenpermeelektive Membranen enthält» können vier Öffnungen vorhanden sein« welche vier Kammern in der Längsrichtung der Zelle definieren« welche als Vorratsbehälter dienen« von denen Elektrolyt und Wasser oder andere Flüssigkeit zu den entsprechenden Anodenkammern und Kathodenkammern der Zelle zugeführt werden können und durch welche die Erzeugnisse der Elektrolyse aus den Anodenkammern und Kathodenkammern der Zelle herausgeführt werden können·

Die Zelle kann zusammengebaut werden« indem zum Beispiel die Bestandteile der Zelle« das sind die Anoden, die Kathoden und die Dichtungen auf Verbindungsbolzen angeordnet werden und die Bestandteile zwischen Endplatten zusammengepreßt werden. Die Bestandteile können öffnungen aufweisen« die dazu vorgesehen sind« die Verbindungsbolzen aufzunehmen. Alternativ dazu können die Bestandteile Paare von Backen aufweisen« und die Zelle kann derart zusammengebaut werden« daß die Backen auf den Tragbolzen angeordnet worden und die Bestandteile dann zwischen den Endplatten zusammengepreßt werden.

Obgleich die elektrolytische Zelle zur Elektrolyse eines breiten Bereiches von verschiedenen Elektrolyten Verwendung finden kann« ist sie insbesondere zur Verwendung bei der Elektrolyse von wäßrigen Alkalimetallchlorid-Lösungen ge-

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eignet« um Chlor und wäßrige Metallhydroxid-Löeung zu erzeugen« insbesondere Chlor und Natriumhydroxid-Lösung· Wenn eine derartige Lösung in einer elektrolytischen Zelle vom Diaphragmatyp elektrolyeiert wird« wird die Lösung zu den Anodenkammern der Zelle zugeführt« Chlor« welcher durch die Elektrolyse erzeugt wird, wird aus den Anodenkammern der Zelle herausgeführt« die Alkalimetallchlorid-Lösung wird durch die Diaphragmen geführt und Wasserstoff und Alkalimetallhydroxid« welche durch die Elektrolyse erzeugt werden« werden aus den Kathodenkammern der Zelle herausgeführt« wobei das Alkalimetallhydroxid in Form einer wäßrigen Lösung von Alkalimetallchlorid und Alkalimetallhydroxid herausgeführt wird«

Wenn eine wäßrige Alkalimetallchlorid-Lösung in einer elektrolytischen Zelle des Membran-Typs elektrolyeiert wird« welcher eine kationenpermselektive Membran aufweist« wird die Lösung zu den Anodenkammern der Zelle zugeführt und Chlor« welches durch die Elektrolyse erzeugt wird und erschöpfte Alkalimetallchlorid-Lösung werden aus den Anodenkammern herausgeführt« Alkalimetall-Ionen werden durch die Membran zu den Kathodenkammern der Zelle transportiert« zu denen Wasser oder frische wäßrige Alkalimetallhydroxidv Lösung zugeführt werden und Wasserstoff und wäßrige Alkalimetallhydroxid-Löaung« welche durch die Reaktion der Alkalimetall-Ionen mit Wasser erzeugt wird, werden aus den Kathodenkammern der Zelle herausgeführt.

Ausführungsbeispiele

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungen beispiele näher erläutert werden· In der zugehörigen

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Zeichnung zeigen:

Fig. 1: eine Ansicht einer Anode im Aufriß für eine elektrolytische Zelle;

Fig. 2: eine Aneicht einer ersten Dichtung zur Befestigung an der Anode im Aufriß entsprechend der Fig. 1;

Fig· 3: eine Ansicht einer zweiten Dichtung zur Befestigung an der Anode im Aufriß entsprechend der Fig· I;

Fig· 4: ein Querschnitt entlang der Linie A-A in der Fig* I und zeigt die Dichtungen der Fig* 2 und 3« welche an der Anode entsprechend der Fig. 1 befestigt sind;

Fig. 5i eins Ansicht einer Kathode für eine elektrolytische Zelle im Aufriß;

Fig. 6: ist eine Ansicht einer ersten Dichtung zur Befestigung an der Kathode entsprechend der Fig. 5 im Aufriß;

Fig. 7: eine Ansicht einer zweiten Dichtung zur Befestigung an der Kathode entsprechend der Fig. 5 im Aufriß;

Fig. 8: ein Querschnitt entlang der Linie B-B in der Fig. 5 und zeigt die Dichtungen der Fig. 6 und 7, welche an der Kathode entsprechend der Fig. 5 befestigt sind und

Fig. 9: eine ieometrische Ansicht eines Teiles der elektrolytischen Zelle.

Es wird auf die Fig. 1 Bezug genommen. Die Anode 1« welche aus "/itan hergestellt ist, enthält eine rahmeriförmige Sek-

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tion 2; 14« welche eine zentrale Öffnung 3 definiert« welche durch eine Vielzahl von Streifen 4 Oberbrückt wird« die im Abstand voneinander und parallel zueinander« verschoben gegen und parallel zu der Ebene der rahmenformigen Sektionen 2; 14 angeordnet sind und welche auf beiden Seiten der Ebenen der rahmenförmigen Sektionen 2) 14 angeordnet sind.

Die Anode 1 weist vier Öffnungen 5; 6; 7 und 8 auf« welche in der elektrolytischen Zelle einen Teil der Vorratsbehälter bilden« durch welche ein entsprechender Elektrolyt zu den Anodenkammern der elektrolytiechen Zelle zugeführt wird« durch welche die Erzeugnisse der Elektrolyse aus den Anodenkammern der Zelle herausgeführt werden« durch welche Wasser oder andere Flüssigkeiten zu den Kathodenkammern der Zelle zugeführt werden und durch welche Erzeugniese der Elektrolyse aus den Kathodenkammern der Zelle herausgeführt werden.

Die zentrale Öffnung 3 ist mit der Öffnung 5 verbunden und somit mit dem Vorratsbehälter durch welchen der Elektrolyt durch eine Eingangsöffnung 9 zu den Anodenkammern der Zelle zugeführt wird, und die zentrale Öffnung 3 ist mit der Off- * nung 6 verbunden« und somit mit dem Vorratsbehälter durch welchen die Erzeugnisse der Elektrolyse« durch eine Auslaßöffnung 10, aus den Anodenkammern der Zelle herausgeführt werden. Die Anode 1 weist darüber hinaus zwei weitere Offnungen 11 und 12 auf, welche in der elektrolytischen Zelle Teile von Ausgleichsbehältern bilden, welche entsprechend mit den Anodenkammern und mit dtn Kethodenkammern der Zelle in Verbindung stehen.

Die Öffnung 11 und damit der Auegleichebehälter« von welchem

die Öffnung 11 einen Teil bildet, ist durch die Durchgangsöffnung 13 mit der zentralen Öffnung 3 verbunden und somit mit den Anodenkammern der Zelle. Die Anode 1 wird durch einen Fortsatz 15 vervollkommnet« an welchen ein Kupferelement 16 angeschraubt ist* durch welches beim Betrieb der Zelle die elektrische Leistung zu der Anode 1 zugeführt wird.

Es wird nun auf die Fig. 2 Bezug genommen. Die Dichtung 20, welche aus einem elektrisch isolierenden elastomeren Material hergestellt ist« weist eine rahmenförmige Sektion 21; 32 auf« welche eine zentrale Öffnung 22 definiert und vier Offnungen 23) 24; 25; 26, welche in der elektrolytischen Zelle einen Teil von Vorratsbehältern bilden« durch welche ein entsprechender Elektrolyt zu den Anodenkammern der elektrolytischen Zelle zugeführt wird» durch welche Erzeugnisse der Elektrolyse aus den Anodenkammern der Zelle herausgeführt werden« durch welche Wasser oder andere Flüssigkeit zu den Kathodenkammern der Zelle zugeführt werden und durch welche Erzeugnisse der Elektrolyse aus den Kathodenkammern der Zelle herausgeführt werden.

Die zentrale Öffnung 22 ist mit der Öffnung 23 verbunden und damit mit dem Vorratsbehälter, durch welchen« durch eine Aussparung 27 Elektrolyt in die Anodenkammer der Zelle zugeführt wird und die zentrale Öffnung 22 ist mit der Öffnung 24 verbunden« und damit mit dem Vorratsbehälter durch welchen« durch eine Aussparung 28« die Erzeugnisse der Elektrolyse aus den Anodenkamiaern der Zelle herausgeführt werden. Die Dichtung 20 weist zwei weitere Offnungen 23; 30 auf, welche in der elektrolytischen Zelle Teile von Ausgleichsbehältern bilden, welche entsprechend mit den Anoden-

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kammern der Zelle und mit den Kathodenkammern der Zelle in Verbindung stehen»

Die Öffnung 29 und damit der Ausgleichsbehälter« von dem die Öffnung 29 einen Teil bildet« ist durch eine Aussparung 31 mit der zentralen Öffnung 22 und somit mit den Anodenkammern der Zelle verbunden· Die Dichtung 20 wird durch ein Barrisreelement 33 vervollkommnet, welches in einer Aussparung 34 (siehe Fig. 4) in der rahmenförmigen Sektion 21 der Dichtung 20 befestigt ist und das daran mit Hilfe eines geeigneten Klebers angeklebt ist. In einer Zelle für die Elektrolyse von wäßrigen Alkalimetallchlorid-Lösungen besteht das Barriereelement geeigneterweise aus einem Fluorpolymer« zum Beispiel aus fluorisiertem Ethylen-Propylen-Kopolymer« welches gegen eine Korrosion durch Chlor widerstandsfähig ist« welcher sich beim Betrieb der Zelle im oberen Teil 35 der Anodenkammer der Zelle ansammelt (siehe Fig* 4).

Es wird nun auf die Fig· 3 Bezug genommen· Die Dichtung 40« welche aus einem elektrisch isolierendem Material hergestellt ist« enthält eine rahmenförmige Sektion 41> 49, welche eine zentrale öffnung 42 und vier öffnungen 43; 44; 45; 46 definiert« welche in der elektrolytischen Zelle einen Teil von Vorratsbehältern bilden, durch welche ein entsprechender Elektrolyt zu den Anodenkammern der Zelle zugeführt wird, durch welche die Erzeugnisse der Elektrolyse aus den Anodenkammern der Zelle herausgeführt werden durch welche Wasser oder andere Flüssigkeit zu den Kathodenkammern der Zelle zugeführt wird, und durch welche die Erzeugnisse der Elektrolyse aus den Anodenkammern der Zelle herausgeführt werden.

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Die Dichtung 40 weist darüber hinaus noch zwei weitere Öffnungen 47; 48 auf« welche in der elektrolytischen Zelle einen Teil von Auegleichebehältern bilden» welche entsprechend mit den Anodenkammern und den Kathodenkammern der Zelle in Verbindung stehen« sowie hervorstehende Lippen 50} 51; 52; 53; 54; 55« welche um die entsprechenden Öffnungen 45; 46; 43; 44; 47; 48 herum angeordnet sind, wobei die Höhe dieser Lippen über der Ebene der Dichtung 40 geringfügig größer ist« als die Dicke der Anode 1. Die Dichtung 40 wird durch ein Barriereelement 56 aus dem gleichen Material« wie das Barriereelement 33 vervollkommnet, welches in einer Aussparung 57 (siehe Fig. 4) in der rahmenförmigen Sektion 41 der Dichtung 40 befestigt ist« und das da-an mit Hilfe eines geeigneten Klebers angeklebt ist.

Die Anode 1, die Dichtung 20 und die Dichtung 40 sind derart zusammengebaut« daß eine Oberfläche der Anode 1 mit der Dichtung 20 in Berührung steht« welche Durchlaßöffnungen 9; 10 und 13 aufweist« welche in Aussparungen 27; 28 beziehungsweise 31 der Dichtung 20 angeordnet sind« die Dichtung 40 wird dann in Berührung mit der anderen Oberfläche der Anode 1 angeordnet« wobei die hervorstehenden Lippen 50; 51; 52; 53; 54; 55 in öffnungen 7; 8; 5; 6; 11 beziehungsweise 12 angeordnet sind und sich die Lippen in Berührung mit der Oberfläche der Dichtung 20 befinden und dadurch eine Schicht eines elektrisch isolierenden Materials um die öffnungen 7; 8; 5; 6; 11; 12 herum bilden.

Mit dem Ziel die Dichtungen 20 und 40 in ihrer Position im Bezug auf die Anode 1 zu lokalisieren und festzuhalten« können sowohl die Dichtungen als auch die Anode 1 eine Vielzahl von Ausbuchtungen und Aussparungen aufweisen« die auf

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oder in den Oberflächen derselben ausgebildet sind und die miteinander in Wirkbeziehung treten. Zur Vereinfachung wurden diese Ausbuchtungen und Aussparungen nicht dargestellt.

Es wird nun auf die Fig. 4 Bezug genommen. Die Position der zwei Kationenaustausch-Membranen 58; 59 in der zusammengebauten Zelle sind ebenfalls dargestellt. Es ist ersichtlich« daß die Barriereelemente 33; 56 die Kationenaustausch-Membranen 58; 59 gegenüber den gasförmigen Erzeugnissen abschirmen, welche sich in dem oberen Teil 35 der Anodenkammer dor Zelle ansammeln können.

Es wird nun auf die Fig. 5 Bezug genommen. Die Kathode 60, welche aus Nickel hergestellt ist, weist eine rahmenförmige Sektion 61; 73 auf, welche eine zentrale Öffnung 62 definiert, welche durch eine Vielzahl von Streifen 63 Oberbrückt wird, welche parallel zueinander, verschoben von und parallel zur Ebene der rahmenförmigen Sektion 61; 76 und welche nach beiden Seiten von der Ebene der rahmenförmigen Sektion 61; 73 verschoben angeordnet sind. Die Kathode 60 weist vier Öffnungen 64; 65; 66 und 67 auf, welche in der elektrolytischen Zelle einen Teil von Vorrats· behältern bilden, durch welche ein entsprechender Elektrolyt zu den Anodenkammern der Zelle zugeführt wird, durch welche die Erzeugnisse der Elektrolyse aus den Anodenkammern der Zelle herausgeführt werden, durch welche Wasser oder eine andere Flüssigkeit zu den Kathodenkammern der Zelle zugeführt werden und durch welche die Erzeugnisse Her Elektrolyse aus den Kathodenkammern der Zelle herausgeführt werden. Die zentrale Öffnung 62 ist mit der Öffnung 66 verbunden und dadurch mit dem Vorratsbehälter, durch welchen Wasser oder eine andere Flüssigkeit durch die Ourchlaßöff-

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nung 68 zu den Kathodenkammern der Zelle zugeführt wird» und die zentrale Öffnung 62 let mit der Öffnung 67 verbunden« und dadurch mit dem Vorratsbehälter» durch welchen die Erzeugnisse der Elektrolyse durch die Durchlaßöffnung 69 aus den Kathodenkammern der Zelle herausgeführt werden.

Die Kathode 60 weist darüber hinaus zwei weitere Offnungen 70; 71 auf» welche in der elektrolytischen Zelle einen Teil von Ausgleichsbehältern bilden« welche entsprechend mit den Anodenkammern der Zelle und den Kathodenkammern der Zelle in Verbindung stehen* Die Öffnung 70 und damit der Ausgleichsbehälter» von dem die Öffnung 70 einen Teil darstellt» ist durch eine Durchlaßöffnung 72 mit der zentralen Öffnung 62 und dadurch mit den Kathodenkammern der Zelle verbunden*

Die Kathode 60 ist durch einen Fortsatz 74 vervollkommnet.» an dem ein Kupferelement 75 angeschraubt ist» durch welches beim Betrieb die elektrische Leistung zu der Kathode 60 zugeführt wird.

Es wird nun auf die Fig. 6 Bezug genommen. Die Dichtung 80« welche aus einem elektrisch isolierendem, elastomeren Material hergestellt ist, weist eine rahmenförmige Sektion 81; 92 auf« welche eine zentrale Öffnung 82 und vier öffnungen 83; 84; 85; 86 aufweist, welche in der elektrolytischen Zelle einen Teil von Vorratsbehältern bilden, durch welche ein entsprechender Elektrolyt zu den Anodenkammern der Zelle zugeführt wird, durch welche die Erzeugnisse der Elektrolyse aus den Anodenkammern der Zelle herausgeführt werden, durch welche Wasser oder eine andere Flüssigkeit zu den Kathodenkammern der Zelle zugeführt werden und durch welche die Erzeugnisse der Elektrolyse aus

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den Kathodenkammern der Zelle herausgeführt werden. Die zentrale Öffnung 82 ist mit der Öffnung 85 verbunden und dadurch mit dem Vorratsbehälter, durch welchen Wasser oder eine andere Flüssigkeit durch die Aussparung 87 zu den Kathodenkammern der Zelle zugeführt werden, und die zentrale Öffnung 82 ist mit der Öffnung 86 verbunden und dadurch mit dem Vorratsbehälter! durch welchen die Erzeugnisse der Elektrolyse durch die Aussparung 88 aus den Kathodenkammern der Zelle herausgeführt werden«

Die Dichtung 80 weist darüber hinaus zwei weitere Offnungen 89; 90 auf ι welche in der elektrolytischen Zelle einen Teil von Ausgleichsbehältern bilden« welche entsprechend mit den Anodenkammern und den Kathodenkammern der Zelle in Verbindung stehen« Die Öffnung 89 und dadurch der Ausgleichsbehälter! von dem die Offnurg 89 einen Teil bildet« ist durch die Aussparung 91 mit der zentralen Öffnung 82 und damit mit den Kathodenkammern der Zelle verbunden.

Die Dichtung 80 weist außerdem ein Barriereelement 93 auf, welches einstückig mit der rahmenförmigen Sektion 92 der Dichtung 80 ausgebildet ist und deshalb aus dem gleichen elastomeren Material konstruiert ist. Beim Betrieb der Zelle schirmt das Barrioreelement 93 die Membranen gegenüber dem Gas ab, welches sich im oberen Teil 117 (siehe Fig. 8) der Kathodenkammern ansammelt«

Es wird nun Bezug auf die Fig« 7 genommen« Die Dichtung 100, welche aus einem elektrisch isolierenden elastomeren Material hergestellt ist, weist eine rahmenförmige Sektion 101; 109 auf, welche eine zentrale Öffnung 102 und vier Offnungen 103; 104; 105; 106 definiert, welche

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in der elektrolytiechen Zelle Teile von Vorratsbehälter) bilden ι durch welche ein entsprechender Elektrolyt zu den Anodenkammern der elektrolytiechen Zelle zugeführt wird« durch welche die Erzeugnisse der Elektrolyse aus den Anodenkammern der Zelle herausgeführt werden, durch welche Wasser oder eine andere Flüssigkeit zu den Kathodenkämmern der Zelle zugeführt wird und durch welche die Erzeugnisse der Elektrolyse aus den Kathodenkammern der Zelle herausgeführt werden.

Die Oichtung 100 weist darüber hinaus zwei weitere Offnungen 107; 108 auf, welche in der elektrolytischen Zelle einen Teil von Vorratsbehältern bilden, welche entsprechend mit den Anodenkammern der Zelle und den Kathode.ikammern der Zelle in Verbindung stehen, sowie hervorstehende Lippen 111; 112; 113; 114; 115; 116, welche um die Öffnungen 103; 104; 105; 106; 107 beziehungsweise 108 herum angeordnet sind, wobei die Höhe dieser Lippen von der Ebene der Oichtung 100 aus geringfügig höher ist als die Dicke der Kathode 60.

Die Dichtung 100 enthält desweiteren ein Barriereelement 110, welches einstückig mit der rahmenförraigen Sektion 109 ν der Dichtung 100 verbunden ist und welches deshalb aus dem gleichen elastomerer) Material aufgebaut ist.

Die Kathode 60, die Dichtung 80 und die Dichtung 100 werden derart zusammengebaut, daß eine Oberfläche der Kathode 60 mit der Dichtung 80 in Berührung kommt, welche Durchlaßöffnungen 68; 69 und 72 aufweist, welche in Aussparungen 87; 88 beziehungsweise 91 der Dichtung 80 angeordnet sind. Die Dichtung 100 wird dann in Berührung mit der anderen

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Oberfläche der Kathode 60 angeordnet ι wobei die hervorstehenden Lippen 111; 112; 113; 114; 115; 116 derart in den Öffnungen 64; 65; 66; 67; 70 beziehungsweise 71 angeordnet werden, daß die Lippen mit der Oberfläche der Dichtung 80 in Berührung kommen und dadurch eine Lage eines elektrisch isolierenden Materials um die Öffnungen 64; 65; 66; 67; 70; 71 herum bilden.

Mit dem Ziel» die Dichtungen 80 und 100 in ihren Positionen im Verhältnis zur Kathode 60 zu lokalisieren und festzuhalten, sind sowohl die Dichtungen als auch die Kathode mit einer Vielzahl von Ausbuchtungen und Aussparungen auf und in den Oberflächen derselben versehen, welche miteinander in Wirkbeziehung treten. Zur Vereinfachung sind diese Ausbuchtungen und Aussparungen nicht dargestellt.

Es wird nun auf die Fig. 8 Bezug genommen. Hier ist die Position .von zwei Kationenaustausch-Membranen 118 und 119 in der zusammengebauten elektrolytischen Zelle dargestellt. Es ist zu erkennen, daß die Barriereelemente 93; 110 diu Kationenaustausch-Membranen gegenüber den gasförmigen Erzeugnissen der Elektrolyse abschirmen, welche sich im oberen Teil 117 der Kathodenkammern der Zelle ansammeln können.

Es wird nun auf die Fig. 9 Bezug genommen. Die elektrolytische Zelle enthält eine, Vielzahl von Kathodenkomponenten 120; 121, von denen jedes derselben eine Kathode und ein Paar Dichtungen aufweist, welche auf jeder Seite der Kathode angeordnet sind, wie es unter Bezugnahme auf die Fig. 5 bis 8 beschrieben wurde.

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Die elektrolytisch Zelle enthält darüber hinaus eine Vielzahl von Anodenkomponenten 122« von denen nur eine dargestellt ist« von denen jede eine Anode und ein Paar Dichtungen aufweist« welche auf jeder Seite der Anode angeordnet sind, wie es unter Bezugnahme auf die Fig* 1 bis 4 beschrieben wurde.

In der elektrolytischen Zelle sind die Anodenkomponenten 122 und die Kathodenkomponenten 120} 121 abwechselnd angeordnet« und an dem rahmenförmigen Teil der einen der Dichtungen von jeder der Kathodenkomponenten 120) 121 und an den Dichtungen einer jeden Anodenkomponente 122 ist eine Kationenäustausoh-Membran befestigt« zum Beispiel mit Hilfe eines Klebers« derart« daß in der zueauiüicngebauten Zelle eine Kationenaustausch-Membran zwischen jeder Anode und ihrer benachbarten Kathode angeordnet ist. Die Position der Kationenaustausch-Membranen ist durch die gestrichelten Linien auf den Kathodenkomponenten 120; 121 und Anodenkomponenten 122 angezeigt.

Die elektrolytische Zelle wurde zusammengebaut« indem die gewünschte Anzahl von Anodenkomponenten 122 und Kathodenkomponenten 120; 1? in die Anordnung eingefügt wurden« Endplatten an den »· 1en der Anordnung zugefügt wurden und die Anordnung der . odenkomponenten 122 und Kathodenkomponenten 120; 121 zwischen den Endplatten zusammengepreßt wurde, zum Beispiel mit Hilfe von Spannschrauben. Zum Zwecke der Vereinfachung wurden die Endplatten und die Spannschrauben in der Fig. 9 nicht dargestellt. Die Anordnung der elektrolytischen Zelle wird dadurch vervollkommnet« daß die Vorratsbehälter« von denen die Öffnungen 123; 124; 125 und 126 in der Kathodenkomponente 120 einen Teil bil-

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den₍ verbunden werden beziehungsweise daß eine Quells für den Elektrolyten an die Anodenkemmem der Zelle angeschlossen wird, daß Mittel zur Aufnahme der Erzeugnisse der Elektrolyse aus den Anodenkamroern der Zelle vorgesehen werden« eine Quelle für Wasser oder eine andere Flüssigkeit mit den Kathodenkammern der Zelle verbunden wird und Mittel zur Aufnahme der Erzeugnisse der Elektrolyse aus den Kathodenkammern der Zelle vorgesehen werden, sowie daß die Kupferelemente 127; 128; 129 mit einer Quelle für die elektrische Leistung angeschlossen werden·

In der elektrolytischen Zelle werden die Anodenkammern durch den Zwischenraum zwischen den Kationenaustausch-Membranen auf jeder Seite einer Anodenkomponente 122 gebildet und die Kathodenkammern werden durch den Zwischenraum zwischen den Kationenaustausch-Membranen gebildet, welche auf jeder Seite der Kathodenkomponenten 120 oder 121 angeordnet sind.

Der Betrieb der elektrolytlechen Zelle soll unter Bezugnahme auf die Elektrolyse einer wäßrigen Natriumchlorid-Lösung beschrieben werden. Wäßrige Natriumchlorid-Lösung wird zu dem Vorratsbehälter zugeführt, von welchem die Öffnung 123 in der Kathodenkomponente 120 einen Teil bildet und danach in die Anodenkammern der Zelle, wo sie elektrolysiert wird. Die erschöpfte Natriumchlorid-Lösung und Chlor, welcher durch die Elektrolyse erzeugt wird, werden aus den Anodenkammern in den Vorratsbehälter herausgeführt, von welchem die Öffnung in der Kathodenkammer 120 einen Teil bildet und danach aus der Zelle heraus.

In den Vorratsbehälter, von dem die Öffnung 125 in der Kathodenkomponente 120 einen Teil bildet, wird Wasser züge-

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fuhrt und danach in die Kathodenkammern der Zelle. In den Kathodenkammern reagieren Natriumionen« welche durch die Kationenauötausch-Membran transportiert werden« mit Hydroxylionen« welche durch die Elektrolyse von Wasser gebildet werden und Natriumhydroxid-Lösung und Wasserstoff« welche gebildet werden« werden aus den Kathodenkammern durch den Vorratsbehälter« von welchem die Öffnung in der Kathodenkomponente 120 einen Teil bildet« herausgeführt und danach aus der Zelle heraustransportiert·

Die Verteilung der Flüssigkeiten zwischen jeder der Anodenkammern und zwischen jeder der Kathodenkammern wird durch die Ausgleichsbehälter unterstützt, weiche unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 und 5 bis 7 erläutert wurden und welche entsprechend mit jeder der Anodenkammern und jeder der Kathodenkammern in Verbindung stehen.

In der elektrolytischen Zelle ist, wie es unter Bezugnahme auf die Fig. 4 erläutert wurde, eine Kationenaustausch-Membran angeordnet, welche mit den rahmenförmigen Sektionen 21; 32 in Berührung steht und ein Barrierenelement 33 der Dichtung 20, und eine Kationenaustausch-Membran 59 ist in Berührung mit den rahmenförmigen Sektionen 41; 49 und dem Bartiereelement 56 der Dichtung 40 angeordnet, und beim Betrieb der elektrolytischen Zelle sammelt sich gasförmiger Chlor im oberen Teil 35 der Anodenkammer an.

Die Barriereelemente 33 und 56, welche an den Dichtungen beziehungsweise 40 befestigt sind, schirmen die Kationenaustausch-Membranen 58; 59 gegen eine Berührung mit diesem gasförmigen Chlor ab.

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In der elektrolytischen Zelle ist« wie unter Bezugnahme auf die Fig. 8 erläutert wurde« eine Kationenaustausch-Membran 118 angeordnet« welche mit den rahmenförmigen Sektionen 81; 92 und dem Barriereelement 93 der Dichtung 80 in Berührung steht und eine Kationenaustausch-Membran 119 ist in Berührung mit den rahmenförmigen Sektionen 101; 109 und dem Barriereelement 110 der Dichtung 100 angeordnet, und beim Betrieb der elektrolytischen Zelle sammelt sich gasförmiger Wasserstoff im oberen Teil 117 der Kathodenkammer an. Die Barrierelemente« welche einstückig mit den Dichtungen 80 bzw. 100 ausgeführt sind, schirmen die Kationenaustauech-Membranen 118; 119 gegen eine Berührung mit diesem gasförmigen Wasserstoff ab.

Claims

St- Patentansprüche

1. Elektrolytleche Zelle» welche eine Vielzahl von in wesentlichen senkrecht angeordneten Elektroden aufweist und einen Separator! welcher zwischen benachbarten Paaren von Elektroden angeordnet ist« und dadurch die Zelle in eine Vielzahl von getrennten Elektrodenkammern unterteilt« gekennzeichnet durch ein Barriereelement« dae in einem Oberen Teil der Elektrodenkammer zwischen einer Elektrode und dem benachbarten Separator angeordnet ist« derart« daß das Barriereelement beim Betrieb der elektrolytischen Zelle den Separator gegen eine Berührung mit den gasförmigen Erzeugnissen der Elektrolyse abschirmt« welche sich in einen oberen Teil der Elektrodenkammer ansammeln können·

2. Elektrolytieche ZeIIe^ nach Anspruch 1« dadurch gekennzeichnet« daß das Barriereelement im oberen Teil einer Anodenkammer zwischen einer Anode und einem benachbarten Separator angeordnet ist« oder im oberen Teil einer Kathodenkammer der Zelle« zwischen einer Kathode und einem benachbarten Separator, derart, daß das Barriereelement beim Betrieb der elektrolytischen Zelle den Separator gegen eine Berührung mit einem gasförmigen Erzeugnis der Elektrolyse abschirmt', welches sich in einem oberen Teil der Anodenkammer oder in einem oberen Teil der Kathodenkammer ansammeln kann«

3. Elektrolytische ZeIIe^ nach Anspruch 1 oder 2« dadurch gekennzeichnet« daß eich das Barriereelement im wesentlichen Ober die gesamte Breite der Elektrodenkammer erstreckt*

4. Elektrolytteche Zelley noch einem der Ansprüche 1 bis 3« dadurch gekennzeichnet« daß das Barriereelement eine auereichende Tiefe aufweist» daß ee beim Betrieb der Zelle den Separator gegen im wesentlichen alle der gasförmigen Erzeugnisse der Elektrolyse abschirmt« welche eich in einem oberen Teil der Elektrodenkammer ansammeln können.

5· Elektrolytische ZeIIe^ nach einem der Ansprüche .. bis 4« dadurch gekennzeichnet« daß ein Barriereelement zwischen einer Anode und einem benachbarten Separator und zwischen einer Kathode und einem benachbarten Separator angeordnet ist.

6. Elektrolytische ZeIIe^ nach einem der Ansprüche 1 bis 5« dadurch gekennzeichnet« daß sie eine monöpolare Zelle ist« welche eine Vielzahl von abwechselnd angeordneten Anoden und Kathoden aufweist« wobei ein Separator zwischen jeder Anode und ihrer benachbarten Kathode angeordnet ist.

7. Elektrolytiechs ZeIIe^ nach einem der Ansprüche 1 bis 5« dadurch gekennzeichnet« daß sie eine bipolare Zelle ist« welche eine Vielzahl von bipolaren Elektroden aufweist« deren eine Oberfläche als Anode funktioniert« wehrend die gegenüberliegende Oberfläche als Kathode funktioniert« in welcher ein Separator zwischen einer Anode einer bipolaren Elektrode und einer Kathode einer benachbarten bipolaren Elektrode angeordnet ist,

8. Elektrolytieche ZeIIe^ nach einem der Ansprüche 1 bis 7« dadurch gekennzeichnet« daß sie eine Zelle vom Filter-

pressentyp ist.

9. Elektrolytische Zelley nach Anspruch 8, dadurch gekenn· zeichnett daß sie eine Vielzahl von Anoden« Kathoden und rahmenförnigen Dichtungen aus einem elektrisch isolierenden Material aufweist« und daß die rahmenförmige Dichtung zwischen jeder Anode und ihrer benachbarten Kathode angeordnet ist.

10. Elektrolytische ZeIIe^nach Anspruch 9« dadurch gekenn· zeichnet« daß die Anoden und die Kathoden in Aussparungen in den rahmenförmigen Dichtungen angeordnet sind.

11. Elektrolytische ZeIIe_x nach Anspruch 9 oder 10« dadurch gekennzeichnet« daß die rahmenförmige Dichtung, eine zentrale Öffnung und ein Barriereelement aufweist« welches Ober der zentralen Öffnung angeordnet ist.

12. Elektrolytieche ZeIIe^ nach einem der Ansprüche 9 bis 11« dadurch gekennzeichnet« daß die Dichtungen elastisch sind.

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