NO771014L - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte ved elektrolyse.

Foreliggende oppfinnelse angår en forbedret fremgangsmåte ved elektrolyse, fortrinnsvis av alkalimetall-halogenidlosninger, og nærmere bestemt en fremgangsmåte ved elektrolyse utfort i en elektrolysecelle med minst tre avdelinger, som er innbyrdes adskilt ved hjelp av diafragma eller membraner som hovedsakelig ér ugjennomtrengelige for fluider og gasser.

Det er vel kjent å fremstille tallrike kommersielle kjemikalier ved hjelp av elektrolyse av forskjellige elektrolytt-losninger.

Klor og natriumhydroksyd fremstilles således kommersielt ved elektrolyse av natriumklorid-ldsninger. Denne prosess utfores vanligvis i en elektrolysecelle med et anoderom og et katoderom, som er innbyrdes adskilt ved hjelp av et fluidgjennomtrengelig diafragma, som f.eks. en asbest-vegg» Det natriumhydroksyd som fremstilles ved denne fremgangsmåte, vil imidlertid være forholdsvis utspedd og, på grunn av fluidgjennomtrengeligheten for det anvendte diafragma, vil det fremstilte produkt videre være forurenset med forskjellige uonskede stoffer, som f.eks. natriumklorid, natriumklorat, jem og lignende. Det vil derfor være nodvendig å utsette det fremstilte natriumhydroksyd-produkt for forskjellige fordampnings- og rensetrinn med det formål å oppnå et sluttprodukt som er egnet for kommersielJe anvendelser. Ved sådanne elektrolyseceller vil det videre være en betydelig tilbakevandring av hydroksyl-ioner fra katoderommet til anoderommet, hvilket medforer at det oppstår hypo-kloriter som oksyderes til klorater, med en påfSigende reduksjon i klorutbytte og ytterligere forurensning av natriumhydroksyd-produktet. Avhengig av opprinnelsen av det natriumklorid som anvendes ved dannelse av elektrolyselosningen, må i tillegg rensesystemer for losningen ofte anvendes for å eliminere ioner, f.eks. av kalsium, som kan tilstoppe de fluidgjennomtrengelige diafragmaer.

Det er derfor gjort forsok på å overvinne de ovenfor angitte vanskeligheter under drift av sådanne diafragma-celler, ved å erstatte de fluidgjennomtrengelige asbest-vegger med permselektive ioneveksler-membraner. Teoretisk ville anvendelse av sådanne membraner, som f.eks.-bare tillater passasje av natrium-ioner fra anoderommet til katoderommet, eliminere problemene ved forurensning av natriumhydroksyd-vaesken i katoderommet og forhindre tilbakevandring av hydroksylioner til anoderommet. For dette formål har det vært foreslått å anvende forskjellige harpikser, som f.eks. kationevekslerharpikser av "Amberlite"-typen, sulfonerte kopolymere av styren og divinylbenzen og lignende. I praksis er imidlertid de permselektive ionevéksler-membraner som har vært anvendt, vist seg å ikke være tilstrekkelig stabile i forbindelse med de sterke alkaliske og/eller sure losninger som opptrer i cellene ved temperaturer over 75°C, således at disse membraner bare vil ha en forholdsvis kort effektiv levetid. Ettersom<*>konsentrasjonen av natriumhydroksyd i katodevæsken oket, f.eks. over 200 gram pr. liter, er det videre ofte funnet at membranets ioneselektivitet og kjemisk fordelaktige egenskaper avtar, spenningsfallet .. over membranet blir utillatelig hoyt, og alkali-virkningsgraden for elektrolyseprosessen avtar. I. mange tilfeller er de anvendte harpikser videre funnet å være relativt dyre, således at membranets fremstillingsomkostninger har blitt utillatelig hoye. Forsok på å overvinne disse ulemper ved å anvende et eller flere elektrodefrie puffer-rom mellom anode- og katoderommet i cellen har ikke lost det foreliggende problem, således at det for nærværende ikke anvendes membraner av denne type i noen vesentlig grad ved kommersiell fremstilling av kjemikalier som f.eks. klor og natriumhydroksyd.

Det er derfor et formål for foreliggende oppfinnelse å angi en forbedret fremgangsmåte for elektrolyse av vandige losninger av ioniserbare kjemiske forbindelser, som f.eks. alkalimetall/ halogenid-losninger, og som ikke i samme grad er gjenstand for de ulemper som hittil er påtruffet ved de tidligere kjente prosesser. Oppfinnelsen gjelder således en fremgangsmåte for elektrokjemisk spalting av en ioniserbar kjemisk forbindelse i en elektrolysecelle som er oppdelt i flere rom innbyrdes adskilt av skillevegger, nemlig et anoderom som omgir cellens anode, et katoderom som omgir cellens katode og minst et mellomliggende elektrodefritt rom, idet en elektrisk strom fores mellom nevnte anode og katode; På denne bakgrunn består fremgangsmåtens særtrekk i henhold til oppfinnelsen i at en vandig losning av den forbindelse som skal spaltes innfores i anoderommet, mens en annen vandig losning innfores i katoderommet og det elektrodefrie rom.

De ovenfor angitte og andre særtrekk og formål vil bli bedre forstått av fagfolk på område utfra den folgende beskrivelse av oppfinnelsens fremgangsmåte under henvisning til de vedfoyde tegninger, hvorpå: Fig. 1 er en skjematisk skisse av en elektrolysecelle med tre rom; Fig. 2 er en lignende skjematisk fremstilling av en elektrolysecelle med fire rom; og

fig. 3 viser skjematisk en modifikasjon av de elektrolyseceller som er vist i fig. 1 og 2 samt med et storre antall rom.

I fig. 1, som skjematisk viser en celle med tre rom i henhold til foreliggende oppfinnelse, er cellelegemet vist ved 1. Cellelegemet 1 er utformet i et anoderom 3, et katoderom 7 og et elektrodefritt puffer-rom 11, som adskiller anode- og katoderommet. En anode 5 og en katode 9 er anordnet henholdsvis i anode- og katoderommet. For dannelse av puffer-rommet 11 og adskillelse av dette rom fra anoderommet 3 og katoderommet 7, er det anordnet barrierer eller membraner 1 og 15, som er fremstilt av en hydrert, kationeveksler-harpiksmembran, som utgjores av et skikt av en fluorinert kopolymer

v

med tilhorende sulfonsyregrupper.

Anoderommet 3 er utstyrt med et innlop 17, hvorigjennom elektro-lytten, som kan være en natriumkloridopploshing, innfores. Et utlop 19 er også anordnet for anoderommet, for fjerning av forbrukt elektrolytt fra dette rom. I tillegg er anoderommet utstyrt med et gassutlop 21 for fjerning av gassformede nedbrytningsprodukter ved elektrolyseprosessen, f.eks. klor, fra anoderommet. Skjont elektrolyttinnlopet og gassutlopet er vist på oversiden av anode- - rommet, mens elektrolyttutlopet er anbrakt på den nedre del, kan disse innlop og utlop også være anordnet på annen måte, hvis så onskes.

I puffer-rommet 11 er det på samme måte anordnet et innlop 23 og

et utlop 27. Når elektrolysecellen anvendes for elektrolyse av en natriumkloridopplosning for fremstilling av klor og natriumhydroksyd, vil vann bli innfort i puffer-rommet gjennom innlopet 23, og hvis så onskes, kan en utspedd natriumhydroksyd-losning tas ut fra utlopet 27. I tillegg er katoderommet 7 utstyrt med et innlop 29 og et utlop 25, hvorigjennom, ved den foretrukkede elektrolyse av en natriumkloridopplosning, henholdsvis vann eller utspedd natriumhydroksyd innfores og en tilsvarende konsentrert losning med hoy renhet fjernes som et prosessprodukt. Videre kan katoderommet også være utstyrt med et utlop for gassformige biprodukter, som f.eks. hydrogen (ikke vist). På samme måte som ved innlopene og utlopene for katoderommet, kan innlopene og utlopene for puffer-rommet og katoderommet, hvis så onskes, være anbrakt på annet sted enn henholdsvis på oversiden og undersiden av vedkommende rom, slik det er antydet i fig. 1.

Fig. 2 viser skjematisk en modifikasjon av den elektrolysecelle som er angitt i fig.l, idet cellen er utstyrt med mer enn et puffer-rom mellom anode- og katoderommet. Som vist i denne figur er cellelegemet 2 oppdelt i et anoderom 4 og et katoderom 8, idet disse rom er adskilt ved to mellomliggende puffer~rom 12 og 14. En anode 6 og en katode 10 er plassert i henholdsvis anoderommet 4 og katoderommet 8. En rekke barrierer eller membraner 16, 18 og 20 danner puffer-rommene 12 og 14, som skiller anoderommet fra katoderommet. Alle disse tre membraner er utformet som et skikt av fluorinert kopolymer med tilhorende sulfonsyregrupper.

Et innlop 22bg et utlop 24 er anordnet for anoderommet, for tilforsel og fjerning av elektrolytt, f.eks. natriumkloridopplosning. I tillegg er det også anordnet et utlop 26 for fjerning av gassformede nedbrytningsprodukter fra anoderommet, f.eks. klor. Puffer-rommene 12 og 14 er hvert utstyrt med henholdsvis innlop 30 og 32, samt utlop 36 og 38. Når cellen anvendes for elektrolyse av. natriumkloridopplosning, vil vanligvis vann bli innfort gjennom innlopene 30 og 32, mens en utspedd opplosning av natriumhydroksyd vil bli fjernet gjennom utlopene 36 og 38. Videre er et innlop 40 og et utlop 34 anordnet for katoderommet 8. Når natriumkloridopplosning. elektrolyseres, vil en konsentrert opplosning av NaOH med hoy renhet kunne tas ut gjennom utlopet 34, mens vann eller utspedd natriumhydroksyd-opplosning kan innfores gjennom innlopet 40. Som ved den celle som er vist i fig. 1, kan et utlop for gassformige nedbrytningsprodukter, som f.eks. hydrogen, (ikke vist) , også • anordnes for katoderommet. Likesom ved den celle-konstruksjon som er vist i fig. 1, kan plasseringen av de forskjellige innlop og utlop forandres i avhengighet av den spesielle arbeidsfunksjon som onskes.

Fig. 3 viser skjematisk en modifiaksjon av den celle som er vist i fig. 2, idet cellen er utstyrt med fire puffer-rom mellom anode-og katoderommet. Som vist i denne figur omfatter cellelegemet et anoderom 3 og et katoderom 13. Disse rom er innbyrdes adskilt ved fire puffer-rom 5, 7, 9 og 11. En anode 15 og en katode 17 er anbrakt henholdsvis i anoderommet 3 og katoderommet 13. I en rekke membraner eller diafragma-barrierer 19, 21, 23, 25 og 27 danner puffer-rom og adskiller disse fra anoderommet og katoderommet. Barrierene 19, 21 og 23 utgjores av membraner dannet av et skikt

av fluorinert kopolymer med tilhorende sulfonsyregrupper, mens barrierene 25 og 27 utgjores av porose asbest diafragma.

Et innlop 29 og utlop 31 er anordnet for anoderommet med det formål å fore inn og fjerne elektrolytt, som f.eks. natriumkloridopplosning. Et utlop 33 er også anordnet for anoderommet, for derved å kunne fjerne gassformige nedbrytningsprodukter, som f.eks. klor. Puffer-rommene 5, 7, 9 og 11 er hvert utstyrt med innlop henholdsvis 35, 37, 39 og 41, samt utlop henholdsvis 45, 47, 49 og 51. Når cellen anvendes for elektrolyse av en natriumkloridopplosning, vil vanligvis vann bli innfort gjennom innlopene, mens en utspedd

losning av natriumhydroksyd vil bli fjernet gjennom utlopene.

Videre er det anordnet et innlop 43 og et utlop 53 for katoderommet 13. Når natriumkloridopplosning elektrolyseres, vil en konsentrert losning av natriumhydroksyd med hoy renhet kunne fjernes gjennom utlopet 53, og vann eller utspedd natriumhydroksyd- losning kan innfores gjennom innlopet 43. Som ved den celle som er vist i fig. 1, kan også et utlop for gassformige nedbrytningsprodukter, som f.eks. hydrogen, (ikke vist), også være anordnet for katoderommet. Som ved cellekonstruksjbnen i fig. 2,

kan plasseringene av de forskjellige innlop og utlop forandres i avhengighet av den spesielle arbeidsfunksjon som onskes.

Ved utforelse av oppfinnelsens fremgangsmåte innfores en losning

av den ioniserbaire forbindelse som skal elektrolyseres, i anoderommet for elektrolysecellen. Eksempler på de forskjellige losninger av ioniserbare forbindelser som kan elektrolysere, og de oppnådde produkter er vandige losninger av alkalimetall-halogenider for frerribringélse av alkalimetall-hydroksyder og halogen; vandige losninger av HC1 for å frembringe hydrogen og klor; vandige losninger av ammoniumsulfat for fremstilling av persulfater; vandige losninger av borax for å fremstille perborater, og lignende. Av disse er de mest foretrukkede anolytt-losninger vandige losninger av alkalimetall-halogenider, og særskilt natriumklorid, samt vandige losninger av HCl.

Ved en annen arbeidsmodus innfores vann i hver av puffer-rommene, mens en utspedd losning av natriumhydroksyd fjernes fra hver av disse rom. Vanligvis vil disse losninger variere i konsentrasjon, således åt den mest utspedde losning kommer fra det rom som ligger nærmest anoderommet. Natriumhydroksyd inneholdende vil vanligvis ligge fra omkring 50 til 200 gram pr. liter for disse losninger. Fortrinnsvis innfores en eller flere av disse utspedde losninger av natriumhydroksyd i katoderommet, enten med eller uten ytterligere vann. Disse losninger kan kombineres eller innfores hver for seg i katoderommet.

Fortrinnsvis innfores imidlertid den utspedde natriumhydroksyd-losning fra hvert puffer-rom som i det minste en del av den tilforte losning til det nærmest påfolgende puffer-rom, hvoretter det hele til slutt ender i katoderommet. Fra katoderommet oppnås en mer konsentrert natriumhydroksyd-losning NaOH-konsentrasjon fra omkring 150 til 250 gram pr. liter, idet et natriumhydroksyd-innhold på omkring 160 gram pr. liter er vanlig. I tillegg kan gassproduktet i form av klorgass og hydrogen utledes fra henholdsvis anoderommet og katoderommet.

Ved en annen alternativ arbeidsmodus tilfores vann både til puffer-rommene og til katoderommet, mens det fra hver av puffer-rommene utledes, en strom av utspedd natriumhydroksyd samt fra katoderommet en strom av mer konsentrert natriumhydroksydlosning. Under sådan drift vil den mengde av utspedd natriumhydroksyd-losning som uttas fra katoderommet kunne varieres i avhengighet av de spesielle fordringer for hver opplosningstype. Ved en typisk arbeidsoperasjon kan tilnærmet 50% av det foreliggende natriumhydroksyd kunne uttas som utspedde losninger fra puffer-rommene, mens mengden av konsentrert natriumhydroksyd-losning fra katode-. rommet vil kunne varieres i avhengighet av de spesielle fordringer for hver opplosningstype. Ved vanlige driftsforhold vil omtrent 50% av det foreliggende natriumhydroksyd kunne uttas som utspedde losninger fra puffer-rommene, mens de ovrige 50% uttas som mer konsentrert losning fra katoderommet. Konsentrasjonen av disse utspedde NaOH-losninger vil vanligvis være som angitt ovenfor. Konsentrasjonen av den mer konsentrerte losning fra katoderommet vil vanligvis ligge i området fra omkring 200 til 420 gram pr. liter, mens en konsentrasjon på omkring 280 gram pr. liter er - typisk. Ved en typisk prosess ved anvendelse av natriumkloridopplosning som tilfort væske til anoderommet, vil den tilforte losning inneholde fra omkring 250 til 325 gram pr. liter av natriumklorid og fortrinnsvis omkring 320 gram pr. liter av denne forbindelse. pH-verdien for denne anolyttvæske ligger vanligvis i området fra 1,0 til 10,0, mens en pH-verdi på omkring 3,5 er å foretrekke. Disse bnskedé pH-verdier i katoderommet kan bibeholdes ved tilsats av syre til anolytt-losningen, fortrinnsvis saltsyre. Anolyttoverstromningen eller den forbrukte anolytt-losning som fjernes fra anoderommet, vil vanligvis ha et natriumkloridinnhold på omkring 200 til 295 gram pr. liter, med et typisk natriumklorid-

innhold på omkring 250 gram pr. liter.

I en tre-roms celle, hvilket vil si en celle med en eller flere enheter som hver inneholder et anoderom og et katoderom innbyrdes adskilt av et enkelt puffer-rom i midten, tilfores vann til midt-rommet mens en utspedd losning av natriumhydroksyd tas ut fra dette rom. Vanligvis vil denne losning ha et natriumhydroksyd-innhold fra omkring 50 til 200 gram pr. liter, idet et natriumhydroksyd-innhold på omkring 100 gram pr. liter er en typisk verdi. Denne utspedde

i losning av natriumhydroksyd innfores fortrinnsvis i katoderommet, enten med eller uten tilsats av vann, for dannelse av katolytt-væsken. Fra katoderommet oppnås en mer konsentrert natriumhydroksyd-losning med NaOH-konsentrasjon fra omkring 150 til 250 gram pr. liter, med et natriumhydroksydinnhold på omkring 160 gram pr. liter som typisk verdi. I tillegg oppnås gassproduktet av klorgass og hydrogen fra henholdsvis anoderommet og katoderommet.

Ved en alternativ driftsmodus, tilfores vann både til puffer-rommet

i midten og til katoderommet, mens det fra puffer-rommet tas ut en produktstrom av utspedd natriumhydroksyd og fra katoderommet en produktstrom av mer konsentrert natriumhydroksyd-losning. Under drift av denne art vil den mengde av utspedd natriumhydroksyd-losning som tas ut fra puffer-rommet, og den mengde av konsentrert natriumhydroksyd-losning som uttappes fra katoderommet, variere i avhengighet av de spesielle fordringer for hver opplosningstype.

Ved typisk drift vil omtrent.50% av natriumhydroksyd-mengden kunne uttas som utspedd losning fra puffer-rommene, mens de ovrige 50% tappes ut som mer konsentrert losning fra katoderommet. Konsentrasjone av utspedd NaOH-losning vil vanligvis ligge i området fra omkring 50 til 200 gram pr. liter, med en konsentrasjon på omkring 100 gram pr. liter som typisk verdi. På samme måte vil konsentrasjonen av den mer konsentrerte losning fra katoderommet vanligvis ligge innenfor området fra omkring 200 til 420 gram pr. liter, med en konsentrasjon på omkring 280 gram pr. liter som typisk verdi.

Den elektrokjemiske spaltningsprosess i henhold til foreliggende oppfinnelse utfores vanligvis ved en spenning i området fra 3,4 til 4,8 volt, idet en spenning på omkring 4,2 volt foretrekkes. Strom- tettheter på omkring 0,3 ampere pr. cm 2 foretrekkes. Vanligvis vil cellen bli drevet ved temperaturer i området omkring 90 til 105°C, og fortrinnsvis ved temperaturer på omkring 95°C. Ved drift på denne måte er det funnet at klor- eller anodevirknings-grader på minst omkring 96% og katode- eller NaOH-virknings-grader på minst 85% og ofte over 90% kan oppnås. I tillegg er den konsentrerte natriumhydroksyd-losning som uttappes fra katoderommet, funnet å være av hoy renhet, idet den i det minste nærmer seg, hvis den ikke er lik, den såkalte "Rayon-grad" for natriumhydroksyd. Renheten av dette natriumhydroksyd er slik at den vanligvis vil inneholde helt uvesentlige mengder av natriumklorat og inneholde mindre enn et g£am pr. liter av natriumklorid.

Når prosessen utfores med celler sammensatt av seksjoner eller gjentatte enheter som hver omfatter to eller flere puffer-rom,

vil driftsforholdene være av samme art som beskrevet ovenfor.

Vann kan således innfores i hver av puffer-rommene samt i katoderommet, mens en del av natriumhydroksyd-produktet kan gjenvinnes fra hver av puffer-rommene som utspedd losning av natriumhydrid, samt fra katoderommet som en mer konsentrert losning av natriumhydroksyd. Fortrinnsvis overfores imidlertid de utspedde natriumhydroksyd- losninger fra hvert puffer-rom som i det minste en del av den tilforte væske til det nærmest påfolgende puffer-rom, samt til slutt til katoderommet, således at det fra dette rom kan oppnås en konsentrert natriumhydroksyd-stromning av hoy renhet. I tillegg til elektrolyse av natriumklorid-opplosninger for fremstilling av klor og natriumhydroksyd, kan elektrolysecellene i henhold til foreliggende oppfinnelse, som angitt ovenfor, også anvendes for elektrolyse av saltsyrelosninger for dannelse av klor og hydrogen som prosessprodukter. Ved sådan drift er anolytt-losningen som innfores i anoderommet en vanlig losning av saltsyre, fortrinnsvis med et HCl-innhold fra omkring 10 til 36 vektprosent, og fortrinnsvis med et HCl-innhold mellom 15 og 25% vektprosent. Skjont den tilforte væske til puffer-rommene og til katoderommet kan være rent vann, vil det ved den mest foretrukkede drift både til puffer-rommene og til katoderommmet også bli tilfort vandig saltsyrelpsning. Det onskede HCl-innhold for disse tilforte losninger vil være fra omkring 1 til 10 vektprosent, mens et HG1-

innhold mellom 1 og 5% vektprosent foretrekkes. Skjont det foretrekkes at de tilforte losninger til anoderommet, puffer-

rommene og katoderommet er hovedsakelig fri for forurensningsioner,

er det i mange tilfeller funnet onskelig å tilfore alkalimetallklor-ider, som f.eks. natriumklorid, til anolytten, i den hensikt å

minske korrosjon, særskilt når det anvendes en katode av stål eller lignende korroderbart materiale. I disse tilfeller er det vanlig å tilsette natriumklorid med mengdeandelér fra omkring 12 til 25 vektprosent til anolytt-losningen.

For at fagfolk på området skal bli i stand til å bedre forstå den foreliggende oppfinnelse og den måte hvorledes den uthyttes i praksis, vil det i det folgende bli gitt spesielle utforelse-eksempler. Hvis ikke annet er spesielt angitt i disse eksempler,

vil de angitte temperaturer være i °C, mens andeler og prosenter er angitt i vektforhold. Det skal imidlertid påpekes at disse eksempler bare er gitt for å anskueliggjore oppfinnelsens fremgangsmåte, og ikke må betraktes som en begrensning av denne.

EKSEMPEL 1

En laboratoriecelle med tre rom ble drevet med en stromstyrke på

120 amper, hvilket tilsvarte en stromtetthet på 0,3 amp/cm og en spenning på 4,1 volt. Cellen var utstyrt med en metallanode utfort i titan med et RuC^-belegg, en stålkatode samt to kationevekslende membranbarrierer, en på hver side av det midtre puffer-rom, for å adskille dette fra anode- og katoderommet. Hvert membran besto av en 0,25 mm tykk film av hydrolysert kopolymer av tetrafluoroetylen og sulfonert perfluorovinyl-eter, med en ekvivalentvekt på omkring 1.100 og fremstilt i henhold til US patentskrift nr. 3.282.875. Saltlosning med et innhold på 320 gram/liter NaCl ble fort gjennom anoderommet, og vann ble tilsatt både puffer-rommet og katoderommet. HC1 ble tilsatt anolytten for å bibeholde dens pH-verdi på omkring 4,0. Avlopet fra puffer-rommet inneholdt omkring 116 gram/ liter NaOH, mens den angitte væske fra katoderommet inneholdt omkring 384 gram/liter NaOH. Etter blanding av de to utlopsstromninger ble det oppnådd en losning som inneholdt omkring 197 gram/liter NaOH, og som var hovedsaklig fri for natriumklorat og inneholdt mindre enn omkring 1 gram/liter NaCl. Over en driftsperiode på 16,5

timer var natriumhydroksyd- eller katodevirkningsgraden omkring 85,7%, mens klor eller anodestromvirkningsgraden lå omkring 97%.

EKSEMPEL 2

En tre-roms celle av kommersiell storrelse og den type som er beskrevet ± eks. 1, ble drevet ved 150 KA, en anodestromtetthet på 0,3 amp/cm , em cellespenning på 4,1 volt samt en temperatur på omkring 96°C. En vandig saltlosning med omkring 320 gram/liter NaCl ble innfort i anoderommet, mens en anolytt-overstromning ble oppnådd fra dette rom med en pH-verdi på omkring 3,5 samt et NaCl-innhold på omkring 250 gram/liter, idet HC1 var tilsatt i sådan grad at anolyttens pH-verdi ble bibeholdt på omkring 3,5. Vann ble tilfort til puffer-rommet, mens det fra dette rom ble avgitt en utlopsvæske som inneholdt omkring 110 gram/liter NaOH. Denne utlopsvaeske ble tilfort katoderommet, hvor det ble produsert en katodevæske som inneholdt omkring 160 gram/liter NaOH,^0,5 gram/ liter NaCl samt ingen påvisbar mengde (0,1 gram/liter) NaCl03.

Under driftstiden var katodestroms-virkningsgraden 85% mens anodestroms-virkningsgraden var 96%.

EKSEMPEL 3

Treromscellen i eks. 2 ble drevet med 150 KA, en anodestromstetthet på 0,3 amp/cm 2, en cellespenning på 4,2 volt og en temperatur på omkring 94°C. Den vandige saltlosning som ble tilfort anoderommet, inneholdt omkring 320 gram/liter NaCl, og anolytt-overstromningen hadde en pH-verdi på omkring 4,0 og inneholdt omkring 250 gram/liter NaCl. idet HC1 ble tilsatt i nodvendig mengde for å bibeholde anolyttens pH-verdi på omkring 4,0. Vann ble tilfort både til puffer-rommet og til katoderommet. En svak, utstrommende losning med omkring 100 gram/liter NaOH ble oppnådd fra puffer-rommet, mens en sterk losning med et NaOH-innhold på 280 gram/liter ble oppnådd fra katoderommet. Cellen frembrakte omkring 2,3 tonn NaOH pr. dag av den svake NaOH-losning, og omkring 2,4 tonn/dag av den sterke NaOH-losning, med en katodestroms-virkningsgrad på 86% og en anodestroms- • virkningsgrad på 96%.

EKSEMPEL 4

En fireroms elektrolysecelle av laboratorietype ble utfort med et anoderom og et katoderom innbyrdes adskilt ved to puffer-rom. Anoderommet var utfort i polyester basert på heksaklor-endom-etylén-tetrahydroftalsyre og solgt under varemerket "Hetron, ^ ;

de to puffer-rom var utfort i polypropylen og katoderommet var utfort i mykt stål. Anoderommet og det forste puffer-rom samt det forste og det annet puffer-rom var innbyrdes adskilt ved hjelp av en kationevekslende membranbarriere. Dette membran var en 0,25 mm tykk film av et hydrolysiert kopolymer av tetrafluoroetylen og sulfonert perfluorovinyl-eter, med en ekvivalentvekt på omkring lilOO og fremstilt som angitt i U.S. patentskrift nr. 3.282.875.

Det annet puffer-rom og katoderommet var innbyrdes adskilt ved

hjelp av et konvensjonelt asbestdiafragma. Saltopplosning med omkring 320 gram/liter NaCl ble fort gjennom anoderommet, som var utstyrt med en metallanode utfort av titan med et RuC^-belegg,

mens vann ble tilfort det forste puffer-rom. Utlopsvæsken fra det forsb puffer-rom ble pumpet inn i det annet puffer-rom og losningen i dette rom strommet gjennom det porose asbestdiafragma inn i katoderommet, som var utstyrt med en stålkatode. Cellen ble drevet med en stromstyrke på 120 amper, en stromtetthet på 0,3 amper/cm 2 samt en spenning på .4,4 volt. NaOH-konsentrasj on ; > av losningen i det forste puffer-rom var 120 gram/liter; i det annet puffer-rom 187 gram/liter og 209 gram/liter i katoderommet, idet den sistnevnte losning hadde et NaCl-innhold på omkring 0,5 gram/liter. Under disse driftsbetingelser var anodens klorvirkningsgrad 96% mens katodens NaOH-virkningsgrad var 93%, med saltsyre tilsatt anolytten i stoikometriske mengder for å kompensere for forskjellen mellom anode- og katodevirkningsgrad.

EKSEMPEL 5

Ved utfdreise av den prosess som er blitt beskrevet i eksv 4, ble cellen i eks. 1 drevet ved en stromstyrke på 120 ampere, en anodestromtetthet på 0,3 ampere/cm og en spenning på 4,3 volt. Losningen

i det forste puffer-rom inneholdt 140 gram/liter NaOH, losningen i det annet puffer-rom inneholdt 226 gram/liter av samme forbindelse,

mens utlopsvæsken fra katoderommet inneholdt 240 gram/liter NaOH samt omkring 0,6 gian/liter NaCl. Anodens klor-virkningsgrad var 96% og katodens NaOH-virkningsgrad var 90%.

EKSEMPEL 6

Cellen i eks. 4 ble modifisert ved å erstatte asbestdiafragmaet mellom det annet puffer-rom og katoden med et porost perfluoro-sulfonsyre-membran levert av duPont under betegnelsen ESL323. Ved anvendelse av prosessen i eks. 1, ble denne celle drevet med en :natriumhydroksyd-konsentrasjon i det forste puffer-rom på 100 gram/liter NaOH; i det annet puffer-rom på 140 gram/liter NaOH, mens utlopsvæsken fra katoderommet inneholdt 213 gram/liter NaOH. Anodens klorvirkningsgrad var 96% og katodens natriumhydroksyd-virkningsgrad var 94%.

EKSEMPEL 7

Cellen i eks. 4 ble modifisert ved å erstatte det porose asbest-diaf ragma med en poros polypr<p>pylen-film med betegnelsen "Celgard". Under anvendelse av prosessen i eks. 1, ble denne celle drevet under de folgende driftsbetingelser og med de folgende oppnådde resultater:

NaOH konsentrasjon

Claims (8)

1. Fremgangsmåte for elektrokjemisk spalting av en ioniserbar kjemisk forbindelse i en elektrolysecelle som er oppdelt i flere rom innbyrdes adskilt av skillevegger, nemlig et anoderom som omgir cellens anode, et katoderom som omgir cellens katode og minst et mellomliggende elektrodefritt rom, idet en elektrisk strom fores mellom nevnte anode og katode, karakterisert ved at en vandig losning av den forbindelse som skal spaltes innfores i anoderommet, mens en annen vandig losning innfores i katoderommet og det elektrodefrie rom.

2..' Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte vandige losning av den kjemiske.forbindelse som skal spaltes, utgjores av en vandig losning av et alkalimetall-halogenid, mens den vandige losning som innfores i katoderommet og det elektrodefrie rom, utgjores av vann.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 2, karakterisert ved at alkalimetall-halogenidet er natriumklorid, således at klor utvikles som elektrolytisk spaltningsprodukt ved anoden, en utspedd losning av natriumhydroksyd frembringes i det elektrodefrie rom og en konsentrert losning av natriumhydroksyd oppstår som elektrolytisk spaltingsprodukt ved katoden.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte vandige losning av den kjemiske forbindelse som skal spaltes, er en vandig losning av HC1, således:at klor fremstilles som elektrolytisk spaltingsprodukt ved anoden og hydrogen fremstilles som elektrolytisk spaltingsprodukt ved katoden.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 3, karakterisert ved at utspedd losning av natriumhydtDksyd fra det elektrodef rie rom innfores i katoderommet som i det minste en del av den konsentrerte losning i dette rom.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 3 eller 5,' karakterisert ved at den vandige natriumklorid-losning som innfores i anoderommet, inneholder omkring 250 til 325 gram pr. liter NaCl samt har en pH-verdi i området 1,0 til 10,0 mens cellen drives med en spenning i området 3,4 til '4,8 volt og en anodestromtetthet omkring 0,13 til 0,4 ampere pr. cm 2, samtidig som konsentrasjonen av den natriumhydroksyd-opplosning som frembringes i det anodefrie rom ligger i området 50 til 200 gram NaOH pr. liter, og konsentrasjonen av den natriumhydroksyd-losning som oppstår i katoderommet ligger i området 200 til 420 gram NaOH pr. liter.

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 4, karakterisert ved at den vandige HCl-losning som innfores i anoderommet, inneholder omkring 10 til 36 vektprosent HC1, og cellen drives ved en spenning fra omkring 3,4 til 4,8 volt samt en anodestromtetthet omkring 0,13 til 0,4 ampere/cm 2.

8. Fremgangsmåte som angitt i krav 5, i det tilfelle elektrolysecellen omfatter mer enn.ett elektrodefritt rom, karakterisert ved at i det minste en del av den utspedde losning av natriumhydroksyd fra hvert elektrodefritt rom innfores i det nærmest påfolgende elektrodefrie rom og endelig til katoderommet som i det minste en del av den vandige losning i dette rom.