DE10152791A1 - Process for the production of chlorine and caustic soda by electrolysis using a gas diffusion electrode demister - Google Patents
Process for the production of chlorine and caustic soda by electrolysis using a gas diffusion electrode demisterInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Chlor und Natronlauge durch Elektrolyse einer wässrigen NaCl-Lösung mittels Gasdiffusionselektroden. The invention relates to a process for the production of chlorine and sodium hydroxide solution by electrolysis of an aqueous NaCl solution using gas diffusion electrodes.
Verfahren zur Herstellung von Chlor und Natronlauge durch Elektrolyse mittels Gasdiffusionselektroden bei Einsatz einer Druckkompensation zwischen dem höhenabhängigen Druck der Natronlauge vor der Gasdiffusionselektrode und dem konstanten Druck des Sauerstoffs hinter der Gasdiffusionselektrode und der Führung des Sauerstoffs durch Gastaschen dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoff vor Eintritt in die Gastasche durch eine Gas-/Flüssigkeitstrennvorrichtung geleitet wird. Process for the production of chlorine and caustic soda by means of electrolysis Gas diffusion electrodes when using pressure compensation between the height-dependent pressure of the sodium hydroxide solution in front of the gas diffusion electrode and the constant pressure of the oxygen behind the gas diffusion electrode and the guide of oxygen characterized by gas pockets in that the oxygen before Entry into the gas pocket is passed through a gas / liquid separation device.
Der Einsatz von Gasdiffusionselektroden in unterschiedlichen Elektrolyseprozessen ist bekannt und vielfach beschrieben. Im Falle der Alkalihalogenid-Elektrolyse, bei der die Gasdiffusionselektrode als Sauerstoffverzehrkathode betrieben wird, ist die Gasdiffusionselektrode eine offenporige Membran. Diese ist zwischen Elektrolyt und Gasraum angeordnet und ermöglicht an der Dreiphasengrenze zwischen Elektrolyt, Katalysator und Sauerstoff eine Sauerstoffreduktion. Die Gasdiffusionselektrode kann z. B. nach dem in der DE-A-37 10 168 beschriebenen Verfahren hergestellt werden. The use of gas diffusion electrodes in different electrolysis processes is known and widely described. In the case of alkali halide electrolysis, at The gas diffusion electrode is operated as an oxygen consumption cathode Gas diffusion electrode an open-pore membrane. This is between electrolyte and Gas space arranged and enables on the three-phase boundary between electrolyte, Catalyst and oxygen an oxygen reduction. The gas diffusion electrode can e.g. B. prepared by the method described in DE-A-37 10 168 become.
Die Dichtigkeit der Gasdiffusionselektrode ist jedoch nur bis zu einem endlichen Druckgefälle zwischen Gasseite und Flüssigkeitsseite vorhanden. Ist der Gasdruck zu hoch, bricht Gas durch die Elektrode und die Funktion der Elektrode ist gestört. Ist hingegen der Flüssigkeitsdruck zu hoch, wird zunächst die Dreiphasengrenze in Richtung Gasseite verlagert oder aber es kommt zu einem Flüssigkeitsdurchbruch von Elektrolyt in den Gasraum. However, the tightness of the gas diffusion electrode is only finite There is a pressure drop between the gas side and the liquid side. Is the gas pressure too high, gas breaks through the electrode and the function of the electrode is disturbed. is on the other hand, if the liquid pressure is too high, the three-phase limit in Relocated towards the gas side or there is a liquid breakthrough of electrolyte in the gas space.
Bei technischen Elektrolyseuren, die mit einer Druckkompensation versehen sind, sind die Bauhöhen der einzelnen Gastaschen auf ca. 30-40 cm begrenzt, was zu Druckdifferenzen zwischen Gasseite und Flüssigkeitsseite von 0 bis ca. 40 cm Flüssigkeitssäule führt (siehe DE-A-44 44 114, DE-A-196 22 744, DE-A-197 15 429). In technical electrolysers that are equipped with pressure compensation, the overall heights of the individual gas pockets are limited to approx. 30-40 cm, which too Pressure differences between gas side and liquid side from 0 to approx. 40 cm Liquid column leads (see DE-A-44 44 114, DE-A-196 22 744, DE-A-197 15 429).
Die Gaszuführung (13) in die unterste Gastasche (6) erfolgt von außen, z. B. über einen Stutzen direkt in die Gastasche. Wie in Skizze 1 ersichtlich, erfolgt die Gaszuführung in die nächst höhere Gastasche (6b) über eine Gaseintrittsöffnung (4). Das aus der unteren Gastasche (6a) über die Auslasslöcher (3) entweichende Gas wird in der Gasglocke (8) gesammelt und über die Gaseintrittöffnung (4) der nächst höheren Gastasche (6b) zugeführt. Über den Gasauslass (3) gelangt auch das sich gebildete Kondensat aus der Gaskammer in den Flüssigkeitsraum (2) hinter der Gasglocke (8). The gas supply ( 13 ) in the lowest gas pocket ( 6 ) takes place from the outside, for. B. via a nozzle directly into the gas pocket. As can be seen in sketch 1 , the gas is fed into the next higher gas pocket ( 6 b) via a gas inlet opening ( 4 ). Selected from the lower gas pocket (6a) over the outlet holes (3) escaping gas is collected in the gas bell (8) and fed via the gas inlet opening (4) of the next highest gas pocket (6 b). Via the gas outlet ( 3 ), the condensate that is formed also passes from the gas chamber into the liquid space ( 2 ) behind the gas bell ( 8 ).
Da das gesamte Gas, das über die Gaszuführung (13) in die unterste Gastasche eingebracht wird durch die Gasglocke gesammelt wird, entsteht innerhalb der Gasglocke eine hohe Strömungsgeschwindigkeit. Somit können Flüssigkeitstropfen mit in die Gastasche gerissen werden und dadurch die Funktion der Gasdiffusionselektrode verschlechtert. Since all of the gas that is introduced into the lowermost gas pocket via the gas feed ( 13 ) is collected by the gas bell, a high flow velocity occurs within the gas bell. Liquid droplets can thus be torn into the gas pocket and thereby impair the function of the gas diffusion electrode.
Die Gasdiffusionselektrode wird im Gaseintrittbereich mit Natronlaugetröpfchen kontaktiert, was zu einem Verlust von aktiver Elektrodenoberflächen führen kann. Ebenso nachteilig wirkt sich aus, dass größere Mengen Natronlauge in die Gastasche gelangen und dementsprechend wieder entfernt werden müssen. Es wurde beobachtet, dass diese Natronlauge nicht immer vollständig aus der Gastasche entfernt werden kann, wodurch sich die Natronlauge in dieser Gastasche anreichert. Die Natronlaugeanreicherung in der Gastasche wird dadurch begünstigt, dass sich der Gas-/Flüssigkeitsauslass der Gastasche gegenüber der Sauerstoffeinlassstelle befindet. Bemerkbar wird die vermehrte Flüssigkeitszufuhr durch eine Erhöhung der Elektrolysespannung. The gas diffusion electrode is covered with sodium hydroxide droplets in the gas inlet area contacted, which can lead to a loss of active electrode surfaces. Another disadvantage is that larger quantities of sodium hydroxide in the gas pocket arrive and must be removed accordingly. It was observed that this caustic soda is not always completely out of the gas pocket can be removed, whereby the sodium hydroxide solution accumulates in this gas pocket. The sodium hydroxide enrichment in the gas pocket is favored by the fact that the Gas / liquid outlet of the gas pocket opposite the oxygen inlet point located. The increased fluid intake is noticeable by an increase in the Electrolysis voltage.
Aufgabe der Erfindung war es, die Gaszuführung in die Gastasche so zu gestalten, dass der einströmende Sauerstoff keine Flüssigkeit in die Gastasche einbringt. The object of the invention was to design the gas supply into the gas pocket in such a way that the inflowing oxygen does not bring any liquid into the gas pocket.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Gas in der Gasglocke (8) bevor es in die Gastasche gelangt, durch eine Gas-/Flüssigkeitstrennvorrichtung (7) geleitet wird. Hierzu kann z. B. in den oberen Teil der Gasglocke ein poröses Metallfilzgewebe eingebaut werden. Ebenfalls sind Kunststoffschwämme, offenporige Sintermetalle aus geeigneten Werkstoffen, die eine ausreichende Beständigkeit gegen Natronlauge aufweisen wie z. B. Nickel oder Kunststoff wie z. B. Polytetrafluorethylen. Ebenso sind Kunststoff oder Metallfliese einsetzbar. Eine weitere Möglichkeit der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, das Gas durch entsprechend geformte Gasumlenkbleche so zu führen, dass eine Tropfenabscheidung erfolgt. Eine weitere Ausführungsform ist in Skizze 4 dargestellt, darin wird die Gasglocke (8) in einen Bereich getrennt, in dem das Gas aufsteigt (9) und einen Bereich in dem kein Gas aufsteigt (10). Die beiden Bereiche der Gasglocke werden durch ein Blech (11) getrennt und werden z. B. über eine Bohrung (12) miteinander verbunden. The object is inventively achieved in that the gas in the gas bell (8) before it passes into the gas bag, is passed through a gas / liquid separator (7). For this purpose, e.g. B. a porous metal felt fabric can be installed in the upper part of the gas bell. Also plastic sponges, open-pore sintered metals made of suitable materials that have sufficient resistance to caustic soda such as. B. nickel or plastic such. B. polytetrafluoroethylene. Plastic or metal tiles can also be used. Another possibility of executing the method according to the invention is to guide the gas through appropriately shaped gas deflection plates in such a way that droplet separation takes place. Another embodiment is shown in sketch 4 , in which the gas bell ( 8 ) is separated into an area in which the gas rises ( 9 ) and an area in which no gas rises ( 10 ). The two areas of the gas bell are separated by a sheet ( 11 ) and are z. B. connected to each other via a bore ( 12 ).
Besonders vorteilhaft reicht die Gasglocke über zwei Gastaschenhöhen. Am unteren Rand der unteren Gastasche gelangt das Gas aus der Gastasche heraus und wird direkt durch eine Gassammelvorrichtung, wie z. B. einer Gasglocke, gesammelt und zur Gaseinlassöffnung der darüberliegenden Gastasche geleitet. Die Gaseinlassöffnung befindet sich am oberen Rand der Gastasche. Je nach Druckverhältnissen stellt sich ein entsprechender Flüssigkeitsstand in der Gastasche ein. Oberhalb dieses Flüssigkeitsstandes wird die Gas-/Flüssigkeitstrennvorrichtung eingebaut. The gas bell particularly advantageously extends over two gas pocket heights. At the bottom At the edge of the lower gas pocket, the gas comes out of the gas pocket and becomes directly through a gas collection device such as B. a gas bell, collected and directed to the gas inlet opening of the gas pocket above. The Gas inlet opening is at the top of the gas pocket. Depending on the pressure conditions there is a corresponding liquid level in the gas pocket. Above this Liquid level, the gas / liquid separation device is installed.
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