DE19956787A1 - Elektrolyseplatte - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Elektrolyseplatte, bestehend aus einem äußeren, nicht leitenden Rahmen (4), insbesondere bestehend aus einem faserverstärkten Kresolharz, einer darin gelagerten, elektrisch leitfähigen, bipolaren, bevorzugt beidseitig geschlitzten Graphitplatte (5) beschrieben, die im Bereich der Elektrolytzuführung (8; 9) Kunststoffschürzen (15; 16) zur Zwangsführung für die Elektrolytlösungen aufweist.
Description
Die Erfindung betrifft eine Elektrolyseplatte, bestehend aus einem äußeren, nicht
leitenden Rahmen, insbesondere aus einem faserverstärkten Kresolharz, einer darin
gelagerten, elektrisch leitfähigen, bipolaren, bevorzugt beidseitig geschlitzten
Graphitplatte, die im Bereich der Elektrolytzuführung Kunststoffschürzen zur
Zwangsführung für die Elektrolytlösungen aufweist. Die Erfindung betrifft ferner
Elektrolyseure aufgebaut auf Basis der genannten Elektrolyseplatte.
Bekannte Elektrolyseure, z. B. Salzsäureelektrolyseure weisen Elektrolyseplatten in
Form von Rahmenelementen auf, die elektrisch leitfähige, bipolare Graphitplatten als
Anode/Kathode tragen. Solche Konstruktionen sind aus der Schrift DT 23 27 883
bekannt. Die Rahmenelemente werden allgemein in Blöcken zu typischerweise 32
oder 38 Platten angeordnet und bilden dadurch eine Einheit als Elektrolyseur mit 31
bzw. 37 Elektrolysezellen zur Elektrolyse von beispielsweise Salzsäure zu Chlorgas
und Wasserstoffgas, die bei Stromdichten von bis zu 4.800 A/m2 betrieben werden.
Durch die Rahmen wird die Salzsäure ausgehend von Durchleitungen im unteren
Bereich der Rahmenelemente über speziell angeordnete Bohrungen jeweils auf der
Anolyt- oder der Katholytseite jeweils von unten in den Anolyt- bzw. den
Katholytraum zugeleitet und im oberen Bereich der Rahmenelemente durch
Austrittsbohrungen in obere Durchleitungen der Rahmenelemente gemeinsam mit
den erzeugten Gasen wieder abgeleitet.
Bekannte Elektrolyseelemente werden je nach Stromdichte mit 130 l/h bis 180 l/h
Anolyt- und Katholytsäure versorgt. Die 60°-80°C heiße Salzsäure trifft auf das den
Anolytraum vom Katholytraum trennende Diaphragma und verteilt sich nach
Umlenkung z. B. an dem Diaphragma über die Schlitze im Graphit oder dem Kanal
zwischen Rahmen und Graphitplatte zufällig.
Bei der bekannten Konstruktion der Elektrolyseelemente kommt es zu
Betriebsstörungen aufgrund der Beanspruchung und gegebenenfalls Zerstörung des
Diaphragmas, insbesondere im Bereich des Elektrolyteintritts in den Anolytraum
bzw. Katholytraum.
Aufgabe der Erfindung ist es ein Elektrolyseelement bereitzustellen, dass die
Nachteile der bekannten Konstruktion vermeidet und eine vergleichbar höhere
Standzeit aufweist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in einem
Elektrolyseelement der eingangs genannten Art die Anolyt- und Katholytseite des
Elektrolyseelements durch Anbringen einer inerten Folie, insbesondere aus
Polyvinyldifluorid oder eines Polyfluorkohlenstoffes zum Schutze des Diaphragmas
oder der Membran gegen chemische, thermische und mechanische Korrosion durch
den aus den im Elektrolyseelement vorhandenen Bohrungen auftreffenden Anolyt-
und Katholytstrahl geschützt wird.
Gegenstand der Erfindung ist eine Elektrolyseplatte, bestehend aus einem äußeren,
nicht leitenden Rahmen, insbesondere bestehend aus einem faserverstärkten
Kresolharz, einer darin gelagerten, elektrisch leitfähigen, bipolaren, bevorzugt
beidseitig geschlitzten Graphitplatte, die im Bereich der Elektrolytzuführung
Kunststoffschürzen zur Zwangsführung für die Elektrolytlösungen aufweist.
Der Aufbau des Rahmenelementes entspricht vorzugsweise einem solchen, wie er
aus der Schrift DT 23 27 883 bekannt ist, deren hiermit als Offenbarung
eingeschlossen ist.
Weiterer Gegenstand der Erfindung sind Elektrolyseure aufgebaut auf Basis der
genannten Elektrolyseplatte.
Bevorzugt wird die Elektrolyseplatte mit Kunststoffschürzen bei der
Salzsäureelektrolyse als Säurezwangsführung für die beidseitigen Salzsäurezuläufe
eingesetzt.
Die Konstruktion der Elektrolytzuführung, insbesondere Säurezwangsführung, ist so
wirksam, daß sie ein direktes Auftreffen der Säure auf die nach ca. 20-100-
monatigem Gebrauch beobachteten Schadstellen z. B. an den Diaphragmen sicher
verhindert.
Bevorzugt werden Eckstücke in Dreieckform vor den Säureeintrittsbohrungen in der
Elektrolyseplatte eingebaut.
Eine Verbesserung in einer besonders bevorzugten Bauform der Erfindung wird
jedoch durch zusätzlichen Einbau waagerecht und senkrecht durchgehender gelochter
Bänder vor Eintrittsbohrungen und im Kanal zwischen Elektrolyserahmen und
Graphitplatte erreicht.
Die eingebauten Folien werden vorzugsweise aus Polytetrafluorethylen (PTFE) oder
PVDF gefertigt.
Der erfindungsgemäße Einbau der Säurezwangsführung zeigte überraschenderweise
zusätzlich eine deutliche Spannungserniedrigung von 3%-8% pro Elektrolyseur mit
steigender Anlagemast gegenüber Elektrolyseuren ohne Säurezwangsführung und
erhöht die Wirtschaftlichkeit der Salzsäureelektrolyse wesentlich.
Das Diaphragma besteht bevorzugt aus z. B. dicht gewebtem, thermostabilisiertem
Polyvinylchlorid oder Polyvinyldifluorid oder einem Mischgewebe aus PVC und
PVDF oder ist insbesondere eine Membran aus einem sulfonierten
Fluorkohlenwasserstoff.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren durch die Beispiele, welche
jedoch keine Beschränkung der Erfindung darstellen, weiter erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 die schematische Seitenansicht eines Elektrolyseurs für die
Salzsäureelektrolyse,
Fig. 2 den grundsätzlichen Aufbau einer Elektrolyseplatte in Seitenansicht,
Fig. 3 die schematische Seitenansicht auf eine Elektrolyseplatte gemäß der
Erfindung,
Fig. 4 die schematische Seitenansicht auf eine Variante der Elektrolyseplatte
gemäß Fig. 3,
Fig. 5 die schematische Seitenansicht auf eine weitere Variante der
Elektrolyseplatte gemäß Fig. 3.
Ein Salzsäureelektrolyseur hat den im Prinzip in Fig. 1 in Seitenansicht gezeigten
Aufbau. Der Elektrolyseur ist hierin der Mitte aufgebrochen gezeichnet.
Auf einem Traggerüst 1 ist der Elektrolyseur, bestehend aus 32 durch Spannbolzen 2
zusammengepressten Elektrolyseplatten 4 aufgebaut. Die Elektrolyseplatten 4 weisen
unten rechts und links jeweils durch den Elektrolyseur durchlaufende
Durchleitungen 9 für die Katholytsäure und Durchleitungen 10 für die Anolytsäure
auf, die mit frischer Säure versorgt werden. Im mittleren Bereich des Elektrolyseurs
sind Stromschienen 3 vorgesehen die die Anschlüsse für die Graphitanoden bzw.
-kathoden mit einer nicht gezeichneten Stromversorgung elektrisch kontaktieren.
Fig. 2 zeigt den grundsätzlichen Aufbau einer Elektrolyseplatte 4. Bohrungen 11
verbinden die Durchleitungen 9 für die Katholytsäure mit dem jeweiligen
Katholytraum und Bohrungen 12 die Durchleitungen 10 für die Anolytsäure mit dem
entsprechenden Anolytraum. Die Salzsäure durchläuft den Kathoden- bzw.
Anodenraum nach oben und tritt zusammen mit den Elektrolysegasen im
Katholytraum im oberen Bereich der Elektrolyseplatte 4 durch Bohrungen 13 zu den
Durchleitungen 8 und im Anolytraum durch Bohrungen 14 zu den Durchleitungen 7
wieder aus.
In der in Fig. 3 gezeigten Bauform der Elektrolyseplatte 4 sind im Bereich der
Bohrungen 11 bzw. 12 Anströmfolien 15 bzw. 16 angebracht, die das Diaphragma 6
schützen. Die Folien haben eine Stärke von 0,5 mm und wurden in Form
ungleichschenkliger Dreiecke mit den Maßen 190 × 290 mm mit abgerundeten Ecken
und glatten Schnittkanten zum Diaphragma 6 oder der Membran in den Ecken vor
den Säureeintrittsöffnungen in speziellen Bohrungen im Rahmen mit abgerundeten,
säurebeständigen Kunststoffnieten (nicht gezeichnet) befestigt. Je ein Foliendreieck
15 bzw. 16 ist hier vor dem Anolyteintritt und Katholyteintritt vorgesehen (Fig. 3).
Die an der Anode und Kathode erzeugten Gase sorgen für ausreichende Vermischung
und Versorgung der Anode bzw. Kathode mit Salzsäure.
Fig. 4 zeigt die schematische Seitenansicht auf eine Variante der Elektrolyseplatte
gemäß Beispiel 1 mit waagerecht durchgehenden Schürzen.
Die eingebauten ganzen Schürzen, die vor allem auch dem mechanischen Schutz von
Membranen dienen, wurden aus einem PTFE- oder PVDF-Streifen der Länge 1760 mm
und Breite 190 mm gefertigt. Durchgehend hat die Folie eine Breite von 60 mm,
beide Ecken enden jedoch in ungleichschenkligen Dreiecken, die 220 mm vom Ende
beginnen und eine äußere Kantenlänge von 190 mm besitzen. Alle Kanten sind
gerundet und entgratet. Die Befestigung erfolgt wie in Beispiel 1 dargestellt mit
Kunststoffnieten im Elektrolyserahmen 4 auf der Anolyt- und Katholytseite (Fig. 4).
Fig. 5 zeigt die schematische Seitenansicht auf eine weitere Variante der
Elektrolyseplatte gemäß Beispiel 1 mit Dreieckschürzen und waagerecht und
senkrecht durchgehenden Lochfolien im Randbereich der Elektrolyseplatte 4.
Zum Schutze für Diaphragma 6 oder Membran ist hier auf dem Rahmen 4 beidseitig
jeweils eine gelochte Seitenfolie 17 mit der Dicke 0,25 mm und der Breite 40 mm
eingebracht, wobei der Graphit mindestens 10 mm von der Lochfolie überlappt
werden soll. Die obere Folie 18 ist aus 100 mm hoher Lochfolie, 0,25 mm dick, die
untere ca. 60 mm hoch. Die Dreieckschürzen 15 bzw. 16, die den Einlaufbohrungen
9 und 11 für Anolyt- und Katholytsäure abgewandt befestigt werden, sind ebenfalls
aus Lochfolie gefertigt. Die Folie wird so zugeschnitten, daß keine Löcher
durchschnitten sind. Die Lochfolienabdeckung ist hier sowohl auf der Anode als
auch auf der Kathode aufgebracht (Fig. 5).
Claims (7)
1. Elektrolyseplatte, bestehend aus einem äußeren, nicht leitenden Rahmen (4),
insbesondere bestehend aus einem faserverstärkten Kresolharz, einer darin
gelagerten, elektrisch leitfähigen, bipolaren, bevorzugt beidseitig geschlitzten
Graphitplatte (5), die im Bereich der Elektrolytzuführung (8; 9)
Kunststoffschürzen (15; 16) zur Zwangsführung für die Elektrolytlösungen
aufweist.
2. Elektrolyseplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Elektrolyseplatte mit Kunststoffschürzen (15; 16) ausgebildet ist, die bei der
Salzsäureelektrolyse als Säurezwangsführung für die beidseitigen
Salzsäurezuläufe dient.
3. Elektrolyseplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Kunststoffschürzen (15; 16) aus Polytetrafluorethylen (PTFE) oder PVDF
gefertigt ist.
4. Elektrolyseplatte nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Flächenform der einzelnen Kunststoffschürzen (15; 16) dreieckig ist.
5. Elektrolyseplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß zusätzlich waagerecht und senkrecht im Randbereich des Rahmens (4)
angeordnete durchgehende gelochte Bänder (17; 18), insbesondere aus
Kunststofffolien, vor Eintrittsbohrungen und im Kanal zwischen
Elektrolyserahmen und Graphitplatte angeordnet sind.
6. Elektrolyseplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kunststoffschürzen (19) im unteren Bereich der Elektrolyseplatte
waagerecht durchgehend ausgebildet sind.
7. Elektrolyseure aufgebaut auf Basis mindestens einer Elektrolyseplatte nach
einem der Ansprüche 1 bis 6.
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