DE2033802A1 - Verfahren zur elektrolytischen Wiedergewinnung von Chlor aus wäßriger Salzsäure - Google Patents

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Badische Anilin- & Soda-Fabrik AG .

Unser Zeichen: Ö.Z. 26 855 Ki/Hu

6700 Ludwigshafen, 7.7.1970

Verfahren zur elektrolytischen Wiedergewinnung von Chlor aus

wäßriger Salzsäure

Bei der chlorierenden Substitution organischer Verbindungen fällt die Hälfte des ursprünglich eingesetzten Chlors als Chlorwasserstoff an. Da dieser nicht immer verwendet werden kann und heutzutage eine Beseitigung mit den Abwässern sich häufig von selbst verbietet, gewinnt die Notwendigkeit der Rückgewinnung von Chlor aus Chlorwasserstoff immer mehr an Bedeutung. Hierfür haben sich zwei Methoden durchgesetzt: Die Oxydation von Chlorwasserstoff mit Luft oder Sauerstoff in Gegenwart von Katalysatoren, oder m man stellt aus dem gasförmig anfallenden Chlorwasserstoff durch Absorption zunächst Salzsäure her und unterwirft die so gewonnene Säure einer elektrolystischen Zerlegung unter Gewinnung von Chlor und Wasserstoff. Diese Methoden zur Gewinnung bzw. Wiedergewinnung von Chlor zeichnen sich gegenüber der weit verbreiteten Herstellung von Chlor durch Alkalielektrolyse dadurch aus, daß es möglich ist, Chlor ohne gleichzeitigen Anfall von Alkali zu erzeugen und dadurch die häufig gestörte Alkali-Chlor-Bilanz nicht, belastet wird. d

Bei der elektrolytischen Wiedergewinnung von Chlor aus wäßriger Salzsäure, die vorzugsweise in Diaphragmenzellen durchgeführt ^_w wird, kommt dem erforderlichen Energieaufwand wie bei allen elek- H trochemischen Prozessen e^ine ent scheidende Rolle zu. Es hat daher im Verlauf der Jahre nicht an Bemühungen gefehlt, diesen Energieaufwand durch Verminderung der erzielbaren Zellenspannung möglichst weit herabzusetzen.

Dieses Ziel läßt sich beispielsweise durch geeignete Wahl des Diaphragmas erreichen, das ein Vermischen der auf Kathoden- bzw. Anodenseite gebildeten Gase verhindert, aber den Stromtransport nicht erschweren soll. Andere Möglichkeiten sind gegeben durch Verminderung des Widerstandes im Elektrolyt, indem man die Elektrolyse im Bereich "der maximalen Leitfähigkeit der Salzsäure 163/70 _ 2 -

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durchführt, oder durch Herabsetzen der Wasserstoffüberspannung an den üblicherweise verwendeten Graphitkathoden. Die Wasserstoffüberspannung kann z.B. in bekannter Weise durch Zusatz bestimmter Metalle zum Elektrolyten gesenkt werden. Dabei werden die zugegebenen Metall-Kationen im Verlauf der Elektrolyse auf den Kathoden abgeschieden und die elektrolytische Zerlegung erfolgt an den so aktivierten Schichten der Elektroden unter Herabsetzung der Überspannung. Als Metalle werden vorzugsweise Metalle der Platingruppe, Kupfer, Nickel, Antimon, Silber, Molybdän und Kobalt genannt, die man teils diskontinuierlich teils kontinuierlich dem Elektrolyten zusetzt.

In der Praxis der Salzsäure-Elektrolyse setzt man Säuren mit einer HCl-Konzentration von oberhalb 20 bis etwa 26 Gewichtsprozent ein. Die Strömungsgeschwindigkeit der Säure wird so eingestellt, daß ein Konzentrationsgefälle zwischen der in den Elektrolyseur eingeführten und der abgegangenen Säure von mehr als 3 Gewichtsprozent, z.B. von 5 Gewichtsprozent eingehalten wird. Da man aber hinsichtlich der Temperatur der die Zelle verlassenden Säure aufgrund ihres HCl-Partialdruckes nicht frei beweglich ist - im allgemeinen darf eine Temperatur der ablaufenden Säure von 8O⁰C nicht Überschriften werden - muß man die Säure vor dem Eintritt in die Zelle stark kühlen. Auf diese Weise wird aber die mittlere Temperatur in der Zelle relativ niedrig gehalten. Man arbeitet daher in einem Temperaturgebiet in dem die Salzsäure eine geringere Leitfähigkeit besitzt, so daß man ei- nen erhöhten Energiebetrag aufwenden muß.

Es wurde nun gefunden, daß man die Elektrolyse von Salzsäure auch ohne den Zusatz überspannungssenkender Zusätze mit wirtschaftlich günstigem Stromverbrauch und geringer Spannung durchführen kann, wenn die zu elektrolysierende Säure eine Konzentration von 18 bis 28 Gewichtsprozent HCl aufweist, die zu elektrolysierende Säure um höchstens 2 Gewichtsprozent HCl abgebaut wird und die mittlere Temperatur der Säure in der Zelle auf 75 bis 90⁰C gehalten wird.

Vorzugsweise baut man die zu elektrolysierende Säure um 0,5 bis 1,6 Gewichtsprozent an HCl ab. - 3 -

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Der geringe Abbau der Salzsäure wird dadurch erzielt, daß man die zu elektrolysierende Säure bei an sich bekannten und üblichen Stromdichten von 2000 bis 5000 A/m mit erhöhter Strömungsgeschwindigkeit durch die Kathoden- und Anodenräume führt. Dabei gelingt es, den Widerstand, den die an den Elektroden gebildeten Gasblasen rasch von der Kathode bzw. der Anode abgelöst und fortgeführt werden. Man erreicht damit mit einfachen Mitteln eine erhebliche Verminderung der Zellenspannung.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Arbeitsweise liegt darin begründet, daß man bei höheren mittleren Zellentemperaturen arbeiten kann. Durch den erhöhten Säuredurchsatz ist es nämlich möglich, die Säure mit einer relativ hohen Temperatur eintreten zu lassen und man erzielt infolge der höheren Leitfähigkeit der Salzsäure bei zunehmenden Temperaturen einen weiteren Spannungsgewinn. .

Beispiel

A) Durch eine Diaphragmenzelle mit einer Anodenfläche von 2,32 m bestehend aus 30 hintereinandergeschalteten Einzelzellen wird eine 25 gewichtsprozentige S .lzsäure mit einer solchen Strömungsgeschwindigkeit geführt, daß die Konzentration der abgebauten, die Zelle verlassende Säure 21,5 Gewichtsprozent beträgt. Bei einer Stromstärke von 9 400 A wird dabei eine Zeilenspannung von 2,25 V gemessen. Die mittlere Temperatur der Säure in der Zelle liegt bei 65⁰C.

B) Wird hingegen die zu elektrolysierende Säure von einer Anfangskonzentration von 25 Gewichtspro-zent auf nur 23,5 Gewichtsprozent abgebaut, so beträgt die Zeilenspannung bei
einer m:
2,03 V.

einer mittleren Temperatur der Säure in der Zelle von 77°C

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Claims (2)

- A - |. O.Z. 26 855 Patentansprüche

1. Verfahren zur elektrolytischen Gewinnung von Chlor und Wasserstoff aus wäßriger Salzsäure, in Diaphragmenzeilen, dadurch gekennzeichnet, daß die zu elektrolysierende Säure

eine Konzentration von 18 bis 28 Gewichtsprozent HCl aufweist, die zu elektrolysierende Säure um höchstens 2 Gewichtsprozent HCl abgebaut und die mittlere Temperatur der Säure in der Zelle auf 75 bis 9O⁰C gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zu elektrolysierende Säure um 0,5 bis 1,6 Gewichtsprozent an HCl abgebaut wird.

Badische Anilin- & Soda-Fabrik AG

BAD

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