DE2821985C2

DE2821985C2 - Elektrolysezellenblock

Info

Publication number: DE2821985C2
Application number: DE2821985A
Authority: DE
Inventors: Luciano 4600 Dortmund Mose; Helmuth Dipl.-Ing. 4755 Holzwickede Schurig; Bernd Dipl.-Ing. Dr. 4700 Hamm Strasser
Original assignee: Hooker Chemicals and Plastics Corp
Current assignee: Occidental Chemical Corp
Priority date: 1978-05-19
Filing date: 1978-05-19
Publication date: 1982-07-01
Also published as: DE2821985A1; US4256562A

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektrolysezellenblock mit einer gemeinsamen Tragkonstruktion für filterpressenartig angeordnete Elektrolysezellen und mit mehreren Sammelleitungen für die Zu- und Abfuhr der Elektrolysemedien parallel zur Längsachse des Zellenblocks.

In derartigen Elektrolysezellen erfolgt beispielsweise die Chloralkalielektrolyse, unter der man die Gewinnung von Chlor, Wasserstoff und Atzalkalien aus wäßrigen Lösungen von Alkalichloriden durch elektrische Energie versteht. Daneben wächst die Bedeutung der elektrolytischen Zerlegung von Salzsäure. Bei der Herstellung von Alkali- oder Erdalkalimetallen durch Elektrolyse geschmolzener Salze fällt Chlor als Nebenprodukt an.

Einige dieser Produkte werden als Grundchemikalien in sehr großen Mengen hergestellt Im Falle der Chloralkalielektrolyse werden Anlagen betrieben, in deren einzelnen Stromkreisen 500 bis 1000 Tonnen Chlor pro Tag erzeugt werden. In diesen Anlagen werden Stromstärken bis etwa 500 000 A erzielt, und

ίο abhängig von dem benutzten Verfahren werden mehr oder weniger viele Elektrolysezellen zu einem Stromkreis zusammengeschaltet

Fließt durch eine elektrochemische Zelle mit alkalichloridhaltigem, wäßrigem Elektrolyten ein elektrischer Gleichstrom, so wird am positiven Pol, der Anode, vorwiegend Chlorgas gebildet, während am negativen Pol, der Kathode, Wasserstoffgas und Alkalihydroxid entstehen. Eine Durchmischung der Produkte, und damit eine Rückreaktion, muß verhindert werden. Zu diesem Zweck wurden zunächst zwei verschiedene Verfahren entwickelt, und zwar das sogenannte Quecksilberverfahren und das Diaphragmenverfahren, Beim Diaphragmenverfahren trennt eine poröse

Scheidewand (Diaphragma) den Anodenraum vom Kathodenraum und verhindert eine Vermischung und damit die Rückreaktion der an den Elektroden abgeschiedenen Produkte.

In letzter Zeh: setzt sich zunehmend ein drittes Elektrolyseverfahren, das sogenannte Membranzellenverfahren, durch. Da dimensionsstabile Anoden und permselektive Membranen zur Verfügung stehen, können Elektrolysezellen mit einer dünnen, zwischen flachen Elektroden aufgespannten Trennmembran, hergestellt werden. Durch Aneinanderfügen mehrerer derartiger Elektrolysezellen wird ein filterpressenartig aufgebauter Zellenbiock erhalten. Filterpressenartig angeordnete Elektrolysezellen sind z. B. aus der DE-PS 10 54 430 und der DE-OS 22 22 637 für die Elektrolyse wäßriger Salzsäure und aus der DE-OS 25 10 396 für die Chloralkalielektrolyse be.kannt.nie Zellenelemente sind im allgemeinen in Halterahmen gehaltert Mit Hilfe einer geeigneten Anpreßvorrichtung, beispielsweise einer hydraulischen Vorrichtung, eines Zugankers oder einzelner Schrauben wird der Zellenblock unter Zwischenlage von Dichtungen zwischen den Zellenelementen zur gegenseitigen Abdichtung zusammengepreßt und bildet so auf einer gemeinsamen Tragkonstruktion montiert eine starre Einheit, die etwa 10 bis beispielsweise 100 Zellenelemente und eine entsprechende Produktionskapazität aufweisen kann.

Um nun den einzelnen Elektrodenkammern den Elektrolyten zuzuführen bzw. aus diesen die Elektrolyseprodukte abzuführen, ist es aus der DE-OS 25 51 234 bekannt, in den Zellenrahmen integriert parallel zur Längsachse des Zellenblocks Bohrungen vorzusehen, die bei zusammengesetztem Zellenblock die Sammelleitungen für die Zu- und Abfuhr der Elektrolysemedien bilden. An den Schmalseiten der Zellenelemente sind ferner Aufhängeeinrichtungen vorgesehen, mit deren Hilfe der gesamte Zellenblock in zwei horizontale Schienen eines Traggestells eingehängt werden kann. Bei dem bekannten Elektrolysezellenblock ist somit eine von den Sammelleitungen unabhängige gemeinsame Tragekonstruktion für die Elektrolysezellen erforderlieh.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufbau des Elektrolysezellenblocks der eingangs beschriebenen Art zu vereinfachen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Sammelleitungen die Tragkonstruktion des Zellenblocks bilden. Durch diese Maßnahmen ist es möglich, den Aufbau des erfindungsgemäßen Zellenblocks mit der Tragkonstruktion wesentlich zu vereinfachen, da die Sammelleitungen gleichzeitig als wesentlicher Bestandteil der Tragkonstruktion dienen. Dadurch wird der Materialaufwand vermindert, und die Einheit kann, etwa zur Wartung, komplett demontiert werden, wobei in dem Raum zwischen den benachbarten Zellenblöcken keine störende Tragkonstruktion verbleibt Ferner sind die einzelnen Zellenelemente leichter zugänglich, da Rohrleitungen nur im Bereich der Tragkonstruktion vorhanden sind.

Um den Aufbau des Zellenblocks weiter zu vereinfachen, sind erfindungsgemäß je zwei Sammelleitungen zu einem Tragprofil der Tragkonstruktion miteinander verbunden. Ferner ist die Tragkonstruktion in vorteilhafter Weise unterhalb des Zellenblocks angeordnet

Erfindungsgemäß sind die Querschnitte der Sammelleitungen für die abzuleitenden Elektrolysemedien überdimensioniert und können so gleichzeitig als Trenngefäße für die bei der Elektrolyse entstehenden Gase und Flüssigkeiten dienen.

Erfindungsgemäß können die Tragprofile verschiedene, beispielsweise rechteckige, kreisförmige oder ovale Querschnitte aufweisen. Werden Ovalprofile für die Tragkonstruktion verwendet und diese hochkant angeordnet, so ist deren Tragfähigkeit bei gleichem Materialeinsatz höher als bei Rohrprofilen mit kreisförmigem Querschnitt

Erfindungsgemäß werden die Tragprofile aus unterschiedlichen Materialien hergestellt, um je nach dem durchströmenden Elektrolysemedium optimale Anti-Korrosionseigenschaften zu gewährleisten. So wird beispielsweise die Sammelleitung, durch die der Katholyt fließt, vorzugsweise aus Flußstahl hergestellt, während die Sammelleitung, in der Chlor und Sole fließt, bevorzugt aus Titan hergestellt wird. Alternativ können jedoch <?'e Sammelleitungen in an sich bekannter Weise innen oberflächenbeschichtet sein, beispielsweise durch geeignete Kunststoffe, eine Gummierung, beispielsweise mit Hartgummi, oder durch geeignete Metallbeschichtungen.

Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die anliegende Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht eines am Verwendungsort aufgestellten, erfindungsgemäßen Zellenblocks,

F i g. 2 eine schematische Perspektivansicht eines Zellenblocks mit bekannter Tragkonstruktion und

Fig.3 eine schematische Perspektivansicht eines ZellenLlocks mit einer erfindungsgemäßen Tragkonstruktion.

Gemäß den F i g. 1 bis 3 ist ein Zellenblock 1 mit filterpressenartig hintereinander angeordneten Zellenelementen la auf einem Support oder einer Tragkonstruktion 2 angeordnet Mittels isolierenden und einstellbaren Füßen 9 stützt sich die Tragkonstruktion 2 auf dem Boden 8 ab. Unterhalb der Tragkonstruktion 2 ist in dem Boden 8 eine Bodengrube 10 vorgesehen, in der ein mobiler Kurzschluß- oder Überbrückungsschalter 7 zu verschiedenen, zueinander parallel angeordneten Zellenblöcken, verschoben werden kann. Dieser Überbrückungsschalter 7 ist vorgesehen, um einen auszutauschenden Zellenblock zwischen zwei benachbarten Zellenblöcken kurzzuschließen, so daß beim Austausch des überbrückten Zellenblocks nicht der gesamte Elektrolysestromkreis abgeschaltet werden muß. Im übrigen wird hierzu auf die US-PS 39 30 978 verwiesen, so daß sich eine nähere Erläuterung erübrigt Bei der filterpressenartigen Anordnung der Elektrolysezellen sind sowohl beim Diaphragmen- als auch beim Membranzellenverfahren mit permselektiven

ίο Membranen dem einzelnen Zellenelement la je ein Kathoden- und je ein Anodenraum zugeordnet In der Zeichnung sind die Zellenelemente lediglich schematisch dargestellt Bei den dargestellten Beispielen ist angenommen, daß die Trennung von Gas und Flüssigkeit bei der Elektrolyse außerhalb des Zellenblocks 1 stattfindet, und daher sind bei den F i g. 2 und 3 jeweils vier Sammelleitungen dargestellt, und zwar eine erste Sammelleitung 3 für die Abfuhr des Anolyten und der Chlors, eine zweite Sammelleitung 4 für die Sole, eine dritte Sammelleitung 5 für die Katholytzufuhr und eine vierte Sammelleitung 6 für die Abfuhr des Katholyten und des Wasserstoff. Diese Sammelleitungen sind über mehrere Rohranschluss^ 3a, 4a, 5a bzw. 6a in üblicher Weise mit den entsprechenden Zellenelementen la verbunden.

Gemäß Fig.2 ist unterhalb der Zellenelemente la eine gemeinsame Tragkonstruktion 2', bestehend aus zwei Doppel-T-Trägern, angeordnet, die sich parallel zur Längsrichtung des Zellenblocks erstrecken. Ebenfalls parallel zur Längsrichtung dss Zellenblocks sind die Sammelleitungen 3 bis 6.

Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform gemäß Fig.3 bilden die Sammelleitungen 3 und 4 einerseits und die Sammelleitungen 5 und 6 andererseits je ein Tragprofil der Tragkonstruktion 2. Die Sammelleitungen 3 bis 6 sind in üblicher Weise über Rohranschlüsse 3a bis 6a mit den entsprechenden Zellenelementen la verbunden.
Die Sammelleitungen 3 bis 6 der Zellenblöcke 1 sind wiederum in nicht dargestellter Weise mit entsprechenden Rohrleitungen lösbar verbunden, die beispielsweise parallel zur Längsrichtung der Bodengrube 10 auf dem Boden 8 seitlich neben den Zellenblöcken 1 verlaufen.
Sollen nun beispielsweise beim Einsatz von Zellenblöcken nach dem Membranzellenverfaliren die permselektiven Membranen und/oder die dimensionsstabilen Anoden nach einer gewissen Laufzeit ausgetauscht werden, so wird der zu wartende Zellenblock durch einen Überbrückungsschalter 7 aus dem Zellenstromkreis herausgeschaltet und nach dem Lösen der Sammelleitungen 3 bis 6 von den nicht dargestellten Rohrleitungen 2ur Wartung in die Werkstatt transportiert Der Produktionsausfall durch einen fehlenden Zellenblock kann durch Austausch des zu wartenden

a5 gegen einen anderen, vorbereiteten Zellenblock auf die reine Montagezeit zum Austausch rler Zellinblöcke beschränkt werden. Dabei wird der komplette Zellenblock einschließlich seiner Tragkonstruktion mit den in dieser integrierten Sammelleitungen und der Anp^eßvorrichtung ff- die Zellenelemente transportiert

Gemäß der Figurenbeschreibung bilden je zwei Sammelleitungen ein Tragprofil der Tragkonstruktion. Im Rahmen der Erfindung ist jedoch auch eine andere zahlenmäßige Kombination der Sammelleitungen zu Tragprofilen der Tragkonstruktion möglich.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrolysezellenblock mit einer gemeinsamen Tragkonstruktion für mehrere filterpressenartig angeordnete Elektrolysezellen und mit mehreren Sammelleitungen für die Zu- und Abfuhr der Elektrolysemedien parallel zur Längsachse des Zellenblocks, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelleitung (3 bis 6) die Tragkonstruktion (2) des Zellenblocks (1) bilden.

2. Zellenblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß je zwei Sammelleitungen (3, 4 bzw. 5, 6) zu einem Tragprofil (2a, 2b) der Tragkonstruktion (2) verbunden sind.

3. Zellenblock nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragkonstruktion (2) unterhalb des Zellenblocks (1) angeordnet ist

4. Zellenblock nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnitte der Sammelleitungen (3, 6) für die abzuleitenden Elektroi>semedien überdimensioniert sind.

5. Zelienblock nach einem der Ansprüche 2 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Tragprofile (2a, 2b) rechteckige Querschnitte aufweisen.

6. Zellenblock nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragprofile kreisförmige Querschnitte aufweisen.

7. Zellenblock nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragprofile ovale Querschnitte aufweisen.

8. Zellenblock nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ovalprofil hochkant angeordnet ist

9. Zellenblock nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet daß die die verschiedenen Sammelleitungen (3 bis 6) b..denden Tragprofilteile aus unterschiedlichen Materialien bestehen.

10. Zellenblock nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelleitung (6) für den Katholyten und den Wasserstoff aus Flußstahl und die Sammelleitung (3) für den Anolyten und das Chlor aus Titan bestehen.

11. Zellenblock nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelleitungen (3 bis 6) innen mittels Kunststoff und/oder Metall oberflächenbeschichtet sind.

12. Zellenblock nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelleitungen (3 bis 6) innen gummibeschichtet sind.

13. Zellenblock nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelleitungen (3 bis 6) mit Hartgummi beschichtet sind.