NO752750L - - Google Patents

Description

Por fremstilling av klor og alkalilut ved elektrolyse av vandige alkalikloridoppløsninger er det i bruk såvel amalgamceller L.med flytende kvikksølvkatode som også diafragma-eller membranceller. Fordelen av amalgamcellene ligger i at de gir en omtrent kloridfri lut av meget høy konsentrasjon. For the production of chlorine and alkaline lye by electrolysis of aqueous alkali chloride solutions, amalgam cells L. with a liquid mercury cathode as well as diaphragm or membrane cells are in use. The advantage of the amalgam cells is that they provide an almost chloride-free lye of very high concentration.

Ved diafragmaceller ble kvaliteten av den frem-stilte alkalilut i lang tid påvirket av den var forholdsvis sterkt forurenset med klorid og derfor ikke egnet seg for mange anvendelsesformål, hvis det ikke ble tilsluttet en omstendelig renseprosess. In the case of diaphragm cells, the quality of the alkaline lye produced was affected for a long time by the fact that it was relatively heavily contaminated with chloride and was therefore not suitable for many applications, unless a lengthy cleaning process was involved.

I den nyere tid er det imidlertid utviklet ione-utveksler-membranmaterialer som sterkt hindrer vandringen av kloridioner inn i katolyten og muliggjør fremstilling av klorid-fattig lut. Med økende konsentrasjon av luten i katolyten øker riktignok ved ioneutvekslermembranene vandringen av hydroksyl-ionene inn i anoderommet, hvorved strømutbyttet sterkt avtar med økende lutkonsentrasjon. Under ellers like betingelser opp-når man eksempelvis ved en lutkonsentrasjon på 130 g NaOH pr. liter, tilsvarende ca. 11, 5% NaOH, et strømutbytte på ca. 83%, ved en økonomisk interessent lutkonsentrasjon på 250 g NaOH pr. liter tilsvarende ca. 20% NaOH, men bare dessuten et strømut-bytte på ca. 68%. Lut av mindre konsentrasjon er ikke brukbar for de fleste formål og må inndampes med høyt energiforbruk. In recent times, however, ion-exchange membrane materials have been developed which strongly prevent the migration of chloride ions into the catholyte and enable the production of chloride-poor lye. With increasing concentration of the lye in the catholyte, the migration of the hydroxyl ions into the anode space increases at the ion exchange membranes, whereby the current yield decreases strongly with increasing lye concentration. Under otherwise similar conditions, for example, a lye concentration of 130 g NaOH per litres, corresponding to approx. 11.5% NaOH, a current yield of approx. 83%, at an economically interesting lye concentration of 250 g NaOH per liters corresponding to approx. 20% NaOH, but also only a current yield of approx. 68%. Lye of lower concentration is not usable for most purposes and must be evaporated with high energy consumption.

Det besto derfor et behov i elektrolyseceller med ioneutvekslermembraner å fremstille lut med en utnyttbar konsentrasjon med økonomisk representerbare strømutbytter. There was therefore a need in electrolysis cells with ion exchange membranes to produce lye with a usable concentration with economically representable current yields.

Dette lykkes ifølge oppfinnelsen ved at man gjennom-fører elektrolysen i flere celler, idet det til anoderommet av hver enkelt celle tilføres frisk alkalikloridoppløsning, mens det som katalyt av første celle tilføres vann og hver av de følgende celler katalyten fra foregående celler, således at elek trolysen foregår med fra celle til celle økende konsentrasjon av alkalilut i katolyten. According to the invention, this succeeds by carrying out the electrolysis in several cells, fresh alkali chloride solution being added to the anode compartment of each individual cell, while the catalyst of the first cell is supplied with water and each of the following cells with the catalyst from the preceding cells, so that elec. the trolysis takes place with an increasing concentration of alkaline lye in the catholyte from cell to cell.

Celleanordningen til gjennomføring av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen består av en gruppe av ioneutveksler-membranceller, hvis katoderom er forbundet med ledninger, således at hver gang er katolytavløpet fra foregående celle forbundet med katolyttilløpet i den følgende celle. The cell device for carrying out the method according to the invention consists of a group of ion exchanger membrane cells, whose cathode compartment is connected by lines, so that each time the catholyte outlet from the preceding cell is connected to the catholyte inlet in the following cell.

Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen fåes altså den ønskede sluttkonsentrasjon i luten, først i katoderomavløpet fra siste av et større antall celler. Hensiktsmessig driver man elektrolysen således at lutkonsentrasjonen drives over 4 til 6 celler økende til ca. 20%. Derved avtar riktignok strømutbyttet fra celle til celle. Gjennomsnittlig ligger det imidlertid betraktelig høyere enn ved fremstilling av lut av samme konsentrasjon i enkeltceller. Ved siden av økningen av strømutbyttet fremkommer derved dessuten den fordel at anolyten inneholder mindre klorat og at det frembragte klor i mindre grad er forurenset med oksygen, nitrogen og hydrogen enn ved entrinnselek-trolyse. With the method according to the invention, the desired final concentration is thus obtained in the lye, first in the cathode room effluent from the last of a larger number of cells. Appropriately, the electrolysis is operated in such a way that the lye concentration is operated over 4 to 6 cells increasing to approx. 20%. Thereby, the current yield from cell to cell decreases. On average, however, it is considerably higher than when producing lye of the same concentration in individual cells. In addition to the increase in current yield, there is also the advantage that the anolyte contains less chlorate and that the produced chlorine is less contaminated with oxygen, nitrogen and hydrogen than with single-stage electrolysis.

Eksempel.Example.

Det ble anvendt en laboratoriecelle med dimensjoner 52 x 37 x 9 mm. Anoden besto av aktivert titanstrekkmetall, 2 mm tykt, med en maskevidde på 4 x 6 mm. Som katode tjente en edel-stålvevnad av tilsvarende dimensjon. Katode- og anodeflatene var hver ca. 0,1 m<2>, elektrodeavstanden 9 mm. Som membran tjente en ioneutvekslermembran med en ekvivalentvekt på 1200 (Du Pont "Nafion XR 475"). Analyten besto av en NaCl-oppløsning med en konsentrasjon på 300 g NaCl pr. liter. Denne flaske ble ført til anoderommet ved alle forsøk i en mengde på 10 liter pr. time. Lakens pH-verdi var 9. A laboratory cell with dimensions 52 x 37 x 9 mm was used. The anode consisted of activated titanium stretch metal, 2 mm thick, with a mesh size of 4 x 6 mm. A stainless steel fabric of similar dimensions served as the cathode. The cathode and anode surfaces were each approx. 0.1 m<2>, electrode distance 9 mm. An ion exchange membrane with an equivalent weight of 1200 (Du Pont "Nafion XR 475") served as the membrane. The analyte consisted of a NaCl solution with a concentration of 300 g NaCl per litres. This bottle was taken to the anode room in all experiments in a quantity of 10 liters per hour. The lake's pH value was 9.

Pors ø_k _1 _i f ^lge_ teknikkens _s tandj_Pors ø_k _1 _in ^lge_ technique's _s tandj_

Som katolyt ble det anvendt 4,17 liter vann og pumpet rundt. Det ble elektrolysert i 75time. Cellespenningen sank ved en temperatur på 8l - 82°C fra 3,34 volt ved begynnelsen av forsøket til 3,14 volt ved slutten. Strømtettheten var ca. 4.17 liters of water were used as catholyte and pumped around. It was electrolyzed for 75 hours. The cell voltage dropped at a temperature of 8l - 82°C from 3.34 volts at the beginning of the experiment to 3.14 volts at the end. The current density was approx.

2 KA/m p. Etter denne tid ble det som katolyt anvendt 5,52 liter NaOH med en konsentrasjon på 240,59 g""pr. liter og 1386 g klor. Strømutbyttet utgjorde 70,8$ referert til klor og 62,5$ referert til NaOH. Dette forsøk ble gjentatt fem ganger. Gjennomsnittlig utgjorde strømutbyttet 71, 1% referert til klor og 63,5$ referert til NaOH. Energiforbruket utgjorde 3340 KWh/t NaOH og 3364 KWh/t ci2. 2 KA/m p. After this time, 5.52 liters of NaOH were used as catholyte with a concentration of 240.59 g"" per liter and 1386 g of chlorine. The current yield was 70.8$ referred to chlorine and 62.5$ referred to NaOH. This experiment was repeated five times. On average, the current yield was 71.1% referred to chlorine and 63.5% referred to NaOH. The energy consumption amounted to 3340 KWh/t NaOH and 3364 KWh/t ci2.

Pors^k_ 2_ ifø_lge _op_p_f inne Isen \_Pors^k_ 2_ following _op_p_f in Isen \_

Den kontinuerlige meretrinns drift ble simulertThe continuous multi-stage operation was simulated

på en celle ved at ved begynnelsen av forsøket ble det som katolyt anvendt den til 7 ganger timeproduksjonen tilsvarende vannmengde, som var tilsatt 1 g pr. liter NaOH. Etter hver gang 7 timer ble lutkonsentrasjonen og den oppnådde klormengde. Den samlede forsøkstid utgjorde 35 timer, strømtettheten igjen ca. on a cell in that at the beginning of the experiment, the amount of water corresponding to 7 times the hourly production, which had been added 1 g per liters of NaOH. After each time 7 hours, the lye concentration and the amount of chlorine achieved. The total test time was 35 hours, the current density again approx.

2 KA/m 2. Resultatet fremgår av følgende tabell: 2 KA/m 2. The result is shown in the following table:

Det midlere strømutbyttet referert til klor utgjør 82,6$, den midlere strømutbyttet referert til NaOH utgjør 79$. Det midlere energiforbruk utgjør 2998 KWh/t Cl2og 2784 KWh/t NaOH. I forhold til entrinnsfremgangsmåten fremkommer en be-sparelse på 11$ resp. 17$. The average current yield referred to chlorine amounts to 82.6$, the average current yield referred to NaOH amounts to 79$. The average energy consumption is 2998 KWh/t Cl2 and 2784 KWh/t NaOH. In relation to the one-step procedure, a saving of $11 or 17$.

Ved første forsøk ifølge teknikkens stand inneholdt analyten etter avslutning av elektrolysen 4,2 g pr. liter natriumklorat. I den frembragte klorgass befant det seg 5,7 In the first attempt according to the state of the art, the analyte after completion of the electrolysis contained 4.2 g per liter of sodium chlorate. In the produced chlorine gas there was 5.7

volum$ oksygen og 0,45 volum$ hydrogen og nitrogen. Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen inneholdt anolyten gjennomsnittlig volume$ oxygen and 0.45 volume$ hydrogen and nitrogen. In the method according to the invention, the anolyte contained on average

3,0 g natriumklorat pr. liter. Den dannede klorgass inneholdt gjennomsnittlig 2 1 volum$ oksygen og 0,27 volum$ hydrogen og nitrogen. 3.0 g of sodium chlorate per litres. The chlorine gas formed contained an average of 2 1 volumes of oxygen and 0.27 volumes of hydrogen and nitrogen.

Selvsagt er fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen ikke begrenset til fremstilling av ca. 20$-ig lut. Med forbed-rede ioneutvekslermembraner med høyere ekvivalentvekt er frem-stillingen av høyere lutkonsentrasjoner mulig, f.eks. 30 - 40$ NaOH, ved sammenlignbare strømutbyttegevinster, fordi det midlere strømutbyttet ved fleretrinns fremgangsmåter alltid er høyere enn ved entrinns-fremgangsmåten. Of course, the method according to the invention is not limited to the production of approx. $20 lye. With improved ion exchange membranes with a higher equivalent weight, the production of higher lye concentrations is possible, e.g. 30 - 40$ NaOH, at comparable current yield gains, because the average current yield in multi-stage processes is always higher than in the one-stage process.

En vesentlig fordel ved fremgangsmåten ifølge opp.-finnelsen består også deri at ved produksjonskapasiteten bestående anlegg kan økes med små ombygninger tilsvarende det for-bedrede strømutbyttet. A significant advantage of the method according to the invention also consists in the fact that the production capacity of existing facilities can be increased with small conversions corresponding to the improved electricity yield.

Et skjema for selvanordningen ifølge oppfinnelsen er vist på tegningen. I anoderommet av hver av de 3 viste trinn pumpes frisk kake, som etter å ha passert elektrolysen tilbake-føres som anolyt til oppkonsentrering. I første trinns katoderom innmates vann. Den i de enkelte katoderom dannede lut be-fordres fra avløpet fra trinn 1 til tilløpet fra trinn 2 og fra avløpet av trinn 2 til tilløpet av trinn 3 osv. Dens konsentrasjon øker derved fra trinn til trinn. Gassformet klor og gassformet hydrogen fjernes fra cellene på vanlig måte. A diagram of the self-assembly according to the invention is shown in the drawing. Fresh cake is pumped into the anode compartment of each of the 3 stages shown, which after passing the electrolysis is returned as anolyte for concentration. Water is fed into the first stage cathode compartment. The lye formed in the individual cathode compartments is required from the effluent from stage 1 to the inlet from stage 2 and from the outlet from stage 2 to the inlet from stage 3, etc. Its concentration thereby increases from stage to stage. Gaseous chlorine and gaseous hydrogen are removed from the cells in the usual way.

Claims (2)

1. Fremgangsmåte til fremstilling av klor og alkalilut ved elektrolyse av vandige alkalikloridoppløsninger i elektrolyseceller med ioneutvekslermembran, karakterisert ved at elektrolysen gjennomføres i flere celler, idet det til hver enkeltcelles anoderom tilføres friskt alkali-kloridoppløsning, mens det som katolyt til første celle tilføres vann og som katolyt i hver av de følgende celler katolyten fra den foregående celle, således at elektrolysen foregår med fra celle til celle økende konsentrasjon av alkalilut i katolyten.1. Process for the production of chlorine and alkaline lye by electrolysis of aqueous alkali chloride solutions in electrolysis cells with ion exchange membranes, characterized in that the electrolysis is carried out in several cells, whereby fresh alkali chloride solution is supplied to the anode room of each individual cell, while water is supplied as catholyte to the first cell and as catholyte in each of the following cells the catholyte from the preceding cell, so that the electrolysis takes place with increasing concentration of alkaline lye in the catholyte from cell to cell. 2. Celleanordning til gjennomføring av fremgangsmåten ifølge krav 1 bestående av en gruppe av ioneutvekslermembran-celler, hvis katoderom forbundet med ledninger således at hver gang katolytavløpet fra den foregående celle er forbundet med katoiyttilløpet i den følgende celle.2. Cell device for carrying out the method according to claim 1 consisting of a group of ion exchange membrane cells, whose cathode compartment is connected by lines so that each time the catholyte outlet from the preceding cell is connected to the catholyte inlet in the following cell.