Die Chlor-Alkali-Elektrolyse

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1 Die Chlor-Alkali-Elektrolyse Inhalt I. Ein kleiner Überblick II. Verwendung der Chemikalien III. Die Verfahren 1. Diaphragmaverfahren 2. Amalgamverfahren 3. Membranverfahren IV. Zusammenfassung Literatur E. Zirngiebel: Einführung in die angewandte Elektrochemie, Saale + Sauerländer, Frankfurt a.m., 1993 Die Sozio-ökonomischen Auswirkung der Schließung von Chlor-Alkali-Elektrolyse-Anlagen nach dem Amalgamverfahren in Deutschland gemäß PARCOM-Beschluss 90/3, Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie, Berlin

2 I. Ein kleiner Überblick Bei der Chloralkalielektrolyse wird primär Natronlauge, Chlor und Wasserstoff hergestellt. Sekundär fällt Natriumhypochloritlösung an. Die Verfahren Diaphragmaverfahren: Eine Schutzhülle verhindert größtenteils das Vermischen der flüssigen Medien in Anoden- und Kathodenraum Amalgamverfahren: Basierend auf Einsatz mit Quecksilber Membranverfahren: Eine Membran lässt ausschließlich Na + -Ionen und Wasser in den Kathodenraum.

3 II. Die Chemikalien 2 NaCl + H 2 O 2 NaOH + H 2 + Cl 2 Katode: 2 H e- H 2 Anode: 2 Cl - Cl e - Restchlorverwertung: Cl NaOH NaOCl + NaCl +H 2 O Verwendet werden die Entstandenen Chemikalien Chlor, Wasserstoff und Natronlauge größtenteils für Kunstseide Viskose Papier Cellulose Seifen Waschmittel Salzsäure PVC Holzschutz Ammoniak Dünger Methanol zur Desinfektion Fetthärtung Bleichen als Reduktionsmittel

4 Die Verfahren: 1. Die Diaphragmazelle Bestehend aus: Zellentrog Stahlkathode Graphit-/Titananode Diaphragma Das Diaphragma muss verhindern, dass: Wasserstoff und Chlor sich vermischen Knallgasbildung Dass OH - -Ionen an die Anode gelangen, die Flussrichtung der Sole hilft dabei mit.

5 Die Verfahren: 1. Die Diaphragmazelle Vorteile - Die Sole muss nicht hochrein sein, es stören nur wenige bestimmte Verunreinigungen, z. B. die Erdalkalimetalle, die Schwerlösliche Niederschläge mit NaOH bilden. - Die Elektrolyse kann direkt an eine Aussolung angeschlossen werden, die dadurch entstehenden Kavernen sind von großer Bedeutung, in ihnen kann man z. B. Ölvorräte lagern. Zelle nach Hooker Nachteile - Eine NaOH Konz. von nur 12% ist möglich, eine anschließende Eindampfung ermöglicht eine Konz. Von 50%. - Die Natronlauge ist mit NaCl verunreinigt, durch die Aufkonzentrierung der NaOH fällt das meiste Salz aus, ca. 1-2% verbleiben in der Lauge. - Asbest als Diaphragmamaterial, später ZrO 2 und PTFE.

6 Die Verfahren: 2. Das Amalgamverfahren Bestehend aus: geneigtem Zellentrog Fließender Quecksilberkatode Graphit-/Titananode Reaktor (Zersetzer) Das Quecksilber hat die Aufgabe: als Katode zu funktionieren, das entstehende Natrium aufzunehmen, Im Zersetzer das Natrium an demineralisiertem Wasser wieder abzugeben. - Im Zersetzer entsteht sofort eine ca. 50%ige NaOH - Wasserstoff entsteht im Zersetzer.

7 Die Verfahren: 2. Das Amalgamverfahren Vorteile: Es entsteht sofort eine 50%ige sehr reine Lauge. Die Energieausbeute ist ca. 5% höher als bei der Diaphragmazelle Die Bildung von Wasserstoff in der Zelle ist sehr gering. Nachteile: Quecksilber wird in kleinen Mengen in die Lauge, Wasserstoff und in das Anolyt verschleppt. Quecksilberemission: ca. 0.3 g 2 g pro Tonne Chlor. Die Sole muss sehr sauber sein, Verunreinigungen würden sich auf der Quecksilberoberfläche sammeln und es Wasserstoff ermöglichen sich zu bilden.

8 Die Verfahren: 3. Das Membranverfahren Bestehend aus: Zellentrog Stahlkatode Graphit-/Titananode Membrane Ähnelt stark dem Diaphragmaverfahren, nur, dass anstelle des Diaphragmas eine hochwirksame Membrane sitzt. Die Membrane lässt ausschließlich Wasser und Na + -Ionen hindurch, das Cl - kann nicht hindurch.

9 Die Verfahren: 3. Das Membranverfahren Vorteile: Produziert sehr reine Lauge Ca. 20% energiesparender als die Diaphragmazelle Nachteile: NaOH-Konz. bei nur ca. 33% Sehr hohe Reinheitsanforderungen an die Sole.