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
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.
II. Die Chemikalien 2 NaCl + H 2 O 2 NaOH + H 2 + Cl 2 Katode: 2 H + + 2 e- H 2 Anode: 2 Cl - Cl 2 + 2 e - Restchlorverwertung: Cl 2 + 2 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
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.
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.
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.
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.
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.
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.