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Title:
DEVICE FOR THE RECOVERY OF PRODUCTS OF THE ELECTROLYSIS OF AN ALKALI METAL CHLORIDE SOLUTION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/038440
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a device for the recovery of products of the electrolysis of an alkali metal chloride solution, said device containing an electrochemical reactor that is represented by one or a plurality of modular electrochemical elements (cells) which are hydraulically connected in parallel, wherein the anode chamber and the cathode chamber of the reactor are divided by a porous, tubular, ceramic diaphragm that is arranged coaxially between the electrodes of the modular electrochemical elements (cells), wherein the inlet of the anode chamber is connected to the device for the supply of saline solution under pressure, the outlet being connected to the device for stabilizing the predetermined overpressure in the anode chamber, which is connected to the mixing device for gaseous products of the anodic electrochemical reaction with fresh water current. The cathode chamber of the electrochemical reactor is an integral part of the catholyte circuit which likewise contains a capacitive (volume) separator for the separation of hydrogen from the catholyte, a device for discharging the excess catholyte from the receiving container of the separator and a heat exchanger for cooling the circulating catholyte. According to the invention, the device contains a metering apparatus for the addition of catholyte to the oxidation agent solution for the purpose of regulating the pH value. It is provided according to the invention that a circulating pump with an overflow device for the return flow of the pump liquid is incorporated in the cathode circuit, said circulating pump ensuring the forced circulation of the catholyte continuously via the heat exchanger, the cathode chamber and the capacitive (volume) separator for separating the hydrogen from the catholyte. The receiving container of the separator, which is connected to the pump inlet, is situated lower than the electrochemical reactor, namely in such a way that the level of the catholyte in the receiving container of the separator, which is intended for the discharge of the excess catholyte from the circuit by the position of the connecting piece (extension tube), is located below the inlet connecting piece (the inlet connecting pieces) in the cathode chamber of the electrochemical reactor and that a cooled moisture separator is installed in the discharge of the hydrogen from the capacitive (volume) separator for separating the hydrogen from the catholyte, the condensate collecting container of said moisture separator being connected to the supply line of the fresh water to the mixing device of the fresh water stream with the gaseous oxidation agent mixture via a metering pump.

Inventors:
BAKHIR, Vitold (Tukhachevskogo Street 51, app. 345Moscow, 3, 123103, RU)
Application Number:
EP2018/072925
Publication Date:
February 28, 2019
Filing Date:
August 24, 2018
Export Citation:
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Assignee:
BLUE SAFETY GMBH (Siemensstr. 57, Münster, 48153, DE)
International Classes:
C25B9/08; C02F1/467; C25B1/26; C25B15/08
Foreign References:
US7897023B22011-03-01
US20140013580A12014-01-16
DE102015003911A12016-09-29
RU2148027C12000-04-27
US7897023B22011-03-01
GB2479286B2013-09-18
Attorney, Agent or Firm:
GULDE & PARTNER PATENT- UND RECHTSANWALTSKANZLEI MBB (Wallstr. 58/59, Berlin, 10179, DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Gewinnung von Produkten der Elektrolyse von Alkalimetallchloridlösung, die einen elektrochemischen Reaktor enthält, der von einem oder mehreren modularen elektrochemischen Elementen (Zellen) repräsentiert wird, die hydraulisch parallel geschaltet sind, der Anoden- und der Kathodenraum des Reaktors sind durch eine poröses röhrenförmiges keramisches Diaphragma geteilt, das koaxial zwischen den Elektroden der modularen elektrochemischen Elemente (Zellen) angeordnet ist, der Eingang des Anodenraums ist mit der Vorrichtung für die Zuführung von Salzlösung unter Druck verbunden, der Ausgang mit der Vorrichtung zur Stabilisierung des vorgegebenen

Überdrucks im Anodenraum, die mit der Mischvorrichtung für gasförmige Produkte der anodischen elektrochemischen Reaktion mit Süßwasserstrom verbunden ist, der

Kathodenraum des elektrochemischen Reaktors ist Bestandteil des Katholytkreislaufs, der ebenfalls einen kapazitiven (Volumen-)Separator für die Trennung des Wasserstoffs vom Katholyt enthält, eine Einrichtung zur Ableitung des überschüssigen Katholyts aus dem

Annahmebehälter des Separators und einen Wärmetauscher zur Kühlung des

umlaufenden Katholyts, dabei enthält die Vorrichtung einen Dosierapparat für die Zugabe des Katholyts zur Oxydationsmittellösung zwecks Regulierung ihres pH-Wertes, dadurch gekennzeichnet, dass

im Kathodenkreislauf eine Umlaufpumpe mit Überlaufvorrichtung für den Rücklauf der

Pumpflüssigkeit einbegriffen ist, die den Zwangsumlauf des Katholyts kontinuierlich über den Wärmetauscher, den Kathodenraum und den kapazitiven (Volumen)-Abscheider zur Trennung des Wasserstoffs vom Katholyt sicherstellt, dabei liegt der Annahmebehälter des Separators, der mit dem Pumpeneingang verbunden ist, tiefer als der

elektrochemische Reaktor, und zwar so, dass der Pegel des Katholyts im

Annahmebehälter des Separators, der durch die Lage des Stutzens (Ansatzrohrs) für die Ableitung des überschüssigen Katholyts aus dem Kreislauf bestimmt wird, unter dem Einlaufstutzen (den Einlaufstutzen) in den Kathodenraum des elektrochemischen

Reaktors und in der Ableitung des Wasserstoffs aus dem kapazitiven (Volumen-)

Separator für die Trennung des Wasserstoffs vom Katholyt ein gekühlter

Feuchtigkeitsabscheider installiert ist, dessen Kondensatsammelbehälter über eine Dosierpumpe mit der Zuleitung des Süßwassers zur Mischvorrichtung des

Süßwasserstroms mit der gasförmigen Oxydationsmittelmischung verbunden ist. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Anode im

elektrochemischen Reaktor mit Kühlung ausgeführt ist und in den offenen Kühlkreis der Elemente der Vorrichtung nach dem Wärmetauscher des Feuchtigkeitsabscheiders aus dem Wasserstoff und vor dem Wärmetauscher des Katholyts im Kreislauf angeordnet ist, wobei das aus dem Kühlkreis austretende Wasser auf den Eingang zur Mischvorrichtung für die Oxydationsmittel mit Süßwasserstrom gerichtet ist.

Description:
Vorrichtung zur Gewinnung von Produkten der Elektrolyse von Alkalimetallchloridlösung

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der chemischen Technologie und betrifft

insbesondere Vorrichtungen für die Elektrolyse wässriger Alkalimetallchloridlösungen, um Chlor, Chlorverbindungen, Sauerstoff, Ozon und Hydroperoxidverbindungen herzustellen, und kann in der Medizin, der Lebensmittelindustrie sowie bei der Behandlung (Reinigung) und

Keimfreimachung von Wasser eingesetzt werden.

Bekannt sind Verfahren zur Herstellung von Desinfektionslösungen auf der Basis von

Produkten der Anodisierung von Alkalimetallchloridlösungen durch die Behandlung der

Ausgangslösungen im Anodenraum von im Diaphragmaverfahren betriebenen

Elektrolyseapparaten unter Verwendung unterschiedlicher Hydraulikschemata, in die diese Elektrolyseapparate integriert sind. So ist im Patent RF Nr. 2148027, C02F1/46, 1999 (ΡΦ N Q 2148027) ein Herstellungsverfahren für das Desinfektionsmittel offenbart und eine Vorrichtung für dessen Herstellung beschrieben. Die Erfindung beschreibt die Zubereitung der Ausgangslösung durch Mischen von Trinkwasser mit Alkalimetallchloridlösung sowie die konsequente Behandlung (Verarbeitung) der

gewonnenen Ausgangslösung im Anodenraum des im Diaphragmaverfahren betriebenen Hauptelektrolyseapparates und anschließend im Anodenraum des im Diaphragmaverfahren betriebenen Nebenelektrolyseapparates. Dabei sind die Kathodenräume beider

Elektrolyseapparate mit einem Hilfselektrolytbehälter (Katholytbehälter) verbunden und arbeiten durch den Konvektions- und Gasliftstrom in den Elektrodenräumen des Elektrolyseapparates zirkulierend. Die Parameter der herzustellenden Desinfektionslösung werden durch Mischung der Ausgangslösung mit dem Katholyt aus dem Kreislauf, der für den Haupt- und

Nebenelektrolyseapparat einheitlich ist, reguliert. Das Einbringen des basischen Katholyts in die Ausgangslösung ermöglicht es, den pH-Wert des Endproduktes, des Desinfektionsmittels, zu steuern. Der Differenzdruck auf dem keramischen Ultrafiltrationsdiaphragma im Bereich von 0, 1 bis 1 ,4 kgs/cm 2 des Nebenelektrolyseapparates schafft ein Druckgefälle im Porenraum des Diaphragmas, das eine ionenselektive (ionensensitive) Ladungsübertragung durch die Kationen (Natriumionen) aus dem Anodenraum in den Kathodenraum sicherstellt. Das keramische Ultrafiltrationsdiaphragma wird zu einer effizienten ionenselektiven Trennwand (hier kationaktive Membran) bei Betrieb im elektrischen Feld in Überlagerung mit dem Filtrationsfeld, das durch den Differenzdruck vorgegeben ist. Die vorliegende technische Lösung ermöglicht es,

Lösungen mit geringer Korrosivität durch Aufrechterhaltung des pH-Wertes der Ziellösung im neutralen Bereich herzustellen. Ein Nachteil dieser technischen Lösung besteht darin, dass im Zielprodukt (Desinfektionslösung) neben den Abbauprodukten im Anodenraum ungefähr in gleicher Menge Begleitstoffe (Natriumchlorid) entstehen, was durch das Verfahren der kontinuierlichen Flüssigumwandlung der Ausgangsstoffe in der verfahrenstechnischen Kette der Vorrichtung bedingt ist. Ein Nachteil der bekannten Lösung ist ebenfalls, dass es schwierig ist, die Betriebsparameter des Systems zu stabilisieren, die sich im Zeitverlauf spontan verändern, insbesondere bei Schwankungen des Mineralgehalts, die durch die Veränderungen der chemischen

Zusammensetzung des Trinkwassers hervorgerufen werden. Das Vorhandensein eines gemeinsamen Katholyt-Zirkulationsgefäßes für den Haupt- und Nebenelektrolyseapparat erfordert viel Zeit für die Stabilisierung des Betriebs des Systems bei jedem Einschalten bzw. bei Änderung der Betriebsweise des Systems (Veränderung der Stromstärke, der

Durchflussrate), in deren Verlauf eine unkontrollierte Wanderung der bivalenten Kationen der Metalle aus den Kathodenräumen in die Anodenräume vor sich geht. Diese Erscheinung verringert die Dauer der Aufrechterhaltung der sporoziden Aktivität des gewonnenen

Desinfektionsmittels, da das Vorhandensein von bivalenten Metallionen in der

Oxydationsmittellösung den Abbau (chemischen Zerfall) der hypochlorigen Säure beschleunigt. Auch bei Stillstand des elektrochemischen Systems lagern sich Kationenhydroxide der polyvalenten Metalle in den Poren des Diaphragmas bei wechselseitiger transmembraner Beeinflussung der konzentrierten Lauge (Katholyt) mit dem verdünnten Elektrolyt im

Anodenraum (Analyt) ab. Diese Erscheinung führt ebenfalls zu einer Verschlechterung der Betriebsparameter des Systems im Zeitverlauf und zu einer notwendigen periodischen

Reinigung der Kathodenräume der elektrochemischen Reaktoren mit Säurelösung.

Technisch und dem zu erzielenden Ergebnis nach kommt die Vorrichtung aus dem Patent US 7,897,023 B2, die als Prototyp gewählt wurde, der beanspruchten Vorrichtung am nächsten. Die genannte Vorrichtung enthält einen elektrochemischen Reaktor, der von einem oder mehreren modularen elektrochemischen Elementen (Zellen) repräsentiert wird, die hydraulisch parallel verbunden sind, der Anoden- und Kathodenraum des Reaktors ist durch eine röhrenförmige, poröse keramische Trennwand getrennt, die koaxial zwischen den Elektroden der Zellen angeordnet ist, der Eingang des Anodenraums ist mit der Vorrichtung für die

Zuführung der Salzlösung unter Druck, der Ausgang mit der Vorrichtung zur Stabilisierung des vorgegebenen Überdrucks im Anodenraum verbunden. Die Vorrichtung hat einen

Katholytkreislauf, der den Kathodenraum des elektrochemischen Reaktors, einen kapazitiven (Volumen-) Separator für die Trennung des Wasserstoffs vom Katholyt, eine Einrichtung zur Ableitung des überschüssigen Katholyts aus dem Kreislauf, einen Wärmetauscher zur Kühlung des umlaufenden Katholyts sowie eine Vorrichtung zum Mischen der gasförmigen Produkte der elektrochemischen anodischen Reaktionen mit dem Süßwasserstrom einschließt. Die genannte Vorrichtung kann auch einen Dosierapparat für die Zugabe des Katholyts zur

Oxidationsmittellösung zwecks Regulierung des pH-Wertes einschließen.

Nachteile dieser Vorrichtung bestehen in der erheblichen Ungleichheit der lokalen Werte für die Stromdichte bezogen auf die Höhe des elektromagnetischen Reaktors wegen der geringen

Geschwindigkeit der Konvektions- und Gasliftzirkulation des Katholyts in den Elektrodenräumen der Reaktorzellen. Im unteren Teil des Reaktors, wo die Menge des sich abscheidenden Wasserstoffs relativ gering ist, ist die Stromdichte um ein Vielfaches höher als im oberen Teil des Elektrodenraums, wo der sich abscheidende Wasserstoff einen beachtlichen

Strömungswiderstand des elektrischen Stroms bildet. Diese Erscheinung beschränkt die zulässige Strombelastung für den Reaktor, was dazu führt, dass er mit herabgesetzter Leistung betrieben werden muss. Durch die Vergrößerung des elektrischen Widerstands im oberen Teil des Reaktors erfolgt ein Überhitzen des Elektrolyts im unteren Teil des Kathodenraums und in der Folge eine Erhitzung der Ausgangssalzlösung, die in den unteren Teil der Anodenräume des Reaktors durch Wärmeübertragung durch das keramische Diaphragma gelangt. Das führt bei der Elektrolyse zu einer verstärkten Bildung von für das Endprodukt schädlichen Chloraten. Beim intermittierenden Betrieb der Vorrichtung erfolgt eine Wechselwirkung des Katholyts, das durch eine konzentrierte Natriumhydroxid-Lösung repräsentiert ist, mit dem Elektrolyten im Anodenraum. Das führt dazu, dass sich im Porenraum des Diaphragmas unlösliche Hydroxide von polyvalenten Metallen bilden und dass sich die Poren in den Diaphragmen des Reaktors zusetzen.

Ein Ziel der Erfindung ist die Erhöhung der Reaktorleistung bei gleichzeitiger Verbesserung der Qualität des Endprodukts, der Desinfektionslösung der Oxidationsmittel durch Verringerung des Gehalts an Nebenkomponenten in Form von Chloridionen, Chloraten und Alkalimetallkationen.

Das technische Ergebnis der Erfindung wird dadurch erreicht, dass im Unterschied zu der bekannten technischen Lösung der Kathodenkreislauf eine Umlaufförderpumpe mit

Überlaufvorrichtung für den Rücklauf der Pumpflüssigkeit enthält, die den Zwangsumlauf der Katholyts kontinuierlich über den Wärmetauscher, den Kathodenraum und den kapazitiven

(Volumen-) Separator zur Trennung des Wasserstoffs vom Katholyt sicherstellt, dabei liegt der Annahmebehälter des Separators, der mit dem Pumpeneingang verbunden ist, tiefer als der elektrochemische Reaktor, und zwar so, dass der Pegel des Katholyts im Annahmebehälter des Separators, der durch die Lage des Stutzens (Ansatzrohrs) für die Ableitung des

überschüssigen Katholyts aus dem Kreislauf bestimmt wird, unter dem Einlaufstutzen (den

Einlaufstutzen) in den Kathodenraum des elektrochemischen Reaktors liegt, und in der Leitung für die Ableitung des Wasserstoffs aus dem kapazitiven (Volumen-) Separator zur Trennung des Wasserstoffs vom Katholyt ein gekühlter Feuchtigkeitsabscheider angeordnet ist, dessen Kondensatsammelbehälter über eine Dosierpumpe mit der Süßwasserzuleitung zur

Mischvorrichtung des Süßwasserstroms mit dem gasförmigen Oxidationsmittelgemisch verbunden ist.

In Fig. 1 ist das Aufbauschema der Vorrichtung mit Reaktor dargestellt, dessen Elektroden keine Innenkühlung haben. In Fig. 2 ist das Aufbauschema der Vorrichtung mit Reaktor dargestellt, der eine gekühlte Anode hat, die in den offenen Wärmeregulierungskreis der Baugruppen der Vorrichtung einbezogen ist.

Die Vorrichtung enthält den Reaktor (1 ) mit koaxial angeordneten Elektroden, der Anode (2), der Kathode (3) und dem Diaphragma (4). Die verfahrenstechnische Kette der anodischen Synthese der Oxidationsmittel wird dargestellt durch den Anodenraum (5) des Reaktors (1 ), dessen Eingang über das Rückschlagventil (6) mit dem Ausgang der Überdruckdosierpumpe (7) verbunden ist, deren Eingang ihrerseits mit dem Filter (8) verbunden ist, der in den Behälter mit der Ausgangssalzlösung (9) getaucht ist. Der Ausgang des Anodenraums (5) ist mit dem Stabilisierungsdruckregler für gasförmige Produkte der elektrochemischen anodischen

Zersetzung der Salzlösung (10) verbunden. An der Zuführungsleitung für die Produkte der anodischen Synthese zum Stabilisierungsdruckregler (10) ist das Manometer (1 1 ) installiert, das gegen chemisch aggressive Medien durch ein Trennelement (12) geschützt ist. Der Ausgang des Stabilisierungsdruckreglers für das Gas (10) ist mit dem Eingang der Mischvorrichtung (13) für gasförmige Produkte der anodischen Synthese mit dem Süßwasserstrom verbunden. Den Kathodenkreis der Vorrichtung bildet der Kathodenraum (14), dessen Eingang mit dem

Ausgang des Katholyts aus dem Wärmetauscher (15) verbunden ist. Der Eingang des Katholyts in den Wärmetauscher (15) ist mit dem Ausgang der Rücklaufförderpumpe (16) verbunden, die mit einer Überlaufvorrichtung für den Flüssigkeitsrücklauf bei Abschaltung oder kurzzeitigem Stillstand der Vorrichtung (17) versehen ist. Der Eingang der Pumpe (16) ist mit dem unteren Austrittsstutzen des Annahmebehälters des Separators zur Trennung des Wasserstoffs vom Katholyt (18) verbunden. Dieser Behälter hat einen unteren Ablaufstutzen zur Entleerung des Behälters, einen mittleren Überlaufstutzen für die Ableitung des überschüssigen Katholyts, einen oberen Stutzen für die Ableitung des Wasserstoffs und einen Stutzen für die Zuführung des Katholyts mit Wasserstoff aus dem Kathodenraum (14) des elektrochemischen Reaktors (1 ), der entsprechend mit dem Ausgang des Kathodenraums (14) verbunden ist. Im

Ableitungsstrang des Wasserstoffs ist ein Feuchtigkeitsabscheider (19) angeordnet, der für die Entnahme des Kondensationswassers aus dem Wasserstoff bestimmt ist, das vorrangig freie Hydroxylgruppen enthält. Der Ausgang der Kondensationskammer des Feuchtigkeitsabscheiders des Wasserstoffs (19) ist über die Dosierpumpe (20) mit der Zuleitung des Kühlwassers zur Mischvorrichtung (13) für gasförmige Oxidationsmittel mit dem

Süßwasserstrom verbunden.

Das Süßwasser, aus dem die polyvalenten Metallionen entfernt wurden, wird zur Vorrichtung an den Eingang des Wasserstoff-Feuchtigkeitsabscheiders (19) über den mechanischen Filter (21 ), das elektromagnetische normal geschlossene Ventil (22), den Stabilisierungsdruckregler «Nach der Voreinstellung» (23) und den Durchflusswächter (24) geführt. Das Kühlwasser wird nach dem Austritt aus dem Wasserstoff-Feuchtigkeitsabscheider (19) an den Eingang des Katholyt- Wärmetauschers (15) geführt, danach gelangt es vom Ausgang des Wärmetauschers (15) an den Eingang der Mischvorrichtung (13) für die gasförmigen Produkte der anodischen Synthese mit dem Süßwasserstrom.

In Fig. 2 ist ein zusätzliches Element des Kühlsystems dargestellt, die gekühlte Anode (2) des Reaktors (1 ), die für das Kühlwasser zwischen Wasserstoff-Feuchtigkeitsabscheider (19) und Katholyt-Wärmetauscher (15) angeordnet wird.

Die Vorrichtung funktioniert folgendermaßen.

In den Behälter 9 wird die Natriumchlorid-Ausgangslösung, die mit gereinigtem

(weichgemachtem) oder destillierten Wasser und chemisch reinem Salz hergestellt wird, gefüllt. In den Annahmebehälter des Separators 18 wird zwecks Trennung des Wasserstoffs vom Katholyt destilliertes Wasser über den Stutzen für die Wasserstoffableitung gefüllt. Dies ist ein einmaliger Vorgang nur bei Erstinbetriebnahme der Vorrichtung. Es werden verbunden:

Wasserzuleitungsstutzen am Eingang des mechanischen Filters 21 mit der Süß-(Trink-)Wasser- Druckleitung. Die Vorrichtung wird durch Beaufschlagung des normal geschlossenen

elektromagnetischen Ventils 23 mit Spannung eingeschaltet. Das Wasserdurchsatzvolumen über die Vorrichtung wird mit einem Stabilisierungsdruckregler «Nach der Voreinstellung» 23 geregelt, indem der Soll-Wert eingestellt wird. Der Wasserstrom, der über den

Strömungswächter 24 fließt, löst ihn aus und schaltet die Pumpen 16, 20 bzw. 7 und die

Stromversorgungseinheit des elektrochemischen Reaktors 1 (in Fig. 1 und 2 nicht dargestellt) ein. Nach dem Befüllen des Anodenraums 5 mit Salzlösung wird der Druck im Anodenraum mit dem Stabilisierungsgasdruckregler «Bis zur Voreinstellung» 10 geregelt, indem der Soll-Wert mittels Manometer 1 1 eingestellt und kontrolliert wird. Das destillierte Wasser wird während des Umlaufs im Kathodenkreislauf mit Natriumionen angereichert, die über das poröse

Keramikdiaphragma 4 im Reaktor 1 aus der Salzlösung, die den Anodenraum füllt, selektiert werden. Der Volumendurchsatz an Salzlösung, die in den Anodenraum 5 des Reaktors 1 gelangt, wird so gewählt, dass am Ausgang des Anodenraums nur Gas gewonnen wird, das vor allem durch Chlor mit einer geringen Menge Chlordioxid, Sauerstoff und Ozon repräsentiert wird. Dieses Gas ist mit Wasser gesättigt, dessen Mikrotröpfchen Wasserstoffperoxid und weitere metastabile Hydroperoxidverbindungen enthalten. Im elektrochemischen Reaktor 1 ist die Freisetzung von molekularem Chlor im Anodenraum 2 und die Bildung von Natriumhydroxid im Kathodenraum 3 die entscheidende Reaktion:

NaCI + H 2 0 - e -> NaOH + 0,5 H 2 + 0,5 Cl 2 .

Zugleich verläuft im Anodenraum mit geringerer Stromausbeute die Synthesereaktion von Chlordioxid unmittelbar aus der Salzlösung sowie aus Salzsäure, die bei der Auflösung von molekularem Chlor in Anodennähe gebildet wird:

(Cl 2 + H 2 0 <-> HOCI + HCl):

2NaCI + 6H 2 O - 10e -> 2CI0 2 + 2NaOH + 5 H 2 ;

HCl + 2H 2 0 - 5e -> CI0 2 + 5 H " .

Im Anodenraum des Reaktors wird Ozon durch direkte Zersetzung von Wasser und durch Oxydation von freiwerdendem Sauerstoff gebildet:

3H 2 0 - 6e ^ 0 3 + 6H-; 2H 2 0 - 4e -> 4H- + 0 2 ; = 0 2 + H 2 0 - 2e -> 0 3 + 2 H\

Mit geringer Stromausbeute verläuft die Bildung von aktiven Sauerstoffverbindungen: H 2 0 - 2e -> 2H " + O " ; H 2 0 - e -> HO * + H " ; 2H 2 0 - 3e -> H0 2 + 3H\

Bei der Auflösung des gasförmigen Produkts der anodischen Oxydation der

Natriumchloridlösung in Wasser läuft üblicherweise eine Reaktion ab, die durch folgende Gleichung ausgedrückt werden kann:

Cl 2 + H 2 0 <-> HOCI + HCl.

Bekanntlich ist das wichtigste antimikrobielle Mittel unterchlorige Säure, deren mengenmäßiger Gehalt in der Lösung durch den verringerten pH-Wert im Ergebnis der Bildung von Salzsäure begrenzt wird. Der pH-Wert kann durch Zugabe von Lauge, d. h., z. B. Natriumhydroxid, verändert werden. Dies führt allerdings zur Bildung von schädlichen (Natriumchlorid) und gering reaktionsfähigen (Natriumhypochlorid) Produkten. Natriumhypochlorid, das ein Salz einer schwachen Säure (unterchlorige Säure) und einer starken Base (Natriumhydroxid) ist, verfügt über eine antimikrobielle Aktivität, die gegenüber der unterchlorigen Säure nur 1/250 bis 1/350 von deren Aktivität ausmacht.

HOCI + HCl + 2NaOH -> NaOCI + NaCI + H 2 0. Die Bildung von Natriumhypochlorid bei gleichzeitiger Erhöhung des pH-Wertes mit

gleichzeitiger Erhöhung der Konzentration der unterchlorigen Säure kann durch die Zugabe von Wasser zur Reaktionszone, das freie Hydroxylgruppen enthält, die sich bei der Kondensation von Wasser aus Wasserstoff bilden, der im Kathodenraum 14 des elektrochemischen Reaktors 1 abgeschieden wird, vermieden werden:

CI 2 + H 2 0 + OH- ^ 2HOCI.

Das Kondensat aus dem Wasserstoff-Feuchtigkeitsabscheider 19 wird mit Hilfe der Pumpe 20 in das durchfließende Wasser gegeben, was zum Durchfluss einer überkonzentrierten unterchlorigen Säure und zu einer erheblichen Verringerung der Konzentration der

Natriumionen im gewonnenen Produkt, der Oxydationsmittellösung, beiträgt, die sich im Mischer 13 bei der Auflösung der gasförmigen Produkte der anodischen Synthese im durchfließenden Süßwasser bildet. Dabei liegt der pH-Wert des entstehenden Produkts im Bereich 5,0 - 6,5. Bei Stillsetzen des elektrochemischen Systems durch Schließung des Ventils 22 schalten die Pumpen 7, 16 und 20 sowie die Stromversorgung des elektrochemischen Reaktors 1 ab. Dabei strömt das Katholyt aus dem Elektrodenraum 14 durch die Schwerkraft in den

Annahmebehälter des Separators 18 dank der Überlaufvorrichtung 17. Das überschüssige Katholyt aus dem Annahmebehälter des Separators 18 wird dabei in die Entwässerungsleitung durch den Überlauf stutzen im oberen Teil des Annahmebehälters (D) abgelassen. Das im

Anodenraum verbliebene Anolyt mit einem pH-Wert von unter 3 wird durch den Überdruck über das Diaphragma gefiltert und löst dabei die Hydroxid-Ablagerungen der polyvalenten Metalle auf, die in geringen Mengen in der Ausgangssalzlösung vorkommen können. Bei der anschließenden Inbetriebnahme der Vorrichtung beginnen sämtliche stromverbrauchenden Teile gleichzeitig im vorher festgelegten Modus zu arbeiten, wobei sie eine schnelle, wenige

Sekunden dauernde Stabilisierung des Prozesses sicherstellen. Beim Transport der Vorrichtung wird das Katholyt aus dem Annahmebehälter des Separators 18 in die Entwässerungsleitung mittels Auslassstutzen (D) mit einem im Boden des Behälters angeordneten Ventil abgelassen. Die Erprobung der Vorrichtung erfolgte im Vergleich mit dem Prototypen, der nach dem Patent US 7,897,023 B2 hergestellt wurde. Beide vergleichbare Vorrichtungen enthielten einen elektrochemischen Reaktor, der durch ein elektrochemisches modulares Element (Zelle) gemäß Patent GB 2479286 B (elektrochemische Zelle Nr. 5, Tabelle 2) repräsentiert wird. Die

Ausgangssalzlösung enthielt 250 g/l Natriumchlorid, der Gehalt an Chloriden und Kalzium- und Magnesiumsulfaten in der Ausgangslösung betrug 0,2 mg/l. Die Ausgangslösung wurde im Betreib der beiden vergleichbaren Vorrichtungen eingesetzt. Die Versuche erfolgten bei einer Temperatur der Umgebungsluft von 20 °C, einer Temperatur der Ausgangssalzlösung von 20 °C, einer Temperatur des Leitungstrinkwassers von 15 °C und bei gleicher Temperatur der elektrochemischen Zellen von 30 °C. Dabei lag die Stromstärke über den elektrochemischen Reaktor im Protoyp der Vorrichtung bei 6 A bei einer Spannung von 6 V, in der Vorrichtung gemäß der neuen technischen Lösung bei 16 A und 5 V. Dementsprechend betrug die

Ausbeute an Oxydationsmitteln im Prototyp 6,0 g/h, in der Vorrichtung gemäß der neuen technischen Lösung 20,5 g/h. Die Oxydationsmittellösung, die im Prototyp mit einer

Geschwindigkeit von 12 l/h hergestellt wurde, hatte eine Oxydationsmittelkonzentration von 500 mg/l bei einem pH-Wert von 2,8 und einem Gesamtmineralgehalt von 0,96 g/l. Bei dosierter Zugabe des Katholyts, das sich bei der Synthese der Oxydationsmittellösung bildet, erhöhte sich der pH-Wert am Ausgang auf 6,0 bei gleichzeitiger Erhöhung des Mineralgehalts der

Lösung auf 1 ,5 g/l. Die Oxydationsmittellösung, die mit einer Geschwindigkeit von 41 l/h in der Vorrichtung nach der neuen technischen Lösung hergestellt wird, hatte einen pH-Wert von 3,1 bei einer Oxydationsmittelkonzentration von 500 mg/l und einem Gesamtmineralgehalt von 0,67 g/l. Bei der Zuführung des Kondensats aus dem Wasserstoff-Feuchtigkeitsabscheider an den Eingang der Mischvorrichtung 13 erhöhte sich der pH-Wert der Oxydationsmittellösung auf 6,0 bei gleichzeitiger Erhöhung des Mineralgehalts auf 0,72 g/l.

Die Zeit für das Erreichen des Betriebszustands nach Stillstand der Prototyp-Vorrichtung betrug 5 Minuten gegenüber 25 Sekunden für das Erreichen des Betriebszustands der Vorrichtung gemäß der neuen technischen Lösung. Bei der Zuführung von Kühlwasser in den Anodenraum (gemäß Schema in Fig. 2) erreichte die Stromstärke über den Reaktor bei unveränderter Temperatur (30 °C) 20 A bei einer Spannung von 6 V, was von einer entsprechenden Erhöhung der Leistung der Vorrichtung bezogen auf das Endprodukt, der Oxydationsmittellösung, auf 52 Liter pro Stunde mit den oben genannten Parametern einherging.