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Chloralkalielektrolyse

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by

Konstantin Lessing

on 17 June 2013

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Transcript of Chloralkalielektrolyse

Chloralkali-Elektrolyse
Chemischer Grundprozess zur großindustriellen Herstellung von Chlor und Natronlauge
Diaphragmaverfahren
Amalgamverfahren
Warum entsteht an der Kathode kein elementarer Wasserstoff?
Funktionsweise
Funktionsweise
Funktionsweise
Funktionsweise
Funktionsweise
Membranverfahren
- Anoden- und Kathodenraum sind durch eine ionenselektive
Membran
getrennt
- Verwendung von hochreiner Sole notwendig!
- Zellspannung: 3V
- Stromdichte: 3000A/m
- Anoden- und Kathodenraum durch ein
Diaphragma
getrennt


- es kann Natursole verwendet werden
-die Fließrichtung von Anoden- zu Kathodenraum wird durch ein höheres Elektrolytniveau erreicht
- Zersetzungsspannung von Wasserstoff an der Quecksilberelektrode (bei pH=13 & 0,1 A/m2): U=-1,97V
- Abscheidungspotential zur Bildung von Natriumamalgam: U=-1,84V
H
2
2
H
Cl
Cl
2
2
Na
H O
+
2
NaCl (w=31%)
NaOH (w=33%)
Chloralkali-Elektrolyse
Die chemische Reaktion
Warum ist die Chloralkali-Elektrolyse
so wichtig?
- kaum ein Produkt kann ohne Chlor oder Natronlauge hergestellt werden
(Papier, Seife, Putz- und Waschmittel, Kunststoffe, Lösungsmittel, Farben, Medikamente...)
stetig steigender Bedarf an Chlor und NaOH
- technisch günstigster und einfachster Prozess
- ca. 2 Millionen Arbeitsplätze und 55% des Umsatzes der chemischen Industrie in Europa hängen von den Produkten Chlor und NaOH ab
- 9 937 000 000 kg pro Jahr alleine in Europa
Die "Zutaten":
- Salz (NaCl)
- Wasser
- Strom
Die Produkte:
- Chlor
- Natronlauge
- Wasserstoff
Die Gesamtreaktion:
Anode:
Kathode:
Die Teilreaktionen:
Die Elektrodenpotenziale für alle möglichen Reaktionen:
Durch geschickte Nutzung von Überspannungseffekten kann eine Abscheidung von Chlorgas erzielt werden!
Achtung! Räumliche Trennung von Chlorgas und Wasserstoff/Hydroxid-Ionen.
Warum ist dieser Prozess so wichtig?
Die chemische Reaktion
Die Elektrodenpotentiale
Verschiedene Verfahren
Fazit
Quellen
Vergleich der Verfahren
Anode: Mit Rutheniumoxid und Titandioxid beschichtetes Titan
Kathode: Edelstahl oder Nickel
Die Membran
- ionenleitende Membran aus chemisch modifiziertem Polytetrafluorethen
- wesentlicher Bestandteil: negativ geladene Sulfonat-Gruppen
- ca. 200µm dick, Poren mit einem Durchmesser von
ca. 1-4 nm
- durchlässig für Natrium-Ionen und Protonen
- undurchlässig für Hydroxid-Ionen, Chlorid-Ionen und Chlor
- Schwermetall- und Erdalkalimetall-Ionen verstopfen die Membran
3
2
Cl
2
Cl
2
Cl
2
Cl
2
Na
+
2
H
2
H
H O
2
H O
2
Na
+
OH
-
OH
-
OH
-
Druck
NaOH (w=13%)
+ NaCl (w=19%)
NaCl (w=31%)
Funktionsweise
Cl
2
Cl
2
Cl
2
Na•Hg
Na•Hg
2
H
Hg
Na
+
OH
-
Anode: Mit Rutheniumoxid beschichtetes Titan
Kathode: Eisennetz oder Nickel
Anoden: Mit Rutheniumoxid beschichtetes Titan (ca. 180 Stück)
Kathoden-Anoden-Abstand: 3mm
Spannung: 4V
Natriumgehalt im Amalgam: 0,2%
Bildung von Natriumamalgam bevorzugt
Achtung! Schwermetall-Ionen begünstigen die Wasserstoffabscheidung!
- Anodenreaktion: Chlorabscheidung
- Kathodenreaktion: Bildung von Natriumamalgam
Quellen
http://www.waterstarinc.com/files/Resources/White_paper.pdf
http://www.afcenergy.com/markets/chlor-alkalai/
http://www.akzonobel.com/eka/products/plant_equipment_it/eka_engineering/products_services/chlorine_caustic.aspx
http://www.eurochlor.org/media/63146/2012-annualreview-final.pdf
http://m.schuelerlexikon.de/mobile_chemie/Wichtige_anorganische_Basen.htm
http://www.basf.com/group/corporate/site-ludwigshafen/de_DE/about-basf/worldwide/europe/Ludwigshafen/Education/Lernen_mit_der_BASF/chloralkalielektrolyse/Geschichte_und_Entwicklung
http://www.aktuelle-wochenschau.de/2006/woche7b/wochenschau7b.html
Umweltbundesamt: "Integrierte Vermeidung und Verminderung der Umweltverschmutzung (IVU); Referenzdokument über die Besten Verfügbaren Techniken in der Chloralkaliindustrie", Dezember 2001
Schroedel-Verlag: "Chemie heute-SII", Wolfgang Asselborn et al., S.206-09
Vergleich der Verfahren
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