一種填充式定向流電化學反應(yīng)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電解反應(yīng)器，具體的說是一種填充式定向流電化學反應(yīng)器。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的電化學反應(yīng)器按結(jié)構(gòu)不同，可分為箱式、壓濾式或板框式、特殊結(jié)構(gòu)式三 類；按其工作方式不同，可分為間歇式、柱塞流式、連續(xù)攪拌箱式三類。特殊結(jié)構(gòu)的三維電極 反應(yīng)器以及柱塞流式電極反應(yīng)器為了防止生成物進入相反電極區(qū)域發(fā)生可逆反應(yīng)，一般需 要采用特殊結(jié)構(gòu)的隔膜，對于這種反應(yīng)物與生成物之間電化學轉(zhuǎn)化具有很好可逆性的反應(yīng) 體系，采用隔膜后可以節(jié)省電耗、提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率。但由于分隔膜的存在，既導(dǎo)致反應(yīng) 器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，增加反應(yīng)器制作成本，還阻礙了反應(yīng)物的混合擴散效果，降低了單位體積電 解反應(yīng)器的使用效率。特別是對于包含某些反應(yīng)物與生成物之間電化學轉(zhuǎn)化具有很好的可 逆性，同時某些反應(yīng)物與生成物之間電化學轉(zhuǎn)化可逆性很低的反應(yīng)體系，采用該類反應(yīng)器， 由于隔膜的分割，其轉(zhuǎn)化率最高也將低于50%。
[0003] 如乙二腈是制造尼龍66的中間體，同時又可作為橡膠生產(chǎn)的助劑和除草劑。乙二 腈的電解合成中，傳統(tǒng)的方法分兩步，首先是以石油工業(yè)的丙烯為原料，在催化劑的作用下 將其加工為丙烯腈溶液：
[0005] 然后，通過電解，在陰極表面加氫二聚生成已二腈：
[0006] 2CH2= CHCN+2H20+2e - N0(CH2)4CN+20H (1-2)
[0007] 陽極發(fā)生析02反應(yīng)：
[0009] 總反應(yīng)為：
[0011] 傳統(tǒng)的電解工藝中，作為電解液的丙烯腈溶液的流動方向與電極表面平行，即反 應(yīng)液在陰極板和陽極板圍成的區(qū)域內(nèi)，由極板的一端流向另一端。為防止陰極區(qū)物質(zhì)進入 陽極液中，采用陽離子交換膜作為隔膜；為避免陰極副反應(yīng)的發(fā)生，需將0H盡快移出陰極 區(qū)，現(xiàn)有的設(shè)備難以做到；由于丙烯腈還原電位很負，還需要采用析氫電位高的材料作為陰 極，防止析氫。
[0012] 因此現(xiàn)有的電解反應(yīng)器存在以下主要問題：
[0013] (1)針對反應(yīng)物和生成物之間具有很好的電化學轉(zhuǎn)化可逆性的反應(yīng)體系，現(xiàn)有的電 解裝置會導(dǎo)致反應(yīng)物與生成物之間在電解反應(yīng)器中反復(fù)轉(zhuǎn)化，既影響轉(zhuǎn)化效率，又浪費電 耗；
[0014] ⑵現(xiàn)有的電解裝置不能有效利用電解液自身的流動對電極表面的反應(yīng)物提供快 速更新的較大的湍動力，電化學反應(yīng)速度較慢，進而降低了反應(yīng)轉(zhuǎn)化率；
[0015] ⑶對于復(fù)雜的含有副反應(yīng)的反應(yīng)體系，現(xiàn)有電解裝置不能及時有效移出引起副反 應(yīng)的電化學反應(yīng)產(chǎn)物；
[0016] ⑷現(xiàn)有電解裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占地面積大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017] 本發(fā)明的目的是為了解決上述技術(shù)問題，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、投資成本和運行成 本低、轉(zhuǎn)化效率高、適用于多種性質(zhì)電解液的填充式定向流電化學反應(yīng)器。
[0018] 技術(shù)方案包括筒體，所述筒體兩端分別為進口連接短管和出口連接短管，所述筒 體內(nèi)設(shè)有至少一個反應(yīng)單元，所述反應(yīng)單元由兩個極向相反且相互絕緣的電極室組成，分 別為陰極室和陽極室，所述筒體的進口連接短管依次經(jīng)所述反應(yīng)單元的兩個電極室與出口 連接短管連通。
[0019] 所述電極室由至少一塊多孔板電極與對應(yīng)的筒體圍成的區(qū)域組成，或者由導(dǎo)電材 料制成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)及對應(yīng)的筒體組成。
[0020] 所述電極室由兩端的多孔板電極與對應(yīng)的筒體圍成的區(qū)域組成，所述電極室內(nèi)填 充有具有導(dǎo)電性的電極材料。
[0021] 所述電極材料為貴金屬鹽改性后的顆粒狀活性炭、煤焦炭、石油焦或耐腐蝕的金 屬肩、或金屬丸，粒度為8 - 20mm。
[0022] 所述導(dǎo)電材料制成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)可以使用導(dǎo)電性能好、抗腐蝕性強的鉛、鉑、鈦、石 墨等材料制成，優(yōu)選空隙率控制在〇. 7 - 0. 9。
[0023] 所述多孔板電極為孔板結(jié)構(gòu)，孔板上的孔徑為6-10mm。
[0024] 相鄰兩個電極室端部的多孔板電極平行設(shè)置，多孔板電極間具有間隙，所述間隙 的一端經(jīng)過多孔板電極與電極室內(nèi)壁面上的進液通道的一端連接，所述進液通道的另一端 連接沖洗液入口管；所述間隙的另一端經(jīng)過多孔板電極與電極室內(nèi)壁面上的排液通道的一 端連接，所述排液通道的另一端連接沖洗液出口管。
[0025] 所述間隙的寬度為1 一 10mm。
[0026] 所述筒體為臥式，每個電極室頂部設(shè)有氣體緩沖箱，所述氣體緩沖箱頂部設(shè)有氣 體排出口。
[0027] 每個電極室的多孔板電極與對應(yīng)的電極室壁面電導(dǎo)通。
[0028] 針對【背景技術(shù)】中存在的問題，發(fā)明人對現(xiàn)有的電解反應(yīng)器進行了如下改進：
[0029] 取消了現(xiàn)有的電化學反應(yīng)器中常用的隔膜，改變電化學反應(yīng)器單元結(jié)構(gòu)。所述反 應(yīng)單元由兩個極向相反且相互絕緣的電極室組成，電極室內(nèi)填充電極材料，或者電極室也 可由電解材料制成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)組成；電解液依次流經(jīng)串聯(lián)的電極室，一方面避免電解液中 的反應(yīng)物與生成物之間在電解反應(yīng)器中反復(fù)轉(zhuǎn)化，提高轉(zhuǎn)化效率，節(jié)能降耗，另一方面，填 充的電極材料或者網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)組成；也有利于電解液在電極室內(nèi)的均布，因而且無需另設(shè)攪 拌裝置，進一步減化結(jié)構(gòu)、降低能耗；
[0030] 創(chuàng)造性的在電極室的兩端設(shè)置多孔板電極，多孔板電極為具有孔板結(jié)構(gòu)的電極， 多孔板電極的設(shè)置一方面可與對應(yīng)的筒體形成相對封閉的空間（即電極室），以便于在電 極室內(nèi)填充電極材料，另一方面，以便于電解液流可由多孔板電極上的開孔由一個極性的 電極室向另一個極性相反的電極室定向流動，降低阻力，液相流動方向垂直于多孔板電極 的表面，電解液在一個極性的電極室內(nèi)發(fā)生氧化或還原反應(yīng)后再進入另一個反向極向的電 極室進行還原或氧化反應(yīng)，避免反復(fù)轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)換效率高；相鄰兩個電極室間被各自對應(yīng)的 多孔板電極（合計有兩個多孔板電極）隔開，進一步保證轉(zhuǎn)換反應(yīng)的可靠性，提高反應(yīng)效 率。所述多孔板電極的孔徑為優(yōu)選為為6 - 10mm，過大會導(dǎo)致填充的電極材料流失，同時不 利于電解液的均布。過小會出現(xiàn)部分孔被填充的電極材料堵塞，同時會增加電解液流動的 阻力。
[0031] 相鄰兩個電極室端部的多孔板電極平行設(shè)置，多孔板電極間具有間隙，該間隙是 為了保證相鄰現(xiàn)電極室處于絕緣狀態(tài)。同時，間隙的設(shè)置還有利于電極室內(nèi)細小固體顆粒 物的清除，當電解液中含有的顆粒物及填充電極材料破碎顆粒聚集在間隙內(nèi)時，由沖洗液 入口管通入沖洗液，沖洗液經(jīng)電極室筒體內(nèi)壁面上的進液通道進入相鄰兩多孔板電極之間 間隙的一端，對間隙進行沖洗，沖洗液由間隙的另一端進入電極室筒體內(nèi)壁面上的排液通 道，最后由沖洗液出口管排出。
[0032] 間隙的寬度優(yōu)選為1 一 10mm，過大會導(dǎo)致電解反應(yīng)的效率下降，過小會增加反應(yīng) 器的加工及安裝成本。
[0033] 本發(fā)明反應(yīng)器根據(jù)需要可以設(shè)計為立式或臥式，當反應(yīng)器為臥式時，可以在電極 室頂部設(shè)置氣體緩沖箱，氣體緩沖箱有多個作用，用于收集反應(yīng)過程中產(chǎn)生的反應(yīng)中間產(chǎn) 物如氣體，并及時排出；還可作為填充電極材料的加入口；當需要向電解液中通入反應(yīng)物 如氣體參于反應(yīng)時，可通過氣體緩沖箱和/或者沖洗液入口管向電極室內(nèi)充入氣體。
[0034] 本發(fā)明反應(yīng)器可以采用一個反應(yīng)單元，也可以采用兩個或兩個以上的多個反應(yīng)單 兀串聯(lián)。
[0035] 當反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有至少兩個反應(yīng)單元時，相鄰兩個反應(yīng)單元內(nèi)電極室的排列順序可 以相同也可以相反，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)電解液中反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化需要合理確定。
[0036] 進一步的，電解反應(yīng)時，過多的電化學反應(yīng)析出物在陰極室的多孔板電極上析出， 會導(dǎo)致電解液中反應(yīng)物濃度過低，影響轉(zhuǎn)化效果。同時，析出物還可能會堵塞填充的電極材 料的微孔，減少了電極的比表面積，此時可調(diào)換兩個電極室的極性，并改變電解液在反應(yīng)器 內(nèi)的流動方向，使析出物發(fā)生氧化重新進入電解液中，以提高反應(yīng)器的自凈能力。
[0037] 有益效果：
[0038] 本發(fā)明采用填充了電極材料的陰極室和陽極室，結(jié)合多孔板電極，使液流垂直于 多孔板電極流動，流過填充有電極材料的電極室時，顆粒狀電極材料或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)對流體具 有均布效果，無需攪拌設(shè)施，結(jié)構(gòu)緊湊，比電極面積大，電極室內(nèi)填充顆粒狀填料，填料的作 用，使電解液流動的通道曲折，電解液流動時的湍動程度大于平板電極結(jié)構(gòu)時電解液的流 動，增