一种定向流电解工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电解工艺，具体的说是一种定向流电解工艺。
【背景技术】
[0002] 传统的电解工艺，电解液在反应器的阴极和阳极以及反应器隔板围成的区域内流 动并在电极表面发生电化学反应。对于某些反应物与生成物之间电化学转化具有很好可逆 性的反应体系，往往在阴极和阳极之间采用膜隔开形成两个反应室，以避免反应生成物进 入另一极反应室。对于这种反应物与生成物之间电化学转化具有很好可逆性的反应体系， 可以节省电耗、提高反应物的转化率。但由于分隔膜的存在，既导致反应器的结构复杂，增 加反应器制作成本，还阻碍了反应物的混合扩散效果，降低了单位体积电解反应器的使用 效率。同时，在传统的电解工艺中，出反应器的电解液分别从阴极室和阳极室流出，反应物 的转化率低，最高不会超过50 %。
[0003] 如乙二腈是制造尼龙66的中间体，同时又可作为橡胶生产的助剂和除草剂。乙二 腈的电解合成中，传统的方法分两步，首先是以石油工业的丙烯为原料，在催化剂的作用下 将其加工为丙烯腈溶液：
[0004]
[0005] 然后，通过电解，在阴极表面加氢二聚生成已二腈：
[0006] 2CH2=CHCN+2H20+2e-N0(CH2)4CN+20H (1-2)
[0007] 阳极发生析02反应：
[0011] 传统的电解工艺中，作为电解液的丙烯腈溶液的流动方向与电极表面平行，即反 应液在阴极板和阳极板围成的区域内，由极板的一端流向另一端。为防止阴极区物质进入 阳极液中，采用阳离子交换膜作为隔膜；为避免阴极副反应的发生，需将0H尽快移出阴极 区，现有的设备难以做到；由于丙烯腈还原电位很负，还需要采用析氢电位高的材料作为阴 极，防止析氢。
[0012] 因此现有的电解工艺存在以下主要问题：
[0013] (1)针对反应物和生成物之间具有很好的电化学转化可逆性的反应体系，现有的电 解工艺会导致反应物与生成物之间在电解反应器中反复转化，既影响转化效率，又浪费电 耗；
[0014] ⑵现有的电解工艺不能有效利用电解液自身的流动对电极表面的反应物提供快 速更新的较大的湍动力，电化学反应速度较慢，进而降低了反应转化率；
[0015] ⑶对于复杂的含有副反应的反应体系，现有电解工艺不能及时有效移出引起副反 应的电化学反应产物；
[0016] ⑷现有电解工艺采用的电解装置结构复杂，占地面积大。
【发明内容】
[0017] 本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种工艺简单、投资成本和运行成 本低、转化效率高、适用于多种性质电解液的定向流电解工艺。
[0018] 本发明工艺包括：将电解液送入电解反应器内进行电解反应，所述电解液首先进 入电解反应器中的其中一个电极室，完成电化学氧化或还原反应后，流过两电极室间的间 隙再进入下一个相反极性的电极室，进行电化学还原或氧化反应，反应后的电解液流出电 解反应器。
[0019] 所述电解反应器至少设有一个反应单元，每个反应单元由两个极向相反且相互绝 缘的电极室组成，包括阴极室和阳极室；所述电极室由至少一块多孔板电极与对应的筒体 围成的区域组成，或者由导电材料制成的网状结构及对应的筒体组成。
[0020] 所述电极室由两端的多孔板电极与对应的筒体围成的区域组成，电极室内填充具 有导电性的电极材料，所述电解液依次穿过电极室两端的多孔板电极由一个电极室向另一 个电极室定向流动，所述电解液总体流动方向垂直于多孔板电极表面。
[0021] 所述反应器为卧式，每个电极室顶部设有气体缓冲箱，可通过气体缓冲箱向电极 室内通入反应物，或者将电极室内反应产生的反应中间产物收集后移出。
[0022] 所述反应单元内相邻两个电极室端部的多孔板电极平行设置，多孔板电极间具有 间隙，所述间隙的一端经过多孔板电极与电极室内壁面上的进液通道的一端连接，所述进 液通道的另一端连接冲洗液入口管；所述间隙的另一端经过多孔板电极与电极室内壁面上 的排液通道的一端连接，所述排液通道的另一端连接冲洗液出口管，当电解液中含有的颗 粒物及填充电极材料破碎颗粒聚集在间隙内时，由冲洗液入口管通入冲洗液，冲洗液经进 液通道进入间隙的一端，对间隙进行冲洗，冲洗液由间隙的另一端进入排液通道，最后由冲 洗液出口管排出。
[0023] 所述间隙的宽度为1 一 10mm。
[0024] 定期调换反应单元中两个电极室的极性，并改变电解液在电解反应器内的流动方 向，使电极室内的电化学反应析出物发生逆向电化学反应重新进入电解液。
[0025] 所述电极室内填充的电极材料为贵金属盐改性后的颗粒状活性炭、煤焦炭、石油 焦或耐腐蚀的金属肩、或金属丸，粒度为8 - 20mm。
[0026] 通过冲洗液入口管向电极室内通入反应物，电极室内反应产生的反应中间产物由 冲洗液出口管移出。
[0027] 由所述冲洗液出口管引出部分电解反应器内的电解液与进入电解反应器前的电 解液混合后一起进入电解反应器进行电解反应，实现反应中间产物的部分回流，出电解反 应器的部分反应后的电解液经冲洗液入口管回送进入电解反应器内实现反应产物的部分 回流，通过反应中间产物和反应产物的部分回流有利于提高电解液中反应物的转化率。
[0028] 取消了现有的电化学反应器中常用的隔膜，改变电化学反应器单元结构。所述反 应单元由两个极向相反且相互绝缘的电极室组成，电极室内填充电极材料；或者电极室也 可由导电材料制成的网状结构及对应的筒体组成；电解液依次流经串联的电极室，一方面 避免电解液中的反应物与生成物之间在电解反应器中反复转化，提高了反应物的转化率， 节能降耗，另一方面，填充的电极材料或者网状结构也有利于电解液在电极室内的均布，因 而无需另设搅拌装置，进一步减化结构、降低能耗；
[0029] 创造性的在电极室的两端设置多孔板电极，多孔电极板为具有孔板结构的电极， 多孔板电极的设置一方面可与对应的筒体形成相对封闭的空间（即电极室），以便于在电 极室内填充电极材料，另一方面，以便于电解液流可经由多孔板电极上的开孔由一个极性 的电极室向另一个极性相反的电极室定向流动，降低阻力，液相流动方向垂直于多孔板电 极的表面，电解液在一个极性的电极室内发生氧化或还原反应后再进入另一个极性相反向 的电极室进行还原或氧化反应，避免反复转化，转换效率高；相邻两个电极室间被各自对 应的多孔板电极（合计有两个多孔板电极）隔开，进一步保证转换反应的可靠性，提高反应 效率。所述多孔板电极的孔径为优选为6 - 10mm，过大会导致填充的电极材料流失，同时不 利于电解液的均布。过小会出现部分孔被填充的电极材料堵塞，同时会增加电解液流动的 阻力。
[0030] 相邻两个电极室端部的多孔板电极间具有间隙，该间隙用于绝缘及固体颗粒物的 清除。在两电极室间隙两端的上下相对设有冲洗液进出口，通过筒体内壁的进出液通道与 间隙相通。当电解液中含有的颗粒物及填充电极材料破碎颗粒聚集在两电极间的间隙内 时，由冲洗液入口管通入冲洗液，冲洗液经电极室内壁面上的进液通道穿过多孔板电极进 入间隙的一端，对间隙两侧的多孔板电极及间隙进行冲洗，冲洗液由间隙的另一端穿过多 孔板电极进入电极室内壁面上的排液通道，最后由冲洗液出口管排出。所述间隙的宽度优 选为1 一 10_，过大会导致电解反应的效率下降，过小会增加反应器的加工及安装成本。
[0031] 本发明工艺中的反应器根据需要可以设计为立式或卧式，当反应器为卧式时，在 电极室顶部设置气体缓冲箱，气体缓冲箱有多个作用，用于收集反应过程中产生的反应中 间产物如气体，并及时排出；还可作为填充电极材料的加入口，同时在两电极室间隙两端的 上下相对设有冲洗液进出口，通过筒体内壁的进出液通道与间隙相通。当需要向电解液中 通入反应物如气体参于反应时，可通过气体缓冲箱和/或者冲洗液入口管向电极室内通入 气体。
[0032] 本发明工艺中的反应器可以采用一个反应单元，也可以采用两个或两个以上的多 个反应单元串联。
[0033] 当反应器内设有至少两个反应单元时，相邻两个反应单元内电极室的排列顺序可 以相同也可以相反，本领域技术人员可根据电解液中反应物的转化需要合理确定。
[0034] 进一步的，电解反应时，过多的电化学反应析出物在阴极室富集，会导致电解液中 反应物浓度过低，影响转化效果。同时，析出物还可能会堵塞填充的电极材料的微孔，减少 了电极的比表面积，此时可调换两个电极室的极性，使电解液在反应器内反向流动，使析出 物发生氧化重新进入电解液中，以提高反应器的自净能力。
[0035] 工艺的有益效果：
[0036] (1)本发明工艺简单、可控性好、结合多孔板电极，使液流垂直于多孔板电极流动， 流过电极室内的电极材料时，颗粒状的填料层对流体具有均布效果，无需搅拌设施；
[0037] (2)结构紧凑，比电极面积大，电极室内填充颗粒状电极材料，由于电极材料的作 用使电解液流动的通道曲折，电解液流动时的湍动程度大于平板电极结构时电解液的流 动，增大了液相流动时对反应物产生的湍动力，有利于电极表面更新，提高反应转化率；
[0038] (3)适用性强，适用于复杂的含有副反应的反应体系，能及时有效移出引起副反应 的电化学反应产物，不仅适用于含有电化学可逆性好的反应物的电解液，也适用同时含有 电化学可逆性好的反应物和电化学可逆性差的反应物的电解液。
[0039] (4)本发明方法、操作简单、运行成本低，特别适用于烟气氨一Fe(II)EDTA法同步 脱硫脱硝剂中浓缩液除铁以及吸收液再生。还适用于某些有机物的电合成。
【附图说明】
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