[发明专利]一种填充式定向流电化学反应器

说明书

技术领域

本发明涉及一种电解反应器，具体的说是一种填充式定向流电化学反应器。

背景技术

传统的电化学反应器按结构不同，可分为箱式、压滤式或板框式、特殊结构式三类；按其工作方式不同，可分为间歇式、柱塞流式、连续搅拌箱式三类。特殊结构的三维电极反应器以及柱塞流式电极反应器为了防止生成物进入相反电极区域发生可逆反应，一般需要采用特殊结构的隔膜，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，采用隔膜后可以节省电耗、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。特别是对于包含某些反应物与生成物之间电化学转化具有很好的可逆性，同时某些反应物与生成物之间电化学转化可逆性很低的反应体系，采用该类反应器，由于隔膜的分割，其转化率最高也将低于50％。

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：

然后，通过电解，在阴极表面加氢二聚生成已二腈：

2CH₂＝CHCN+2H₂O+2e→NO(CH₂)₄CN+2OH^-(1-2)

阳极发生析O₂反应：

总反应为：

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OH^-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。

因此现有的电解反应器存在以下主要问题：

⑴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，现有的电解装置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；

⑵现有的电解装置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；

⑶对于复杂的含有副反应的反应体系，现有电解装置不能及时有效移出引起副反应的电化学反应产物；

⑷现有电解装置结构复杂，占地面积大。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种结构简单、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填充式定向流电化学反应器。

技术方案包括筒体，所述筒体两端分别为进口连接短管和出口连接短管,所述筒体内设有至少一个反应单元，所述反应单元由两个极向相反且相互绝缘的电极室组成，分别为阴极室和阳极室，所述筒体的进口连接短管依次经所述反应单元的两个电极室与出口连接短管连通。

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。

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，所述电极室内填充有具有导电性的电极材料。

所述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屑、或金属丸，粒度为8－20mm。

所述导电材料制成的网状结构可以使用导电性能好、抗腐蚀性强的铅、铂、钛、石墨等材料制成，优选空隙率控制在0.7－0.9。

所述多孔板电极为孔板结构，孔板上的孔径为6-10mm。

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。

所述间隙的宽度为1－10mm。

所述筒体为卧式，每个电极室顶部设有气体缓冲箱，所述气体缓冲箱顶部设有气体排出口。

每个电极室的多孔板电极与对应的电极室壁面电导通。

针对背景技术中存在的问题，发明人对现有的电解反应器进行了如下改进：