[发明专利]一种工业化电解生产丁二酸的石墨电极系统

说明书

本发明公开了一种工业化电解生产丁二酸的石墨电极系统，包括工业化电解装置，所述工业化电解装置包括有铅合金阴极和石墨阳极，所述的石墨阳极为石墨填充床电极，所述石墨填充床电极由钛篮、石墨填充物、集流体和石墨补加装置组成；铅合金阴极和石墨阳极之间采用铅合金封装的方式连接形成串联电解装置；串联电解装置通过泵输送电解液至石墨粉回收装置，所述石墨粉回收装置为过滤器，本发明大幅度降低阳极维护和阳极消耗成本，促进电解合成万吨级及以上丁二酸。

技术领域

本发明属于无隔膜电解合成丁二酸的设备领域，具体来说涉及一种工业化电解生产丁二酸的石墨电极系统。

背景技术

丁二酸俗称琥珀酸，是一种重要的合成医药和精细化工合成中间体，广泛应用于合成塑料、橡胶、医药、防护涂料和其他行业中。丁二酸具有二元酸大多数的典型反应，如卤化、脱水、酯化、缩聚、碘化、酰化、氧化、还原等。以丁二酸为底物，可制得一系列单酯和双酯。如丁二酸与淀粉、纤维素和多元醇酯化；丁二酸与1,4-丁二醇可进行缩聚反应，合成聚丁二酸丁二醇酯（PBS），它是一种生物可降解塑料，具有非常广阔的市场推广前景。近年来，随着国家禁塑令的推行，丁二酸国内市场有望突破年产20万以上规模；目前国内市场规模在2万左右，国内最大的生产企业年产能不超过5000吨。因此，扩大生产规模是目前丁二酸市场迅速发展的必然要求。

工业制备丁二酸的主要方法有顺丁烯二酸（酯）催化加氢还原法、淀粉生化法和电解还原法。其中催化加氢还原法需要以丁烯二酸酯为原料，产物复杂，转化率较低；而生化法虽然被广泛研究，但生化法工艺废水量大，产物存在多种单酸，不能用于PBS的聚合反应；电解法则被国内外厂家广泛采用，是目前国内外丁二酸生产的主要方法。

电解合成丁二酸，以顺酐为原料，采用无隔膜电解合成丁二酸。电解装置阳极材料为铱钛贵金属涂层电极，如山东飞扬化工股份有限公司，山西金晖兆隆股份有限公司；或采用铅合金电极，如安庆和兴化工有限公司，安徽三信化工有限公司等。电解装置阴极材料一般采用高析氧过电位的铅合金电极，以提高反应的选择性。但铅合金阳极材料，在电解过程中电极腐蚀严重，寿命短（3-6个月），电解槽维护成本高，产品质量差；同时受到电流密度限制，电流密度仅仅在100-250A/m²之间，大规模生产，特别是万吨级产能需要大量的电解装置和电极材料；铅合金电极作阳极还存在析氧过电位高，槽电压高，能耗大的缺点。铱钛涂层电极是电催化析氧电极，具有非常好的氧析出活性，同时具有较大的工作电流，电流密度在400-600A/m²时，50-60℃10%硫酸+10%丁二酸电解液寿命可以达到2年；但该电极价格昂贵，每平方米涂层及钛网基体合计价格超过1万元，电极投资大，年产1万吨规模阳极电极投资超过3000万元，且电极寿命受到温度限制，电解液温度升高至80℃电极寿命急剧下降。因此，工业上电解合成丁二酸阳极材料成为限制丁二酸规模化的重要瓶颈。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工业化电解生产丁二酸的石墨电极系统，以解决背景技术中现有的电解合成丁二酸的阳极材料采用铅合金易腐蚀、电流密度低下、产品质量差以及采用贵金属阳极则电极投资大、不适宜高温介质的问题，为实现上述目的，本发明提供技术方案如下：

一种工业化电解生产丁二酸的石墨电极系统，包括工业化电解装置，所述工业化电解装置包括有铅合金阴极和石墨阳极，所述的石墨阳极为石墨填充床电极，所述石墨填充床电极由钛篮、石墨填充物、集流体和石墨补加装置组成；铅合金阴极和石墨阳极之间采用铅合金封装的方式连接形成串联电解装置；串联电解装置通过泵输送电解液至石墨粉回收装置，所述石墨粉回收装置为过滤器；腐蚀掉落的石墨粉，随着电解液经过泵输入过滤器过滤回收。

优选地，所述集流体为石墨板、钛板、带铱钛涂层的钛铜复合板或者铅合金板，集流体负载电流为100-2000A。

优选地，电源正极通过正极铜排与串联电解装置的正极连接，电源通过负极铜排与串联电解装置的负极连接，正极铜排和串联电解装置正极、负极铜排与串联电解装置负极间通过铅合金封装方式连接。