层叠式电解反应器制造技术

本发明专利技术涉及一种层叠式电解反应器，包括电解槽，电解槽内部依次层叠排列设置石墨电极、阳极导流板、阳离子交换膜、阴极导流板、石墨电极。本发明专利技术具有结构简单紧凑、电解效率较高、有效提高电解效率，实现连续电解反应，简化电解槽结构，有利于制氢电耗的降低，使得电解池组件的性能保持一致，电解槽的寿命长，性能可靠，达到制取氢气和吸收液再生的双重目的。

【技术实现步骤摘要】
层叠式电解反应器
本专利技术涉及到一种电解反应器，具体涉及一种层叠式电解反应器。
技术介绍
化石能源，如煤、石油、天然气的广泛应用使得现代化经济高速发展。然而在天然气净化、石油炼制以及制煤气等生产过程会产生大量的硫化氢H2S气体，H2S不仅有毒，其在有氧或湿热条件下还具有腐蚀性，因此H2S的存在不仅会危害人体健康，还会腐蚀金属管道、烧毁仪器仪表等，特别是在天然气输送和大规模的石油加氢精制过程中，H2S的存在就会增加石油管线发生H2S应力腐蚀开裂的可能性，这对石油、天然气的安全开采和输送影响极大。因此，随着经济的发展，如何处理H2S废气问题越来越受到人们的关注。传统的H2S处理工艺主要有克劳斯法和湿式吸收法。这两类方法处理含H2S的气体可达到较高的净化度，脱硫的同时回收得到硫磺。但最大的缺点是其中的氢元素被氧化为水而浪费掉。为了实现资源的综合利用，近年来，一种兼顾回收硫和氢的H2S处理新技术—间接电解法倍受人们的重视。采用间接电解法从硫化氢制取氢气和硫磺自20世纪70年代起即有相关研究，各种间接电解法的研究报道中具体工艺具有一定差别，相应的电解反应器结构也不同。欧洲专利EP0348875、日本专利JP04333585提出的硫化氢制取氢气的电化学过程中，它包括硫化氢被Fe3+溶液氧化吸收，生成硫及Fe2+溶液，电解Fe2+溶液，使其氧化为Fe3+溶液，吸收液得到再生，同时阴极生成氢气。在电解过程中，阳极的H+需要通过阳极本体溶液---离子交换膜----阴极区----阴极才能完成整个析氢过程，系统必须采用高浓度的酸作为支持电解质，以保证制氢可以在低电耗下进行，但这对装置存在强腐蚀作用。日本专利JP04358088描述一种用于氢生产的催化电极，它是在碳纤维的骨架上化学镀铂金属作为电极，电解槽为滤压式电解槽，未采用SPE技术，不利于气体的分离。其中所述SPE技术，即SPE电极为固体聚合物电解质(SolidPolymerElectrolyteSPE)的缩写。抚顺石油学院用间接电解法从硫化氢制取氢气和硫磺，他们提出了控制电解程度的一体式电解槽反应器，其阳极材料为石墨毡和钛基PbO2电极，而阴极选用H2过电位较低的不锈钢，用素烧陶瓷材料代替了离子交换膜，虽然可延长隔膜的使用寿命，应用中选用陶瓷桶，内充阴极液，通过导管使各陶瓷桶相联，并与电解槽外部阴极液储槽连接，有利于溶液的循环和更换。在较大的电解槽中，可以把多个陶瓷桶规则地置于大电解槽中，陶瓷桶外侧为职极液，通过机械泵使其在电解槽中循环，以利于溶液的混合，加快传质速率。但是，上述反应器很难实现连续生产，同时具有阴阳极极间距较大，电阻及能耗较大的缺陷。ZL200420047897.5提出了一种双极板式电解反应器，该电解池采用双极板式石墨板电极板、SPE电极交替组合模式构成电解池，但该双极板采用石墨板制作，由于大面积石墨板制作困难且石墨强度较低，而该电解池结构较为复杂、电解池成本较高且难以扩大成为较大规模的电解池，因此难以适应工业化的电解池要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种层叠式电解反应器，具有结构简单紧凑、电解效率较高、有效提高电解效率，实现连续电解反应，简化电解槽结构，有利于制氢电耗的降低，使得电解池组件的性能保持一致，电解槽的寿命长，性能可靠，达到制取氢气和吸收液再生的双重目的。本专利技术所述的一种层叠式电解反应器，包括电解槽，电解槽内部依次层叠排列设置石墨电极、阳极导流板、阳离子交换膜、阴极导流板、石墨电极。石墨电极、阳极导流板、阳离子交换膜、阴极导流板石墨电极为一组电解池组件，层叠式电解反应器由至少一组电解池组件组成。每两个相邻部件之间设置密封垫。石墨电极为柔性石墨双极板。所述柔性石墨双极板的一面为纯石墨布，另一面为镀铂石墨布，并经过树脂化处理以防止溶液渗透。所述石墨布面构成双电极的阳极，镀铂的石墨布面构成双电极的阴极。阳离子交换膜为SPE离子交换膜。SPE隔膜为Nafion膜或类似阳离子交换膜。本专利技术采用的SPE离子膜具有高的H+传导性能，降低了H+迁移的阻力，降低系统电解质的酸度，减少对设备的腐蚀，及对环境的危害，在低能耗下有利于电解过程的正常进行。每一柔性石墨双极板的两侧分别设有阳极导流板、阴极导流板。电解槽一端设置第一固定端板电解槽另一端设置第二固定端板；第一固定端板上部设有阳极液进口，下部设有阴极液进口，第二固定端板上部设有阴极液出口，下部设有阳极液出口。固定端板将电解槽连接为一整体反应器。电解反应器两端的固定端板上均设置接线端。柔性石墨双极板上设置阴极液流道和阳极液流道。第一固定端板上的阳极液进口和阴极液进口分别柔性石墨双极板与该阳极液流道、阴极液流道对应导通。第二固定端板上的阳极液出口和阴极液出口分别与柔性石墨双极板上的阳极液流道、阴极液流道对应导通。所述石墨电极的两侧面的阳阴极导流板上流体的流动方向相互垂直，其中，阴极流体自下向上流动，阳极流体自左向右或自右向左流动，阳阴极流体在流过双极板表面后由电极四周的流体通道分别导入下一电解池。阴极导流板上设置阴极液流道，阴极导流板上的阴极液流道与石墨电极的阴极液流道导对应设置；阳极导流板上设置阳极液流道，阳极导流板上的阳极液流道与石墨电极的阳极液流道导对应设置。阴极液流道采用并流模式；阳极液流道采用串流模式。本专利技术尤其用于硫化氢间接电解制取氢气。1、本专利技术层叠式电解反应器，其电解槽是石墨电极、阳极导流板、阳离子交换膜、阴极导流板、石墨电极交替组装而成；电解过程是一个双股进料、双股出料而且两股物料在电解槽中不能混合的流动过程，上述电解槽的结构保证了阳极液、阴极液在槽内各自沿其通道流动，而无串液现象，同时无需使用外接管路，整个电解槽结构紧凑，且实现了连续化生产，大大提高了生产效率。2、本专利技术的柔性石墨双极板易于加工，电解池内阴极液流道采用并流模式有效利用电极上生成的气体对阴极液的提升效应增加阴极液的流动速度且减少了阴极池内部气体积累对溶液导电率的影响；阳极液流道的串流模式保障了阳极液的较高流速以强化反应传质，保证传质过程较小的阻力，而且来自各个不同方向的流体微团都具有相同的停留时间，这样就避免了返混的发生。3、本专利技术采用树脂化的柔性石墨作为双极板材料，具有良好的导电性能及耐腐蚀能力，极板厚度小，使得整个电解池质结构紧凑，导流板采用塑料制作，加工简单。4、所述的层叠式电解反应器用于硫化氢间接电解制取氢气时，其采用双极板电极技术，其中，阳极为石墨布电极、阴极用载铂的石墨布作电极，中间的离子交换膜选用全氟离子交换膜，又称为Nafion膜，其阳极、阴极的一体化结构使得电解反应器结构简化，有利于电解池组件的性能保持一致。5、本专利技术由于降低了电极与膜的间距，电解池的厚度小于1cm。减小了电解池阳、阴极间距，从而降低了极间电阻降，同时阴极产生的氢气泡对阴极区电导率的影响也减小了，阻止了气体向阳极扩散，有利于气体的分离，也避免了气泡存在对阴极区电压降的影响。6、本专利技术由于采用了柔性石墨双极板电极，构成的层叠式电解反应器结构简单，电解质的性能稳定，电解槽的寿命长，性能可靠；同时电解池在高电流密度下操作，减少一次性投资。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术具有结构简单紧凑、电解效率较高、有效提高电解效率，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种层叠式电解反应器，包括电解槽，其特征在于，电解槽内部依次层叠排列设置石墨电极(1)、阳极导流板(2)、阳离子交换膜(3)、阴极导流板(4)、石墨电极(1)。

【技术特征摘要】
1.一种层叠式电解反应器，包括电解槽，其特征在于，电解槽内部依次层叠排列设置石墨电极(1)、阳极导流板(2)、阳离子交换膜(3)、阴极导流板(4)、石墨电极(1)。2.根据权利要求1所述的层叠式电解反应器，其特征在于，石墨电极(1)、阳极导流板(2)、阳离子交换膜(3)、阴极导流板(4)石墨电极(1)为一组电解池组件，层叠式电解反应器由至少一组电解池组件组成。3.根据权利要求1所述的层叠式电解反应器，其特征在于，每两个相邻部件之间设置密封垫(6)。4.根据权利要求1所述的层叠式电解反应器，其特征在于，石墨电极(1)为柔性石墨双极板。5.根据权利要求4所述的层叠式电解反应器，其特征在于，所述柔性石墨双极板的一面为纯石墨布，另一面为镀铂石墨布；柔性石墨双极板经过树脂化处理。6.根据权利要求1所述的层叠式电解反应器，其特征在于，阳离子交换膜(3)为SPE离子交换膜。...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘爱华，俞英，达建文，黄海燕，刘剑利，陶卫东，刘增让，徐翠翠，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37