用于产生高产物强度溶液的电氯化系统配置技术方案

一种电氯化系统包括进料流体的源、产物流体出口和流体地连接在进料流体的源和产物流体出口之间的多于一个电化学电池。该系统被配置成以第一电流密度或第一流量中的一种操作多于一个电化学电池中的至少一个电化学电池，并且以不同于相应的第一电流密度或第一流量的第二电流密度或第二流量操作多于一个电化学电池中的另一个电化学电池。学电池中的另一个电化学电池。学电池中的另一个电化学电池。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于产生高产物强度溶液的电氯化系统配置
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请根据35 U.S.C.
§
119(e)要求于2018年2月22日提交的标题为“CTE SYSTEM CONFIGURATIONS FOR THE GENERATION OF HIGHER PRODUCT STRENGTH SOLUTIONS”的美国临时申请序号62/633,790的优先权，该美国临时申请为了所有目的通过引用以其整体并入本文。
[0003]背景
1.专利

[0004]本文公开的方面和实施方案总体上涉及电化学装置，并且更具体地涉及电氯化电池(electrochlorination cell)和电氯化装置、以及利用其的系统和方法。
[0005]2.相关技术的讨论
[0006]用于通过在电极处的化学反应从进料流产生产物溶液的电化学装置被广泛地用于工业实施和市政实施。反应的实例包括：
[0007]A.电氯化，其中从氯化钠和水产生次氯酸钠。
[0008]在阳极处的反应：2Cl
‑
→
C12+2e
‑
[0009]在阴极处的反应：2Na
+
+2H2O+2e
‑
→
2NaOH+H2[0010]在溶液中：C12+2OH
‑
→
ClO
‑
+Cl
‑
+H2O
[0011]总反应：NaCl+H2O
→
NaOCl+H2[0012]E
0氧化
＝
‑
1.36V(氯气产生)
[0013]E
0还原
＝
‑
0.83V(氢气产生)
[0014]E
0电池
＝
‑
2.19V
[0015]B.从氯化钠和水产生氢氧化钠和氯气，其中阳离子交换膜将阳极和阴极隔开：
[0016]在阳极处的反应：2Cl
‑
→
C12+2e
‑
[0017]在阴极处的反应：2H2O+2e
‑
→
2OH
‑
+H2[0018]总反应：2NaC1+2H2O
→
2NaOH+C12+H2[0019]C.用于能量储存的钒氧化还原电池，其中质子可渗透膜将电极隔开：
[0020]在充电期间：
[0021]在第1电极处的反应：V
3+
+e
‑
→
V
2+
[0022]在第2电极处的反应：V
4+
→
V
5+
+e
‑
[0023]在放电期间：
[0024]在第1电极处的反应：V
2+
→
V
3+
+e
‑
[0025]在第2电极处的反应：V
5+
+e
‑
→
V
4+
[0026]在一些实施方式中，电氯化装置可以被用于从海水中存在的氯化钠产生次氯酸钠。海水中不同的溶解固体的浓度可以取决于位置而不同，然而，海水的一个实例可以包括以下组分：
[0027]表1：典型的海水组分和浓度
[0028][0029][0030]概述
[0031]根据本专利技术的方面，提供了电化学电池。电化学电池包括外壳和阳极
‑
阴极对，所述外壳具有入口、出口和中心轴，所述阳极
‑
阴极对围绕中心轴被大体上同心地设置在外壳内并且界定在阳极
‑
阴极对的阳极和阴极之间的有效面积(active area)，阳极和阴极中的
至少一个的有效表面积具有比外壳的内表面的表面积大的表面积，阳极
‑
阴极对被配置且被布置成引导穿过电化学电池的所有流体轴向地通过有效面积。
[0032]在一些实施方案中，电化学电池具有至少约2mm
‑1的总电极填充密度。
[0033]在一些实施方案中，电化学电池还包括中心芯元件，所述中心芯元件被设置在电化学电池内并且被配置成阻止流体沿着中心轴流过电化学电池的一部分，中心芯元件未连接至阳极
‑
阴极对的至少一个电极。
[0034]在一些实施方案中，阳极
‑
阴极对螺旋缠绕中心轴。
[0035]在一些实施方案中，电化学电池还包括一个或更多个螺旋缠绕的双极性电极。在一些实施方案中，阳极沿着电化学电池的长度从阴极横向地位移(laterally displace)。
[0036]在一些实施方案中，阳极和阴极中的至少一个是刚性电极。阳极和阴极可以各自包含钛板，并且阳极的表面可以包覆有选自由以下组成的组的抗氧化涂层：铂和混合的金属氧化物。阳极和阴极可以各自包含钛、镍和铝中的一种或更多种。阳极的表面可以包覆有选自由以下组成的组的抗氧化涂层：铂、混合的金属氧化物、磁铁矿、铁素体、钴尖晶石、钽、钯、铱、金以及银。阳极和阴极中的至少一个可以是流体可渗透的和/或可以包含穿孔的钛板。
[0037]在一些实施方案中，电化学电池还包括隔板(separator)，所述隔板被配置成保持阳极和阴极之间的间隙距离，隔板是开放的以使电解质溶液流过有效面积。隔板可以包括具有轮辐(spoke)的轮毂(hub)，所述轮辐具有接合阳极和阴极中的至少一个的边缘的狭槽。轮毂还可以包括电连接器，所述电连接器被配置成将阳极和阴极中的一个电连接至电源。
[0038]在一些实施方案中，电化学电池还包括轮毂，所述轮毂包括与阳极和阴极中的一个电接触的轮辐。轮辐可以包括狭槽，所述狭槽接合阳极和阴极中的一个的边缘并且保持螺旋缠绕的阳极
‑
阴极对的匝(turn)之间的间隙。
[0039]在一些实施方案中，中心芯元件包括被设置在阳极
‑
阴极对的最内侧绕组内的非导电芯。
[0040]在一些实施方案中，阳极
‑
阴极对包括多于一个同心电极管和被界定在相邻的电极管之间的间隙。多于一个同心电极管可以包括多于一个阳极电极管和多于一个阴极电极管中的一种。多于一个阳极电极管和多于一个阴极电极管中的一种可以是刚性电极。
[0041]在一些实施方案中，多于一个同心管电极包括多于一个阳极电极管和多于一个阴极电极管。
[0042]在一些实施方案中，电化学电池被配置成能够在单通道(single pass)中使电流(DC和/或AC)从阳极电极管流过电解质溶液至阴极电极管。
[0043]在一些实施方案中，电化学电池还包括双极性电极管，所述双极性电极管被设置在阳极电极管和阴极电极管之间。
[0044]在一些实施方案中，阳极电极管沿着电化学电池的长度从具有与阳极电极管相同的直径的阴极电极管横向地位移。电化学电池可以包括电极管，所述电极管包括阳极半(an本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电氯化系统，包括：进料流体的源；产物流体出口；和多于一个电化学电池，所述多于一个电化学电池流体地连接在所述进料流体的源和所述产物流体出口之间，所述系统被配置成以第一电流密度或第一流量中的一种操作所述多于一个电化学电池中的至少一个电化学电池，并且以不同于相应的第一电流密度或第一流量的第二电流密度或第二流量操作所述多于一个电化学电池中的另一个电化学电池。2.如权利要求1所述的系统，其中所述多于一个电化学电池是串联地流体地连接的串联电化学电池。3.如权利要求1所述的系统，其中所述多于一个电化学电池是并联地流体地连接的并联电化学电池。4.如权利要求1所述的系统，其中所述多于一个电化学电池包括串联地流体地连接的一个或更多个串联电化学电池以及并联地流体地连接的一个或更多个并联电化学电池。5.如权利要求2
‑
4中任一项所述的系统，其中所述多于一个电化学电池串联地电连接。6.如权利要求2
‑
4中任一项所述的系统，其中所述多于一个电化学电池并联地电连接。7.如权利要求2
‑
4中任一项所述的系统，其中所述多于一个电化学电池包括串联地电连接的一个或更多个电化学电池以及并联地电连接的一个或更多个电化学电池。8.如权利要求2
‑
4中任一项所述的系统，其中所述多于一个电化学电池包括电学上独立于所述多于一个电化学电池中的其他电化学电池的一个或更多个电化学电池。9.如权利要求1所述的系统，还包括控制器，所述控制器被配置成以所述第一电流密度操作流体地设置在第二电化学电池的上游的第一电化学电池，并且以所述第二电流密度操作所述第二电化学电池，所述第一电流密度高于所述第二电流密度。10.如权利要求9所述的系统，还包括流体地设置在所述第一电化学电池和所述第二电化学电池之间的第三电化学电池。11.如权利要求10所述的系统，其中所述控制器还被配置成以第三电流密度操作所述第三电化学电池，所述第三电流密度低于所述第一电流密度并且高于所述第二电流密度。12.如权利要求11所述的系统，还包括第四电化学电池，所述第四电化学电池流体地设置在所述第二电化学电池的下游，所述控制器还被配置成以所述第二电流密度操作所述第四电化学电池。13.如权利要求12所述的系统，还包括泵，其中所述控制器还被配置成使所述泵以所述第一流量使流体从所述进料流体的源流过所述第一电化学电池、所述第二电化学电池、所述第三电化学电池和所述第四电化学电池中的每一个。14.如权利要求1所述的系统，其中所述多于一个电化学电池包括第一组并联电化学电池，所述第一组并联电化学电池并联地流体地连接在所述进料流体的源和串联地流体地连接的多于一个串联电化学电池之间。15.如权利要求14所述的系统，还包括控制器，所述控制器被配置成以所述第一流量操作该组并联电化学电池中的每个电化学电池，并且以所述第二流量操作所述多于一个串联电化学电池中的每个电化学电池，所述第一流量小于所述第二流量。
16.如权利要求15所述的系统，其中来自该组并联电化学电池中的每个电化学电池的流体出口导管被组合成所述多于一个串联电化学电池的单个流体输入导管。17.如权利要求15所述的系统，其中所述控制器还被配置成以所述第一电流密度操作该组并联电化学电池中的每个电化学电池和所述多于一个串联电化学电池中的每个电化学电池。18.如权利要求15所述的系统，其中所述控制器还被配置成以所述第一电流密度操作该组并联电化学电池中的每个电化学电池，并且以所述第二电流密度操作所述多于一个串联电化学电池中的每个电化学电池。19.如权利要求18所述的系统，其中所述第一电流密度大于所述第二电流密度。20.如权利要求1所述的系统，还包括流体地连接至所述多于一个电化学电池的流体出口的产物罐。21.如权利要求20所述的系统，还包括并联电化学电池，所述并联电化学电池具有连接至所述产物罐的流体出口的流体入口和连接至所述产物罐的流体入口的流体出口。22.如权利要求20所述的系统，还包括控制器，所述控制器被配置成以不同于所述第一电流密度和所述第二电流密度的第三电流密度操作所述并联电化学电池。23.如权利要求20所述的系统，还包括控制器，所述控制器被配置成以不同于所述第一流量和所述第二流量的第三流量操作所述并联电化学电池。24.如权利要求20所述的系统，还包括控制器，所述控制器被配置成以所述第一电流密度或所述第二电流密度中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：约书亚，
申请(专利权)人：懿华水处理技术有限公司，
类型：发明
国别省市：