一种电解槽单元、电解槽堆及其在硫化氢间接电解处理工艺中的应用制造技术

本申请公开了一种电解槽单元、电解槽堆及其在硫化氢间接电解处理工艺中的应用。所述电解槽单元包括：按照叠合顺序，依次包括正极端、离子交换膜、负极端。本发明专利技术涉及的电解槽单元具有特殊的沟道结构，一方面能够优化电解液的传质，使其在多孔电极内均匀分配，另一方面对离子交换膜起到一定支撑作用，使得当正负极电解液室压力差较大时电解槽也能正常工作。本发明专利技术涉及的电解槽堆为上述电解槽单元串联拼装而成，工作时需对所有电解槽单元同时进料，可通过实际进料需求调变串联电解槽单元的数量。本发明专利技术涉及的电解槽堆适用于硫化氢间接电解处理工艺中的电解单元，能够在实现电解液再生的同时保持整个电解液系统的稳定。的同时保持整个电解液系统的稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种电解槽单元、电解槽堆及其在硫化氢间接电解处理工艺中的应用


[0001]本申请涉及一种电解槽单元、电解槽堆及其在硫化氢间接电解处理工艺中的应用，属于电化学


技术介绍

[0002]H2S是一种无色酸性气体，不但对人等生物有剧毒，还对金属有强腐蚀性。除了各种天然的物理化学过程外，H2S通常来源于天然气化工、石油化工和煤化工等。由于我国的化工基数非常庞大，因此每年在化工行业产生的H2S量相当可观。
[0003]目前工业上最常用的H2S处理方法为Claus技术，即首先使用醇胺类溶剂将H2S气体抽提浓缩，然后再通过化学氧化的方法燃烧成为水和硫磺。除此之外，还有湿法脱硫技术可适用于处理H2S含量较低的尾气，具体为使用含Fe
3+
的吸收液氧化H2S生成硫磺，然后再用空气氧化吸收液使其再生，吸收液循环往复。以上两种方法的共同点是总反应均为O2将H2S氧化生成产物硫磺，该反应为强放热反应，因此有大量的化学能被浪费。在之前的工作中我们公开了一种电解法用于处理H2S气体(CN107815698B、CN111232921A、CN111996541A)，其反应条件温和，在生成硫磺的同时还能够生成氢气，避免了H2S化学能的浪费。同湿法脱硫技术相似，电解法也使用含Fe
3+
的吸收液氧化H2S生成硫磺，但不同的是吸收液是通过电解的方法进行氧化再生的。因此，该硫化氢处理方法需要一个特殊的电解单元或电解槽，其在氧化再生吸收液的同时，还能够满足析氢系统的循环工作需求。

技术实现思路

[0004]本申请的一个方面，提供了一种电解槽单元，所述电解槽单元包括：按照叠合顺序，依次包括正极端、离子交换膜、负极端；
[0005]所述正极端包括具有蛇形流道I的正极导流板，用于电解液导流和支撑离子交换膜；所述正极导流板包括进口端I、出口端I，所述进口端I包括电解液进口I；出口端I包括电解液出口I；所述电解液进口I、蛇形流道I、电解液出口I依次连通；所述出口端I近电解液进口I的一侧设有反吹入口I，所述反吹入口I与所述蛇形流道I连通；
[0006]所述负极端包括具有蛇形流道II的负极导流板，用于电解液导流和支撑离子交换膜；所述负极导流板包括进口端II、出口端II，所述进口端II包括电解液进口II；出口端I包括电解液出口II；所述电解液进口II、蛇形流道II、电解液出口II依次连通；所述出口端II近电解液进口II的一侧设有反吹入口II，所述反吹入口II与所述蛇形流道II连通。
[0007]可选地，蛇形流道用于构建液体传输通路和支撑离子交换膜，蛇形流道I和蛇形流道II可采用横向并列式和纵向并列式。若电解槽单元内部发生的电化学伴有气体产物生成，则蛇形流道I和蛇形流道II优选横向并列式，以便气体顺利排出。
[0008]可选地，所述正极端自外由内包括正极侧端板、正极绝缘层、正极电极板、正极导流板；
[0009]所述负极端自外由内包括负极侧端板、负极绝缘层、负极电极板、负极导流板；
[0010]可选地，正极绝缘层和负极绝缘层用于分隔正负极极板和正负极端板，防止短路；
[0011]可选地，正极电极板和负极电极板选用非金属导电材料(例如石墨板)，用于连接多孔电极材料和外部电源。
[0012]可选地，所述蛇形流道I、蛇形流道II中填充导电材料；
[0013]可选地，所述导电材料为非金属导电多孔材料，例如石墨纤维、碳毡等，分别作为正极和负极，使用多孔材料作为正负极能有效增加电极表面积，使电解液能够更为充分地与电极表面接触，加快电化学反应的速率。
[0014]可选地，所述正极端、离子交换膜、负极端均设有数量相同的通孔，用于紧固连接。
[0015]可选地，所述电解槽单元的所有部件均为尺寸一致的矩形，所述所有部件的接触面和通孔内均涂有粘接剂用于密封，其中所述所有部件包括正极侧端板、正极绝缘层、正极电极板、正极导流板、离子交换膜、负极导流板、负极电极板、负极绝缘层和负极侧端板；
[0016]可选地，除多孔电极材料外，上述部件在边缘需打至少4个位置相同的孔洞，将侧面带有绝缘层的螺丝穿过以上孔洞拧紧，用于连接固定正极侧端板和负极侧端板。为防止电解槽单元短路，用于固定正极侧端板和负极侧端板的螺丝在侧面必须带有绝缘皮。
[0017]可选地，所述粘接剂选自聚氨酯、乙烯
‑
醋酸乙烯酯共聚物、有机硅类树脂或聚四氟乙烯中的一种。
[0018]本申请的另一个方面，提供一种上述电解槽单元的工作方法，所述电解槽单元的工作方法包括电解模式和反吹模式；
[0019]所述电解模式包括：反吹入口I和反吹入口II关闭，电解液由电解液进口I和电解液进口II流入蛇形流道I和蛇形流道II中，然后沿着蛇形流道I和蛇形流道II流动，流动过程中会与蛇形流道I和蛇形流道II内的电极材料接触，发生电化学反应后，由电解液出口I和电解液出口II流出；此模式的目的在于将通入的电解液进行电解处理；
[0020]所述反吹模式包括，电解液出口I和电解液出口II关闭，反吹液由反吹入口I和反吹入口II流入蛇形流道I和蛇形流道II中，然后由电解液进口I和电解液进口II流出。此模式的目的在于反吹除去沉积在电解液进口I和电解液进口II的固体杂质，避免液路堵塞。
[0021]可选地，所述电解槽单元的工作温度为20～80℃，工作压力为0～1.0MPa，正极端与负极端的压力差为
‑
0.5～+0.5MPa。
[0022]可选地，所述电解槽单元的工作温度上限可独立选自30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃；下限可独立选自20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃；
[0023]可选地，所述工作压力上限可独立选自0.1MPa、0.2MPa、0.3MPa、0.5MPa、0.8MPa、1.0MPa；下限可独立选自0MPa、0.1MPa、0.2MPa、0.3MPa、0.5MPa、0.8MPa；
[0024]可选地，所述正极端与负极端的压力差上限可独立选自
‑
0.4MPa、
‑
0.3MPa、
‑
0.2MPa、
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0.1MPa、0MPa、0.1MPa、0.2MPa、0.3MPa、0.4MPa、0.5MPa；下限可独立选自
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0.5MPa、
‑
0.4MPa、
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0.3MPa、
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0.2MPa、
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0.1MPa、0MPa、0.1MPa、0.2MPa、0.3MPa、0.4MPa；
[0025]可选地，所述电解槽单元的工作温度为20～50℃，工作压力为0～0.5MPa，正极侧与负极侧的压力差为
‑
0.2～+0.2MPa。
[0026]本申请的再一个方面，提供一种电解槽堆，所述电解槽堆由N个上述电解槽单元串联组合而成。以便实现更大的电解液处理量。
[0027本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电解槽单元，其特征在于，所述电解槽单元包括：按照叠合顺序，依次包括正极端、离子交换膜、负极端；所述正极端包括具有蛇形流道I的正极导流板，用于电解液导流和支撑离子交换膜；所述正极导流板包括进口端I、出口端I，所述进口端I包括电解液进口I；出口端I包括电解液出口I；所述电解液进口I、蛇形流道I、电解液出口I依次连通；所述出口端I近电解液进口I的一侧设有反吹入口I，所述反吹入口I与所述蛇形流道I连通；所述负极端包括具有蛇形流道II的负极导流板，用于电解液导流和支撑离子交换膜；所述负极导流板包括进口端II、出口端II，所述进口端II包括电解液进口II；出口端I包括电解液出口II；所述电解液进口II、蛇形流道II、电解液出口II依次连通；所述出口端II近电解液进口II的一侧设有反吹入口II，所述反吹入口II与所述蛇形流道II连通。2.根据权利要求1所述的电解槽单元，其特征在于，所述正极端自外由内包括正极侧端板、正极绝缘层、正极电极板、正极导流板；所述负极端自外由内包括负极侧端板、负极绝缘层、负极电极板、负极导流板；优选地，所述蛇形流道I、蛇形流道II中填充导电材料；优选地，所述正极端、离子交换膜、负极端均设有数量相同的通孔，用于紧固连接。3.按照权利要求2所述的电解槽单元，其特征在于：所述电解槽单元的所有部件均为尺寸一致的矩形，所述部件的接触面和通孔内均涂有粘接剂用于密封，其中所述所有部件包括正极侧端板、正极绝缘层、正极电极板、正极导流板、离子交换膜、负极导流板、负极电极板、负极绝缘层和负极侧端板；优选地，所述粘接剂选自聚氨酯、乙烯
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醋酸乙烯酯共聚物、有机硅类树脂或聚四氟乙烯中的一种。4.一种权利要求1～3任一项所述电解槽单元的工作方法，其特征在于：所述电解槽单元的工作方法包括电解模式和反吹模式；所述电解模式包括：反吹入口I和反吹入口II关闭，电解液由电解液进口I和电解液进口II流入蛇形流道I和蛇形流道II中，然后沿着蛇形流道I和蛇形流道II流动，流动过程中会与蛇形流道I和蛇形流道II内的电极材料接触，发生电化学反应后，由电解液出口I和电解液出口II流出；所述反吹模式包括，电解液出口I和电解液出口II关闭，反吹液由反吹入口I和反吹入口II流入蛇形流道I和蛇形流道II中，然后由电解液进口I和电解液进口II流出。5.按照权利要求4所述的工作方法，其特征在于：所述电解槽单元的工作温度为20～80℃，工作压力为0～1.0MPa，正极端与负极端的压力差为
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0.5～+0.5MPa。6.一种电解槽堆，其特征在于，所述电解槽堆由N个权利要求1～3任...

【专利技术属性】
技术研发人员：李灿，张伟，刘铁峰，刘欣毅，王庆楠，郑曌雯，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：