[發(fā)明專利]一種電化學氟化外循環(huán)電解系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010541660.6
• 申請日: 2020-06-15
• 公開（公告）號: CN111850597B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吝子東;郝春輝;冀延治;李柄緣;李林;曹紅梅;楊雷雷;袁瑞玲;李虹璘
• 申請（專利權(quán)）人: 中船（邯鄲）派瑞特種氣體股份有限公司
• 主分類號: C25B9/17
• 分類號: C25B9/17;C25B3/28;C25B9/67;C25B15/021;C25B15/027;C25B3/11;C25B1/245;C25B15/08
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 溫子云

本發(fā)明提供了一種電化學氟化外循環(huán)電解系統(tǒng)，包括電解槽、陽極冷卻器、陽極氣液分離器、總冷卻器、陽極冷凝器、陰極冷卻器、陰極氣液分離器和陰極冷凝器，所述電解槽陽極液出口借助管道與陽極冷卻器進液口相連，所述陽極冷卻器出液口借助管道與陽極氣液分離器上部的進液口相連；所述陽極氣液分離器底部的出液口借助管道與總冷卻器頂部進液口相連，所述總冷卻器底部出液口借助管道與電解槽的進液口相連。本發(fā)明便于電解槽小型化，可消除冷媒、電解液互串及陰、陽氣混合爆炸的風險，電解槽能效比顯著提高，安全可靠，熱量管理由冷卻器完成，能夠精確控制電解溫度，氣液分離可充分獲得高純的產(chǎn)品氣。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電化學氟化領(lǐng)域，涉及電解系統(tǒng)，具體的涉及一種電化學氟化外循環(huán)電解系統(tǒng)。

背景技術(shù)

化合物氟化可以通過合成化學反應或電解來完成，化學合成氟化轉(zhuǎn)化率低、反應劇烈、過程難以控制，安全風險高，提純步驟多，電化學氟化是利用電極反應將氟原子引入有機或無機物的有效途徑，轉(zhuǎn)化率高，反應溫和。目前三氟化氮、全氟磺酰氟等氟化反應均通過電化學氟化工藝完成。

電化學氟化系統(tǒng)由美國化學家西蒙斯在1941年發(fā)明，1946年美國3M公司開始將其應用于工業(yè)中，生產(chǎn)了許多帶有各種官能團的有機氟化物及無機氟化物。三氟化氮、氟氣、全氟磺酰氟等電解系統(tǒng)等相繼開發(fā)成功，并應用于工業(yè)生產(chǎn)中。電解生產(chǎn)中氟化劑通常采用氟化氫，將電解質(zhì)與氟化氫以一定比例混合構(gòu)成電解液，現(xiàn)在的氟化電解系統(tǒng)采用西蒙斯氟化電解系統(tǒng)，電解液不循環(huán)，儲存于方形或圓形容器中，電極插入到電解液中，電極反應產(chǎn)生的熱通過安裝在電解槽內(nèi)部的蛇管中的冷媒帶出系統(tǒng)，造成氟化電解槽體積大、效率低，冷媒與電解液互串帶來運行風險，電解槽上部為氣相空間，容易造成陰極氣與陽極氣混合發(fā)生爆炸。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種電化學氟化外循環(huán)電解系統(tǒng)，電極反應產(chǎn)生的熱量通過電解槽外部的冷卻器吸收，將陰極氣與陽極氣的氣液混合物引出電解槽，在陰極氣液分離系統(tǒng)、陽極氣液分離系統(tǒng)完成氣體和液體的兩相分離，氣相升入冷凝器充分回收液體組分。所有液體組分通過重力作用進入總冷卻器徹底冷卻后，循環(huán)回到電解槽；而經(jīng)冷凝處理后的氣相分別進入集氣罐和廢氣處理塔進行儲存和進一步處理，整個系統(tǒng)安全高效。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種電化學氟化外循環(huán)電解系統(tǒng)，包括電解槽、陽極冷卻器、陽極氣液分離器、總冷卻器和陽極冷凝器，所述電解槽陽極液出口借助管道與陽極冷卻器進液口相連，所述陽極冷卻器出液口借助管道與陽極氣液分離器上部的進液口相連；所述陽極氣液分離器底部的出液口借助管道與總冷卻器頂部進液口相連，所述總冷卻器底部出液口借助管道與電解槽的進液口相連；所述陽極氣液分離器頂部出氣口借助管道與陽極冷凝器進氣口相連，陽極冷凝器頂部出氣口借助管道與集氣罐相連；所述電解槽陰極液出口借助管道與廢氣處理塔相連；通過陽極氣液分離器、陽極冷凝器和總冷卻器的高度設(shè)置，使得回收的液體組分能夠通過重力關(guān)系匯集到總冷卻器中；

所述陽極氣液分離器上部借助帶有控制閥的進料管道與氮氣源、氟化氫源及電解質(zhì)源相連；所述陽極冷凝器與集氣罐相連的管道上依次設(shè)有鉑電阻、壓力變送器、安全閥和控制閥；所述陰極冷凝器與廢氣處理塔相連的管道上依次設(shè)有鉑電阻、壓力變送器、安全閥和控制閥。

進一步地，該電解系統(tǒng)進一步包括陰極冷卻器、陰極氣液分離器和陰極冷凝器；所述電解槽陰極液出口借助管道與陰極冷卻器進液口相連，所述陰極冷卻器出液口借助管道與陰極氣液分離器上部的進液口相連，所述陰極氣液分離器底部的出液口借助管道與總冷卻器頂部進液口相連；所述陰極氣液分離器頂部出氣口借助管道與陰極冷凝器進氣口相連，所述陰極冷凝器頂部出氣口借助管道與廢氣處理塔相連；通過陰極氣液分離器、陰極冷凝器和總冷卻器的高度設(shè)置，使得液體組分能夠通過重力關(guān)系匯集到總冷卻器中。

進一步地，該電解系統(tǒng)還包括電解液儲罐，所述電解液儲罐一端借助管道與電解質(zhì)源相連、另一端借助帶退電解液閥的管道與電解槽進液口相連；電解系統(tǒng)出現(xiàn)泄露異常后，打開退電解液閥，將電解槽中的電解液排入電解液儲罐中；異常處理后，電解液通過所述進料管道的控制閥灌入陽極氣液分離器中。