[发明专利]一种电解合成丁二酸石墨电极固定床柱塞流反应器

说明书

本发明属于电解装置领域，公开一种电解合成丁二酸石墨电极固定床柱塞流反应器。该反应器具有换热、石墨补加、废气处理等多种功能。电解合成丁二酸，石墨填充固定床电极作为阳极，圆柱形钛电极作为阴极，电解液流动为柱塞流，适用电解液温度范围为20‑90℃；适用阴极电流密度为100‑1000A/m²，适用阳极极电流密度为10‑400A/m²，以顺酐为原料电解合成丁二酸电流效率大于90％。本反应器解决了工业电合成生产丁二酸的铱钛阳极材料昂贵、铅合金阳极易腐蚀、以及电解液温度不易调控的缺点，通过降低阳极电流密度降低阳极极化，显著降低槽电压和电耗，可应用于大规模电解合成丁二酸工业，具有很好的工业化价值。

技术领域

本发明属于电解装置领域，涉及一种大规模工业化生产丁二酸的电解装置，尤其涉及一种电解合成丁二酸石墨电极固定床柱塞流反应器。

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。特别是丁二酸与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。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、生化法和电解还原法。其中催化加氢法原料需要丁烯二酸酯为原料，产物复杂，转化率较低；生化法被广泛研究，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。主要的电解装置一般都采用板框式电解装置，包括开口和密闭的板框式装置。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，安庆和兴化工有限公司，安徽三信化工有限公司等。阳极材料采用铅合金电极，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；铱钛涂层阳极则价格昂贵，每平方米涂层及钛网基体合计价格超过1万元，电解液温度升高至80℃电极寿命急剧下降，电极寿命一般不超过3年。阴极材料一般采用铅-锑合金，在工业生产中合金组分会逐渐溶解污染电解液，阴极材料寿命一般为3-5年。因此，工业上电解合成电极材料成为丁二酸规模化投资和生产的关键技术。

电解合成丁二酸通常采用连续或间歇的方电解，电解液由泵循环电解至终点；电解过程中存在放热，随着电解的进行电解液温度逐渐升高，甚至可升高至100℃。在热溶液中，铅合金阳极、阴极和铱钛涂层电极的耐腐蚀性能迅速下降，存在明显的腐蚀现象，同时溶出的金属离子会污染电解液。本发明设计了一种电解合成丁二酸石墨电极固定床柱塞流反应器，以钛为阴极、石墨填充床为阳极，避免和昂贵的铱钛涂层阳极和铅合金电极的腐蚀问题，同时兼具换热器作用，可以有效调控电解液温度，是一种适用于大规模电解合成丁二酸的反应器。

发明内容

工业上电解合成丁二酸电解装置一般采用板框式电解装置，以铅合金电极或铱钛氧化物涂层电极为阳极，铅合金电极为阴极，存在电极易腐蚀、寿命短、投资大和成本高的问题；同时电解液在循环过程中需要外接换热装置。本发明针对上述问题提出一种电解合成丁二酸石墨电极固定床柱塞流反应器，以柱塞流反应器替代板框压滤机式电解装置，以石墨为阳极、钛为阴极，具有高耐腐蚀性和兼具换热器的特点，特别是适用于万吨级以上规模化电解合成丁二酸的生产。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种电解合成丁二酸石墨电极固定床柱塞流反应器，所述反应器包括：

一换热器底座；

一夹套，配合换热器底座设置，用于通冷却水并换热；

一石墨填充固定床阳极，设于换热器底座上，包括由内至外逐次套设的空心集流管、填充石墨颗粒的石墨篮筐及阳极袋；