一种高压多相电解池的腔室压强平衡装置

摘要

本发明公开了一种高压多相电解池的腔室压强平衡装置，属于高压电解池技术领域。包括M个质量流量控制器、N个高压恒流泵、N个气液重力分离器、气控背压阀、背压管路。高压恒流泵促进液体流路中液体在高压条件下循环流动；质量流量控制器控制气路入口处流量；气液重力分离器是气体流路与液体流路在电解池外部的连通装置，用于保证气液流路压强一致；每个需稳压的流路出口处均安装气控背压阀，所有背压阀采用同一路高压控制气体以保证相同的出口泄压值。本发明为多腔室高压电解池腔压稳定及各腔室间压强平衡的需求提出了解决方案，能够有效排除不同腔室之间由压强不平衡带来的物质串扰。

权利要求

1.一种高压多相电解池的腔室压强平衡装置，其特征在于，包括M个质量流量控制器(2)、N个高压恒流泵(3)、N个气液重力分离器(7)、1个气控背压阀(8)、背压管路(10)；其中，M和N均为大于等于1的正整数；

所述M个质量流量控制器(2)的输入端与反应气体相连，输出端分别与高压电解池(4)的M个气腔相连；所述N个高压恒流泵(3)的输出端分别与高压电解池(4)的N个液腔相连；所述N个气液重力分离器(7)的输入端分别连接高压电解池(4)的输出气体流路和N个输出液体流路，输出端分别与N个高压恒流泵(3)的输入端相连；所述气控背压阀(8)连接高压电解池(4)的输出气体流路；

气控背压阀(8)的输入端为控压端，与所述背压管路(10)相连，所述背压管路(10)用于控制气控背压阀(8)的流路出口的泄压值，作为系统压强达到稳态的预设值；

所述N个气液重力分离器(7)用于通过重力作用分离所连通的气体流路与液体流路，消除气腔和液腔的压差，稳定气体流路和液体流路的压强。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括N个气控背压阀(8)，依次位于N个气液重力分离器(7)和N个高压恒流泵(3)之间。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述N个气控背压阀(8)的输入端均为控压端，与所述背压管路(10)相连，所述背压管路(10)用于控制N个气控背压阀(8)的流路出口的泄压值。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所有气控背压阀(8)的控压端使用同一路高压控制气体。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括电子压强监测器(5)、自动流量调节阀(6)，依次连接在高压电解池(4)的气腔或液腔与气液重力分离器(7)之间，二者联动用于实时监测流路中压强及流路间的压强波动失衡情况，调节气液流速以稳定压强差。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述N个气液重力分离器(7)中包括分离的上层气体和下层液体。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述N个气液重力分离器(7)的下层液体和对应的高压电解池(4)的N个液腔的液体依次相同。

说明书

一种高压多相电解池的腔室压强平衡装置

技术领域

[0001] 本发明属于高压电解池技术领域，更具体地，涉及一种高压多相电解池的腔室压强平衡装置。

背景技术

[0002] 多相反应器被广泛应用于冶金、化工、环保、多相催化等行业，不同应用场合会有其不同的特点，为促进气液固三相之间的反应，提高各成分的利用率，通常采用高压多相界
面反应器。现有技术中，传统的高压多相界面反应器多为密闭主体反应器，而连续流动反应
器主要考虑的问题是热稳定性与耐化学性，多腔室高压电解池在稳压与压强平衡方面还鲜
有报道。

[0003] 专利CN101357787B公开了一种高压多相界面反应器，它包括密闭主体反应器，主要有设置增压孔的上部气室和下部反应室，上部气室与下部反应室连接处设置弹性隔膜。
该反应器可以考察大水深形成的高渗透压等关键影响因素，最大程度接近自然条件，可模
拟大水深水体‑沉积物‑微生物多相界面。可简单方便地控制研究所需的各实验条件，兼备
在线监测与随时取样功能。

[0004] 专利CN111482146A公开了一种三相分离器、三相反应器及三相反应方法，其中三相反应器包括反应器筒体以及设置于反应器筒体上部的三相分离器。三相反应方法包括采
用上述三相反应器进行三相反应，使反应液面浸没至滤芯高度的0～50％处。在三相反应
时，催化剂颗粒附着在滤芯下面的气液相界面处，气泡不断冲刷滤芯表面避免催化剂沉积，
实现了气相、液相与催化剂的快速、完全分离。

[0005] 上述专利虽实现了多相界面反应，但结构复杂，成本较高，且未给出在高压流动反应情况下的稳压与压强平衡措施。

发明内容

[0006] 针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种高压多相电解池的腔室压强平衡装置，旨在解决多腔室高压电解池气液流路中稳压和各腔室压强平衡的问题。

[0007] 为实现上述目的，本发明提供了一种高压多相电解池的腔室压强平衡装置，包括M个质量流量控制器、N个高压恒流泵、N个气液重力分离器、1个气控背压阀、背压管路；其中，
M和N均为大于等于1的正整数；

[0008] M个质量流量控制器的输入端分别与高压气瓶的输出端相连，连通反应气体，输出端分别与高压电解池的M个气腔相连；N个高压恒流泵的输出端分别与高压电解池的N个液
腔相连；M路气体流路经过高压电解池后连通为一路输出气体流路，N个气液重力分离器的
输入端分别连接高压电解池的输出气体流路和N个输出液体流路，输出端分别与N个高压恒
流泵的输入端相连；气控背压阀连接高压电解池的输出气体流路；

[0009] 气控背压阀的输入端为控压端，与背压管路相连，背压管路用于控制气控背压阀的流路出口的泄压值，作为系统压强达到稳态的预设值；

[0010] N个气液重力分离器用于通过重力作用分离所连通的气体流路与液体流路，消除气腔和液腔的压差，稳定气体流路和液体流路的压强。

[0011] 在高压电解池中，由于气体与液体的压缩比不一样，在气体与液体管路升压过程中与容易导致电极两端压强不均衡，从而令气、液两相物质在多孔电极处发生串扰(如气体
透过电极孔隙进入液流造成“冒泡”阻断电流，或液体透过电极孔隙进入气体造成“水淹”阻
断气相反应物输运)，或破坏阴阳电解液腔之间的离子交换膜造成阴阳液间串扰。为了稳定
及平衡高压电解池不同腔室间，尤其是异相腔室间的压强，本发明对电解池外各流路进行
对应布置，主要为三处：

[0012] 1.所有气液流路背压阀8均由同一路高压气体进行控压，使受控的所有流路出口处具有一致的泄压值；

[0013] 2.气液重力分离器的使用，连通气液异相流路使之具有一致的压强；

[0014] 3.电子压强监测器与自动流量调节阀联动使用，调节各路流路流动速率。

[0015] 进一步地，还包括N个气控背压阀，依次位于N个气液重力分离器和N个高压恒流泵之间。此外，多路气控背压阀还可缩减改装为一个气控背压阀，减少多个气阀中机械误差带
来的压强不均衡的问题，具体方法为将液体流路直接连接高压恒流泵输入端，在此过程中
也减少了恒流泵出入端压强差别过大带来的压差。这样只留下气体流通管路的气控背压
阀。

[0016] 进一步地，N个气控背压阀的输入端均为控压端，与背压管路相连，背压管路用于控制N个气控背压阀的流路出口的泄压值。

[0017] 进一步地，所有气控背压阀的控压端可使用同一路高压控制气体。也可以选择不同的高压控制气体。

[0018] 进一步地，还包括电子压强监测器、自动流量调节阀，依次连接在高压电解池的气腔或液腔与气液重力分离器之间，二者联动用于实时监测流路中压强及流路间的压强波动
失衡情况，调节气液流速以稳定压强差。

[0019] 进一步地，N个气液重力分离器中包括分离的上层气体和下层液体。N个气液重力分离器的下层液体和对应的高压电解池的N个液腔的液体依次相同。

[0020] 总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下有益效果：

[0021] (1)本发明所提供的高压多相电解池的腔室压强平衡装置，通过使用气液重力分离器连通气液流路，保证了二者间压强平衡。

[0022] (2)本发明所提供的高压多相电解池的腔室压强平衡装置，通过使用同一路高压气体对所有气液流路背压阀进行控压，保证了不同腔室的压强平衡。

[0023] (3)本发明所提供的高压多相电解池的腔室压强平衡装置，通过电子压强监测器与自动流量调节阀的联动使用，监测不同路可能发生的压强波动失衡并调节流路流速以稳
定压差。

[0024] (4)本发明所提供的高压多相电解池的腔室压强平衡装置可保证多腔室高压电解池不同腔室中压强的稳定及各腔室间压强平衡，消除各腔室间物质串扰隐患，保证电解池
的稳定运行。

附图说明

[0025] 图1是本发明实施例1提供的一种三腔室高压多相电解池的腔室压强平衡装置的结构示意图；

[0026] 图2是本发明实施例2提供的一种三腔室高压多相电解池的腔室压强平衡装置的结构示意图；

[0027] 1‑高压气瓶(气相反应物或载气)，2‑质量流量控制器，3‑高压恒流泵，4‑高压电解池，5‑电子压强监测器，6‑自动流量调节阀，7‑气液重力分离器，8‑气控背压阀，9‑气态产
物，10‑背压管路，11‑单向阀，12‑针阀，13‑高压气瓶(控压用)。

具体实施方式

[0028] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并
不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要
彼此之间不构成冲突就可以相互组合。

[0029] 本发明提供了一种高压多相电解池的腔室压强平衡装置，包括M个质量流量控制器、N个高压恒流泵、N个气液重力分离器、1个气控背压阀、背压管路；其中，M和N均为大于等
于1的正整数；

[0030] M个质量流量控制器的输入端分别与高压气瓶的输出端相连，连通反应气体，输出端分别与高压电解池的M个气腔相连；N个高压恒流泵的输出端分别与高压电解池的N个液
腔相连；M个气体流路经过高压电解池后连通为同一路输出气体流路，N个气液重力分离器
的输入端分别连接高压电解池的输出气体流路和N个输出液体流路，输出端分别与N个高压
恒流泵的输入端相连；气控背压阀连接高压电解池的输出气体流路；

[0031] 气控背压阀的输入端为控压端，与背压管路相连，背压管路用于控制气控背压阀的流路出口的泄压值，作为系统压强达到稳态的预设值；

[0032] N个气液重力分离器用于通过重力作用分离所连通的气体流路与液体流路，消除气腔和液腔的压差，稳定气体流路和液体流路的压强。

[0033] 进一步地，还包括N个气控背压阀，依次位于N个气液重力分离器和N个高压恒流泵之间。

[0034] 实施例1

[0035] 高压电解池是由多个含腔室耐高压模块组装而成，多腔室利用相应膜进行连通隔开。图1中以常见的3腔室高压电解池4为例进行说明，由气腔(图1中电解池上部)、阴极液腔
(图1中电解池中部)和阳极液腔(图1中电解池下部)组成。其中上路气体流通模块与中路阴
极液流通模块由多孔电极分隔，本实施例中为工作电极。在电极处由于孔隙的连通作用可
实现气、液两相的接触及电化学反应；中路阴极液流通模块与下路阳极液流通模块由离子
交换膜隔开，本实施例中对电极设在阳极液中。该3腔室高压电解池也可根据实际需求对腔
室数量及相应的流路数量进行增加或减少，阴阳极也可根据具体反应电位进行交换。

[0036] 在本实施例中，该种3腔室高压电解池4，其包括电解池壳体，壳体可以做成正方体，圆柱体等多种形状，上路管路通过质量流量控制器2调控气路流通气体，中路管路通过
高压恒流泵3促进阴极液循环流动，下路管路通过高压恒流泵3促进阴极液循环流动。流通
电解池后三路管路均分别连接一个电子压强监测器5和自动流量调节阀6，上路的气体管路
连接一个气控背压阀8，再进行气态产物9排放，气控背压阀8另一端连接一个带有单向阀11
稳定气压的封闭高压管路，使得气控背压阀8两端气压保持一致，同时上路管路分支出两
路，连接两个气液重力分离器7，两个气液重力分离器7分别是连通中路管道与下路管道，用
于气液流路压强平衡；中路管路连接进对应的气液重力分离器7后连接控制阴极液路的气
控背压阀8，下路管路连接进对应的气液重力分离器7后连接控制阳极液路的气控背压阀8。
三个气控背压阀8使用同一路高压背压管路10控制，使得3路流路泄压值一致。共同构成一
个稳压及压强平衡的三腔室高压电解池气液流路压强平衡装置。

[0037] 高压气瓶1提供用于电解反应的气体，高压气瓶13提供用于背压管路的气体。

[0038] 质量流量控制器2用于调节从高压气瓶中输出的气体进入气体流路的流动速率。

[0039] 高压恒流泵3是用于促进液体流路中液体在高压条件下的循环流动，以将由气路及液路中承载的反应物输运至电极处反应。

[0040] 气液重力分离器7是一个可在高压情况下连通气液两路的连通器，气体在上，液体在下，通过重力作用维持气液流体各自的分离与流通，同时保证气液两路压强平衡。

[0041] 气控背压阀8一端连接气体流路或液体流路，另一端连接用于控压的高压气路，作为一个开关阀控制气液流路的压强，其泄压值恒等于控压气体的压强。在本发明中，在数个
需稳压的气体和/或液体流路出口分别安装气控背压阀并使用同一路背压管路来控制，使
得各流路可保有相同的泄压值从而达到压强平衡一致的目的。

[0042] 电子压强监测器5与自动流量调节阀6可联动使用，可设值连通在各路流路中，电子压强监测器用于监测该流路的压强，当各路压强不一致时，尤其是异相腔室压强波动失
衡时，可启动相应流路的自动流量调节阀，提供自动或手动流路流量控制方案，以实现压强
调控，保证多流路压强平衡。

[0043] 实施例2

[0044] 如图2所示，为将多路气控背压阀还可缩减改装为一个气控背压阀的方案。仅上路管路的气路输出端连接气控背压阀，再进行尾气排放，气控背压阀另一端连接一个带有单
向阀稳定气压的封闭高压管路进行控压，中路管路连接进对应气液重力分离器后接连回阴
极液的高压恒流泵，保持中路管路的循环过程压强一致，减小了高压恒流泵增压过程误差；
下路管路连接进对应气液重力分离器后连回阳极液的高压恒流泵，保持下路管路的循环过
程压强一致，减小了高压恒流泵增压过程误差。共同构成一个稳压及压强平衡的三腔室高
压电解池气液流路压强平衡装置。

[0045] 本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含
在本发明的保护范围之内。