CN112672981B - 用于产生高产物强度溶液的电氯化系统配置 - Google Patents

用于产生高产物强度溶液的电氯化系统配置 Download PDF

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Abstract

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。

Description

用于产生高产物强度溶液的电氯化系统配置
相关申请的交叉引用
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 SYSTEMCONFIGURATIONS 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。
背景
1.发明领域
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。
2.相关技术的讨论
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：
A.电氯化，其中从氯化钠和水产生次氯酸钠。
在阳极处的反应：2Cl-→C12+2e-
在阴极处的反应：2Na++2H2O+2e-→2NaOH+H2
在溶液中：C12+2OH-→ClO-+Cl-+H2O
总反应：NaCl+H2O→NaOCl+H2
E0 氧化＝-1.36V(氯气产生)
E0 还原＝-0.83V(氢气产生)
E0 电池＝-2.19V
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：
在阳极处的反应：2Cl-→C12+2e-
在阴极处的反应：2H2O+2e-→2OH-+H2
总反应：2NaC1+2H2O→2NaOH+C12+H2
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：
在充电期间：
在第1电极处的反应：V3++e-→V2+
在第2电极处的反应：V4+→V5++e-
在放电期间：
在第1电极处的反应：V2+→V3++e-
在第2电极处的反应：V5++e-→V4+
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：
表1：典型的海水组分和浓度
概述
根据本发明的方面，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。
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。
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。
在一些实施方案中，阳极-阴极对螺旋缠绕中心轴。
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)。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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(anodic half)和阴极半(cathodic half)。
在一些实施方案中，电化学电池还包括多于一个双极性电极管，所述双极性电极管被设置在各自同心地布置的相邻的阳极电极管和阴极电极管的对之间。
在一些实施方案中，多于一个阳极电极管和多于一个阴极电极管中的至少一个是穿孔的和/或流体可渗透的。
在一些实施方案中，电化学电池还包括至少一个隔板，所述隔板被定位在相邻的电极管之间，至少一个隔板被配置成界定并且保持相邻的电极管之间的间隙。隔板可以是开放的以使电解质溶液流过被界定在相邻的电极管之间的间隙。
在一些实施方案中，电化学电池还包括金属轮毂，所述金属轮毂包括电联接至多于一个同心电极管的边缘的轮辐。每个轮辐可以包括狭槽，所述狭槽接合多于一个同心电极管的边缘，保持多于一个同心电极管中的相邻的电极管之间的间隙。
在一些实施方案中，中心芯元件包括端盖(end cap)，所述端盖被设置在电化学电池的最内侧同心管电极的端部内。
在一些实施方案中，电化学电池具有长圆形横截面。
在一些实施方案中，电化学电池还包括与阳极和阴极中的一个电连通的电连接器，电连接器包括对通过电解质溶液的化学侵蚀具有不同程度的抗性的至少两种材料。至少两种材料可以包括第一材料和第二材料，并且电连接器可以包括由第一材料形成的流体可渗透的主体。流体可渗透的主体可以包括多于一个孔。
在一些实施方案中，电化学电池包括第二材料的板或主体，所述第二材料的板或主体用一个或更多个机械紧固件联接至由第一材料形成的流体可渗透的主体。
在一些实施方案中，电化学电池包括第二材料的板或主体，所述第二材料的板或主体用压合接头(compression fit)联接至由第一材料形成的流体可渗透的主体。
在一些实施方案中，电化学电池包括第二材料的板或主体，所述第二材料的板或主体用形成于由第一材料形成的流体可渗透的主体的边缘中的螺纹联接至由第一材料形成的流体可渗透的主体。
在一些实施方案中，电化学电池包括由第二材料形成的主体，所述由第二材料形成的主体用形成于由第二材料形成的主体的圆柱形部分中的螺纹联接至由第一材料形成的流体可渗透的主体。
在一些实施方案中，电化学电池包括由第二材料形成的主体，所述由第二材料形成的主体被焊接至由第一材料形成的主体。
根据另一个方面，提供了包括电化学电池的系统。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，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。该系统还包括与电化学电池流体连通的电解质源。电化学电池被配置成从来自电解质源的电解质产生一种或更多种反应产物并且输出一种或更多种反应产物。该系统还包括使用点，所述使用点用于由电化学电池输出的一种或更多种反应产物。一种或更多种反应产物可以包括消毒剂。消毒剂可以包括次氯酸钠或基本上由次氯酸钠组成。
在一些实施方案中，电解质源包括盐水和海水中的一种。
在一些实施方案中，该系统被包括在船舶和石油平台中的一种中。
在一些实施方案中，使用点包括冷却水系统和压载舱(ballast tank)中的一种。
在一些实施方案中，该系统被包括在基于陆地的石油钻井系统(land-based oildrilling system)中，其中使用点是石油钻井系统的井底(downhole)。
根据另一个方面，提供了电化学电池。电化学电池包括阴极和阳极，所述阴极和阳极被设置在外壳中并且界定阴极和阳极之间的间隙，阴极和阳极中的每个包括弓形部分，阳极的有效表面积大于外壳的内表面的表面积，并且阴极的有效表面积大于外壳的内表面的表面积，阴极和阳极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间隙。
在一些实施方案中，阳极包括从弓形基底(arcuate base)延伸的多于一个板，并且阴极包括从弓形基底延伸的多于一个板，阳极的多于一个板与阴极的多于一个板交错。
根据另一个方面，提供了电化学电池。电化学电池包括阴极和阳极，所述阴极和阳极被设置在外壳中并且界定阴极和阳极之间的间隙，阴极和阳极中的每个包括符合外壳的内表面的相应部分的部分，阳极的有效表面积大于外壳的内表面的表面积，并且阴极的有效表面积大于外壳的内表面的表面积，阴极和阳极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间隙。阳极和阴极中的至少一个可以包括波纹状部分(corrugatedportion)。
在一种实施方案中，通过改变通过同心管电极(CTE)电池的系统中的CTE电池的流速和施加至CTE电池的电极的电流密度，可以减少导致结垢形成的因素，并且因此构建具有较高产物强度(product strength)的新颖的系统。
根据一个方面，提供了电氯化系统。该系统包括进料流体的源、产物流体出口以及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。
在一些实施方案中，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。
在一些实施方案中，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。
在一些实施方案中，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。
在一些实施方案中，多于一个电化学电池串联地电连接。
在一些实施方案中，多于一个电化学电池并联地电连接。
在一些实施方案中，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。
在一些实施方案中，多于一个电化学电池包括电学上独立于(electricallyindependent of)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。
在一些实施方案中，该系统还包括控制器，该控制器被配置成以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，并且以第二电流密度操作第二电化学电池，第一电流密度高于第二电流密度。
在一些实施方案中，该系统还包括流体地设置在第一电化学电池和第二电化学电池之间的第三电化学电池。
在一些实施方案中，控制器还被配置成以第三电流密度操作第三电化学电池，第三电流密度低于第一电流密度并且高于第二电流密度。
在一些实施方案中，该系统还包括流体地设置在第二电化学电池的下游的第四电化学电池，控制器还被配置成以第二电流密度操作第四电化学电池。
在一些实施方案中，该系统还包括泵，其中控制器还被配置成使泵以第一流量使流体从进料流体的源流过第一电化学电池、第二电化学电池、第三电化学电池和第四电化学电池中的每一个。
在一些实施方案中，多于一个电化学电池包括并联地流体地连接的第一组并联电化学电池，该第一组并联电化学电池在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。
在一些实施方案中，该系统还包括控制器，所述控制器被配置成以第一流量操作该组并联电化学电池中的每个电化学电池，并且以第二流量操作多于一个串联电化学电池中的每个电化学电池，第一流量小于第二流量。
在一些实施方案中，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在多于一个串联电化学电池的单个流体输入导管中。
在一些实施方案中，控制器还被配置成以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多于一个串联电化学电池中的每个电化学电池。
在一些实施方案中，控制器还被配置成以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，并且以第二电流密度操作多于一个串联电化学电池中的每个电化学电池。
在一些实施方案中，第一电流密度大于第二电流密度。
在一些实施方案中，该系统还包括流体地连接至多于一个电化学电池的流体出口的产物罐。
在一些实施方案中，该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产物罐的流体出口的流体入口和连接至产物罐的流体入口的流体出口。
在一些实施方案中，该系统还包括控制器，所述控制器被配置成以不同于第一电流密度和第二电流密度的第三电流密度操作并联电化学电池。
在一些实施方案中，该系统还包括控制器，所述控制器被配置成以不同于第一流量和第二流量的第三流量操作并联电化学电池。
在一些实施方案中，该系统还包括控制器，所述控制器被配置成以第一电流密度或第二电流密度中的一种操作并联电化学电池。
在一些实施方案中，该系统还包括控制器，所述控制器被配置成以第一流量或第二流量中的一种操作并联电化学电池。
根据另一个方面，提供了电氯化系统。该系统包括：进料流体的源；产物流体出口；一对并联电化学电池，所述一对并联电化学电池并联地流体地连接至进料流体的源的流体出口；串联电化学电池，所述串联电化学电池串联地流体地连接在一对并联电化学电池和产物流体出口之间；以及控制器，所述控制器被配置成以第一电流密度或第一流量中的一种操作一对并联电化学电池，并且以不同于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串联电化学电池。
在一些实施方案中，控制器被配置成以相同的电流密度操作一对并联电化学电池和串联电化学电池中的每个电化学电池。
根据另一个方面，提供了操作电氯化系统的方法。该方法包括使进料流体流过系统的第一电化学电池和第二电化学电池，第二电化学电池以与第一电池的相应的电流密度或流速不同的电流密度或不同的流速中的一种被操作。
在一些实施方案中，该方法包括使进料流体流过串联的第一电化学电池和第二电化学电池。
在一些实施方案中，该方法包括使进料流体流过并联的第一电化学电池和第二电化学电池。
在一些实施方案中，该方法还包括使进料流体流过与第一电化学电池和第二电化学电池串联的第三电化学电池。
在一些实施方案中，该方法还包括使进料流体从第一电化学电池和第二电化学电池两者流入第三电化学电池中，或者使进料流体从第三电化学电池流入第一电化学电池和第二电化学电池两者中。
在一些实施方案中，通过第三电化学电池的进料流体的流速是通过第一电化学电池和第二电化学电池的进料流体的流速的和。
在一些实施方案中，第一电化学电池、第二电化学电池和第三电化学电池中的每一个以相同的电流密度被操作。
在一些实施方案中，该方法包括使进料流体以相同的流速流过第一电化学电池和第二电化学电池。
在一些实施方案中，该方法还包括以比第二电化学电池高的电流密度操作第一电化学电池。
在一些实施方案中，该方法包括使进料流体以比进料流体通过第一电化学电池的流速高的流速流过第二电化学电池。
在一些实施方案中，该方法还包括使进料流体从第二电化学电池的出口再循环至第二电化学电池的入口。
在一些实施方案中，该方法还包括以比第二电化学电池高的电流密度操作第一电化学电池。
在一些实施方案中，该方法还包括使进料流体从第二电化学电池的出口再循环至第一电化学电池的入口。
在一些实施方案中，该方法还包括以比第二电化学电池高的电流密度操作第一电化学电池。
在一些实施方案中，该方法还包括使进料流体从产物罐流入第一电化学电池中，从第一电化学电池流过第二电化学电池，以及从第二电化学电池流回到产物罐中。
在一些实施方案中，该方法还包括以比第二电化学电池高的电流密度操作第一电化学电池。
在一些实施方案中，该方法还包括使进料流体从第一电化学电池流入产物罐中。
在一些实施方案中，该方法还包括使进料流体从产物罐再循环通过第二电化学电池并且然后再循环回至产物罐中。
在一些实施方案中，该方法还包括以比第二电化学电池高的电流密度操作第一电化学电池。
根据另一个方面，提供了操作电氯化系统的方法。该方法包括：使进料流体以第一流量流过电解槽以产生产物溶液，所述电解槽包括一个或更多个电化学电池；使产物溶液从以第一流量操作的电解槽流入产物罐中；使产物溶液以高于第一流量的第二流量从产物罐再循环通过电解槽并且再循环回至产物罐中；以及使产物溶液以高于第二流量的第三流量从产物罐流过电氯化系统的出口至使用点。
本文公开的方法的实施方案可以包括从进料流体电化学地产生具有至少3000ppm的NaOCl浓度的产物溶液。
本文公开的方法的实施方案可以包括从进料流体电化学地产生具有至少6000ppm的NaOCl浓度的产物溶液。
附图简述
附图不意图按比例绘制。在附图中，在各个图中图示出的每个相同的部件或几乎相同的部件由相同的数字表示。为了清楚的目的，并非每个部件都可以在每个附图中被标记。在附图中：
图1A是同心管电解槽电池(electrolyzer cell)的实施方案的透视图；
图1B是图1A的同心管电解槽电池的侧视图；
图1C是图1A的同心管电解槽电池的横截面图；
图2A是多管同心管电解槽电池的实施方案的透视图；
图2B是图2A的同心管电解槽电池的侧视图；
图2C是图2A的同心管电解槽电池的横截面图；
图3包括列出20个电池电解槽系统(20-cell electrolyzer system)的不同设计参数的表；
图4图示了电解槽系统中的电池之间的流体连接的不同布置的实例；
图5图示了电解槽系统中的电池之间的电连接的不同布置的实例；
图6图示了电解槽系统中的电池之间的再循环管线的不同布置的实例；
图7图示了流体从产物罐再循环通过电解槽系统中的电化学电池。
图8描绘了直通式电解槽系统(once-through electrolyzer system)的实例；
图9描绘了进料-和-排放式电解槽系统(feed-and-bleed electrolyzer system)的实例；
图10描绘了包括多于一个串联的CTE电池的直通式电解槽系统的实例；
图11描绘了包括多于一个串联的CTE电池的直通式电解槽系统的另一个实例；
图12描绘了直通式电解槽系统的实例，该直通式电解槽系统包括并联操作的第一多于一个CTE电池和串联操作的第二多于一个CTE电池；
图13描绘了包括多于一个串联的CTE电池的直通式电解槽系统的另一个实例；
图14描绘了电解槽系统的实例，该电解槽系统包括串联操作的第一多于一个CTE电池和设置在来自产物罐的进料-和-排放式管线中的并联CTE电池；
图15A描绘了进料-和-排放式电解槽系统的另一个实例；
图15B是图15A的系统的操作参数的表；
图16图示了用于本文公开的电化学电池和系统的实施方案的控制系统；以及
图17图示了用于图16的控制系统的存储器系统。
详述
本文公开的方面和实施方案不限于在下文的描述中阐述的或在附图中图示出的构造和部件的布置的细节。本文公开的方面和实施方案能够以多种方式实践或实施。另外，本文中所使用的措辞和术语是为了描述的目的并且不应被视为是限制性的。在本文中使用的“包括(including)”、“包括(comprising)”、“具有(having)”、“包含(containing)”、“涉及(involving)”及其变型意指涵盖随后列出的项目及其等效物以及另外的项目。
本公开内容描述了包括电氯化电池和电氯化装置的系统的多种实施方案，然而，本公开内容不限于包括电氯化电池或电氯化装置的系统，并且本文公开的方面和实施方案可应用于被用于多种目的中的任何一种的包括电解电池和电化学电池的系统。
当前商业上可得的电氯化电池通常基于两种电极布置(同心管(CTE)和平行板(PPE))中的一个。
本文公开的方面和实施方案总体上涉及产生消毒剂诸如次氯酸钠的包括电化学装置的系统。术语“电化学装置”和“电化学电池”及其语法变型被理解为涵盖“电氯化装置”和“电氯化电池”及其语法变型。本文公开的电化学电池的方面和实施方案被描述为包括一个或更多个电极。
被包括在本文公开的系统中的电化学电池的实施方案可以包括金属电极，例如一个或更多个阳极、一个或更多个阴极和/或一个或更多个双极性电极。如本文使用的术语“金属电极”或其语法变型被理解为涵盖由以下形成、包含以下或由以下组成的电极：一种或更多种金属例如钛、铝或镍，尽管术语“金属电极”不排除包括其他金属或合金或者由其他金属或合金组成的电极。在一些实施方案中，“金属电极”可以包括不同金属的多个层。在本文公开的实施方案中的任一种或更多种中使用的金属电极可以包括高导电性金属例如铜或铝的芯，所述芯包覆有对电解质溶液的化学侵蚀具有高抗性的金属或金属氧化物，例如钛、铂、混合的金属氧化物(MMO)、磁铁矿、铁素体、钴尖晶石、钽、钯、铱、银、金或其他涂层材料的层。“金属电极”可以包覆有抗氧化涂层，例如但不限于铂、混合的金属氧化物(MMO)、磁铁矿、铁素体、钴尖晶石、钽、钯、铱、银、金或其他涂层材料。在本文公开的实施方案中使用的混合的金属氧化物可以包括以下中的一种或更多种的一种或更多种氧化物(an oxideor oxides)：钌、铑、钽(任选地与锑和/或锰合金化)、钛、铱、锌、锡、锑、钛-镍合金、钛-铜合金、钛-铁合金、钛-钴合金或其他适当的金属或合金。在本文公开的实施方案中使用的阳极可以包覆有铂、和/或铱、钌、锡、铑或钽(任选地与锑和/或锰合金化)中的一种或更多种的一种或更多种氧化物。在本文公开的实施方案中使用的阴极可以包覆有铂、和/或铱、钌和钛中的一种或更多种的一种或更多种氧化物。在本文公开的实施方案中使用的电极可以包括以下中的一种或更多种的基底：钛、钽、锆、铌、钨和/或硅。用于本文公开的任何系统中的任何电化学电池中的电极可以被形成为板、片材、箔、挤出物和/或烧结物或者由板、片材、箔、挤出物和/或烧结物形成。
被包括在本文公开的系统中的电化学电池的一些方面和实施方案被描述为包括刚性电极。当该术语在本文被使用时，“刚性”物体是在正常操作温度和/或在升高的温度在不存在作用力时保持其形状的物体。“刚性电极”，当该术语在本文被使用时，被认为具有充分的机械刚度，使得其在本文公开的电化学电池和装置的多种实施方案中保持其形状和在相邻的电极或电极绕组之间的隔开，而不需要间隔物。例如，包括金属涂层的柔性膜不被认为是如本文使用的术语“刚性电极”。
如本文使用的术语“管”包括圆柱形导管，然而，不排除具有其他横截面几何形状的导管，例如具有正方形、矩形、椭圆形或长圆形几何形状或被成形为任何规则的或不规则的多边形的横截面几何形状的导管。
如本文使用的术语“同心管”或“同心螺旋”包括共用共同的中心轴的管或交错的螺旋，但不排除围绕共同轴的管或交错的螺旋，该共同轴对于在一组同心管或交错的螺旋中的同心管或交错的螺旋中的每个不一定在中心。
在一些实施方案中，从电氯化电池的中心轴朝向在正交于中心轴界定的平面中的电氯化电池的外周穿过的管线穿过多于一个(multiple)电极板。多于一个电极板可以包括多于一个阳极和/或多于一个阴极和/或多于一个双极性电极。中心轴可以平行于流体通过电化学电池的平均流动方向(average direction of flow)。
在本文公开的包括多于一个阳极管电极或阴极管电极的系统中所包括的电化学电池的实施方案中，多于一个阳极管电极可以被统称为阳极或阳极管，并且多于一个阴极管电极可以被统称为阴极或阴极管。在包括多于一个阳极管电极和/或多于一个阴极管电极的系统中所包括的电化学电池的实施方案中，多于一个阳极管电极和/或多于一个阴极管电极在本文中可以被统称为阳极-阴极对。
在本文公开的包括同心管电极例如如本文公开的一个或更多个阳极和/或阴极的系统中所包括的电化学电池的一些方面和实施方案中，电极被配置且被布置成引导流体在平行于电化学电池的中心轴的方向上通过电极之间的一个或更多个间隙。在包括同心管电极例如如本文公开的一个或更多个阳极和/或阴极的电化学电池的一些方面和实施方案中，电极被配置且被布置成引导被引入到电化学电池中的所有流体在平行于电化学电池的中心轴的方向上通过电极之间的一个或更多个间隙。
电氯化电池用于海洋应用、离岸应用、市政应用、工业应用以及商业应用。包括多于一个同心电极管的电氯化电池的设计参数，例如电极间间距、电极的厚度以及涂层密度、电极面积、电连接的方法等等可以针对不同的实施方式被选择。本文公开的方面和实施方案不限于电极的数目、电极之间的间隔、电极材料或间隔物材料、电氯化电池内的通道的数目或电极涂层材料。
PCT申请PCT/US2016/018210为了所有目的通过引用以整体并入本文。
关于CTE电池的一个主要考虑因素是阴极结垢，阴极结垢限制了可以产生的次氯酸盐的整体强度。当阴极处的局部pH接近10.7-11时，溶液中的镁将沉淀以形成氢氧化镁并且堵塞电极表面。不受特定理论束缚，据信以下反应可以在CTE电池的阴极处发生以产生结垢：
CaCl2+2HCO3+2NaOH→CaCO3+2H2O-+2NaCl
2NaOH+MgCl2→2NaCl+Mg(OH)2
结垢的可能性还可由于过量氢气(减少的体积)和高温(较快的动力学)的存在而增加。如果允许结垢沉积物持续形成，它们可堵塞CTE电极间隙，导致系统失效。
用于防止结垢的两个措施是：
·湍流：超过2m/s的速度被认为清除结垢
·电流密度：3000A/m2是标称值(nominal)，但可以降低至约1500A/m2。
本文公开的方面和实施方案提供了包括多于一个CTE电池的系统的操作，以产生具有比先前可获得的NaOCl更高浓度的NaOCl的产物，而没有在系统的CTE电池中结垢的积聚。各方面和实施方案可以通过选择具有适当流速和电流密度的CTE电池的适当配置来实现这些优点。可以被选择或调整以实现高产物浓度而没有电池结垢的其他参数包括进料水组成(例如，TDS、pH等)和/或动力学(例如，温度、流量等)。
电池设计的另一个方面是体积占地面积(volumetric footprint)，因为较大的占地面积具有较高的相对操作费用(OPEX)成本。先前技术水平的CTE电池，例如，如图1A-图1C中所图示的，在约0.02m3的体积内包含约0.138m2的阳极表面积。然而，包括多于一个交替的同心阳极和阴极的当前技术水平的CTE电池，例如，如图2A-图2C中所图示的，在相同体积内包含约0.85m2的阳极表面积。这对于相同的体积占地面积表示大约6x的增加。
在一些实例中，在具有高温(40℃-45℃)的区域中操作的并且采用具有高于平均水平的溶解固体(TDS)的海水的先前技术水平的CTE电池在可以产生的次氯酸钠产物的浓度和应当被保持以避免结垢的流量方面受到限制。在安装位于中东(Middle East)的先前技术水平的CTE电池的一个实例中，这些电池可以产生具有1000ppm NaOCl的产物溶液，但是以8m3/hr的流量以及3000A/m2的电流密度操作，并且仍然积累结垢，该结垢在每二到三个月进行的清洁操作中被去除。在类似的条件下，当前技术水平的CTE电池可以产生具有1000ppm NaOCl的产物溶液，并且以7.5m3/h的流量操作，并且在8个月的操作之后不需要由于结垢积聚的清洗。在另一个实例中，如在通过引用并入本文的PCT申请号PCT/US2018/027564中描述的当前技术水平的CTE电池能够在相同的高温/高TDS海水的情况下操作，同时以2m/s-3m/s的流速和3000A/m2操作，以产生具有2500ppm-3000ppm NaOCl的产物溶液，并且是自清洁的且不产生结垢。
本文公开的不同电化学电池配置可以根据不同的设计参数操作。图3包括列出了来自四个不同的系统实例的设计参数的表，每个系统包括20个串联操作的电化学电池。实例1是包括具有约50mm的直径和约1m的长度的双管电化学电池的系统。实例2是包括具有约50mm的直径和约1.2m的长度的三管电化学电池的系统。实例3是包括具有约100mm的直径和约1.2m的长度的三管电化学电池的系统。实例4是包括具有约100mm的直径和约1.2m的长度的五管电化学电池的系统。假设横跨每个电化学电池的电极3000A/m2的电流密度，计算每个示例性系统的NaOCl产量(图3中的生产率(PROD.RATE)、电池输出参数)。每个实例具有推荐的最大流量和推荐的最小流量，所述推荐的最大流量可以基于横跨电化学电池的相关压降和它们的机械强度来设定，所述推荐的最小流量可以设定为避免电化学电池中结垢积聚的流量。系统可以在失效保险(failsafe)的情况下操作：如果通过电池的流量下降为低于最小值(图3中的极限跳闸(LIMIT TRIP)参数)，所述失效保险切断电流向电化学电池的流动。
如图3中所图示的，电解槽系统的实施方案可以包括例如20个串联地布置的电化学电池，其中所有电池以相同的流速和电流密度操作。3000A/m2的电流密度是一个实例。其他系统可以以1500A/m2-3000A/m2、3000A/m2-6000A/m2、500A/m2-1500A/m2或0A/m2-500A/m2的电流密度操作。在一些实例中，液体通过电化学电池的流速可以是2m/s-3m/s，但是在其他示例中可以是0.5m/s-2m/s、3m/s-6m/s或10m/s-15m/s。图3中不同实施方案的标识不意图表示这些实施方案各不相同。例如，包括以实施方案1-4中的一种或更多种的电流密度操作的电化学电池的电解槽系统可以以实施方案5-9中的任何一种的电池速度操作。
电解槽系统的实施方案可以包括多于一个电化学电池，这些电化学电池可以串联地和/或并联地流体地连接和/或电连接。图4图示了电解槽系统中电化学电池之间的流体连接的布置的四个不同的实例。对于图4中的所有实例，电池1、电池2和电池3可以取决于它们各自的流动面积而具有相同或不同的流速，并且取决于它们各自的电极面积而具有相同或不同的电流密度。应当理解，图4中所图示的实例仅示出了相邻电池之间的连接。图4中所图示的实例可以被扩展以涵盖具有更大数目例如20个或更多个电化学电池的电解槽系统，其中相邻的电化学电池根据图4中所图示的一个或更多个实例流体地连接。
电解槽系统的相邻电化学电池的电源连接的不同布置在图5中所示的实例中图示出。如所示的，相邻的电化学电池可以串联地、并联地、串联和并联组合地电连接，或者可以各自由单独的专用电源供电。对于图5中的所有实例，电池1、电池2和电池3可以取决于它们各自的电极面积而具有相同或不同的电流密度。图5中所图示的实例可以被扩展以涵盖具有更大数目例如20个或更多个电化学电池的电解槽系统，其中相邻的电化学电池根据图5中所图示的一个或更多个实例电连接。
在本文公开的电解槽系统的一些实施方案中，流体可以在下游电化学电池的输出端至上游电化学电池的入口之间再循环。图6图示了流体通过电解槽系统中的电化学电池再循环的三个实例。在实例1中，上游电池可以包括再循环管线，该再循环管线将至少一些流体从上游电池的出口再循环至入口，而下游电池没有联接至再循环管线。在实例2中，下游电池可以包括再循环管线，该再循环管线将至少一些流体从下游电池的出口再循环至入口，而上游电池没有联接至再循环管线。在实例3中，下游电池可以包括再循环管线，该再循环管线将至少一些流体从下游电池的出口再循环至上游电池的入口。对于图6中所图示的每个实例，对于一个或更多个电池，再循环可以发生，该一个或更多个电池取决于它们各自的流动面积而具有相同或不同的流速，并且取决于它们各自的电极面积而具有相同或不同的电流密度。应当理解，再循环可以通过多于一个电化学电池进行，而不仅仅是图6中所图示的有限数目。例如，图6中的电池1或电池2可以用串联地和/或并联地流体地连接的多于一个电化学电池代替。
本文公开的电解槽系统的实施方案可以包括产物罐，该产物罐接收来自一个或更多个电化学电池的处理过的流体。如图7的实例中所图示的，产物罐可以由一个或更多个电池进料，其中一个或更多个电池再循环离开产物罐。一个或更多个电池可以取决于它们各自的流动面积而具有相同或不同的流速，并且可以取决于它们各自的电极面积而具有相同或不同的电流密度。应当理解，再循环可以通过多于一个电化学电池进行，而不仅仅是图7中所图示的一个电池。例如，图7中的电池1或电池2可以用串联地和/或并联地流体地连接的多于一个电化学电池代替。
图8描绘了直通式电解槽系统，该系统包括三个串联的当前技术水平的CTE电池305。泵310被配置且被布置成将进料液体，例如海水、盐水或微咸水，从进料液体的源315泵送通过电池305。泵310或在本文公开的不同实施方案中的任何泵可以包括一个或更多个传感器，例如流量计或用于一个或更多个质量指标的其他传感器，例如用于测量穿过泵的流体中的pH、温度、氧化还原电位(ORP)、电导率或溶解氧的传感器。泵310和任何包括的传感器可以与控制系统通信，例如，如图16中所图示的，用于监测和控制系统的操作。在其他实施方案中，电解槽系统不使用控制器，而是以恒定值设定并且操作通过系统的电池的流速和电池的电流密度。
电池中产生的氯化的液体(chlorinated liquid)可以储存在产物罐320中，直到被用作产品。电池中产生的氯化的液体可以具有例如约3000ppm的NaOCl浓度。在这样的配置中，标称流速将可能是2m/s-3m/s，例如2m/s，或者2m/s或更大，标称电流密度将可能是3000A/m2，并且标称电极面积将相当于约18个先前技术水平的电池。产物罐320或在本文公开的任何不同实施方案中的任何产物罐可以包括一个或更多个传感器S，例如流量计或用于一个或更多个质量指标的其他传感器，例如用于测量进入产物罐320或存在于产物罐320中的流体的pH、温度、氧化还原电位(ORP)、电导率或溶解氧的传感器。产物罐320中包括的任何传感器可以与控制系统通信，例如如图16中所图示的，用于监测和控制系统的操作。应当理解，另外的罐、阀或泵可以被包括在图8中所图示的系统中或本文公开的任何其他系统中的适当的位置，如本领域普通技术人员将理解的。
图9描绘了进料-和-排放式电解槽系统，其中在电池305中产生的氯化的液体可以通过再循环管线425返回到上游以与进入泵310的进料液体混合。再循环管线425可以包括一个或更多个泵和/或阀(未示出)。再次，标称流速将可能是2m/s-3m/s，例如2m/s，或者2m/s或更大，并且标称电流密度将可能是3000A/m2。在这样的配置中，可以增加所产生的产物流体中的次氯酸盐的总强度，例如，多达约6000ppm的NaOCl或更多，然而，如上文详述的，应当考虑随着溶液强度和pH增加的阴极结垢。
综上所述，并且控制温度/H2产生，可以设想可选择的系统取向来补偿增加的pH，并且从而获得更高的产物强度。相对于先前技术水平，这些系统将仍然具有较小的总占地面积。
图10描绘了直通式电解槽系统，该系统包括多于一个，例如六个或更多个，或者多达20个或更多个串联的当前技术水平的CTE电池305，尽管应当理解，这样的系统也可以具有少于六个串联的电池305，例如，四个或五个电池305。在系统的端部处比在系统的更靠近进料入口的开端处的电池处横跨电池的电极施加较低的电流密度，例如1500A/m2、1000A/m2或500A/m2，以补偿增加的pH。所施加的电流密度可以从最高值下降，该最高值例如在最上游的电池305处的2500A/m2，并且在串联的第二电池和第三电池305中可以下降至例如2000A/m2和1500A/m2。对于更下游的电池，所施加的电流密度可以继续下降，或者对于相邻的下游电池305，可以达到恒定值，例如1500A/m2、1000A/m2或500A/m2。对于系统中的每个电池305，流体流速可以是相同的，例如2m/s-3m/s、2m/s、或者2m/s或更大。
在另一种实施方案中，可以提供类似于图10中所描绘的系统，但是所有电池305的电流密度可以降低至低于图8和图9的系统中的电池的标称电流密度，例如，降低至1500A/m2，如图11中所图示的。对于系统中的每个电池305，流体流速可以是相同的，例如2m/s-3m/s、2m/s、或者2m/s或更大。
在一些实施方案中，流体通过CTE电池的系统中的一个或更多个电池的流速可以被调节至减少或防止结垢的水平。在包括多于一个串联的CTE电池的系统中，将被预期处理具有较高pH的流体的电池，例如在系统的下游部分中的电池，可以在流体通过电池的流速被设定在比流体通过将被预期处理具有较低pH的流体的电池(例如在系统的上游部分中的电池)的流速更高水平的情况下操作。在一些实施方案中，这可以通过操作并联的上游CTE电池和串联的下游CTE电池来实现。例如，如图12中所图示的，存在四个上游电池305U和两个或更多个下游电池305D。该组下游电池的流体入口与上游电池的组合的流体出口流体连通。第一组或第一并联对的上游电池在第二组或第二并联对的上游电池的上游流体连通。来自第二并联对的上游电池的出口的流体流被合并并且进入该组下游电池中的第一个的入口。进入该组下游电池中的第一个的流体的流体速度是离开上游电池的第二并联对的出口的流体的流体速度的和。至少第二另外的下游电池，并且在一些实施方案中，多于两个另外的下游电池串联地连接在该组下游电池中的第一个的下游。通过每个上游电池的流体流速可以是2m/s-3m/s，例如2m/s，或者2m/s或更大。通过每个下游电池的流体流速可以是4m/s-6m/s，例如4m/s，或者4m/s或更大。施加至每个上游电池和每个下游电池的电流密度可以是相等的，例如3000A/m2。在其他实施方案中，横跨上游电池的电极施加的电流密度可以高于或低于横跨下游电池的电极施加的电流密度。应当理解，与图12中所图示的系统类似的系统可以在每组的上游电池中包括多于两个并联的电池，和/或可以包括多于两组的并联电池。在一些实施方案中，在该组并联CTE电池中的不同CTE电池中的或在不同的串联布置的CTE电池中的电流密度和/或流量是不同的。
通过以串联配置的CTE电池的流体流的速度，例如，如图10和图11中所图示的，也可以在通过系统中的电池的标称流体流动上增加，例如在图13或图14中所图示的系统。通过电池的较高的流体流速可以允许每个电池以比图10或图11的系统中的电池更高的电流密度操作，同时仍然显示出很少结垢或没有结垢。如图13中所图示的，较高的流速可以是4m/s-6m/s，例如4m/s，或者4m/s或更大。被施加至以如图12中所图示的较高的流体流动操作的串联电池的所施加的电流密度可以是例如3000A/m2。对于以如图13中所图示的较高的流体流速操作的每个串联布置的电池，所施加的电流密度可以是相同的，但是在其他实施方案中，对于不同的电池可以是不同的，例如，对于在系统中比其他电池更下游的电池则较低，而对于在系统中其他电池的上游的电池则较高。
在另一种实施方案中，CTE电池可以被设置在进料-和-排放式流体管线中。进料-和-排放式流体管线可以将流体移除并且返回至例如图8中所图示的系统的产物罐，该系统包括多于一个，例如两个、三个或更多个串联的CTE电池，这些电池向产物罐提供处理过的流体。图14中图示了实施方案的一种配置，在所述配置中，并联CTE电池处理并且再循环来自产物罐的流体。通过并联CTE电池905、泵910以及进料-和-排放式流体管线915对来自产物罐320的流体的处理和再循环增加了产物罐320中的NaOCl的浓度，而没有增加串联CTE电池305中结垢的风险。串联CTE电池305可以以2m/s-3m/s，例如2m/s，或者2m/s或更大的标称流体流速和3000A/m2的标称电流密度操作。并联CTE电池905可以以X m/s的流体流动和YA/m2的电流密度操作。可以基于例如产物罐320中的NaOCl的期望浓度来选择X和Y的值。在一些实施方案中，通过并联CTE电池905的流体流动可以是2m/s-3m/s，例如2m/s，或者2m/s或更大，或者可以是4m/s-6m/s，例如4m/s，或者4m/s或更大。横跨并联CTE电池的电极施加的电流密度可以是例如1500A/m2、2000A/m2、2500A/m2或3000A/m2、小于1500A/m2或大于3000A/m2中的任何一种。通过产物罐液体再循环通过并联CTE电池905，产物罐320中的液体中的NaOCl的浓度可以被设定或保持在例如3000ppm或更高，例如高达6000ppm或更高。系统可以在稳定状态条件下以与通过串联CTE电池305的流体流动相同的速度，例如2m/s-3m/s，2m/s或者2m/s或更高来操作，其中处理过的流体从产物罐中取出。系统可以以比通过串联CTE电池305的流体流动更低的速度操作，以在产物罐中积聚一定浓度的NaOCl，其中处理过的流体从产物罐中取出，或者可以以比通过串联CTE电池305的流体流动更高的速度操作，其中处理过的流体从产物罐中取出，任选地在通过并联CTE电池905的流动暂停的情况下操作，以降低产物罐中NaOCl的浓度。
图15A中图示了进料-和-排放型电化学电池系统的另一种实施方案。在这种配置中，阀CV1和阀CV2被打开，同时阀CV3和阀CV4被关闭。电解槽可以包括一个或更多个串联地和/或并联地、流体地联接和/或电联接的CTE电池，并且可以包括根据任何先前描述的实施方案布置的一组CTE电池，所述电解槽经由泵A被操作以从系统的入口抽取进料流体，直到产物罐被填充。在罐填充或补充操作期间，泵A可以以例如12m3/hr操作，或者使流体以2m/s-3m/s流过电解槽。产物罐中NaOCl的标称浓度将在约1500ppm至1800ppm之间。一旦产物罐充满，阀CV1就被关闭，并且阀CV3被打开。电解槽经由泵A再次操作，并且产物罐中的流体溶液通过电解槽再循环回并且再循环回到产物罐中。再循环操作期间的操作将处于较高的流速，以增强电解槽的CTE电池的自清洁。在一些情况下，在再循环操作期间，通过电解槽的流体流速将是4m/s-5m/s(泵A以例如24m3/hr操作)，并且在其他情况下，其将是较高的。最大流体流速可以取决于电解槽的CTE电池的压力额定值。系统将持续地操作，以实现较高的产物强度。在一些情况下，NaOCl产物强度将达到3,000ppm。在其他情况下，可以获得较高的NaOCl浓度。产物罐中NaOCl的峰值浓度可以取决于Mg和Ca沉淀与最大自清洁速度之间的平衡。为了将产物定量供给到使用点，阀CV1和阀CV2被关闭，同时阀CV3和阀CV4被打开。然后，使用大批产物罐溶液，泵A和泵B被用于对使用点进行外部冲击定量供给(externallyshock dose)。图15B中的表示出了在补充、再循环和冲击定量供给操作期间的示例性流量以及阀和电解槽条件。
在一些实施方案中，例如，如图15A中所图示的，本文公开的任何系统的一个或更多个产物罐可以包括具有倾斜的(例如圆锥形的)侧壁325和沉淀物出口330的下端，沉淀物出口330可以用例如阀CV5来打开或关闭。钙和镁沉积物具有比次氯酸钠或海水高的比重，并且可能倾向于在产物罐中沉降出。可以以期望的时间间隔或在达到不可接受的水平之后，例如通过经由泵A泵送到产物罐中的流体，例如海水，从产物罐中冲洗沉降的沉积物。在冲洗产物罐期间，阀CV5可以被打开以允许沉淀物向外流动。
本文公开的系统可以将进料、工艺液体或电解质(其在一些实施方案中是海水、盐水或微咸水)从外部源和/或内部源拉动到该系统。例如，如果系统是基于海的系统，那么外部源可以是海洋，并且内部源可以是例如船舶中的压载舱。在基于陆地的系统中，外部源可以是海洋，并且内部源可以是来自在系统中进行的工业工艺的微咸废水。本文公开的电氯化系统可以从来自进料源的水产生氯化的水和/或包含次氯酸钠的溶液，并且可以将其分配至使用点。使用点可以是用于系统的冷却水的源、用于船舶的压载舱的消毒剂的源、石油钻井系统的井底或其中氯化的水可以是有用的任何其他系统。各种泵，例如泵310和泵910，可以控制通过系统的流体的流动。一个或更多个传感器可以监测流过系统的流体的一个或更多个参数，例如离子浓度、氯浓度、温度或感兴趣的任何其他参数。泵和传感器可以与控制系统或控制器连通，控制系统或控制器与传感器和泵连通并且控制泵和系统的其他元件的操作以实现期望的操作参数。
被用于监测和控制系统的多种元件的操作的控制器可以包括计算机控制系统。控制器的多个方面可以作为在例如图16中示出的通用计算机系统1000中执行的专用软件来实施。计算机系统1000可以包括处理器1002，该处理器1002被连接至一个或更多个存储器装置1004，例如磁盘驱动器、固态存储器或用于储存数据的其他装置。存储器1004通常被用于在计算机系统1000的操作期间储存程序和数据。计算机系统1000的部件可以通过互连机构1006来联接，该互连机构1006可以包括一个或更多个总线(例如，在被集成于相同机器内的部件之间)和/或网络(例如，在停留在独立的分立机器上的部件之间)。互连机构1006能够使通信(例如，数据、指令)在系统1000的系统部件之间交换。计算机系统1000还包括一个或更多个输入装置1008，例如键盘、鼠标、跟踪球、麦克风、触摸屏以及一个或更多个输出装置1010，例如打印设备、显示屏或扬声器。
输出装置1010还可以包括阀、泵或开关，它们可以被用于将来自进料源的产物水(例如，微咸水或海水)引入到如本文公开的电氯化系统或使用点中和/或被用于控制泵的速度。一个或更多个传感器1014还可以向计算机系统1000提供输入。这些传感器可以包括，例如，压力传感器、化学浓度传感器、温度传感器、流体流量传感器、或用于电氯化系统的操作者感兴趣的任何其他参数的传感器。这些传感器可以位于其中它们将是有用的系统的任何部分中，例如使用点和/或电氯化系统的上游，或者与进料源流体连通。此外，计算机系统1000可以包括一个或更多个接口(未示出)，该一个或更多个接口另外将计算机系统1000连接至通信网络或作为备选方案连接至互连机构1006。
在图17中更详细地示出的储存器系统1012通常包括计算机可读且可写的非易失性记录介质1102，其中储存了定义由处理器1002执行的程序的信号或由程序处理的信息的信号。介质可以包括例如磁盘存储器或闪速存储器。通常，在操作中，处理器引起数据从非易失性记录介质1102读取到允许比介质1102通过处理器更迅速地存取信息的另一个存储器1104中。此存储器1104通常是易失性随机存取存储器，例如动态随机存取存储器(DRAM)或静态存储器(SRAM)。它可以位于如所示的储存器系统1012中，或位于存储器系统1004中。处理器1002通常操纵在集成电路存储器1104中的数据，并且然后在完成处理之后，将数据复制到介质1102。多种机构已知用于管理在介质1102和集成电路存储器元件1104之间的数据移动，并且本文公开的方面和实施方案不限于此。本文公开的方面和实施方案不限于特定的存储器系统1004或储存器系统1012。
计算机系统可以包括专门编程的、专用硬件，例如专用集成电路(ASIC)。本文公开的方面和实施方案可以以软件、硬件或固件或其任何组合来实施。另外，这样的方法、动作、系统、系统元件及其部件可以作为上文描述的计算机系统的一部分或作为独立的部件来实施。
虽然计算机系统1000通过实例的方式作为本文公开的多个方面和实施方案可以在其上实践的一种类型的计算机系统被示出，但是应当理解，本文公开的方面和实施方案不限于在如图16中示出的计算机系统上被实施。本文公开的多个方面和实施方案可以在具有与图16中示出的不同的构造或部件的一个或更多个计算机上被实践。
计算机系统1000可以是使用高级计算机编程语言可编程的通用计算机系统。计算机系统1000还可以使用专门编程的专用硬件来实施。在计算机系统1000中，处理器1002通常是商业上可得的处理器，例如从Intel Corporation可得的熟知的Pentium(奔腾)TM或Core(酷睿)TM类处理器。许多其他处理器是可得的，包括可编程的逻辑控制器。这样的处理器通常执行操作系统，所述操作系统可以是例如从Microsoft Corporation可得的Windows7操作系统、Windows 8操作系统或Windows 10操作系统、从Apple Computer可得的MAC OS系统X、从Sun Microsystems可得的Solaris操作系统或从多种来源可得的UNIX。可以使用许多其他操作系统。
处理器和操作系统一起定义编写高级编程语言中的应用程序的计算机平台。应当理解，本发明不限于特定的计算机系统平台、处理器、操作系统或网络。另外，对于本领域技术人员应当明显的是，本文公开的方面和实施方案不限于特定的编程语言或计算机系统。另外，应当理解，还可以使用其他适当的编程语言和其他适当的计算机系统。
计算机系统的一个或更多个部分可以被分布跨越联接至通信网络的一个或更多个计算机系统(未示出)。这些计算机系统还可以是通用计算机系统。例如，本发明的多个方面可以被分配在一个或更多个计算机系统中，所述计算机系统被配置成向一个或更多个客户端计算机提供服务(例如，服务器)，或作为分布系统的一部分进行总任务。例如，本文公开的多个方面和实施方案可以在客户端-服务器系统上进行，所述客户端-服务器系统包括分布在根据本文公开的多个方面和实施方案进行多种功能的一个或更多个服务器系统中的部件。这些部件可以是使用通信协议(例如，TCP/IP)在通信网络(例如，因特网)上通信的可执行代码、中间代码(例如，IL)或解释代码(例如，Java)。在一些实施方案中，计算机系统1000的一个或更多个部件可以在无线网络包括例如，蜂窝电话网络上与一个或更多个其他部件通信。
应当理解，本文公开的方面和实施方案不限于在任何特定的系统或系统的组上执行。另外，应当理解，本文公开的方面和实施方案不限于任何特定的分布构造、网络或通信协议。本文公开的多个方面和实施方案可以使用面向对象的编程语言例如SmallTalk、Java、C++、Ada或C#(C-Sharp)来编程。还可以使用其他面向对象的编程语言。可选择地，可以使用功能性、脚本和/或逻辑编程语言，例如梯形逻辑。本文公开的多个方面和实施方案可以在非编程环境(例如，当在浏览器程序的窗口中查看时，以渲染图形-用户界面(GUI)的方面或进行其他功能的HTML、XML或其他格式创建的文件)中实施。本文公开的多个方面和实施方案可以作为编程的或非编程的元件或其任何组合被实施。
实施例
作为平行进料和排放概念的证明(例如，如图14中所图示的)，分别在2000A/m2和3000A/m2的电流密度，具有3.5％合成海水的产物罐横跨单个CTE电池再循环。然后允许产物强度随时间增加，其中达到约800ppm、1300ppm、2200ppm、3500ppm和6100ppm的NaOCl浓度，而没有沉淀物形成。
本文使用的措辞和术语是为了描述的目的并且应当不被认为是限制性的。如本文使用的，术语“多于一个(plurality)”指的是两个或更多个项目或部件。术语“包括(comprising)”、“包括(including)”、“携带(carrying)”、“具有(having)”、“包含(containing)”和“涉及(involving)”无论在书面描述还是权利要求及类似物中，是开放式术语，即意指“包括但不限于”。因此，这样的术语的使用意指涵盖在其后列出的项目和其等效物，以及另外的项目。关于权利要求，仅过渡词组“由......组成”和“基本上由......组成”分别是封闭的或半封闭的过渡词组。在权利要求中修饰权利要求要素的序数术语例如“第一”、“第二”、“第三”及类似术语的使用，本身并不暗示一个权利要求要素相对于另一个的任何优先、在先或顺序或者其中进行方法的动作的时间顺序，而是仅仅用作标记以区分具有某个名称的一个权利要求要素与具有相同名称(但使用序数术语)的另一个要素以区分权利要求要素。
已经如此描述了至少一种实施方案的若干方面，应当理解，本领域技术人员将容易想到多种改变、修改和改进。在任何实施方案中描述的任何特征可以被包括在任何其他实施方案的任何特征中或者替代任何其他实施方案的任何特征。这样的改变、修改和改进意图是本公开内容的一部分，并且意图在本发明的范围内。因此，前述描述和附图仅仅是举例。

Claims (21)

1.一种电氯化系统，包括：
进料流体的源；
产物流体出口；
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，所述多于一个电化学电池包括并联地流体地连接的至少两个第一电化学电池和串联地流体地连接在所述至少两个第一电化学电池下游的第二电化学电池，所述系统被配置成以第一电流密度和第一流量操作所述至少两个第一电化学电池，并且以不同于相应的第一电流密度和第一流量的第二电流密度和第二流量操作所述第二电化学电池；
产物罐，所述产物罐流体地连接至所述多于一个电化学电池的流体出口；
第一阀和第一流体泵，所述第一阀和第一流体泵流体地设置在所述进料流体的源和所述多于一个电化学电池之间；
再循环导管，所述再循环导管将所述产物罐的出口流体地连接至所述第一流体泵的入口；
第二阀，所述第二阀设置在所述产物罐的所述出口和所述第一流体泵的所述入口之间的所述再循环导管中；
产物出口导管，所述产物出口导管流体地连接至所述产物罐的所述出口和所述第一流体泵的所述入口之间的所述再循环导管中的一点；
第二流体泵和第三阀，所述第二流体泵和所述第三阀设置在所述产物出口导管中；以及
控制器，所述控制器被配置成以第一再循环操作模式操作所述系统，其中所述第一阀和所述第二阀被打开，并且所述第一流体泵将流体泵送通过所述多于一个电化学电池、所述产物罐、所述再循环导管以及所述第一阀和所述第二阀，并且所述控制器被配置成以第二定量供给操作模式操作所述系统，其中所述第一阀被关闭，所述第二阀和所述第三阀被打开，并且所述第二流体泵将流体从所述产物罐泵送到使用点。
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的至少两个电化学电池并联地电连接。
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包括串联地电连接的电化学电池以及并联地电连接的电化学电池。
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的至少两个电化学电池串联地电连接。
5.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与并联地电连接的电化学电池串联地电连接的电化学电池。
6.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。
7.如权利要求1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所述至少两个第一电化学电池，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。
8.如权利要求7所述的系统，还包括流体地设置在所述至少两个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。
9.如权利要求8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。
10.如权利要求9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。
11.如权利要求10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将流体从所述进料流体的源以所述第一流量流过所述至少两个第一电化学电池，并使所述流体以所述第二流量流过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，所述第二流量大于所述第一流量。
12.如权利要求1所述的系统，其中所述控制器还被配置成以所述第一流量操作所述至少两个第一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第二电化学电池，所述第一流量小于所述第二流量。
13.如权利要求12所述的系统，其中来自所述至少两个第一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第二电化学电池的单个流体输入导管。
14.如权利要求13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。
15.如权利要求1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。
16.如权利要求15所述的系统，其中所述控制器还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。
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。
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或所述第二电流密度中的一种操作所述并联电化学电池。
19.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流量或所述第二流量中的一种操作所述并联电化学电池。
20.如权利要求1所述的系统，还包括将所述第一流体泵的出口流体地连接至所述第三阀的入口的导管，当以所述第二定量供给操作模式操作所述系统时，所述控制器还被配置成使所述第一流体泵将流体从所述产物罐通过所述第三阀泵送到所述使用点。
21.一种电氯化系统，包括：
产物流体出口；
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进料流体的源和所述产物流体出口之间，所述多于一个电化学电池包括并联地流体地连接的至少两个第一电化学电池和串联地流体地连接在所述至少两个第一电化学电池下游的第二电化学电池，所述系统被配置成以第一电流密度和第一流量操作所述至少两个第一电化学电池，并且以不同于相应的第一电流密度和第一流量的第二电流密度或第二流量中的至少一个操作所述第二电化学电池；
产物罐，所述产物罐流体地连接至所述多于一个电化学电池的流体出口；
再循环导管，所述再循环导管将所述产物罐的出口流体地连接至所述多于一个电化学电池的入口；
产物出口导管，所述产物出口导管流体地连接至所述产物罐的所述出口和所述多于一个电化学电池的所述入口之间的所述再循环导管中的一点；
控制器，所述控制器被配置成以第一再循环操作模式操作所述系统，其中流体被泵送通过所述多于一个电化学电池、所述产物罐、所述再循环导管，并且所述控制器被配置成以第二定量供给操作模式操作所述系统，其中流体从所述产物罐通过所述产物出口导管被泵送到使用点。
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