[實用新型]一種基于熔融碳酸鹽電解池的電解CO2和H2O制取合成氣的系統

有效

• 申請號: 201520077293.3
• 申請日: 2015-02-04
• 公開（公告）號: CN204529990U
• 公開（公告）日: 2015-08-05
• 發明（設計）人: 許世森;王洪建;程健;張瑞云;王鵬杰;任永強
• 申請（專利權）人: 中國華能集團清潔能源技術研究院有限公司
• 主分類號: C25B1/02
• 分類號: C25B1/02;C25B1/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賈玉健

技術領域

本實用新型屬于熔融碳酸鹽電解技術領域，特別涉及一種基于熔融碳酸鹽電解池的電解CO₂和H₂O制取合成氣的系統。

背景技術

目前，以氣候變化為核心的全球環境問題日益嚴重，已經成為威脅人類可持續發展的主要因素之一，削減溫室氣體排放以減緩氣候變化成為當今國際社會關注的熱點。隨著全球對溫室氣體排放越來越關注，《京都議定書》、《巴厘島路線圖》的召開，進一步明確了全球CO₂捕集和利用的時間表，推動了全球低碳經濟的發展。利用可再生能源(風能、太陽能等)，通過電化學方法將CO₂和H₂O電解轉化為合成氣、烴類等工業原料或燃料，不僅能夠實現CO₂的轉化利用，而且能夠實現可再生能源的轉化，對減少CO₂排放及提高可再生能源利用率具有重要意義。

為了實現CO₂的轉化，一般采用基于質子交換膜電解質的低溫電解池，采用金屬鉑作為催化劑，成本較高，而且對產物的組分調控困難。進而，為了能夠降低催化劑成本，控制產物組分，一些學者提出了采用基于陶瓷材料的固體氧化物電解池轉化CO₂，但是固體氧化物電解池電池面積難于放大，工作溫度高達800℃，增大了對密封、集流等的要求。采用熔鹽作為電解質構建熔鹽電解池，其工作溫度較大可達600℃-700℃、無須采用貴金屬作為催化劑，而且電池面積易于放大，在軍事、航空航天等領域有著廣闊的應用前景。但是已有的研究中，多采用熔鹽電解質直接電解CO₂，易于發生積碳等問題，使得電解池性能下降。因此，降低電極積碳，提高電解池壽命，能夠降低CO₂的轉化成本，進一步促進CO₂的轉化利用。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本實用新型的目的在于提供一種基于熔融碳酸鹽電解池(Molten?Carbonate?Fuel?Cell,MCEC)的電解CO₂和H₂O制取合成氣的系統，能夠降低電解池陰極積碳，提高電解池壽命。

為了實現上述目的，本實用新型采用的技術方案是：

一種基于熔融碳酸鹽電解池的電解CO₂和H₂O制取合成氣的系統，包括：

由陽極雙極板1、陽極Ni電極2、隔膜3、陰極Ni電極4以及陰極雙極板5按照自上到下的順序組裝構成的熔融碳酸鹽電解池單體，其中陽極雙極板1流道中填充有碳酸鹽電解質；

對所述電解池單體進行加熱的加熱系統；

連接于所述電解池單體正負極的使電解池單體工作在工作電壓下的電源裝置；

CO₂與H₂O混合氣供氣系統，其出口與電解池單體陰極流道連接；

空氣和/或N₂供氣系統，其出口與電解池單體陽極流道連接；以及

合成氣收集系統，其入口與電解池單體陰極流道出口連接。

所述陽極雙極板1和陰極雙極板5的兩側均具有氣體流道，一側為陽極流道，另一側為陰極流道。

所述隔膜3具有多孔結構，孔隙率50％～75％，厚度為0.3～1.0mm，平均孔徑為0.25～0.8μm。

所述加熱系統為加熱爐，加熱溫度要求能達到600℃-700℃，使碳酸鹽電解質從固體融化為液體，并浸潤到隔膜3中。碳酸鹽電解質由Li₂CO₃、Na₂CO₃和K₂CO₃中的兩種或者三種混合構成，混合比例滿足所得混合物的共熔點低于600℃。

所述電解池單體有多個，串聯構成電解池堆。電解池單體的工作電壓為1.2V-5.0V，電解池堆的工作電壓根據電解池單體的數量，按比例放大。

本實用新型反應過程為：