[發(fā)明專利]CO2

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110145673.6
• 申請日: 2021-02-02
• 公開（公告）號: CN112981438A
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發(fā)明（設計）人: 康鵬;汪秀萍;張雄;徐延鵬;趙建衛(wèi);郭偉
• 申請（專利權）人: 碳能科技（北京）有限公司;內(nèi)蒙古伊泰化工有限責任公司
• 主分類號: C25B9/19
• 分類號: C25B9/19;C25B1/23;C25B15/08;C25B15/02
• 代理公司: 北京律智知識產(chǎn)權代理有限公司 11438
• 代理人: 李華;崔香丹

本發(fā)明公開一種CO₂電解制合成氣系統(tǒng)，包括：電化學反應裝置，包括至少一個電化學反應單元，所述電化學反應單元包括陽極室、陽離子隔膜、和陰極室；和電解液循環(huán)裝置，用于所述CO₂電解制合成氣系統(tǒng)的電解液循環(huán)，包括中和單元，所述中和單元接收從所述陰極室和所述陽極室排出的電解液并用于所述電解液循環(huán)。本發(fā)明CO₂電解制合成氣系統(tǒng)包含中和單元，收集和中和陽極室、陰極室排出的電解液并納入電解液循環(huán)從而形成電解液閉路循環(huán)，進而在生產(chǎn)過程中不需補充電解質(zhì)，可減低成本、減小工藝復雜性易操作。

技術領域

本發(fā)明屬于電化學領域，具體涉及CO₂電解制合成氣系統(tǒng)。

背景技術

以CO和H₂為主要組成的合成氣，是工業(yè)生產(chǎn)甲醇、尿素、費托合成高附加值燃料及化學品的基礎原料，用途廣泛。通過電化學方式將CO₂和水直接轉化為合成氣技術，是一種環(huán)保清潔的碳減排利用途徑，有利于推動電力、化工等產(chǎn)業(yè)的綠色低碳發(fā)展。作為一種前景光明的新型技術，CO₂電化學轉化制合成氣技術尚需要在多方面繼續(xù)開發(fā)和完善，電化學轉化工藝和工程化應用是其重點研發(fā)方向之一。CO₂電化學轉化制備合成氣過程主要依靠具有陰極室和陽極室的兩室型反應單元來完成。根據(jù)陰極室供料方式不同可分為氣相合成工藝和液相合成工藝兩大類。其中液相合成工藝因使用電解質(zhì)溶液，可帶來較低的電解電位和較高電流密度，從而大大降低電解能耗，同時反應單元和電極結構簡單，對設備投資的要求不高，因而成為商業(yè)化開發(fā)的重點。

液相合成工藝中陰極室以CO₂氣和電解質(zhì)溶液混合進料，CO₂氣體在液態(tài)電解液和固態(tài)催化劑三相交匯區(qū)發(fā)生反應，以加拿大的CO₂ Cert公司為代表，以NaOH為電解質(zhì)，在2.8V電壓下電流密度高達100mA/cm²(Energy Environ.Sci.，2018，11，2531-2539.Combined high alkalinity and pressurization enable efficient CO₂electroreduction to CO.)。但目前的工藝仍有嚴重的問題：1)電解質(zhì)容易濃度失調(diào)或被消耗；2)電極易被雜質(zhì)毒化而失活；3)CO₂單通轉化率低。電解質(zhì)為鉀或鈉的純堿、碳酸鹽或碳酸氫鹽，由于電化學過程伴隨有陽離子的電遷移，從而引起陰陽極室電解質(zhì)溶液濃度和pH值失衡，大幅降低了反應單元催化性能，無法進行長時間的運行和操作。為克服這一問題，需要分別給陽極循環(huán)液補充電解質(zhì)和對陰極循環(huán)液進行稀釋或外部分離電解質(zhì)的方式來維持電解液濃度恒定，此操作以電解質(zhì)作為消耗品增加了合成成本，同時又增加了工藝操作復雜性，制約了放大應用。同時液相合成工藝增加了雜質(zhì)引入的風險，對反應器穩(wěn)定性挑戰(zhàn)極大。反應器中催化劑對雜質(zhì)離子具有中毒效應，從而失活。液相合成工藝條件下，雜質(zhì)離子一方面從電解液原料自身和金屬管路、罐體等直接引入，多為金屬雜質(zhì)離子，另一方面從工業(yè)CO₂氣源中伴隨的含硫或含氮雜質(zhì)氣引入，為雜質(zhì)氣在被堿性電解液堿化后所形成的含硫、含氮等雜質(zhì)離子。雜質(zhì)易沉積覆蓋在催化劑表面，或直接導致催化劑組成發(fā)生改變，從而大大降低了催化劑的使用壽命和穩(wěn)定性。

另外液相進料模式增加了析氫副反應的發(fā)生，為獲得較好的CO產(chǎn)物選擇性，常采用較高的CO₂進氣量來提高CO₂與催化劑反應接觸面積的方法來實現(xiàn)。此方法造成了大量未轉化的CO₂外排，CO₂單通轉化效率極低，CO₂減排再利用效果不明顯，同時出料氣中合成氣體積含量低，增加了產(chǎn)物純化負荷和成本。為此需開發(fā)一種不耗電解質(zhì)、CO₂單通轉化率高且可以長期穩(wěn)定運行的合成工藝系統(tǒng)，以實現(xiàn)工程化放大應用。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種CO₂電解制合成氣系統(tǒng)。