[发明专利]用于电化学利用二氧化碳、制备碱金属碳酸盐和碱金属碳酸氢盐的电解系统和还原方法

权利要求书

1.用于二氧化碳利用的电解系统，其包括电解池(E1-E5)，具有在阳极室(AR)中的阳极(A)、在阴极室(KR)中的阴极(K)和阳离子传导膜，通过阳离子传导膜(M)使阳极室(AR)和阴极室(KR)彼此隔开，其中阴极室(KR)具有用于二氧化碳(CO₂)的至少一个入口并且被设计成使进入的二氧化碳(CO₂)与阴极(K)接触，其中阴极室(KR)包括阴极电解质，所述阴极电解质可通过与二氧化碳相同的入口或单独的入口进入阴极室(KR)，其中阴极电解质包括水和氢氧根离子，以及其中阳极室(AR)具有用于阳极电解质的至少一个入口并且包括阳极电解质，其中所述阳极电解质具有碱金属阳离子和氯阴离子，

其中，过量的二氧化碳能够在阴极室中与氢氧根离子反应成碳酸盐和/或碳酸氢盐，碳酸盐和/或碳酸氢盐与穿过所述阳离子传导膜迁移到阴极电解液中的碱金属阳离子反应成碱金属碳酸氢盐和/或碱金属碳酸盐，并且

其中，所述电解系统包括沉淀槽(AB)，其中沉淀槽(AB)被设计成从阴极电解质结晶出碱金属碳酸氢盐和/或碱金属碳酸盐并且具有产物出口(PA3)，

-阴极(K)是含银的阴极(K)，借助所述阴极能够由二氧化碳和阴极电解质主要生成一氧化碳、氢氧根离子和仅少量的氢作为产物，或

-阴极(K)是含铜的阴极(K)，借助所述阴极能够由二氧化碳和阴极电解质生成乙烯、甲烷、乙醇和/或单乙二醇和氢氧根离子作为产物。

2.根据权利要求1所述的电解系统，其中，沉淀槽(AB)具有冷却装置。

3.根据权利要求1所述的电解系统，其具有至少一个储存器(PR)，该储存器如此设计并这样与阴极室(KR)和/或沉淀槽(AB)连接地布置，使得所述储存器用于阴极电解质的缓冲。

4.根据权利要求1所述的电解系统，其中阳极室(AR)与用于从阳极电解质分离氯气的气体分离单元连接。

5.借助根据前述权利要求之一所述的电解系统来利用二氧化碳的还原方法，

其中将包含水和氢氧根离子的阴极电解质和二氧化碳(CO₂)引入阴极室(KR)中并与阴极(K)接触，

其中二氧化碳(CO₂)在阴极(K)处还原，

其中将具有氯阴离子(Cl^-)的阳极电解质引入阳极室(AR)中并与阳极(A)接触，

其中将氯阴离子(Cl^-)在阳极(A)处氧化为氯(Cl₂)并且将所述氯(Cl₂)作为氯气通过气体分离单元从阳极电解质中分离出来，

其中所述阳极电解质具有穿过阳离子传导膜迁移到阴极电解质中的碱金属阳离子，以及

其中，过量的二氧化碳能够在阴极室中与氢氧根离子反应成碳酸盐和/或碳酸氢盐，碳酸盐和/或碳酸氢盐与穿过所述阳离子传导膜迁移到阴极电解液中的碱金属阳离子反应成碱金属碳酸氢盐和/或碱金属碳酸盐，并且

其中，将至少一部分阴极电解质体积引入沉淀槽中并且在所述沉淀槽中结晶出所述碱金属碳酸氢盐和/或碱金属碳酸盐，

其中

-阴极(K)是含银的阴极(K)，由二氧化碳和阴极电解质主要生成一氧化碳、氢氧根离子和仅少量的氢作为产物，或

-阴极(K)是含铜的阴极(K)，由二氧化碳和阴极电解质生成乙烯、甲烷、乙醇和/或单乙二醇和氢氧根离子作为产物。

6.根据权利要求5所述的还原方法，其中在所述沉淀槽中将所述至少一部分阴极电解质体积冷却至少15开尔文。

7.根据权利要求5所述的还原方法，其中在所述沉淀槽中将所述至少一部分阴极电解质体积冷却至少20开尔文。

8.根据权利要求5至7之一所述的还原方法，其中在所述沉淀槽中通过吹入二氧化碳(CO₂)将所述至少一部分阴极电解质体积的pH值从超过8降低至6或更低。