[发明专利]用于电化学利用二氧化碳的方法和设备

说明书

本发明涉及一种用于电化学利用二氧化碳的方法和设备。二氧化碳在此在电解装置的电解槽中被还原成产物气体。包含二氧化碳的产物气体随即导入洗气装置中。在那里借助吸收剂清洗二氧化碳的产物气体。吸收剂接着在电渗析单元的电渗析槽中再生。再生的吸收剂随即至少部分地导回洗气装置中。在再生期间释放的二氧化碳作为反应物气体至少部分地返回到电解装置中。

本发明涉及一种用于电化学利用二氧化碳的方法和设备，所述设备包括电解装置、洗气装置和电渗析单元。

对电的需求随着一天当中时间的变化强烈波动。随着由可再生能源产生的电的比例的升高，发电量也在一天中随着时间变化波动。为了能够在电量需求较低时平衡在多日照和强风时对电的过量供应，需要可调节的发电厂或者存储器，以便存储这些能量。

一种目前考虑的解决方案是将电能转化为价值产物、尤其是基础化学品或者合成气。这些价值产物另外特别有利地由二氧化碳来制造。这使得CO₂的排放减少。典型的价值产物尤其是例如一氧化碳和乙烯这些物质。电解是一种可行的在由二氧化碳制造价值产物的同时转化电能的技术。

由二氧化碳生产价值产物的电解装置通常由液态电解质运行。所述液态电解质被导引通过阳极室和阴极室。一部分反应物二氧化碳出于热力学和动力学的原因转换至液态电解质中。在液态电解质中，通常在还原二氧化碳时在阴极生成氢氧根，所述氢氧根与存在于气相中的二氧化碳反应生成碳酸氢根。随即有效地将二氧化碳从气相中分离。因为出于经济和生态的原因应当将液态电解质导入循环中，所以以此方式在每个循环中都使电解质中富集二氧化碳直到出现稳定状态。在所述稳定状态下，系统不利地倾向于在过程中的其它位置中再次排放出二氧化碳。尤其地，所述排放通过阳极气体进入到环境中。或者，二氧化碳可进入产物气体中。这不利地导致较低的产率和二氧化碳的损失以及产物、尤其一氧化碳被二氧化碳稀释。

因此本发明所要解决的技术问题在于，提供一种方法和设备，所述设备减少二氧化碳电解装置的产物气体中的二氧化碳含量。

所述技术问题通过按照权利要求1的方法和按照权利要求11的设备解决。

按照本发明的用于电化学利用二氧化碳的方法包括多个步骤。在电解装置的电解槽中将二氧化碳还原为产物气体。包括未转化的二氧化碳的产物气体被导引入洗气装置中。在洗气装置中借助吸收剂进行二氧化碳的产物气体的洗涤。吸收剂在电渗析单元的电渗析槽中再生并且接着至少部分地返回到洗气装置中。在此释放的二氧化碳作为反应物气体至少部分地返回到电解装置中。

按照本发明的用于进行电化学利用二氧化碳的方法的设备包括电解装置，其具有至少一个用于将二氧化碳还原为产物气体的电解槽。此外，按照本发明的设备此外包括洗气装置，所述洗气装置设计用于将未转化的二氧化碳至少部分地从产物气体中吸收至吸收剂中。此外所述设备包括电渗析单元，其具有至少一个适用于对在吸收期间富集了二氧化碳的吸收剂进行再生的电渗析槽。吸收剂则适宜地经由相应的导管至少部分地返回到洗气装置中。释放的二氧化碳作为反应物气体至少部分地返回到电解装置中。

在电渗析单元中，阴离子和阳离子分别借助外部电场向相应的电极传送。在此，阴离子向阳极迁移并且阳离子向阴极迁移。在迁移期间，阴离子和阳离子被导引穿过阳离子选择性膜和阴离子选择性膜。阳离子和阴离子选择性膜在此交替地布置。阴离子能够通过带正电荷的阴离子选择性膜，但是所述阴离子被接下来的带负电荷的阳离子选择性膜阻留。阳离子能够通过带负电荷的阳离子选择性膜，但是所述阳离子被接下来的带正电荷的阴离子选择性膜阻留。电渗析效应因此在于每两个腔室中离子的富集。所述离子在所述每两个腔室之间的腔室中贫化。

按照本发明的方法在洗气单元中有利地实现了二氧化碳的产物气体的清洗，其中，将二氧化碳从产物气体中去除。在洗气单元中能够有利地从气体中去除低浓度的二氧化碳。由于至少部分地将二氧化碳返回到电解装置中，因此在使用洗气单元时能够有利地避免二氧化碳从系统中流失。而如果不将二氧化碳从产物气体中去除，则二氧化碳会离开系统。