[发明专利]电还原CO2

说明书

提供一种电还原CO₂装置，包括：电化学反应单元，包括阴极室、阳极室和膜电极，所述膜电极的隔膜为阴离子交换膜；以及阴极进料单元，与所述阴极室的进料口相连，向所述阴极室输入加湿的含CO₂气体。还提供一种电还原CO₂方法。本发明装置和方法具有工艺简便、绿色环保、设备要求低、制造成本低等诸多优点，非常适用工业化的合成气生产，能够取得良好的经济效益和社会效益。

技术领域

本发明涉及电化学技术领域，具体涉及电还原CO₂装置和方法。

背景技术

以CO和H₂为主要组成的合成气，是工业费托合成工艺生产高附加值燃料及化学品的基础原料。合成气主要通过煤气化路径制备，但副产大量CO₂，既造成了相当大的碳资源浪费，又造成了相当大的碳减排压力。通过电化学方式可以将CO₂转化为CO，既是一种环保清洁的碳减排途径，也是一种增加合成气产能的CO₂资源化再利用途径，同时还是一种支持可再生能源发电的储能方式。但作为一种富有吸引力的新型技术，CO₂电化学转化制备CO的方式尚需要在多方面继续开发和完善，电化学转化工艺是其重点升级任务之一。

CO₂电化学转化制备CO基本上均是依靠具有阴极室和阳极室的两室型电解池来完成。传统的低温转化模式是双电解质溶液进料，阳极室走强碱或碳酸氢盐溶液，阴极室走溶解或携带有CO₂的碱金属碳酸盐溶液。这种模式的主要缺陷是由液相中低CO₂溶解度及电极内部液体传质困难所引起的低 CO选择性问题、由阴阳极室之间的电解质传质所导致的电解质耗费及阴阳极室电解质浓度不稳定问题，以及由电解质溶液的腐蚀和冲刷所引起的电极长期稳定性不足和管路设备的防腐要求较高问题等。这些缺陷的存在使得双电解质溶液进料模式很难进入规模化工业应用。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明提供一种电还原CO₂装置和方法。

本发明一方面提供一种电还原CO₂装置，包括：电化学反应单元，包括阴极室、阳极室和膜电极，所述膜电极的隔膜为阴离子交换膜；以及阴极进料单元，与所述阴极室的进料口相连，向所述阴极室输入加湿的含CO₂气体。

根据本发明的一实施方式，所述加湿的含CO₂气体的相对湿度为20～90％。

根据本发明的另一实施方式，所述装置还包括阳极进料单元，与所述阳极室的进料口相连，向所述阳极室输入纯水或0.001～2mol/L的碱金属的碳酸盐或碳酸氢盐溶液。

本发明另一方面提供一种电还原CO₂装置，包括：电化学反应单元，包括阴极室、阳极室和膜电极，所述膜电极的隔膜为阳离子交换膜；阴极进料单元，与所述阴极室的进料口相连，向所述阴极室输入含CO₂气体；以及阳极进料单元，与所述阳极室的进料口相连，向所述阳极室输入纯水。

根据本发明的一实施方式，所述含CO₂气体中CO₂的体积百分浓度为 10～100％；所述阴极室出料气中合成气的体积百分浓度为10-99％，合成气中CO占总产物的体积百分浓度为10％～99.9％。

根据本发明的另一实施方式，所述装置还包括：气体循环单元，包括合成气分离子单元、气体循环泵和湿度调节仪，其上游与所述阴极室出口或是与合成气分离子单元相连，下游与所述阴极进料单元相连。

本发明另一方面还一种电还原CO₂方法，包括：将加湿的含CO₂气体输送至电化学反应单元的阴极室进行电化学反应，所述电化学反应单元包括所述阴极室、阳极室和膜电极，所述膜电极的隔膜为阴离子交换膜。