[发明专利]用于电化学制取包含CO的气体产物的设备

说明书

本发明涉及一种用于电化学制取包含CO的产物的设备和一种用于电化学制取包含CO的产物的方法，其中包含反应物和CO的物料流在电化学制取后被回流。

技术领域

本发明涉及一种用于电化学制取包含CO的产物的设备和一种用于电化学制取包含CO的产物的方法，其中包含反应物和CO的物料流在电化学制取后被回流。

背景技术

目前，在能源市场中可以观察到巨大的变化。由于化石燃料引起全球二氧化碳排放量的很大一部分，因此变得越来越不受欢迎。同时，有大量的可再生能源服务可供使用，但并不总是在所需的时间位于所需的位置。一个技术挑战是使用可再生的剩余能源从二氧化碳CO₂制取有价值的产物。一种方法是通过电化学还原二氧化碳制取气体产物，例如一氧化碳CO。这些反应可以在CO₂电解槽中进行。

CO₂电解槽的主要优势在于，可以分散制取CO，其规模目前比其他技术更具竞争力。另外，大量的CO将不得不在相对长的距离上运输，这除了降低经济性外还将带来巨大的潜在风险。

CO₂电解槽的当前遵循的方案是基于所谓的气体扩散电极GDE。在这个方案中，通常在GDE的一侧是气相，而在另一侧(阴极电解液)是液相。在CO₂电解中，反应所需的CO₂来自气相，然后通过孔结构扩散到GDE中。在所谓的三相极限下，CO₂可以还原为CO，然后可以通过孔隙系统以与CO₂相反的方向返回到气体空间。

图1示意性地示出了电解槽1的结构，在此例如以从现有技术中已知的CO₂电解槽的形式。

如图1所示，转化为目标产物的CO₂通过进料口2b到达电解池3，特别是在存在气相的阴极空间区域。然后可以通过产物气体排放口20a除去所产生的产物气体或可能还具有未反应的反应物的气体混合物。液态阴极电解液KL通过GDE 4的另一侧(阴极)。另外，具有一个阳极空间，阳极6放置在该阳极空间中，并向其提供阳极电解液AL。阳极空间和阴极空间由隔膜5隔开，离子8可以穿过隔膜5。隔膜5可以例如是阳离子可渗透膜(例如Nafion)或多孔隔膜。隔膜5的一项任务是保持气态物质彼此分离。在通过电解池3之后，KLG阴极电解液(现在可能带有气相，例如CO)和阳极液ALG(现在也可能带有气相，例如O2)可以混合在混合容器10中以在电解池3中再使用。然而，通常仅在分离容器11中分离出阳极气体12(例如氧气)并且在分离容器13中分离出阴极气体14(例如氢气)之后。

图1所示的结构对应于具有“普通电解质”的结构，因为在每次通过电解池之后，阳极电解液和阴极电解液在混合容器10中彼此完全混合。有利的是，在电解操作期间，阳极电解液和阴极电解液的组成不能“分散”。因此，由于某些离子通过隔膜5的传输而引起的浓度变化总是被混合所抵消。但是，也可以混合溶解的气体，例如阳极电解液中的氧气，这可能需要后续分离或可能影响电解。

另外，从现有技术中已知用于CO₂电解槽的其他构造，例如还具有单独的电解质引导。

文献中也描述了各种低温电解设计，例如Delacourt等人2008年的DOI 10.1149/1.2801871。

除了低温电解之外，用于电化学制取CO的高温电解也是可能的，并且在文献中进行了描述，例如在WO 2014154253、WO 2013131778、WO 2015014527和EP 2940773A1中进行了描述。

CO₂电解槽的重要特性是通常不会完全将CO₂转化为CO。而是，提供过量的CO₂，使得CO和CO₂的混合物作为气体混合物离开CO₂电解槽。实际上，CO₂的比例可以大于CO的比例。因此，为了进行经济且可持续的工艺设计，应将CO₂分离并送回电解槽。