一种合成气和碳酸氢盐联产系统和联产方法与流程

本发明属于二氧化碳中和利用，具体地说，是涉及一种合成气和碳酸氢盐联产系统和联产方法。

背景技术：

1、二氧化碳捕集、利用和封存技术(carbon capture,utilization and storage，简称ccus)作为限制二氧化碳排放的一种有效及可持续方法，逐渐受到人们的重视。然而由于缺乏有效的co2转化途径，目前co2经捕集后的主要去向一是直接利用于饮料、采矿等行业，二是地下填埋贮存，最终依然会排放进入大气。因此，如何直接利用二氧化碳或将其转化为更有价值的产品就显得尤为重要。

2、合成气是以氢气、一氧化碳为主要组分供化学合成用的一种原料气，不同氢气/一氧化碳比例的合成气在化工领域中有不同的应用价值。目前，目前大多数合成气制备工艺是以处理天然气和煤这两种原料的工艺为基础发展起来的。但天然气转化制备合成气工艺过程存在投资高、对天然气价格敏感、催化剂昂贵和高温易失活等缺点。煤气化则会引起环境污染和资源消耗。所以，二氧化碳电还原制合成气因其不会对环境造成污染，具有理想的应用条件而被应用于二氧化碳的资源化利用。

3、而值得注意的是，目前针对于二氧化碳电催化还原制备合成气的方法往往采用金银等贵金属催化剂，同时，消耗较昂贵的电解液原料或使用较为复杂的膜电极的制备工艺，增加了反应成本，而合成气产品本身的价值无法覆盖这一反应成本，使得合成气制备的工业化实际应用存在较大的问题。

4、因此，在制备合成气的同时达到其他高价值化学品的联产。

技术实现思路

1、本发明基于在解决二氧化碳的中和利用的同时有效提高经济性的技术目的，提供了一种合成气和碳酸氢盐联产系统和联产方法，以二氧化碳和低价值的碱溶液为原料，能够完成合成气和碳酸氢盐的联产和分离，并且实现二氧化碳的有效中和利用。

2、为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：

3、根据本发明的一个方面，提供了一种合成气和碳酸氢盐联产系统，包括气体供给装置、液体循环装置、电解装置和产品收集装置；

4、所述气体供给装置包括co2气源和转子流量计；

5、所述液体循环装置阴极循环泵、阳极循环泵、阴极气液分离罐、阳极气液分离罐、阴极补液泵、阳极补液泵、阴极补液箱、阳极补液箱；所述阴极气液分离罐和所述阴极补液箱中储有去离子水，所述阳极气液分离罐和所述阳极补液箱中储有碱溶液；

6、所述电解装置包括直流电源和电解单元，所述直流电源用于为所述电解单元提供电力能源；所述电解单元包括阴极室、阳极室、离子交换膜；所述阴极室内设有阴极催化电极并储有阴极液体，阴极催化电极用于催化水和co2的还原反应生成合成气，所述阴极液体能够吸收co2并结合溶液中的金属离子，形成碳酸氢盐；所述阳极室内设有阳极催化电极并储有阳极液体，所述阳极催化电极用于催化碱溶液氧化反应生成氧气，所述阳极液体能够被催化发生氧化反应生成氧气；

7、所述产品收集装置包括阴极溢液收集罐、阳极溢液收集罐、烘干装置、碳酸氢盐收集装置、合成气收集装置、氧气收集装置；

8、所述co2气源通过所述转子流量计与所述阴极室的阴极进气口相连接，所述阴极室的阴极进液口通过所述阴极循环泵与所述阴极气液分离罐的出液口相连接；所述阴极循环泵通过另一支路与所述转子流量计与所述阴极进气口之间的管路连通，用于进行co2气体的润湿；所述阴极室的阴极气液出口与所述阴极气液分离罐的进液口相连接；所述阴极补液箱通过所述阴极补液泵与所述阴极气液分离罐的进液口相连接；所述阴极气液分离罐的溢流口与所述阴极溢液收集罐的入口相连接，所述阴极气液分离罐的出气口与所述合成气收集装置相连接；所述阴极溢液收集罐的出口连接所述烘干装置的进口，所述烘干装置的出口与所述碳酸氢盐收集装置相连接；

9、所述阳极室的阳极进液口通过阳极循环泵与所述阳极气液分离罐的出液口相连接，所述阳极室的阳极气液出口与所述阳极气液分离罐的进液口相连接；所述阳极补液箱通过所述阳极补液泵与所述阳极气液分离罐的进液口相连接；所述阳极气液分离罐的溢流口与所述阳极溢液收集罐相连接；所述阳极气液分离罐的出气口与所述氧气收集装置相连接。

10、进一步地，所述阴极催化电极由导电基体和阴极催化剂组成，所述导电基体为泡沫镍、泡沫铜、泡沫锌、碳毡、碳布中的至少一种，所述阴极催化剂为ag、au、zn、cu、ni、fe中的至少一种；所述阳极催化电极为泡沫镍、泡沫铁、泡沫铜、泡沫钴、泡沫银中的至少一种。

11、进一步地，所述阳极溢液收集罐中存有低浓度碱溶液，取出与高浓度碱溶液混合至ph＝5～6mol/l后，能够倒入所述阳极补液箱重复使用。

12、进一步地，所述阴极循环泵与所述阴极室的阴极进液口之间的连接管路上设有压力传感器，所述阳极循环泵与所述阳极进液口之间的连接管路上设有压力传感器。

13、进一步地，所述阴极气液分离罐的溢流口高于其进液口，所述阳极气液分离罐溢流口高于其进液口。

14、根据本发明的另一个方面，提供了一种合成气和碳酸氢盐联产方法，以二氧化碳和低价值的碱溶液为原料，实现合成气和碳酸氢盐的联产，同时实现二氧化碳的中和利用；包括气液体循环过程，电解过程和分离过程：

15、所述气液体循环过程是二氧化碳和阴极液体分别通过转子流量计和阴极循环泵通入电解装置的阴极室内；同时，阳极液体通过阳极循环泵通入电解装置的阳极室内；阴极补液箱通过阴极补液泵向阴极气液分离罐进行液体补充；阳极补液箱通过阴极补液泵和阳极补液泵向阳极气液分离罐进行液体补充；

16、电解过程是通过对电解装置提供直流电，在电解装置的阴极室中，使二氧化碳和阴极液体被催化发生还原反应生成合成气，同时阴极液体吸收部分二氧化碳；在电解装置的阳极室内，阳极液体被催化发生氧化反应生成氧气；

17、分离过程是合成气和吸收了二氧化碳的阴极液体由电解装置的阴极室进入阴极气液分离罐，合成气经分离后收集，液体流进阴极溢液收集罐后，再经过烘干装置的干燥形成碳酸氢盐固体产物；同时，阳极液体和氧气进入阳极气液分离罐，液体流入阳极溢液收集罐进行回收，氧气经分离后收集。

18、优选地，所述阴极气液分离罐中的ph值为8～9，所述阳极气液分离罐中碱溶液的浓度为5～6mol/l。

19、优选地，所述阴极气液分离罐和所述阳极气液分离罐中分别设有加热器和温度传感器，使液体温度为45～55℃。

20、优选地，所述电解装置的电解压力为10kpa-10 mpa，所述电解装置发生反应时的电压为1.8-3.5v。

21、优选地，所述碱溶液为氢氧化钠和氢氧化钾，碱溶液中金属离子的浓度为1-8mol/l。

22、本发明的有益效果是：

23、本发明以较低价值的碱溶液和二氧化碳为原料，实现不同氢气/一氧化碳比例的合成气可控合成；同时，生成具有高价值的氧气和碳酸氢盐等高价值化学品，覆盖反应成本，提高经济价值。另一方面，也能有效实现二氧化碳的转化和利用，环境资源友好。