一种电解CO2溶液制备碳氢燃料的方法及系统

本发明涉及二氧化碳还原，具体涉及一种电解co2溶液制备碳氢燃料的方法及系统。

背景技术：

1、化石能源的使用极大促进了人类文明的发展，但化石能源的过度使用会造成co2的过度排放，这导致了严重的生态环境问题，随着全球环境危机的加剧，减少co2排放已成为国际共识。在许多co2利用技术中，电化学还原co2技术(electrochemical of co2reduction reaction，co2rr)，因为其反应条件温和，碳类产物选择性高，并且能够与“弃风、弃光、弃水”等可再生能源的消纳相结合，近年来受到了越来越多的研究学者的关注。

2、目前，电化学还原co2技术的主流技术方案是采用碱性体系mea反应器加气体扩散电极的方式以实现碳类产物的大电流密度，但此类方法的水淹及盐结晶现象成为制约其稳定性上升的主要问题，对于碱性mea反应体系，co2还原的稳定性大多不超过二十个小时。因此近年来出现了以电解溶解的co2为主的技术类型，但是目前电解溶解co2的关键瓶颈问题在于co2在水中的溶解度较低，且其传质速度不如气相co2。

3、近年来，研究者尝试对水中的co2进行加压以提高溶解的co2浓度，但是目前现有的加压还原系统是在单腔室封闭系统中进行，单腔室系统的使用不利于产物的排出与收集，并且co2的传质速度受到压力的制约。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明提出一种电解co2溶液制备碳氢燃料的方法及系统，以解决单腔室不利于产物排出与收集的问题。

2、为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种电解co2溶液制备碳氢燃料的方法，包括以下步骤：

3、将含有co2的气体在密闭容器内与碳酸氢盐溶液接触，产生co2捕集液；

4、将co2捕集液送入流动型电解槽进行还原反应，得到碳氢燃料；

5、在气体与碳酸氢盐溶液接触和co2捕集液还原反应的过程中，保持对密闭容器内气体和电解槽内co2捕集液的压力。

6、进一步地，所述碳酸氢盐溶液包括碳酸氢钾溶液、碳酸氢钠溶液、碳酸氢铯溶液或碳酸氢锂溶液中的至少一种，所述碳酸氢盐溶液的摩尔浓度为0.1～2.5mol/l。

7、进一步地，所述密闭容器内绝对压力为1～100atm，所述气体中co2的分压为1～100atm。

8、进一步地，所述电解槽包括阳极室和阴极室，所述阳极室内通入碱性溶液，阴极室内通入co2捕集液。

9、进一步地，所述碱性溶液包括氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化铯、氢氧化锂中的至少一种，所述碱性溶液的摩尔浓度为0.1～10mol/l。

10、进一步地，所述电解槽的阴极和阳极之间设有阳离子交换膜或阴离子交换膜。

11、进一步地，所述电解槽的阴极极板和阳极极板内部流道为平行、蛇形、交指、网状或点状中的一种或多种。

12、上述一种电解co2溶液制备碳氢燃料的方法的有益效果是：

13、(1)电解溶解的co2解决了碱性mea反应体系中存在盐结晶和水淹的问题。

14、(2)先在密闭容器内对co2加压，提高了co2的溶解度和浓度，再将捕集液通入到流动式反应器的电解槽，更利于产物的产出和收集，也促进了co2的传输，提升了碳类产物电流密度与产物法拉第效率。

15、(3)电解槽的电能来源与可再生资源的“弃风、弃光、弃水”现象相结合，是对储能技术方案的有益补充。

16、一种电解co2溶液制备碳氢燃料的系统，用于上述任一所述的方法，包括捕集塔、电解槽和背压阀，所述捕集塔与电解槽连接，所述背压阀与电解槽连接。

17、进一步地，所述捕集塔内设有搅拌装置。

18、进一步地，还包括气液分离器和储气罐，所述气液分离器通过背压阀与电解槽连接，所述捕集塔和储气罐均与气液分离器连接。

技术特征：

1.一种电解co2溶液制备碳氢燃料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种电解co2溶液制备碳氢燃料的方法，其特征在于：所述碳酸氢盐溶液包括碳酸氢钾溶液、碳酸氢钠溶液、碳酸氢铯溶液或碳酸氢锂溶液中的至少一种，所述碳酸氢盐溶液的摩尔浓度为0.1～2.5mol/l。

3.根据权利要求1所述的一种电解co2溶液制备碳氢燃料的方法及系统，其特征在于：所述密闭容器内绝对压力为1～100atm，所述气体中co2的分压为1～100atm。

4.根据权利要求1所述的一种电解co2溶液制备碳氢燃料的方法，其特征在于：所述电解槽包括阳极室和阴极室，所述阳极室内通入碱性溶液，阴极室内通入co2捕集液。

5.根据权利要求4所述的一种电解co2溶液制备碳氢燃料的方法，其特征在于：所述碱性溶液包括氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化铯、氢氧化锂中的至少一种，所述碱性溶液的摩尔浓度为0.1～10mol/l。

6.根据权利要求4所述的一种电解co2溶液制备碳氢燃料的方法，其特征在于：所述电解槽的阴极和阳极之间设有阳离子交换膜或阴离子交换膜。

7.根据权利要求6所述的一种电解co2溶液制备碳氢燃料的方法，其特征在于：所述电解槽的阴极极板和阳极极板内部流道为平行、蛇形、交指、网状或点状中的一种或多种。

8.一种电解co2溶液制备碳氢燃料的系统，用于权利要求1-7任一所述的方法，其特征在于：包括捕集塔、电解槽和背压阀，所述捕集塔与电解槽连接，所述背压阀与电解槽连接。

9.根据权利要求8所述的一种电解co2溶液制备碳氢燃料的系统，其特征在于：所述捕集塔内设有搅拌装置。

10.根据权利要求8所述的一种电解co2溶液制备碳氢燃料的系统，其特征在于：还包括气液分离器和储气罐，所述气液分离器通过背压阀与电解槽连接，所述捕集塔和储气罐均与气液分离器连接。

技术总结
本发明公开了一种电解CO<subgt;2</subgt;溶液制备碳氢燃料的方法及系统，方法包括以下步骤：将含有CO<subgt;2</subgt;的气体在密闭容器内与碳酸氢盐溶液接触，产生CO<subgt;2</subgt;捕集液；将CO<subgt;2</subgt;捕集液送入流动型电解槽进行还原反应，得到碳氢燃料；在气体与碳酸氢盐溶液接触和CO<subgt;2</subgt;捕集液电化学转换的过程中，保持对密闭容器内气体和电解槽内CO<subgt;2</subgt;捕集液的压力。使用上述一种电解CO<subgt;2</subgt;溶液制备碳氢燃料的方法，先在密闭容器内对CO<subgt;2</subgt;加压，提高了CO<subgt;2</subgt;的溶解度和浓度，再将捕集液通入到流动式反应器的电解槽，更利于产物的产出和收集，也促进了CO<subgt;2</subgt;的传输，提升了碳类产物电流密度与产物法拉第效率。

技术研发人员：付乾,廖强,马龙,张石磊,李俊,张亮,朱恂
受保护的技术使用者：重庆大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31