本发明专利技术涉及一种通用型CO2/CO电催化装置，包括依次相连的阳极模块、还原电堆模块和阴极模块，阴极模块包括在电堆出口处设置有依次连接的止回阀、第一背压阀和第一气液分离单元，第一气液分离单元的液相出口端依次与酸化处理单元和液相产物分离单元相连，第一气液分离单元的气体出口端依次与第一干燥系统和气相产物分离单元相连。本发明专利技术的有益效果是：本发明专利技术可以满足不同催化剂体系下多种产物的分离，从而使得多种阴极催化剂体系都可以使用本发明专利技术的电催化装置。明的电催化装置。明的电催化装置。
【技术实现步骤摘要】
一种通用型CO2/CO电催化装置
[0001]本专利技术涉及能源转化和CO2利用领域，更确切地说，它涉及一种通用型CO2/CO电催化装置。
技术介绍
[0002]目前，多种清洁能源(风能、太阳能、水能、生物质能及地热能等)已经引起了广泛的关注，但由于其各自的特点造成这些能源在利用方式上有很大的局限性，实际应用也受到了很大的限制，如风能和太阳能等能源随天气和周围环境变化的波动性，因此，除了改变能源结构外，能量的储存和转换同样重要，其中，电化学能源转化正扮演着越来越重要的角色。CO2电催化作为能源转化的一类反应，选择合适的催化体系，不仅能有效将CO2还原为高附加值的化工产品，还可以加速碳中和目标的实现。
[0003]现有的CO2电催化系统后处理步骤仅涉及对CO2的简单分离用于回用，其余的产物进行集中式收集额外处理，不会使用在线分离手段，所消耗的时间成本和经济成本高。现有的CO2电催化体系中产物的种类较为复杂，根据主产物的种类可大致分为三类：1)CO，选择的催化剂如Ag,Au,Zn等金属；2)HCOOH，选择的催化剂如Sn,In等金属；3)CH4,C2H4,CO,C2H5OH,CH3COOH以及HCOOH等产物，选择的催化剂以Cu基金属为主。除了上述主产物以外，在CO2电催化还原的电位下会伴随H2O电解析氢的反应，因此，在上述三种体系中除以上产物外，还会有H2的产生。在实际生产过程中，由于不同的CO2电催化体系的产物差异较大，因而不同的催化剂体系的后处理技术不同，一旦涉及到催化剂技术路线的更改，需要对装置进行大幅度的改动。因此，有必要针对多种产物体系设计一套通用性高、成本低及易于操作和维护的电催化装置。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的是克服现有技术中的不足，具体而言需要克服的第一问题是现有的CO2电堆使用离线分离手段，所消耗的时间成本和经济成本高；第二问题为现有的CO2电堆针对不同的催化剂体系所得的产物复杂，设备难以通用。
[0005]为了解决上述问题，提供了一种通用型CO2/CO电催化装置。
[0006]第一方面，提供了一种通用型CO2/CO电催化装置，包括：依次相连的阳极模块、还原电堆模块和阴极模块；
[0007]其中，阴极模块在电堆出口处设置有依次连接的止回阀、第一背压阀和第一气液分离单元。
[0008]通过CO2电堆后紧随的止回阀和背压阀可以在产物聚集到一定程度之后再进行分离处理并且同时防止聚集产物的过程中发生产物的倒流。如果不设置第一背压阀，则在电堆开始工作有产物时第一气液分离单元就开始工作，在电堆工作初期，产物的含量不高，气液分离单元的分离效果不佳且能耗较大；如果不设置止回阀，则在背压阀还未达到打开压力时，产物的聚集会使电堆出口的压力高于电堆入口，造成产物倒流，发生危险。
[0009]进一步地，第一气液分离单元的液相出口端依次与所述酸化处理单元和液相产物分离单元相连，所述第一气液分离单元的气体出口端依次与第一干燥系统和气相产物分离单元相连。
[0010]作为优选，所述气源为CO2或CO，所述气源为CO2时，所述第一气液分离单元的气体出口端与所述第一干燥系统之间还设有CO2吸收罐，所述CO2吸收罐后依次经过CO2再生单元、第二背压阀连接至所述气源。
[0011]进一步地，所述液相产物分离单元至少包含两个分离单元，优选地，所述液相分离单元包含2个、3个、4个分离单元。
[0012]进一步地，所述气相产物分离单元至少包含两个分离单元，优选地，所述气相产物分离单元包含2个、3个、4个分离单元。
[0013]通过设置多个液相产物分离单元和气相产物分离单元能够使用一套系统对多种催化剂体系的后处理产物进行在线分离，得到通用型的CO2装置，使用此种CO2装置，当阴极催化剂为Ag,Au和Zn时，电堆出口的尾气包括CO和未反应完的CO2，此时通过不存在液相产物，通过阀门关闭酸化处理后的液相分离单元，通过阀门保留1个气相分离单元分离产物CO；当银基催化剂为Sn和In时，电堆出口尾气包括HCOOH、H2和未反应完的CO2，也就是包含1种液相产物和2种气相产物，通过阀门保留1个液相分离单元，在气液分离、酸化处理后用于分离HCOOH，通过阀门保留1个第一干燥系统后的气相分离单元，用于分离H2；当阴极催化剂为Cu时，S3中的反应产物包括CH4,C2H4,CO,C2H5OH,CH3COOH,n
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C3H7OH、HCOOH、CO2和H2，也就是包含4种液相产物和5种气体，通过阀门控制保留4个液相分离单元，用于分离C2H5OH,CH3COOH,n
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C3H7OH、HCOOH，通过阀门控制保留4个气相产物分离单元，用于分离CH4,C2H4,CO和H2，也可以兼顾分离的成本，减少分离单元，只将浓度较大的产物进行分离。
[0014]进一步地，CO2吸收罐依次连接CO2再生单元、第二背压阀，与额外的CO2气源并联至气体流量计，气体流量计与CO2电堆阴极入口相连。
[0015]为了保证CO2电堆工作稳定，入口的气体量应该保持稳定，而入口的气体是CO2再生单元与CO2气源并联得到的，且CO2再生单元中的再生速度难以控制，为了保证入口气压稳定需要实时进行两个气路的比例调试。通过设置第二背压阀，使得CO2再生单元中的CO2达到特定气压时与CO2气源混合，也就是第二背压阀的设置，能够控制单次从CO2再生单元中喷出的CO2气压恒定，从而可以控制每次与CO2气源混合的比例、阀开度稳定，进一步减少每次需调节的成本
[0016]进一步地，所述阳极模块包括第二气液分离单元、第一泵系统、阳极储液罐、第二泵系统、第二干燥系统和产物储罐；所述第二气液分离单元的液体出口端依次连接所述第一泵系统、阳极储液罐和第二泵系统；所述第二气液分离单元的气体出口端依次连接所述第二干燥系统和产物储罐；所述还原电堆模块包括直流电源和电堆；所述电堆包括阳极模块电堆入口、阳极模块电堆出口、阴极模块电堆入口和阴极模块电堆出口；所述阳极模块电堆入口与所述第二泵系统相连，所述阳极模块电堆出口与所述第二气液分离单元的入口相连。
[0017]作为优选，所述阳极储液罐中储存有电解质水溶液。
[0018]作为优选，所述第一气液分离单元的气体出口端的产物为氧气。
[0019]作为优选，所述电堆包括阳极腔室和阴极腔室。
[0020]第二方面，提供了一种通用型CO2/CO电催化方法，由第一方面任一所述的通用型CO2/CO电催化装置执行，包括：
[0021]S1、阳极模块向电推模块的阳极腔室通入阳极液，阴极模块向所述电堆模块的模块通入气源；向所述阳极腔室投入第一催化剂，向所述阴极腔室投入第二催化剂；并向所述电堆模块的阴阳极两端施加电压；
[0022]S2、阳极腔室中发生水电解析氧反应，氧气与阳极液共同经阳极模块电堆出口流入第二气液分离单元的入口；阳极液从第二气液分离单元的液体出口端流出，并通过第一泵系统循环回到阳极液储罐；氧气从第二气液分离单元的气体出本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种CO2/CO电催化装置的阴极模块，其特征在于，包括在电堆出口处设置有依次连接的止回阀、第一背压阀和第一气液分离单元，第一气液分离单元的液相出口端依次与酸化处理单元和液相产物分离单元相连，所述第一气液分离单元的气体出口端依次与第一干燥系统和气相产物分离单元相连。2.根据权利要求1所述的一种CO2/CO电催化装置的阴极模块，还包括气体流量计、气源，所述气源通过所述气体流量计连接至阴极模块电堆入口。3.根据权利要求2所述的一种CO2/CO电催化装置的阴极模块，其特征在于，电堆气源为CO2时，所述第一气液分离单元的气体出口端与所述第一干燥系统之间还设有CO2吸收罐，所述CO2吸收罐依次经过CO2再生单元、第二背压阀并联至所述气源。4.根据权利要求1
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3任一项所述的一种CO2/CO电催化装置的阴极模块，所述液相产物分离单元的数量至少为两个，所述气相产物分离单元的数量至少为两个。5.根据权利要求4所述的一种CO2/CO电催化装置的阴极模块，所述液相分离单元的数量为2个、3个或4个，所述气相分离单元的数量为2个、3个或4个。6.一种CO2/CO电催化装置，其特征在于，包括：依次相连的阳极模块、还原电堆模块和阴极模块，所述阴极模块为权利要去1
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4中任一项所述的阴极模块；其中，所述阳极模块包括第二气液分离单元、第一泵系统、阳极储液罐、第二泵系统、第二干燥系统和产物储罐；所述第二气液分离单元的液体出口端依次连接所述第一泵系统、阳极储液罐和第二泵系统；所述第二气液分离单元的气体出口端依次连接所述第二干燥系统和产物储罐；所述还原电堆模块包括直流电源和电堆；所述电堆包括阳极模块电堆入口、阳极模块电堆出口、阴极模块电堆入口和阴极模块电堆出口；所述阳极模块电堆入口与所述第二泵系统相连，所述阳极模块电堆出口与所述第二气液分离单元的入口相连。7.一种通用型CO2/CO电催化方法，其特征在于，由权利要求6所述的CO2/CO电催化装置执行，包括：S1、阳极模块向电推模块的阳极腔室通入阳极液，阴极模块向所述电堆模块的模块通入气源；向所述阳极腔室投入第一催化剂，向所述阴极腔室投入第二催化剂；并向所述电堆模块的阴阳极两端施加电压；S2、阳极腔室中发生水电解析氧反应，氧气与阳极液共同经阳极模块电堆出口流入第二气液分离单元的入口；阳极液从第二气液分离单元的液体出口端流...
【专利技术属性】
技术研发人员：贺凡，祁志福，骆周扬，程子业，
申请(专利权)人：浙江浙能技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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