本发明专利技术公开了一种具有自清洗功能的二氧化碳电催化装置，包括控制模块、清洗模块、检测模块和至少两个电解模块，每个电解模块的气路结构的进气端通过进气侧三通阀分别连接二氧化碳气源和清洗模块，气路结构的出气端通过出气侧三通阀分别连接检测模块和清洗液回收装置；清洗模块包括酸性清洗液供应源、清水供应源、氮气气源和电控四通阀、检测模块包括与电解模块一一对应的气体分析仪器，酸性清洗液供应源、清水供应源和氮气气源分别连接到电控四通阀的三个进口端，各个电解模块的气路结构并联连接到电控四通阀的出口。本发明专利技术实现通过电解模块在工作状态和清洗状态的在线自动切换，由此结合在线清洗的清洗系统。由此结合在线清洗的清洗系统。由此结合在线清洗的清洗系统。
【技术实现步骤摘要】
一种具有自清洗功能的二氧化碳电催化装置
[0001]本专利技术属于电催化
，具体涉及一种具有自清洗功能的二氧化碳电催化装置。
技术介绍
[0002]CO2电催化还原制备合成气是CO2资源化利用实现碳中和的有效途径之一，其中气体扩散电极(GDE)技术可以突破气体溶解度限制，在二氧化碳电还原领域逐渐兴起。使用中性或碱性介质并结合气体扩散电极设计的膜电极电解槽在工作时可以实现百毫安级电流密度，达到实用水平。其电解单元由阴极一侧到阳极一侧依次包括有阴极板、工作电极(阴极)、碱性离子交换膜、对电极(阳极)和阳极板，工作电极和对电极上涂布有催化剂实现电催化还原反应、阴极板和阳极板二者内侧相对，同时二者的内侧分别设有对应的阴极流道和阳极流道，前者用于通入C02气体而后者用于通入反应用的电解液。
[0003]采用上述结构的电催化装置进行二氧化碳电催化还原反应时，电解液中的少量K
+
等阳离子会通过离子交换膜进入阴极区域，而该技术中阴极区域没有电解液，因此会形成碳酸钾、碳酸氢钾等盐结晶，析出的盐结晶附着在阴极板和工作电极上，影响气体流动和工作电极表面的有效催化面积，从而降低二氧化碳的催化还原反应效率。现有技术大多是将具有析盐问题的电解装置拆卸，再取出阴极板和工作电极进行清洗处理。这样不仅拆卸和清洗过程繁琐耗时，而且多次拆卸清洗容易损坏工作电极表面的催化层或造成装置的其他部件损坏，减少了电催化装置的使用寿命。最后现有技术没有将上述析盐问题的检测判断和电催化装置的清洗、恢复运行结合起来实现自动化运行，不仅难以及时发现反应效率的问题，导致装置以较低效率运行，也无法及时清洗装置并恢复装置运行，导致电催化装置的整体工作效率较低，同时反应过程的监测和装置的清洗拆装方面也耗费了操作者较多精力。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的是提供基于一种具有自清洗功能的二氧化碳电催化装置，用于解决现有技术中电解单元内阴极区域的析盐问题难以在不停止二氧化碳反应和不拆卸电解模块的情况下进行清洗，以及无法自动化完成清洗及电解模块在清洗状态和正常工作状态转换的技术问题，从而克服整个清洗拆装过程需要复杂的人工操作、耗时长、易损伤装置部件、并且整个装置无法实现二氧化碳还原处理的持续工作的缺陷。
[0005]所述的一种具有自清洗功能的二氧化碳电催化装置，包括控制模块、清洗模块、检测模块和至少两个电解模块，每个电解模块的气路结构的进气端通过进气侧三通阀分别连接二氧化碳气源和清洗模块，所述气路结构的出气端通过出气侧三通阀分别连接检测模块和清洗液回收装置，每个电解模块的液路结构两端分别连接电解液供应源和输出液体产物的管路；所述清洗模块包括酸性清洗液供应源、清水供应源、氮气气源和电控四通阀、所述检测模块包括与电解模块一一对应的气体分析仪器，所述酸性清洗液供应源、所述清水供
应源和所述氮气气源分别连接到所述电控四通阀的三个进口端，各个电解模块的气路结构并联连接到所述电控四通阀的出口，所述控制模块用于接收各个气体分析仪器的检测数据并判定各个电解模块是否进行清洗，根据判定结果和清洗反馈信号控制所述进气侧三通阀、所述出气侧三通阀实现对应电解模块在工作状态和清洗状态间的转换，以及在清洗状态下控制清洗模块完成清洗过程。
[0006]优选的，每个电解模块包括采用GDE技术的电解单元、进气管、出气管、进液管、出液管和相应的供电电路，所述电控四通阀的出口端连接清洗总管，若干清洗支管并联连接到所述清洗总管的出口，每个电解模块的进气管对应连接有一个进气侧三通阀的出口端，若干二氧化碳支管并联连接到所述二氧化碳气源，所述二氧化碳支管和所述清洗支管一一对应，每个进气侧三通阀的两个进口端分别连接到一个二氧化碳支管和一个清洗支管，每个出液管分别连接到对应的一个出气侧三通阀的进口端，每个出气侧三通阀的两个出口端分别连接到对应的气体分析仪器和对应的清洗液回收管，所述气体分析仪器连接有气体产物输出管输出气体产物，所述清洗液回收管连接到清洗液回收装置，所述进液管连接电解液供应源并设有进液开关阀，所述出液管向外输出液体产物和氧气并设有出液开关阀。
[0007]优选的，所述控制模块包括检测判断单元、通路切换单元和清洗控制单元。
[0008]所述检测判断单元，用于接收气体分析仪器输出的数据，计算一氧化碳与二氧化碳的浓度比值并与设定阈值比较，并用于在所述浓度比值低于设定比值时判定相应气体分析仪器对应的电解模块需要转换为清洗状态，输出判定结果。
[0009]所述通路切换单元，用于根据判定结果和清洗反馈信号通过进气侧三通阀和出气侧三通阀改变对应电解模块的气路结构，同时控制相应电解模块的供电电路的通断，以及通过进液开关阀和出液开关阀控制对应电解模块的液路结构的开闭，由此实现相应电解模块在工作状态和清洗状态间的切换。
[0010]所述清洗控制单元，用于在通路切换完成后依次开闭清洗液阀门、清水阀门和氮气阀门，并控制电控四通阀依次选择对应的进口端打开，实现向处于清洗状态的电解模块的气路结构中依次输入酸性清洗液、清水和氮气的效果，并在完成清洗后向所述通路切换模块发送清洗反馈信号。
[0011]优选的，所述电解模块为复极式电解槽并包括若干个电解单元，同一电解模块中的各个电解单元并联连接到该电解模块的气路结构和液路结构中，同时各个电解单元串联连接到该电解模块的供电电路中。
[0012]优选的，所述酸性清洗液供应源、所述清水供应源和所述氮气气源分别对应设有清洗液阀门、清水阀门和氮气阀门，所述清洗液阀门、清水阀门和氮气阀门采用开关阀和/或流量调节阀，所述清洗液阀门、清水阀门和氮气阀门均受控制模块控制。
[0013]优选的，两个电解模块的出液管并联连接到液体产物总管，所述液体产物总管连接到气液分离器的进口，所述气液分离器的气路出口和液路出口分别向外输出氧气和液体产物。
[0014]优选的，所述二氧化碳电催化装置在运行过程中的清洗方法包括下列步骤：
[0015]步骤一、采集检测数据，气体分析仪器检测得到相应电解模块输出的气体产物中一氧化碳与二氧化碳的浓度数据，并将这些浓度数据输送到检测判断单元；
[0016]步骤二、判定各个电解模块是否需要进行清洗，所述检测判定单元接收到的浓度
数据，分别计算各个电解模块输出的一氧化碳与二氧化碳的浓度比值，当一氧化碳与二氧化碳的浓度比值低于设定阈值时，判定对应电解模块需要进行清洗，完成所有电解模块的判定后将结果汇集为最终的判定结果输出到通路切换单元；
[0017]步骤三、控制通路切换将相应电解模块从工作状态转换为清洗状态，通路切换单元根据判定结果确定需要转换为清洗状态的电解模块，打开对应电解模块连接到清洗模块和清洗液回收装置的通路，关闭对应电解模块到二氧化碳气源和气体分析仪器的通路，同时关闭对应的供电电路、进液开关阀和出液开关阀，停止对应电解模块的运行，向清洗控制单元输出信号；
[0018]步骤四、清洗对应电解模块的阴极区域，清洗控制单元接收到通路切换单元的信号后，按酸性电解液供应本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种具有自清洗功能的二氧化碳电催化装置，其特征在于：包括控制模块、清洗模块、检测模块和至少两个电解模块，每个电解模块的气路结构的进气端通过进气侧三通阀分别连接二氧化碳气源和清洗模块，所述气路结构的出气端通过出气侧三通阀分别连接检测模块和清洗液回收装置，每个电解模块的液路结构两端分别连接电解液供应源和输出液体产物的管路；所述清洗模块包括酸性清洗液供应源、清水供应源、氮气气源和电控四通阀(7)、所述检测模块包括与电解模块一(8)一对应的气体分析仪器，所述酸性清洗液供应源、所述清水供应源和所述氮气气源分别连接到所述电控四通阀(7)的三个进口端，各个电解模块的气路结构并联连接到所述电控四通阀(7)的出口，所述控制模块用于接收各个气体分析仪器的检测数据并判定各个电解模块是否进行清洗，根据判定结果和清洗反馈信号控制所述进气侧三通阀、所述出气侧三通阀实现对应电解模块在工作状态和清洗状态间的转换，以及在清洗状态下控制清洗模块完成清洗过程。2.根据权利要求1所述的一种具有自清洗功能的二氧化碳电催化装置，其特征在于：每个电解模块包括采用GDE技术的电解单元(11)、进气管、出气管、进液管、出液管和相应的供电电路，所述电控四通阀(7)的出口端连接清洗总管，若干清洗支管并联连接到所述清洗总管的出口，每个电解模块的进气管对应连接有一个进气侧三通阀的出口端，若干二氧化碳支管并联连接到所述二氧化碳气源，所述二氧化碳支管和所述清洗支管一一对应，每个进气侧三通阀的两个进口端分别连接到一个二氧化碳支管和一个清洗支管，每个出液管分别连接到对应的一个出气侧三通阀的进口端，每个出气侧三通阀的两个出口端分别连接到对应的气体分析仪器和对应的清洗液回收管，所述气体分析仪器连接有气体产物输出管输出气体产物，所述清洗液回收管连接到清洗液回收装置，所述进液管连接电解液供应源并设有进液开关阀，所述出液管向外输出液体产物和氧气并设有出液开关阀。3.根据权利要求2所述的一种具有自清洗功能的二氧化碳电催化装置，其特征在于：所述控制模块包括检测判断单元、通路切换单元和清洗控制单元，所述检测判断单元，用于接收气体分析仪器输出的数据，计算一氧化碳与二氧化碳的浓度比值并与设定阈值比较，并用于在所述浓度比值低于设定比值时判定相应气体分析仪器对应的电解模块需要转换为清洗状态，输出判定结果；所述通路切换单元，用于根据判定结果和清洗反馈信号通过进气侧三通阀和出气侧三通阀改变对应电解模块的气路结构，同时控制相应电解模块的供电电路的通断，以及通过进液开关阀和出液开关阀控制对应电解模块的液路结构的开闭，由此实现相应电解模块在工作状态和清洗状态间的切换；所述清洗控制单元，用于在通路切换完成后依次开闭清洗液阀门、清水阀门和氮气阀门，并控制电控四通阀(7)依次选择对应的进口端打开，实现向处于清洗状态的电解模块的气路结构中依次输入酸性清洗液、清水和氮气的效果，并在完成清洗后向所述通路切换模块发送清洗反馈信号。4.根据权利要求1所述的一种具有自清洗功能的二氧化碳电...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐晓亮，晋川川，马明，陈奇，
申请(专利权)人：三碳安徽科技研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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