本发明专利技术提出一种电催化耦合生物催化反应集成化装置，包括电催化反应器系统、生物催化反应器系统和连续反应控制系统，所述连续反应控制系统通过管路上设置的电磁阀来调节和控制电催化反应器系统的物料进口压力、电催化反应器系统阴极生成的混合碳源的循环次数、CO2气体和电解液的添料流量和通入生物催化反应器系统混合碳源的添料流量，从而实现电催化耦合合成生物催化反应集成装置连续有效进行电催化反应并生成终端产物。该装置通过设置控制装置及控制系统，进行反应过程控制，实现反应液高效循环使用，大大提高了集成装置的反应效率，实现部分替代工程化大设备的效果，便于大规模推广应用。规模推广应用。规模推广应用。
【技术实现步骤摘要】
电催化耦合生物催化反应集成装置及CO2利用的方法
[0001]本专利技术具体涉及一种电催化耦合生物催化反应集成装置及CO2利用的方法。
技术介绍
[0002]作为21世纪最艰巨的挑战之一，温室效应导致全球气候变暖和海平面上升，严重威胁着人类和其他物种的生存空间。作为主要的温室气体，减少CO2排放被公认为是缓解或避免温室效应最直接的举措。为应对气候变化问题，开发高效稳定经济环保的减排技术具有十分重要的意义。
[0003] 目前，减少碳排放主要有两种途径，一是转型能源结构，以低碳或零碳的可再生能源代替化石能源，其中以氢能为主，但因其高昂的成本与氢气储运安全性的问题，氢能的发展也任重道远。二是发展碳捕获、利用与封存（CCUS, Carbon Capture，Utilization and Storage）技术，将排放的CO2进行收集和捕获并加以资源化利用，转化为高附加值的燃料和化学产品，这样不仅能够实现碳减排，而且还能缓解温室效应和能源危机。
[0004]碳捕获封存与利用技术当中，CO2的利用技术至为关键。目前，CO2利用的方式主要有驱油、化学利用、生物利用、地质利用等方式，其中以驱油为主，采用这种方式可以就地利用，管道运输也方便，但是应用领域局限，主要是石油领域，并且利用价值有限。
[0005]化学利用可分为光催化、热催化和电催化。光催化转化效率低，受天气影响比较大，稳定性差。热催化主要涉及加氢反应，需要氢气作为氢源，通常具有较高的成本。相对而言，电催化过程中水就可以作为氢源。迄今为止，电催化二氧化碳还原成一碳产品已经取得了不错的进展，但是对高附加值的二碳以上的产品却缺乏选择性。而生物转化具有独特高效的底物选择性，反应条件温和，但是其不足之处便是反应周期较长，影响其产业化进程。为此，开发高效快速、高稳定性和高选择性的CO2资源化利用技术和设备具有深刻的意义。
[0006]本专利技术专利技术人长期致力于电化学催化和生物催化的相关研究，首创电催化和生物催化一体化的电合成体系，通过电催化高效快速地还原CO2合成生物反应的液体前驱体，再利用具有高选择性的菌种强化体系对于高附加值二碳产品的催化转化能力，并且在专利申请中202210281897.4已经公开了基于该技术开发的电化学联动合成生物发酵系统。
[0007]然而现有的这种电化学联动合成生物发酵系统通常是工程化设备，体积大，安装不便，投资成本高，开发小型化、集成式、可移动便携设备是行业发展的一个方向。
[0008]与大型工程设备相比，集成化设备由于体积小，内部构成一个自循环体系，必须施加控制系统对体系内的设备进行控制，实现连续循环电催化并耦合合成生物发酵体系，进而提高整个设备的利用效率，如何有针对性的实现集成化设备中的电化学装置和合成生物发酵装置控制联动，从而最优的控制电催化反应和生物发酵反应，实现反应的最优效率是亟待解决的问题。
技术实现思路
[0009]本专利技术的目的是提供一种电催化耦合生物催化反应集成装置，通过在集成装置中
设置控制装置及控制系统，进行反应过程控制，实现反应液高效循环使用，大大提高了集成装置的反应效率，实现部分替代工程化大设备的效果，便于大规模推广应用。
[0010]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种电催化耦合生物催化反应集成装置，其包括电催化反应器系统、生物催化反应器系统和连续反应控制系统，所述连续反应控制系统通过管路上设置的电磁阀来调节和控制电催化反应系统的物料进口压力、电催化反应器系统阴极生成的混合碳源的循环次数、CO2气体和电解液的添料流量和通入生物催化反应器系统混合碳源的添料流量，从而实现电催化耦合生物催化反应集成装置连续有效进行电催化反应并生成终端产物。
[0011]其中，所述电催化反应器系统包括CO2反应器、CO2气体供给装置、阴极电解液供给装置和阳极电解供给装置，CO2气体供给装置、阴极电解液供给装置和阳极电解供给装置各自通过管路连接到CO2反应器的进料口，通过在管路上设置的电磁阀、压力传感器和流量传感器来控制和监控CO2气体的进料流量和压力，阳极电解液和阴极电解液的进料流量和压力，控制电催化反应效率和电能利用效率。
[0012]其中，所述的阴极电解液供给装置包括阴极储液罐、第一输送泵、第三电磁阀、第二流量传感器、第三压力传感器和连接管路，阴极储液罐通过连接管路与第一输送泵连接，第一输送泵通过连接管路连接到CO2反应器上，在该段连接管路上依次设置第三电磁阀、第三压力传感器、第二流量传感器。
[0013] 其中，所述阳极电解液供给装置包括阳极储液罐、第二输送泵、第五电磁阀、第四压力传感器、第三流量传感器和连接管路, 阳极储液罐通过连接管路与第二输送泵连接，第二输送泵通过连接管路连接到CO2反应器上，在该段连接管路上依次设置第五电磁阀、第四压力传感器和第三流量传感器。
[0014]其中，所述的CO2气体供给装置包括了储气罐、第一减压阀、第一压力传感器、第一电磁阀、第二压力传感器、第一流量传感器和连接管路，储气罐通过连接管路连接到第一减压阀，第一减压阀通过连接管路连接到第一电磁阀，在该段管路上设置第一压力传感器，第一电磁阀通过管路连接到CO2反应器，在该段管路上设置有第二压力传感器和第一流量传感器。
[0015]其中，通过CO2反应器与阴极电解液供给装置以及CO2气体供给装置之间的管路上设置的压力压力传感器检测阴极电解液进口压力与CO2气体进口压力，并通过调节电磁阀，提高电化学催化的法拉第效率。
[0016]其中，通过CO2反应器与阴极电解液供给装置以及阳极电解液供给装置之间的管路上设置的压力传感器检测阴极电解液进口压力与阳极电解液进口压力，并通过调节电磁阀，控制CO2反应器中离子交换膜两侧的压力平衡。
[0017]其中，所述生物反应器系统包括生物反应器物料供给装置、发酵罐和发酵产物收集装置，CO2反应产物和生物反应器物料供给装置中的补充物料进入到发酵罐中进行发酵反应，反应产物通过发酵产物收集装置收集。
[0018]其中，通过在所述的发酵罐三个进料口设置流量传感器检测送入发酵罐中的反应液流量，并通过生物反应器物料供给装置的控制台进行调节，从而控制发酵效率。
[0019]本专利技术还提供一种采用上述电催化耦合合成生物发酵集成化装置进行CO2资源化利用的方法，其包括：
第一步，供料，在连续反应控制系统的调控下，控制电化学反应反应物的添加速度；第二步，电化学反应，控制CO2反应器的压力以及反应产物的循环次数，获得生物发酵所需要的反应物浓度，并提高电催化反应效率；第三步，生物发酵反应。
[0020]本专利技术的有益效果：本专利技术提供一种电催化耦合生物催化反应集成装置，通过在集成装置中设置控制装置及控制系统，进行反应过程控制，实现反应液高效循环使用，大大提高了集成装置的反应效率，实现部分替代工程化大设备的效果，便于大规模推广应用。
附图说明
[0021] 图1 本专利技术提供的电催化耦合生物催化反应集成装置的整体示意图；图2 本专利技术提本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种电催化耦合合成生物催化反应集成装置，其特征在于：包括电催化反应器系统、生物催化反应器系统和连续反应控制系统，所述连续反应控制系统通过管路上设置的电磁阀来调节和控制电催化反应系统的物料进口压力、电催化反应器系统阴极生成的混合碳源的循环次数、CO2气体和电解液的添料流量和通入生物催化反应器系统混合碳源的添料流量，从而实现电催化耦合合成生物催化反应集成装置连续有效进行电催化反应并生成终端产物。2.如权利要求1所述电催化耦合合成生物催化反应集成装置，其特征在于：所述电催化反应器系统包括CO2反应器、CO2气体供给装置、阴极电解液供给装置和阳极电解供给装置，CO2气体供给装置、阴极电解液供给装置和阳极电解供给装置各自通过管路连接到CO2反应器的进料口，通过在管路上设置的电磁阀、压力传感器和流量传感器来控制和监控CO2气体的进料流量和压力，阳极电解液和阴极电解液的进料流量和压力，控制电催化反应效率和电能利用效率。3.如权利要求1或2所述电催化耦合合成生物催化反应集成装置，其特征在于：所述的阴极电解液供给装置包括阴极储液罐、第一输送泵、第三电磁阀、第二流量传感器、第三压力传感器和连接管路，阴极储液罐通过连接管路与第一输送泵连接，第一输送泵通过连接管路连接到CO2反应器上，在该段连接管路上依次设置第三电磁阀、第三压力传感器、第二流量传感器。4. 如权利要求1或2所述电催化耦合合成生物催化反应集成装置，其特征在于：所述阳极电解液供给装置包括阳极储液罐、第二输送泵、第五电磁阀、第四压力传感器、第三流量传感器和连接管路, 阳极储液罐通过连接管路与第二输送泵连接，第二输送泵通过连接管路连接到CO2反应器上，在该段连接管路上依次设置第五电磁阀、第四压力传感器和第三流量传感器。5.如权利要求1或2所述电催化耦合合成生物催化反应集成装置，其特征在于：所述的CO2气体供给装置包括了储气罐、第一减压阀、第...
【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，周明新，张小明，
申请(专利权)人：深圳中科翎碳生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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