一种碳还原装置及方法制造方法及图纸

本申请提出一种碳还原装置及方法，其中碳还原装置包括固体吸附层

【技术实现步骤摘要】
一种碳还原装置及方法


[0001]本申请涉及减碳
，尤其涉及一种碳还原装置及方法
。

技术介绍

[0002]随着双碳目标的提出，二氧化碳的捕集和利用受到越来越多的关注
。
直接从空气中捕集二氧化碳的方法不受地域和碳来源的限制，是一种极具前景的捕集技术
。
但是，直接空气碳捕集过程由于二氧化碳含量低，存在着能耗高
、
捕集效率低的问题，碳捕集后的封存也具有一定困难
。
[0003]碳捕集后的封存和利用也是减碳的关键课题
。
封存的二氧化碳不能形成效益，将二氧化碳转化为有价值的产品加以利用，形成碳循环，是更加可持续的减碳策略
。
利用电化学法将二氧化碳还原为有机产品，具有环境友好
、
简单易行的优点，但是，电化学法碳还原往往面临着转换效率低
、
选择性低的缺点
。
另外，在水系电化学碳还原中，由于阴离子交换隔膜的存在，增加了系统的成本
。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本申请的一个目的在于提供一种碳还原装置，通过直接从空气中吸收二氧化碳
、
并进行原位电化学转化，避免了空气干燥的成本；原位碳还原转化也使捕集的浓差驱动增强，有助于提高捕集效率；此外，在电解单元内实现空气中二氧化碳向有价值产品的直接转化，避免了碳封存的成本
。
[0005]本申请的另一个目的在于提供一种碳还原方法
。
[0006]为实现上述目的，本申请的第一方面实施例提出一种碳还原装置，包括：
[0007]固体吸附层，所述固体吸附层用于吸附空气中的二氧化碳，所述固体吸附层具有相对设置的第一侧和第二侧；
[0008]供热板，所述供热板设在所述第一侧，用于为所述固体吸附层脱附二氧化碳提供热量；
[0009]电解单元，所述电解单元安装在所述第二侧，用于电解还原所述固体吸附层脱附的二氧化碳
。
[0010]在一些实施例中，所述固体吸附层的吸附材料包括固体胺吸附剂
、
金属
‑
有机框架材料中的至少一种
。
[0011]在一些实施例中，所述固体吸附层的厚度为
0.1
‑
1mm。
[0012]在一些实施例中，所述固体吸附层还具有用于进入二氧化碳被吸附前空气的进气侧和用于排出二氧化碳被吸附后空气的出气侧，所述进气侧和所述出气侧均与所述第一侧和所述第二侧垂直设置
。
[0013]在一些实施例中，所述进气侧和所述出气侧相对设置
。
[0014]在一些实施例中，所述进气侧连接有用于驱动二氧化碳被吸附前空气强制流动经过所述固体吸附层的鼓风装置
。
[0015]在一些实施例中，所述鼓风装置的鼓风量使二氧化碳被吸附前空气在所述固体吸附层内的传递速度为4‑
10m/s。
[0016]在一些实施例中，所述进气侧设有进气口，所述进气口处设有气体分布器
。
[0017]在一些实施例中，所述固体吸附层与所述供热板紧密贴合
。
[0018]在一些实施例中，所述供热板为太阳能集热板
、
电加热板或平板换热器中的一种
。
[0019]在一些实施例中，所述供热板为太阳能集热板，所述太阳能集热板包括依次设置的太阳能吸收材料层和密封层；所述太阳能吸收材料层紧邻所述固体吸附层
。
[0020]在一些实施例中，所述太阳能吸收材料层的材料包括氧化钛
、
氧化铝
、
氧化硼
、
钙钛矿薄膜中的至少一种
。
[0021]在一些实施例中，所述太阳能吸收材料层的厚度为2‑
10
μ
m。
[0022]在一些实施例中，所述密封层的材料包括聚二甲基硅氧烷
、
聚甲基丙烯酸甲酯
、
聚碳酸酯
、
聚丙烯
、
聚氯乙烯中的至少一种
。
[0023]在一些实施例中，所述密封层的厚度为1‑
2mm。
[0024]在一些实施例中，所述电解单元为无隔膜电解池
。
[0025]在一些实施例中，所述电解单元包括电解池本体以及设在电解池本体内的阴极
、
阳极和电解液；所述电解池本体为一侧开口的容器，且其开口一侧端部密封连接所述固体吸附层的第二侧表面
。
[0026]在一些实施例中，所述电解液的液面接触所述固体吸附层的第二侧表面
。
[0027]在一些实施例中，所述电解液为碱性电解液
。
[0028]在一些实施例中，所述电解液中含有阳极反应的底物
。
[0029]在一些实施例中，所述阴极紧邻所述固体吸附层，所述阴极远离所述固体吸附层一侧设有所述阳极
。
[0030]在一些实施例中，所述阴极为二氧化碳还原反应电极
。
[0031]在一些实施例中，所述阳极为金属氧化物基电极
。
[0032]为达到上述目的，本申请的第二方面实施例提供了一种碳还原的方法，包括：
[0033]固体吸附层从空气中吸附二氧化碳；
[0034]被所述固体吸附层吸附的二氧化碳受热后脱附；
[0035]脱附后的二氧化碳进入电解池被电解液吸收，随后发生碳还原反应
。
[0036]在一些实施例中，所述碳还原的方法，还包括：在所述碳还原反应过程中向反应体系中补充电解液
。
[0037]本申请碳还原的装置，至少具有以下有益效果：
[0038]1、
利用固体吸附进行空气碳捕集，并且无需进行空气干燥
。
[0039]2、
在电解单元中实现二氧化碳消耗，给气体吸附形成驱动力，协同增强工艺效率
。
[0040]3、
通过电解液和阴极
、
阳极
、
反应底物的设置，使电解单元中发生不同类型的碳还原反应，从而实现多样化的应用途径
。
[0041]4、
利用太阳能集热板等供热板给固体吸附层提供解吸热，绿色环保
。
[0042]5、
电解单元采用无隔膜电解池，相比现有具有阴离子交换隔膜的水系电化学碳还原，可以进一步降低碳还原的成本
。
[0043]6、
电解单元进行碳还原的电的来源可以是光伏发电
、
风电等清洁能源
。
[0044]本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到
。
附图说明
[0045]本申请上述的和
/
或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种碳还原装置，其特征在于，包括：固体吸附层，所述固体吸附层用于吸附空气中的二氧化碳，所述固体吸附层具有相对设置的第一侧和第二侧；供热板，所述供热板设在所述第一侧，用于为所述固体吸附层脱附二氧化碳提供热量；电解单元，所述电解单元安装在所述第二侧，用于电解还原所述固体吸附层脱附的二氧化碳
。2.
根据权利要求1所述的碳还原装置，其特征在于，所述固体吸附层的吸附材料包括固体胺吸附剂
、
金属
‑
有机框架材料中的至少一种；和
/
或，所述固体吸附层的厚度为
0.1
‑
1mm。3.
根据权利要求1所述的碳还原装置，其特征在于，所述固体吸附层还具有用于进入二氧化碳被吸附前空气的进气侧和用于排出二氧化碳被吸附后空气的出气侧，所述进气侧和所述出气侧均与所述第一侧和所述第二侧垂直设置
。4.
根据权利要求3所述的碳还原装置，其特征在于，所述进气侧和所述出气侧相对设置；和
/
或，所述进气侧连接有用于驱动二氧化碳被吸附前空气强制流动经过所述固体吸附层的鼓风装置
。5.
根据权利要求4所述的碳还原装置，其特征在于，所述鼓风装置的鼓风量使二氧化碳被吸附前空气在所述固体吸附层内的传递速度为4‑
10m/s
；和
/
或，所述进气侧设有进气口，所述进气口处设有气体分布器
。6.
根据权利要求1所述的碳还原装置，其特征在于，所述固体吸附层与所述供热板紧密贴合；和
/
或，所述供热板为太阳能集热板
、
电加热板或平板换热器中的一种
。7.
根据权利要求6所述的碳还原装置，其特征在于，所述供热板为太阳能集热板，所述太阳能集热板包括依次设置的太阳能吸收材料层和密封层；所述太阳能吸收材料层紧邻所述固体吸附层
。8.
根据权利要求7所述的碳还原装置，其特征在于，所述太阳能吸收材料层的材料包括氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：张畅，王金意，李睿，郭海礁，吴展，任志博，王韬，王伟，闫旭鹏，郭伟琦，徐显明，
申请(专利权)人：华能张掖能源有限公司，
类型：发明
国别省市：