【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及二氧化碳循环利用领域，尤其涉及一种电厂烟气处理耦联甲醇氧化制甲酸的电解系统和电解方法。
技术介绍
1、这里的陈述仅提供与本专利技术相关的
技术介绍
，而不必然地构成现有技术。
2、二氧化碳电催化还原技术室减排二氧化碳等温室气体、发展碳循环经济的较为常用的技术，但是当前通用的二氧化碳电催化还原反应中，阳极通常产物为氧气通常存在两个问题：一是当前采用的阳极发生析氧反应是反应为复杂的四电子过程，相较于阴极的两电子过程十分缓慢，严重限制了电解池的效率；二是氧气附加值不高，且因阴阳极气体产物交叉，导致阳极产物中夹杂有二氧化碳等杂质气体，还需二次提纯。析氧反应电极电势高、速率缓慢、产物附加值低、还需二次提纯等问题制约了二氧化碳电解的工业化、产业化应用，需探寻一种电极电势低、反应速率快、产物附加值高的阳极反应。
3、甲酸(formicacid)是一种无色液体，化学式为hcooh。它在许多方面有着重要的价值和用途，如，用作溶剂、催化剂、漂白剂、脱水剂以及饲料添加剂等。
4、在传统的甲酸制备方法中，通常采用热方法，包括一步法、两步法和三步法。其中，一步法是甲醇和二氧化碳在催化剂的作用下直接反应生成甲酸；两步法：首先甲醇被氧化生成甲醛，然后甲醛和水反应生成甲酸：三步法：首先甲醇被氧化生成甲醛，然后甲醛和氢气还原生成甲醇，最后甲醇和二氧化碳反应生成甲酸。这些热化学方法存在一定的缺陷，如操作复杂、能耗高、产品质量难以保证等。
5、电化学方法是通过电解的方式同时氧化还原得到甲酸。甲酸的制备过程需要
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种电厂烟气处理耦联甲醇氧化制甲酸的电解系统和电解方法。
2、为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：
3、第一方面，本专利技术提供一种电厂烟气处理耦联甲醇氧化制甲酸的电解系统，包括依次连接的烟气处理模块、电解模块和产物提纯模块；
4、烟气处理模块，用于对烟气中的二氧化碳进行提纯；
5、电解模块至少包括一个电解池，电解池包括二氧化碳还原室、甲醇氧化室及两者之间的离子交换膜，二氧化碳还原室中设置有阴极，二氧化碳还原室与烟气处理模块和电解液源连接，甲醇氧化室内设置有阳极，甲醇氧化室与甲醇源和电解液源连接；
6、所述产物提纯模块用于对二氧化碳还原室、甲醇氧化室中电解得到的甲酸进行提纯。
7、电解池运行所需电压由四部分组成：理论电位，活化损失，浓差损失，欧姆损失。其中理论电位为阴阳极反应发生理论所需电压，通过不同的反应组合，能够降低理论所需电压；活化损失为阴阳极反应活化所需的过电位(及驱动反应所需的额外的能量)，通过改进催化剂可以降低此损耗；浓差损失为阴阳极反应物浓度下降，反应物供给不足导致的能量损失，通过流场设计和反应物配比设计等可以降低此损耗；欧姆损失为电解池内电阻导致的焦耳热带来的能量损失，电解池内电阻由阴极液电阻、阴极电阻、离子交换膜电阻、阳极电阻、阳极液电阻组成，固体电阻远小于液体电阻，因此通过结构和溶液浓度的改进是降低欧姆损耗的关键措施。传统二氧化碳还原的阳极反应为析氧反应，理论电极电势为1.23v，甲醇氧化制甲酸的电位为：0.103，远低于析氧反应。因此，通过将二氧化碳还原和甲醇氧化耦合使用，减少了电解池所需电压与二氧化碳的排放量，实现了甲酸的高效制备。其次，与传统的热法制备甲酸相比，电解法不需要高温高压条件，反应效率更高，更环保，符合经济效益要求，实现了资源的综合利用，减少了环境污染。
8、通过电解在二氧化碳还原室和甲醇氧化室内均生成甲酸，通过反应条件和工艺设置，实现了还原室和氧化室甲酸混合统一分离提纯，有效提高甲酸的制备效率与分离成本，并有效降低甲酸制备的能耗。
9、在二氧化碳还原室与甲醇氧化室之间设置离子交换膜，将二氧化碳还原室与甲醇氧化室内的物料进行隔离，避免产生还原室与氧化室内的物料发生交叉，发生电极副反应，影响甲酸的提纯难度。
10、在一些实施例中，还包括阳极液相流道，阳极液相流道位于甲醇氧化室内，且阳极液相流道的进口与出口连通，用于循环甲醇氧化室内的电解液。因为在阳极发生的反应是甲醇氧化生成甲酸反应，电解液是属于载体，不直接参与反应，没有反应损耗，其作用是改善阳极液的电导率，降低整体的欧姆损耗。循环电解液可以节约成本，减少化学品排放。
11、在一些实施例中，还包括阴极液相流道，阴极液相流道连通甲酸还原室的进口端和出口端。用于循环甲酸还原室内的电解液。
12、在一些实施例中，阴极催化材料选自铅、汞、铟、锡、镉、铊、铋、铜中的一种或其合金。
13、优选的，所述阴极为自支撑结构或包括支撑体和喷涂其上的阴极材料。
14、在一些实施例中，阳极催化材料选自铁、钴、镍、铜中的一种或其合金。
15、优选的，所述阳极为自支撑结构或包括支撑体和喷涂其上的阳极材料。
16、阴、阳极催化材料是针对电极反应设计选取的，其目的是为了提高目标阴、阳极反应的选择性和反应速率。
17、在一些实施例中，还包括换热器，用于维持电解池内的工作温度恒定。
18、在一些实施例中，所述产物提纯模块包括第一电解液气液相分离室和第二电解液气液相分离室，第一电解液气液相分离室进口与二氧化碳还原室连接，气体出口通过二氧化碳分离室、二氧化碳提纯室与二氧化碳还原室连接；第二电解液气液相分离室进口与甲醇氧化室连接。
19、优选的，所述二氧化碳分离室内设置有依次连通的氧化室和干燥室，氧化室内填充有金属氧化物，干燥室内填充有干燥剂。将第一电解液气液相分离室中分离出的混合气体通过二氧化碳分离室，用于将未反应的二氧化碳中混合的co和氢气去除，以对二氧化碳进行提纯，将二氧化碳循环利用。一氧化碳和氢气属于还原性很强的气体，可与氧化铜、氧化铁等金属氧化物发生反应，生成二氧化碳和水蒸气。因此在二氧化碳分离室内设有氧化室和干燥室，氧化室由金属氧化物，如氧化铜、氧化铁等填充，干燥室由干燥剂填充。气体依次通过氧化室和干燥室，去除气体内参与的一氧化碳和氢气。
20、优选的，所述产物提纯模块还包括依次连接的甲醇蒸馏室、甲酸粗馏室和甲酸精馏室，甲醇蒸馏室的进口分别与第一电解液气液相分离室和第二电解液气液相分离室的液体出口连接。
21、进一步优选的，所述甲醇蒸馏室与甲醇储存罐连接。在对产品甲酸进行提纯的过程中，采用甲醇蒸馏室将混合液中的未反应的甲醇蒸馏去除，蒸馏出的甲醇采用甲醇储存罐储存，便于回收利用。
22、第二方面，本专利技术提供一种电厂烟气处理耦联甲醇氧化制本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种电厂烟气处理耦联甲醇氧化制甲酸的电解系统，其特征在于：包括依次连接的烟气处理模块、电解模块和产物提纯模块；
2.根据权利要求1所述的电厂烟气处理耦联甲醇氧化制甲酸的电解系统，其特征在于：还包括阳极液相流道，阳极液相流道位于甲醇氧化室内，且阳极液相流道的进口与出口连通，用于循环甲醇氧化室内的电解液；
3.根据权利要求1所述的电厂烟气处理耦联甲醇氧化制甲酸的电解系统，其特征在于：阴极催化材料选自铅、汞、铟、锡、镉、铊、铋、铜中的一种或其合金；
4.根据权利要求1所述的电厂烟气处理耦联甲醇氧化制甲酸的电解系统，其特征在于：所述产物提纯模块包括第一电解液气液相分离室和第二电解液气液相分离室，第一电解液气液相分离室进口与二氧化碳还原室连接，气体出口通过二氧化碳分离室、二氧化碳提纯室与二氧化碳还原室连接；第二电解液气液相分离室进口与甲醇氧化室连接。
5.根据权利要求1所述的电厂烟气处理耦联甲醇氧化制甲酸的电解系统，其特征在于：所述二氧化碳分离室内设置有依次连通的氧化室和干燥室，氧化室内填充有金属氧化物，干燥室内填充有干燥剂；
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