二氧化碳电解装置及方法与流程

相关申请的交叉引用本申请要求于2022年1月18日提交的韩国专利申请no.10-2022-0007386的权益，该韩国专利申请的全部公开内容通过参引并入本文。本发明涉及二氧化碳电解装置和二氧化碳电解方法。

背景技术：

1、二氧化碳是一种导致全球变暖的温室气体并且是需要减少的对象。诸如捕获、化学转化或电化学转化之类的方法是已知的用于减少二氧化碳的方法。在这些方法中，电化学转化方法可以精确地控制成分，以便产生另一种合成气体，并且因此相比于简单地去除二氧化碳可以获得更多的经济收益。

2、使二氧化碳电化学分解的过程类似于水电解技术，但是由于电化学反应的活性在强碱条件下得到改善，因此通常使用一定浓度的koh水溶液作为电解质。当在向阳极供应水的同时施加电流时，水会分解成氢离子和电子并产生氧气。电子通过外部导线移动至阴极，并且氢离子穿过离子选择性膜移动至阴极。在这种情况下，移动的电子与供应至阴极的二氧化碳和水发生反应，由此分解成一氧化碳和氢氧根离子(oh-)，并且所产生的氢氧根离子通过与阳极的氢离子(h+)发生反应以产生水而呈电中性。二氧化碳的电化学分解反应通过上述过程来完成。在这种情况下，与二氧化碳一起供应的水以和一氧化碳产生反应分开的方式与移动的电子发生反应，以被电解以产生氢气并同时产生氢氧根离子。水和电子之间的反应与一氧化碳产生反应可以说是竞争反应的关系。由于上述反应是电化学反应，因此可以通过调节电压来容易地控制产生的一氧化碳的量以及氢气/二氧化碳的比率。

3、同时，当使用阳离子导电膜作为离子选择性膜时，包含在电解质中的k+离子穿过膜输送至阴极，其中，k+离子与阴极的二氧化碳发生反应，并且析出诸如碳酸钾(k2co3)的盐。另外，当使用阴离子导电膜作为离子选择性膜时，氢氧根离子主要地移动，但是阳离子比如k+离子也会部分地移动，并且在这种情况下，如在使用阳离子导电膜的情况下一样会产生盐。

4、随着二氧化碳电解过程的进行，在上述阴极处产生并析出的盐积聚在装置内部。因此，积聚在装置内部的盐导致将用于供应和排放二氧化碳的入口和出口堵塞，由此降低了二氧化碳电解装置的生产率和效率，并且使得不能长时间连续驱动。另外，存在在设备设施和操作方面效率低下的局限性，因为需要附加的装置或操作来去除盐。

5、(专利文献001)kr 10-1793711b1

技术实现思路

1、技术问题

2、在本发明中要解决的问题是通过水将在二氧化碳的电解期间从电解质中产生的盐溶解并去除。

3、也就是说，本发明的一方面提供了二氧化碳电解装置和二氧化碳电解方法，该二氧化碳电解装置和该二氧化碳电解方法可以在和二氧化碳一起供应的水蒸气与在二氧化碳电解期间电解反应的产物一起排放时通过使水蒸气冷凝来产生水，并且可以通过水使由电解的副反应产生的盐溶解并去除盐。

4、技术解决方案

5、本发明提供了二氧化碳电解装置和二氧化碳电解方法。

6、(1)根据本发明的一方面，提供了一种二氧化碳电解装置，该二氧化碳电解装置包括：二氧化碳电解槽，该二氧化碳电解槽包括阳极、阴极、电解质以及设置在阳极与阴极之间的膜；供应管线，该供应管线构造成向阴极供应气态二氧化碳和水蒸气；以及排放管线，该排放管线构造成将在二氧化碳电解槽内部的由二氧化碳电解反应产生的产物和水蒸气排放到槽的外部，其中，排放管线包括冷凝部分，该冷凝部分构造成使通过排放管线排放的水蒸气冷凝。

7、(2)在本发明的上述(1)中，提供了一种二氧化碳电解装置，其中，气态二氧化碳在包括水蒸气的情况下被供应。

8、(3)在本发明的上述(1)或(2)中，提供了一种二氧化碳电解装置，其中，通过供应管线供应的水蒸气的温度为40℃至60℃。

9、(4)在本发明的上述(1)至(3)中的任一项中，提供了一种二氧化碳电解装置，其中，冷凝部分暴露于二氧化碳电解槽的外部。

10、(5)在本发明的上述(1)至(4)中的任一项中，提供了一种二氧化碳电解装置，其中，冷凝部分包括储存部分，该储存部分构造成对使通过排放管线排放的水蒸气冷凝而形成的水进行储存。

11、(6)在本发明的上述(1)至(5)中的任一项中，提供了一种二氧化碳电解装置，其中，排放管线包括：第一管线，该第一管线将通过排放管线排放的产物和水蒸气从二氧化碳电解槽输送至冷凝部分；以及第二管线，该第二管线将产物从冷凝部分排放到外部。

12、(7)在本发明的上述(6)中，提供了一种二氧化碳电解装置，其中，冷凝部分被连接成使得在第一管线与第二管线之间形成阶梯部。

13、(8)在本发明的上述(7)中，提供了一种二氧化碳电解装置，其中，第二管线通过阶梯部设置成高于第一管线。

14、(9)根据本发明的另一方面，提供了一种二氧化碳电解方法，该二氧化碳电解方法包括以下步骤：(s1)将气态二氧化碳和水蒸气供应至二氧化碳电解槽的阴极，该二氧化碳电解槽包括阳极、阴极、电解质和膜；(s2)将在上述步骤(s1)中供应至阴极的二氧化碳电解；(s3)将通过上述步骤(s2)中的电解产生的产物和在上述步骤(s1)中供应的水蒸气排放到二氧化碳电解槽的外部；以及(s4)使在上述步骤(s3)中排放的水蒸气冷凝。

15、(10)在本发明的上述(9)中，提供了一种二氧化碳电解方法，其中，在上述步骤(s4)中通过使排放的水蒸气冷凝而形成的水将在上述步骤(s2)中通过电解从电解质产生的盐溶解。

16、(11)在本发明的上述(10)中，提供了一种二氧化碳电解方法，其中，盐是通过电解质与供应的二氧化碳的反应而产生的。

17、(12)在本发明的上述(10)或(11)中，提供了一种二氧化碳电解方法，其中，盐为khco3和k2co3。

18、有益效果

19、根据本发明的二氧化碳电解装置和二氧化碳电解方法，在二氧化碳电解期间，可以通过使用与二氧化碳一起供应的水蒸气来生产水，并且可以通过使用产生的水连续地去除盐，而无需附加的除盐装置或除盐操作。

20、此外，由于本发明的二氧化碳电解装置不需要附加的除盐装置和附加的除盐操作，因此不需要用于去除盐的除盐装置和空间，并且因此可以减小二氧化碳电解装置的体积。

21、此外，根据本发明的二氧化碳电解装置和二氧化碳电解方法，即使没有附加的除盐装置或除盐操作也可以连续地去除盐，并且因此二氧化碳电解装置的入口和出口不会被盐堵塞，使得二氧化碳电解装置可以在没有电压变化的情况下被平稳且连续地驱动，并且即使在连续驱动的情况下产量和电解效率也不会降低。

22、此外，本发明的二氧化碳电解装置可以通过排放管线的特殊结构容易地使水冷凝和将盐溶解，并且因此不需要添加附加的冷凝器或附加的水喷洒装置，并且易于进行安装和维护，从而在结构设施方面是有效的。

技术特征：

1.一种二氧化碳电解装置，所述二氧化碳电解装置包括：

2.根据权利要求1所述的二氧化碳电解装置，其中，所述气态的二氧化碳在包含所述水蒸气的情况下被供应。

3.根据权利要求1所述的二氧化碳电解装置，其中，通过所述供应管线供应的所述水蒸气的温度为40℃至60℃。

4.根据权利要求1所述的二氧化碳电解装置，其中，所述冷凝部分暴露于所述二氧化碳电解槽的外部。

5.根据权利要求1所述的二氧化碳电解装置，其中，所述冷凝部分包括储存部分，所述储存部分构造成对使通过所述排放管线排放的所述水蒸气冷凝而形成的水进行储存。

6.根据权利要求1所述的二氧化碳电解装置，其中，所述排放管线包括：

7.根据权利要求6所述的二氧化碳电解装置，其中，所述冷凝部分被连接成使得在所述第一管线与所述第二管线之间形成阶梯部。

8.根据权利要求7所述的二氧化碳电解装置，其中，所述第二管线通过所述阶梯部设置成高于所述第一管线。

9.一种二氧化碳电解方法，所述二氧化碳电解方法包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的二氧化碳电解方法，其中，在上述步骤(s4)中通过使排放的所述水蒸气冷凝而形成的水将在上述步骤(s2)中通过电解而从所述电解质产生的盐溶解。

11.根据权利要求10所述的二氧化碳电解方法，其中，所述盐是通过所述电解质与供应的所述二氧化碳的反应而产生的。

12.根据权利要求10所述的二氧化碳电解方法，其中，所述盐为khco3和k2co3。

技术总结本发明涉及一种二氧化碳电解装置，该二氧化碳电解装置包括：二氧化碳电解槽，该二氧化碳电解槽包括阳极、阴极、电解质和布置在阳极与阴极之间的分隔件；供应管线，该供应管线用于向阴极供应气态二氧化碳和水蒸气；以及排放管线，该排放管线用于将借助于二氧化碳在二氧化碳电解槽中的电解而产生的产物和水蒸气排放至槽的外部，其中，排放管线包括冷凝部分，该冷凝部分用于使通过排放管线排放的水蒸气冷凝。技术研发人员：卢泰敏,李钟真,金泰瑾,金光焕,鲁台根受保护的技术使用者：株式会社LG化学技术研发日：技术公布日：2024/7/15