【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及二氧化碳循環(huán)利用領(lǐng)域，尤其涉及一種電廠煙氣處理耦聯(lián)甲醇氧化制甲酸的電解系統(tǒng)和電解方法。
技術(shù)介紹
1、這里的陳述僅提供與本專利技術(shù)相關(guān)的
技術(shù)介紹
，而不必然地構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。
2、二氧化碳電催化還原技術(shù)室減排二氧化碳等溫室氣體、發(fā)展碳循環(huán)經(jīng)濟(jì)的較為常用的技術(shù)，但是當(dāng)前通用的二氧化碳電催化還原反應(yīng)中，陽極通常產(chǎn)物為氧氣通常存在兩個(gè)問題：一是當(dāng)前采用的陽極發(fā)生析氧反應(yīng)是反應(yīng)為復(fù)雜的四電子過程，相較于陰極的兩電子過程十分緩慢，嚴(yán)重限制了電解池的效率；二是氧氣附加值不高，且因陰陽極氣體產(chǎn)物交叉，導(dǎo)致陽極產(chǎn)物中夾雜有二氧化碳等雜質(zhì)氣體，還需二次提純。析氧反應(yīng)電極電勢高、速率緩慢、產(chǎn)物附加值低、還需二次提純等問題制約了二氧化碳電解的工業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，需探尋一種電極電勢低、反應(yīng)速率快、產(chǎn)物附加值高的陽極反應(yīng)。
3、甲酸(formicacid)是一種無色液體，化學(xué)式為hcooh。它在許多方面有著重要的價(jià)值和用途，如，用作溶劑、催化劑、漂白劑、脫水劑以及飼料添加劑等。
4、在傳統(tǒng)的甲酸制備方法中，通常采用熱方法，包括一步法、兩步法和三步法。其中，一步法是甲醇和二氧化碳在催化劑的作用下直接反應(yīng)生成甲酸；兩步法：首先甲醇被氧化生成甲醛，然后甲醛和水反應(yīng)生成甲酸：三步法：首先甲醇被氧化生成甲醛，然后甲醛和氫氣還原生成甲醇，最后甲醇和二氧化碳反應(yīng)生成甲酸。這些熱化學(xué)方法存在一定的缺陷，如操作復(fù)雜、能耗高、產(chǎn)品質(zhì)量難以保證等。
5、電化學(xué)方法是通過電解的方式同時(shí)氧化還原得到甲酸。甲酸的制備過程需要
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本專利技術(shù)的目的是提供一種電廠煙氣處理耦聯(lián)甲醇氧化制甲酸的電解系統(tǒng)和電解方法。
2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)是通過如下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
3、第一方面，本專利技術(shù)提供一種電廠煙氣處理耦聯(lián)甲醇氧化制甲酸的電解系統(tǒng)，包括依次連接的煙氣處理模塊、電解模塊和產(chǎn)物提純模塊；
4、煙氣處理模塊，用于對(duì)煙氣中的二氧化碳進(jìn)行提純；
5、電解模塊至少包括一個(gè)電解池，電解池包括二氧化碳還原室、甲醇氧化室及兩者之間的離子交換膜，二氧化碳還原室中設(shè)置有陰極，二氧化碳還原室與煙氣處理模塊和電解液源連接，甲醇氧化室內(nèi)設(shè)置有陽極，甲醇氧化室與甲醇源和電解液源連接；
6、所述產(chǎn)物提純模塊用于對(duì)二氧化碳還原室、甲醇氧化室中電解得到的甲酸進(jìn)行提純。
7、電解池運(yùn)行所需電壓由四部分組成：理論電位，活化損失，濃差損失，歐姆損失。其中理論電位為陰陽極反應(yīng)發(fā)生理論所需電壓，通過不同的反應(yīng)組合，能夠降低理論所需電壓；活化損失為陰陽極反應(yīng)活化所需的過電位(及驅(qū)動(dòng)反應(yīng)所需的額外的能量)，通過改進(jìn)催化劑可以降低此損耗；濃差損失為陰陽極反應(yīng)物濃度下降，反應(yīng)物供給不足導(dǎo)致的能量損失，通過流場設(shè)計(jì)和反應(yīng)物配比設(shè)計(jì)等可以降低此損耗；歐姆損失為電解池內(nèi)電阻導(dǎo)致的焦耳熱帶來的能量損失，電解池內(nèi)電阻由陰極液電阻、陰極電阻、離子交換膜電阻、陽極電阻、陽極液電阻組成，固體電阻遠(yuǎn)小于液體電阻，因此通過結(jié)構(gòu)和溶液濃度的改進(jìn)是降低歐姆損耗的關(guān)鍵措施。傳統(tǒng)二氧化碳還原的陽極反應(yīng)為析氧反應(yīng)，理論電極電勢為1.23v，甲醇氧化制甲酸的電位為：0.103，遠(yuǎn)低于析氧反應(yīng)。因此，通過將二氧化碳還原和甲醇氧化耦合使用，減少了電解池所需電壓與二氧化碳的排放量，實(shí)現(xiàn)了甲酸的高效制備。其次，與傳統(tǒng)的熱法制備甲酸相比，電解法不需要高溫高壓條件，反應(yīng)效率更高，更環(huán)保，符合經(jīng)濟(jì)效益要求，實(shí)現(xiàn)了資源的綜合利用，減少了環(huán)境污染。
8、通過電解在二氧化碳還原室和甲醇氧化室內(nèi)均生成甲酸，通過反應(yīng)條件和工藝設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了還原室和氧化室甲酸混合統(tǒng)一分離提純，有效提高甲酸的制備效率與分離成本，并有效降低甲酸制備的能耗。
9、在二氧化碳還原室與甲醇氧化室之間設(shè)置離子交換膜，將二氧化碳還原室與甲醇氧化室內(nèi)的物料進(jìn)行隔離，避免產(chǎn)生還原室與氧化室內(nèi)的物料發(fā)生交叉，發(fā)生電極副反應(yīng)，影響甲酸的提純難度。
10、在一些實(shí)施例中，還包括陽極液相流道，陽極液相流道位于甲醇氧化室內(nèi)，且陽極液相流道的進(jìn)口與出口連通，用于循環(huán)甲醇氧化室內(nèi)的電解液。因?yàn)樵陉枠O發(fā)生的反應(yīng)是甲醇氧化生成甲酸反應(yīng)，電解液是屬于載體，不直接參與反應(yīng)，沒有反應(yīng)損耗，其作用是改善陽極液的電導(dǎo)率，降低整體的歐姆損耗。循環(huán)電解液可以節(jié)約成本，減少化學(xué)品排放。
11、在一些實(shí)施例中，還包括陰極液相流道，陰極液相流道連通甲酸還原室的進(jìn)口端和出口端。用于循環(huán)甲酸還原室內(nèi)的電解液。
12、在一些實(shí)施例中，陰極催化材料選自鉛、汞、銦、錫、鎘、鉈、鉍、銅中的一種或其合金。
13、優(yōu)選的，所述陰極為自支撐結(jié)構(gòu)或包括支撐體和噴涂其上的陰極材料。
14、在一些實(shí)施例中，陽極催化材料選自鐵、鈷、鎳、銅中的一種或其合金。
15、優(yōu)選的，所述陽極為自支撐結(jié)構(gòu)或包括支撐體和噴涂其上的陽極材料。
16、陰、陽極催化材料是針對(duì)電極反應(yīng)設(shè)計(jì)選取的，其目的是為了提高目標(biāo)陰、陽極反應(yīng)的選擇性和反應(yīng)速率。
17、在一些實(shí)施例中，還包括換熱器，用于維持電解池內(nèi)的工作溫度恒定。
18、在一些實(shí)施例中，所述產(chǎn)物提純模塊包括第一電解液氣液相分離室和第二電解液氣液相分離室，第一電解液氣液相分離室進(jìn)口與二氧化碳還原室連接，氣體出口通過二氧化碳分離室、二氧化碳提純室與二氧化碳還原室連接；第二電解液氣液相分離室進(jìn)口與甲醇氧化室連接。
19、優(yōu)選的，所述二氧化碳分離室內(nèi)設(shè)置有依次連通的氧化室和干燥室，氧化室內(nèi)填充有金屬氧化物，干燥室內(nèi)填充有干燥劑。將第一電解液氣液相分離室中分離出的混合氣體通過二氧化碳分離室，用于將未反應(yīng)的二氧化碳中混合的co和氫氣去除，以對(duì)二氧化碳進(jìn)行提純，將二氧化碳循環(huán)利用。一氧化碳和氫氣屬于還原性很強(qiáng)的氣體，可與氧化銅、氧化鐵等金屬氧化物發(fā)生反應(yīng)，生成二氧化碳和水蒸氣。因此在二氧化碳分離室內(nèi)設(shè)有氧化室和干燥室，氧化室由金屬氧化物，如氧化銅、氧化鐵等填充，干燥室由干燥劑填充。氣體依次通過氧化室和干燥室，去除氣體內(nèi)參與的一氧化碳和氫氣。
20、優(yōu)選的，所述產(chǎn)物提純模塊還包括依次連接的甲醇蒸餾室、甲酸粗餾室和甲酸精餾室，甲醇蒸餾室的進(jìn)口分別與第一電解液氣液相分離室和第二電解液氣液相分離室的液體出口連接。
21、進(jìn)一步優(yōu)選的，所述甲醇蒸餾室與甲醇儲(chǔ)存罐連接。在對(duì)產(chǎn)品甲酸進(jìn)行提純的過程中，采用甲醇蒸餾室將混合液中的未反應(yīng)的甲醇蒸餾去除，蒸餾出的甲醇采用甲醇儲(chǔ)存罐儲(chǔ)存，便于回收利用。
22、第二方面，本專利技術(shù)提供一種電廠煙氣處理耦聯(lián)甲醇氧化制本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種電廠煙氣處理耦聯(lián)甲醇氧化制甲酸的電解系統(tǒng)，其特征在于：包括依次連接的煙氣處理模塊、電解模塊和產(chǎn)物提純模塊；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電廠煙氣處理耦聯(lián)甲醇氧化制甲酸的電解系統(tǒng)，其特征在于：還包括陽極液相流道，陽極液相流道位于甲醇氧化室內(nèi)，且陽極液相流道的進(jìn)口與出口連通，用于循環(huán)甲醇氧化室內(nèi)的電解液；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電廠煙氣處理耦聯(lián)甲醇氧化制甲酸的電解系統(tǒng)，其特征在于：陰極催化材料選自鉛、汞、銦、錫、鎘、鉈、鉍、銅中的一種或其合金；
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電廠煙氣處理耦聯(lián)甲醇氧化制甲酸的電解系統(tǒng)，其特征在于：所述產(chǎn)物提純模塊包括第一電解液氣液相分離室和第二電解液氣液相分離室，第一電解液氣液相分離室進(jìn)口與二氧化碳還原室連接，氣體出口通過二氧化碳分離室、二氧化碳提純室與二氧化碳還原室連接；第二電解液氣液相分離室進(jìn)口與甲醇氧化室連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電廠煙氣處理耦聯(lián)甲醇氧化制甲酸的電解系統(tǒng)，其特征在于：所述二氧化碳分離室內(nèi)設(shè)置有依次連通的氧化室和干燥室，氧化室內(nèi)填充有金屬氧化物，干燥室內(nèi)填充有干燥劑；
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