[发明专利]通过电化学加氢处理碳气体以获得CxHyOz化合物的方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及通过水电解生成的非常活泼的氢处理碳气体——二氧化碳(CO₂)和/或一氧化碳(CO)——以获得C_XH_yO_z型化合物的方法和系统，特别是x≥1，0<y≤(2x+2)和0≤z≤2x的情形。

发明背景

目前，传导性陶瓷膜是广泛研究的课题以提高其性能；特别是，所述膜在以下领域找到特别有意义的应用：

-水在高温下电解以产生氢，

-通过电化学加氢处理碳气体(CO₂,CO)以获得C_XH_yO_Z型化合物(x≥1，0<y≤(2x+2)和0≤z≤2x)，专利申请WO2009150352描述了这种方法的实例。

目前，已知两种蒸汽电解生产方法：

-使用O^2-阴离子导体并在一般而言750℃和1000℃之间的温度下工作的电解；

-本专利所涉及的使用质子导体的电解。

图1所示的生产方法采用能够传导质子并在一般而言200℃和800℃之间的温度下操作的电解质。

更具体地，该图1示意性地示出了电解槽10，其包含确保电解质功能并分隔阳极12和阴极13的质子传导陶瓷膜11。

阳极12和阴极13之间施加电势差引起蒸汽H₂O在阳极12侧氧化。因此，进给到阳极12中的蒸汽被氧化以形成氧O₂和H⁺离子(或在符号中的)，所述反应根据以下方程式释放电子e^-：

根据以下方程式，H⁺离子(或在符号中的)迁移通过电解质11，在阴极13表面形成氢H₂：

因此，该方法在电解槽10的出口提供：阴极室——纯氢，和阳极室——混有蒸汽的氧。

更具体地，通过形成中间化合物来形成H₂，所述中间化合物是吸附在阴极的表面具有可变能量和相互作用度的氢原子和/或自由基氢原子H·(或符号中的H^X_电极)。由于这些物质是高度活性的，它们通常根据以下方程式再结合形成氢H₂：

这些高活性物质用于通过电化学加氢进行碳气体(CO₂,CO)的处理，以在电解槽10的出口获得C_XH_yO_Z型化合物(x≥1，0<y≤(2x+2)和0≤z≤2x)，其根据以下关系：

(4x-2z+y)H^X_电极+x CO₂→C_xH_yO_z+(2x-z)H₂O

发明内容

本发明的目的是回收碳气体(例如来自由碳产品(煤、木材、油)产生热或垃圾焚烧的)、以及以最优的方式通过加氢处理来减少温室气体的产生。

为此，本发明提出了通过电化学加氢处理CO₂和/或CO以获得C_xH_yO_z型化合物的方法，其中x≥1，0<y≤(2x+2)，z在0和2x之间，所述CO₂和/或CO是由通过加热装置(160)燃烧碳产品而获得，所述方法包括：

-将热由加热装置传递至质子传导电解槽以使得所述电解槽达到适于电解蒸汽的操作温度T1的步骤，所述质子传导电解槽包含置于阳极和阴极之间的质子传导膜；

-在质子传导电解槽的阴极进给由所述加热装置产生的CO₂和/或CO的步骤；

-在所述电解槽的阳极进给蒸汽的步骤；

-在阳极氧化蒸汽的步骤；

-在所述氧化步骤后，在质子传导膜中产生质子化物质的步骤；

-在所述质子传导膜中迁移所述质子化物质的步骤；

-在阴极表面上以活性氢原子的形式还原所述质子化物质的步骤；