[发明专利]切换电解装置的运行方式的方法以及电解装置

说明书

本发明涉及一种具有电解槽(E)、压缩机(V)和膜分离装置(T)的装置(B)，以及一种用于在所述装置(B)的正常运行和待机运行之间切换运行方式的方法，在所述装置(B)的正常运行中，将包括二氧化碳的电解原料(3)在所述电解槽(E)中转化成含有二氧化碳和一氧化碳的电解产物(4)，其中至少一部分(5)通过所述压缩机(V)引导并以升高的压力供应至所述膜分离装置(T)，以获得与所述电解产物(4)相比一氧化碳富集和二氧化碳贫化的渗余物(8)。其特征在于，为了从正常运行切换到待机运行，所述电解槽(E)在流体技术上与所述膜分离装置(T)完全隔离并且随后关闭，其中所述膜分离装置(T)中的压力比在很大程度上得以保持。

本发明涉及一种用于在正常运行和待机运行之间切换具有电解槽、压缩机和膜分离装置的装置的运行方式的方法，其中在装置的正常运行中，包括二氧化碳的电解原料在电解槽中转化成包含二氧化碳和一氧化碳的电解产物，该电解产物的至少一部分被引导通过压缩机并以升高的压力供应到膜分离装置，以获得与电解产物相比一氧化碳富集和二氧化碳贫化的渗余物。

此外，本发明涉及一种可根据本发明的方法运行的装置。

本领域技术人员将“渗余物”理解为被用于分离气体混合物的膜所保留下来的气体混合物的那些组分。在本发明的范围内使用的膜分离装置设计具有至少一个膜，该膜优选地允许二氧化碳通过并且保留一氧化碳。由此获得与所用电解产物相比二氧化碳贫化的气体或气体混合物作为渗余物。

相应地，渗透物是待分离的气体混合物的组分，这些组分未被用于分离的膜保留。在本发明的上下文中考虑的渗透物与电解产物相比二氧化碳富集和一氧化碳贫化。

根据可从其移除的气体或气体混合物，可用于分离气体混合物的膜或膜分离装置的一侧被称为渗余物侧或渗透物侧。

通用类型的装置用于产生一氧化碳或合成气，其中二氧化碳单独地或与水一起在电解槽中电化学地反应成电解产物，该电解产物除了一氧化碳或一氧化碳和氢气之外还包含未反应的二氧化碳，该二氧化碳必须在布置在下游的膜分离装置中得以分离，以便获得一氧化碳或合成气。膜分离装置具有至少一个可选择性地让二氧化碳透过的膜，经由该膜产生二氧化碳分压差。所用膜的选择性由待分离的气体混合物的组分的不同扩散速度引起。相应的聚合物膜目前在商业上使用。

下面以水和二氧化碳的共电解为例描述在电解槽中发生的反应的原理。然而，代替水和二氧化碳的共电解，在本发明的上下文中特别地也可以使用纯二氧化碳电解。不言而喻，涉及水电解的反应方程式在此不适用或相应的反应不发生。然而，为了清楚起见，省略了单独的说明。

根据所使用的电解质和所使用的催化剂，存在不同的共电解实施方案，这些实施方案尤其在运行温度和在电解槽的电极上发生的电化学反应方面不同。

为了进行所谓的低温共电解，使用具有质子交换膜的电解槽。在这种情况下，发生以下阴极反应：

CO₂+2e^–+2H⁺→CO+H₂O (1)

2e^–+2H⁺→H₂ (2)

根据方程式

H₂O→1/2O₂+2H⁺-2e^– (3)

水在阳极处分解。