O制取合成氣的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于熔融碳酸鹽電解技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于熔融碳酸鹽電解池的電解0)2和H 20制取合成氣的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，以氣候變化為核心的全球環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)重，已經(jīng)成為威脅人類可持續(xù)發(fā)展的主要因素之一，削減溫室氣體排放以減緩氣候變化成為當(dāng)今國(guó)際社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)。隨著全球?qū)厥覛怏w排放越來(lái)越關(guān)注，《京都議定書》、《巴厘島路線圖》的召開，進(jìn)一步明確了全球CO2捕集和利用的時(shí)間表，推動(dòng)了全球低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。利用可再生能源(風(fēng)能、太陽(yáng)能等)，通過(guò)電化學(xué)方法將0)2和H 20電解轉(zhuǎn)化為合成氣、烴類等工業(yè)原料或燃料，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)CO2的轉(zhuǎn)化利用，而且能夠?qū)崿F(xiàn)可再生能源的轉(zhuǎn)化，對(duì)減少CO 2排放及提高可再生能源利用率具有重要意義。
[0003]為了實(shí)現(xiàn)CO2的轉(zhuǎn)化，一般采用基于質(zhì)子交換膜電解質(zhì)的低溫電解池，采用金屬鉑作為催化劑，成本較高，而且對(duì)產(chǎn)物的組分調(diào)控困難。進(jìn)而，為了能夠降低催化劑成本，控制產(chǎn)物組分，一些學(xué)者提出了采用基于陶瓷材料的固體氧化物電解池轉(zhuǎn)化CO2，但是固體氧化物電解池電池面積難于放大，工作溫度高達(dá)800°C，增大了對(duì)密封、集流等的要求。采用熔鹽作為電解質(zhì)構(gòu)建熔鹽電解池，其工作溫度較大可達(dá)600°C _700°C、無(wú)須采用貴金屬作為催化劑，而且電池面積易于放大，在軍事、航空航天等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。但是已有的研宄中，多采用熔鹽電解質(zhì)直接電解CO2，易于發(fā)生積碳等問(wèn)題，使得電解池性能下降。因此，降低電極積碳，提高電解池壽命，能夠降低CO2的轉(zhuǎn)化成本，進(jìn)一步促進(jìn)CO2的轉(zhuǎn)化利用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種基于熔融碳酸鹽電解池(Molten Carbonate Fuel Cell1MCEC)的電解0)2和H2O制取合成氣的方法，能夠降低電解池陰極積碳，提尚電解池壽命。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0006]一種基于熔融碳酸鹽電解池的電解0)2和H 20制取合成氣的方法，包括如下步驟:
[0007]將碳酸鹽電解質(zhì)填充到陽(yáng)極雙極板I的流道中，然后將陽(yáng)極雙極板1、陽(yáng)極Ni電極
2、隔膜3、陰極Ni電極4以及陰極雙極板5按照自上到下的順序組裝構(gòu)成熔融碳酸鹽電解池單體；
[0008]將電解池單體放置到加熱爐中，加熱至600°C _700°C，使碳酸鹽電解質(zhì)從固體融化為液體，并浸潤(rùn)到隔膜3中，一方面起到傳導(dǎo)碳酸根離子的作用，另一方面還可以阻隔氣體穿透；
[0009]通過(guò)外電路對(duì)電解池單體通電，使電解池單體工作在工作電壓下；
[0010]將0)2與H2O的混合氣通入到電解池單體陰極流道中，將空氣和/或隊(duì)通入到電解池單體陽(yáng)極流道中；
[0011]其反應(yīng)過(guò)程為:
[0012]0)2與H 20的混合氣在工作電壓作用下發(fā)生電解反應(yīng)生成CO和H2,并生成碳酸根離子，碳酸根離子通過(guò)電解質(zhì)隔膜3，在陽(yáng)極Ni電極2處生成02和0)2。與此同時(shí)，電解池單體陽(yáng)極流道通入的空氣和/或隊(duì)將生成的O 2和CO 2攜帶出陽(yáng)極，從而實(shí)現(xiàn)CO 2的轉(zhuǎn)化。
[0013]最后在電解池單體陰極流道出口收集由CO、H2、H2O和0)2組成的合成氣。
[0014]所述碳酸鹽電解質(zhì)由Li2C03、Na2COJP K 20)3中的兩種或者三種混合構(gòu)成，混合比例滿足所得混合物的共熔點(diǎn)低于600°C。
[0015]所述陽(yáng)極雙極板I和陰極雙極板5采用不銹鋼材料制成，兩側(cè)具有氣體流道，一側(cè)用于陽(yáng)極流道，另一側(cè)用于陰極流道，用作氣體分布和導(dǎo)電。
[0016]所述陽(yáng)極Ni電極2和陰極Ni電極4，采用流延法制得，并經(jīng)過(guò)900°C的高溫?zé)Y(jié)。
[0017]所述隔膜3采用α -1^八102或y-LiA102制得，具有多孔結(jié)構(gòu)，孔隙率50%?75%，厚度為0.3?1.0mm,平均孔徑為0.25?0.8 μ m。
[0018]所述電解池單體的工作電壓為1.2V-5.0V。
[0019]將多個(gè)電解池單體串聯(lián)構(gòu)成電解池堆。
[0020]所述電解池堆的工作電壓根據(jù)電解池單體的數(shù)量，按比例放大。
[0021]所述0)2與H2O的混合氣中，H2O的摩爾比例不低于5%。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用熔融碳酸鹽作為電解質(zhì)，0)2和H 20作為原料氣，一方面能夠避免Ni電極的積碳，另一方面能夠易于實(shí)現(xiàn)電池規(guī)模的方法。所產(chǎn)生的合成氣，能夠用于化工原料或燃料，從而實(shí)現(xiàn)CO2的高效轉(zhuǎn)化與利用。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1是本發(fā)明熔融碳酸鹽電解池單體的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖2是由多個(gè)熔融碳酸鹽電解池單體構(gòu)成的電解池堆的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0026]本發(fā)明實(shí)施例中所采用的雙極板，均由304不銹鋼進(jìn)行加工，流道結(jié)構(gòu)采用直行流道。
[0027]本發(fā)明實(shí)施例中所采用的Ni電極，均采用流延法制備并在900°C下燒結(jié)制得。
[0028]本發(fā)明實(shí)施例中所采用的隔膜，均采用流延法制備。
[0029]實(shí)施例1
[0030]如圖1所示，一種基于熔融碳酸鹽電解池的電解0)2和H 20制取合成氣的方法，首先將碳酸鹽電解質(zhì)填充到陽(yáng)極雙極板I的流道中，然后將陽(yáng)極雙極板1、陽(yáng)極Ni電極2、隔膜3、陰極Ni電極4以及陰極雙極板5按照自上到下的順序組裝構(gòu)成熔融碳酸鹽電解池單體。
[0031]其中，陽(yáng)極Ni電極2厚度為0.8mm，面積為500cm2。陰極Ni電極4厚度0.6mm，面積500cm2。碳酸鹽電解質(zhì)由Li2COjP K2CCV混合組成，二者的摩爾比例62:38，總質(zhì)量為120go隔膜3采用a -Li2AlO2,隔膜厚度為0.6mm，面積為500cm2。
[0032]之后，將電解池單體放置到加熱爐中，加熱至600°C，碳酸鹽電解質(zhì)從固體融化為液體，并浸潤(rùn)到隔膜3中。通過(guò)外電路對(duì)電解池單體加電壓，工作電壓為2.0V。與此同時(shí)，陰極流道中通入摩爾比例為1:1的0)2和!120混合氣體，陽(yáng)極流道中通入空氣。在陰極流道出口，