CO2捕集电解一体化负碳装置的制作方法

co2捕集电解一体化负碳装置
技术领域
1.本发明涉及碳捕集及利用技术领域，尤其涉及一种co2捕集电解一体化负碳装置。


背景技术：

2.发电、冶金、钢铁等行业会产生大量的co2排放，引起环境污染和气候变化。碳捕集与利用的技术能够有效减排co2，因而备受关注。化学吸收法捕集co2技术开发相对成熟且分离效果好，尤其是以有机胺为吸收剂的工艺可直接用于燃煤/燃气电厂、工业锅炉等场景下烟气的co2减排，是目前较具商业化前景的低浓度co2捕集技术。然而，其富液再生装置能耗高、成本高，给化学吸收技术的大规模应用增添了障碍。并且地，在相关技术中，碳捕集和利用的装置设计大多是独立的，且需涉及co2解吸或储运，不利于两过程协同耦合以减少建设、运行和操作成本。


技术实现要素：

3.针对上述问题，本发明的目的是提供一种co2捕集电解一体化负碳装置，能够直接电解吸收液富液获得co2化学利用产品并实现富液再生(转化为贫液)，避免co2解吸和储运过程及相关能量消耗。
4.为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
5.一种co2捕集电解一体化负碳装置，包括：电解模块，包括电解池，所述电解池包括阴极室和阳极室；阴极循环模块，包括第一输入组件和第一输出组件，所述第一输入组件适于将co2吸收塔的吸收液富液输至所述阴极室进行阴极电解反应，所述第一输出组件适于将阴极室电解反应产物和电解反应后形成的吸收液贫液分流输出，且往所述吸收液贫液补入补充液后将其输回所述co2吸收塔；阳极循环模块，包括第二输入组件和第二输出组件，所述第二输入组件适于输入阳极电解液至所述阳极室进行电解反应，所述第二输出组件适于将阳极室电解反应产物和反应后电解液分流输出，且将所述反应后电解液输回所述第二输入组件。
6.根据本发明的至少一实施例，所述第一输入组件包括：第一泵，设于所述第一输入组件用于输送所述吸收液富液的管路，适于驱动所述吸收液富液流动及调节所述吸收液富液的压力；第一压力传感器，设于所述第一泵与所述阴极室之间的管路，适于检测所述吸收液富液的压力。
7.根据本发明的至少一实施例，所述第一输入组件还包括：第一阀门，设于所述第一泵与所述co2吸收塔之间的管路；第一缓冲罐，设于所述第一阀门与所述第一泵之间的管路。
8.根据本发明的至少一实施例，所述第一输出组件包括依次相接的第一分离器、第一混流器、第二泵及第二缓冲罐，所述第一分离器连接所述阴极室的输出管路以将所述阴极室电解反应产物和所述吸收液贫液分流输出，所述第一混流器旁路连接有第二阀门及由所述第二阀门控制的补充液输入管路，所述第一混流器适于供所述补充液补入所述吸收液
贫液，所述第二泵适于在所述第一混流器的下游驱动所述吸收液贫液及所述补充液流动，所述第二缓冲罐设有第一液位检测装置且所述第一液位检测装置与所述第二阀门电性连接，所述第二缓冲罐的输出端适于输出所述吸收液贫液至所述co2吸收塔。
9.根据本发明的至少一实施例，所述第一输出组件包括适于检测所述阴极室电解反应产物的物流组分的检测装置，所述检测装置旁路连接所述阴极室的输出管路，且电性连接所述第一阀门。
10.根据本发明的至少一实施例，所述第二输入组件包括：第三泵，设于所述第二输入组件用于输送阳极电解液的管路，适于驱动所述阳极电解液流动及调节所述阳极电解液的压力；第二压力传感器，设于所述第三泵与所述阳极室之间的管路，适于检测所述阳极电解液的压力。
11.根据本发明的至少一实施例，所述第二输入组件还包括：第三阀门，设于所述第三泵所连接的阳极电解液输入管路；第二混流器，设于所述第三泵与所述第三阀门之间的管路，且与所述第二输出组件连接以接收所述反应后电解液；第三缓冲罐，设有与所述第三阀门电性连接的第二液位检测装置；加热器，设于所述第三泵与所述阳极室之间的管路，适于将阳极电解液温度加热至与所述阴极室内液体温度相匹配。
12.根据本发明的至少一实施例，所述第二输出组件包括第二分离器，所述第二分离器的输入端连接所述阳极室的输出管路，一输出端通过管路连接所述第二混流器而将所述反应后电解液输回所述第二输入组件，另一输出端适于输出所述阳极室电解反应产物。
13.根据本发明的至少一实施例，所述电解池配置为串联、并联或混联的若干个，若干所述第二分离器分流出的所述阳极室电解反应产物适于通过同一第三混流器输出，且各所述第二分离器适于输出所述反应后电解液至其下游所述电解池的所述阳极室，位于形成首端的所述阳极室与所述第二输入组件连接，位于行程末端的所述阳极室所连接的所述第二分离器适于将所述反应后电解液输回所述第二混流器，若干所述电解池的所述阴极室适于相接，且位于行程首端的所述阴极室与所述第一输入组件连接，位于形成末端的所述阴极室通过所述第一分离器分流输出所述阴极室电解反应产物和所述吸收液贫液。
14.根据本发明的至少一实施例，所述co2捕集电解一体化负碳装置还包括内形成容置空间的壳体，所述电解模块设于所述容置空间中间，所述壳体的一侧壁体设置阳极电解液入口、吸收液富液入口、吸收液贫液出口和补充液入口，相对的另一侧壁体设置阳极室电解反应产物出口和阴极室电解反应产物出口。
15.根据本发明的至少一实施例，所述阴极室内形成曲折延伸的阴极室流道以供所述吸收液富液流过并与所述阴极催化剂反应，所述阳极室内形成曲折延伸的阳极室流道以供所述阳极电解液流过并与所述阳极催化剂反应。
16.根据本发明的至少一实施例，所述吸收液中吸收剂采用胺类化合物或碱性无机化合物，所述胺类化合物包括单乙醇胺、n，n-二乙基乙醇胺、甲基二乙醇胺、1-二甲基氨基-2-丙醇、四乙烯戊胺、三亚乙基四胺、乙二胺、n-甲基二乙醇胺，2-氨基-2-甲基-1-丙醇、4-二乙胺基-2-丁醇、二乙烯三胺、和/或二乙胺基乙醇，所述碱性无机化合物包括koh、naoh、和/或khco3。
17.根据本发明的至少一实施例，所述吸收液中的吸收剂化合物浓度选自范围0.05mol/l～10mol/l。
18.根据本发明的至少一实施例，所述吸收液中的吸收剂化合物浓度选自范围1mol/l～5mol/l。
19.根据本发明的至少一实施例，用于提供电解池所需电能的电源包括风电、光伏发电以及市电波谷的电力。
20.根据本发明的至少一实施例，所述co2捕集电解一体化负碳装置还包括用于产出炭利用产品的产物处理模块，所述产物处理模块包括分离提纯装置，所述分离提纯装置用于分离提纯所述阴极室电解反应产物和/或所述阳极室电解反应产物。
21.根据本发明的至少一实施例，所述分离提纯装置配置为膜分离装置，所述膜分离装置适于接收所述阴极室电解反应产物，以分离提纯所述阴极室电解反应产物组分中的h2。
22.根据本发明的至少一实施例，所述阴极室与所述阳极室以离子交换膜隔开。
23.本发明由于采取以上技术方案，其具有至少以下优点：
24.一、co2吸收塔、第一输入组件、阴极室及第一输出组件形成co2吸收液循环流动的系统，第一输入组件将吸收液富液输入阴极室进行电解反应后产生的阴极室电解反应产物和吸收液贫液被第一输出组件分流输出，其中的吸收液贫液在补入补充液后输回至co2吸收塔；第二输入组件、阳极室及第二输出组件形成阳极电解液循环流动的系统，第二输入组件适于连接循环系统外部的电解液源以不断补充足够的阳极电解液，第二输入组件将阳极电解液输入阳极室进行电解反应后产生的阳极室电解反应产物和反应后电解液被第二输出组件分流输出，其中的反应后电解液被输回第一输入组件与新输入的阳极电解液混合后可以继续输至阳极室进行电解反应；
25.二、本发明提供的co2捕集电解一体化负碳装置系统集成度高，可同时实现co2的转化利用和富液再生，省去了co2解吸、储存和输运等步骤，节约了再沸器、冷却器等相关设备能耗，同时，本装置的工作温度范围和上游吸收塔的进出口温度较为匹配，避免了换热等复杂的热量匹配过程；
26.三、本发明提供的co2捕集电解一体化负碳装置控制精度高，通过电信号可直接控制反应启停和进行程度；
27.四、本发明提供的co2捕集电解一体化负碳装置能够适应风电、光伏发电等可再生能源的电力，以及电网波谷的电力，采用廉价电力将二氧化碳变废为宝；
28.五、本发明提供的co2捕集电解一体化负碳装置可通过改变电解反应条件和催化剂种类实现co2转化产品的多样可调，为下游的co2资源化利用提供多种方向。
附图说明
29.图1是本发明至少一实施例中的co2捕集电解一体化负碳装置的结构示意图；
30.图2是本发明至少一实施例中的co2捕集电解一体化负碳装置的结构示意图；
31.图3是本发明至少一实施例中的co2捕集电解一体化负碳装置的壳体结构示意图；
32.图4是本发明至少一实施例中的co2捕集电解一体化负碳装置的流道结构示意图(2a所指为蛇形流道，2b为穿插流道)。
33.附图中标记：
34.a为吸收液富液入口；b为吸收液贫液出口；c为补充液入口；d为阴极室电解反应产
物出口；e为阳极室电解反应产物出口；f为阳极电解液入口；
35.1为第一缓冲罐；2为第一泵；3为阴极室；4为第一分流器；5为第一混流器；6为第二泵；7为第二缓冲罐；8为第二混流器；9为第三缓冲罐；10为第三泵；11为加热器；12为阳极室；13为第二分流器；14为第三混流器；
36.3-1、3-2、
……
、及3-n为相串联的各阴极室；
37.v1为第一阀门；v2为第二阀门；v3为第三阀门；
38.p-1为第一压力传感器，p-2为第二压力传感器；ap为检测装置。
具体实施方式
39.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
40.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
41.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“装配”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电性连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
42.鉴于背景技术中的技术问题，本发明提供一种co2捕集电解一体化负碳装置，能够实现碳捕集和利用的高度集成，该co2捕集电解一体化负碳装置可直接电解co2吸收塔输出的吸收液富液获得co2化学利用产品并且能够实现富液再生，避免了co2解吸和储运过程，且能够适应风电、光伏发电等可再生能源的电力，利用廉价电力将co2变废为宝。
43.目前co2产品的市场容量有限、产品附加值小，极大地限制了碳捕集相关技术的推广。近年来，co2的化学固定作为其有效的资源化利用途径而受到广泛关注。本发明提供的co2捕集电解一体化负碳装置可将捕集的co2转化而制得烷烃、甲醛、乙烯、醇类等产品，解决co2高附加值利用的难题，提升碳减排项目的经济性。在众多co2转化新技术中，电化学催化co2转化，可借助电力高效活化惰性的co2分子，在前期设备投入和运行成本方面具有较强的优势。
44.下面，结合附图对本发明实施例提供的co2捕集电解一体化负碳装置进行详细的说明。
45.实施例1：
46.参照图1至图3所示，根据本发明实施例的co2捕集电解一体化负碳装置包括电解模块、阴极循环模块及阳极循环模块。其中，电解模块包括电解池，电解池包括阴极室3和阳极室12；阴极循环模块包括第一输入组件和第一输出组件，第一输入组件适于将co2吸收塔的吸收液富液输至阴极室3进行阴极电解反应，第一输出组件适于将阴极室电解反应产物
和电解反应后形成的吸收液贫液分流输出，且往吸收液贫液补入补充液后将其输回co2吸收塔；阳极循环模块包括第二输入组件和第二输出组件，第二输入组件适于输入阳极电解液至阳极室12进行电解反应，第二输出组件适于将阳极室电解反应产物和反应后电解液分流输出，且将反应后电解液输回第二输入组件。
47.在本实施例中，co2吸收塔、第一输入组件、阴极室3及第一输出组件形成co2吸收液循环流动的系统，第一输入组件将吸收液富液输入阴极室3进行电解反应后产生的阴极室电解反应产物和吸收液贫液被第一输出组件分流输出，其中的吸收液贫液在补入补充液后输回至co2吸收塔；第二输入组件、阳极室12及第二输出组件形成阳极电解液循环流动的系统，第二输入组件适于连接循环系统外部的电解液源以不断补充足够的阳极电解液，第二输入组件将阳极电解液输入阳极室12进行电解反应后产生的阳极室电解反应产物和反应后电解液被第二输出组件分流输出，其中的反应后电解液被输回第一输入组件与新输入的阳极电解液混合后可以继续输至阳极室12进行电解反应。
48.可选地，参照图1及图2所示，第一输入组件包括第一泵2及第一压力传感器p-1，第一泵2设于第一输入组件用于输送吸收液富液的管路，适于驱动吸收液富液流动及调节吸收液富液的压力；第一压力传感器p-1设于第一泵2与阴极室3之间的管路，适于检测吸收液富液的压力。第一压力传感器p-1能够检测吸收液富液的压力，根据检测数据可以调节第一泵2的功率以对吸收液富液进行压力调节，使吸收液富液的压力与阴极室3以及整个装置的工作压力相匹配。
49.进一步地，参照图1及图2所示，第一输入组件还包括第一阀门v1及第一缓冲罐1，第一阀门v1设于第一泵2与co2吸收塔之间的管路；第一缓冲罐1设于第一阀门v1与第一泵2之间的管路。来自上游化学法碳捕集工艺环节的富含co2的吸收液富液，经第一阀门v1进入第一缓冲罐1进行稳压，之后在第一泵2的作用下流入电解池的阴极室3进行阴极电解反应。
50.可选地，参照图1及图2所示，第一输出组件包括依次相接的第一分离器4、第一混流器5、第二泵6及第二缓冲罐7，第一分离器4连接阴极室3的输出管路以将阴极室电解反应产物和吸收液贫液分流输出，第一混流器5旁路连接有第二阀门v2及由第二阀门v2控制的补充液输入管路，第一混流器5适于供补充液补入吸收液贫液，第二泵6适于在第一混流器5下游驱动吸收液贫液及补充液流动，第二缓冲罐7设有第一液位检测装置ap且第一液位检测装置ap与第二阀门v2电性连接，第二缓冲罐7的输出端适于输出吸收液贫液至co2吸收塔。
51.电解反应后，吸收液富液转化为吸收液贫液实现再生，吸收液贫液和阴极室电解反应产物经第一分离器4分流为两路。转化后的吸收液贫液流出电解池阴极室3。同时，用于补充吸收液贫液的补充液经第二阀门v2输至第一混流器5进行混合，并且补充液流量可以由第二阀门v2进行控制。吸收液贫液与补充液经第一混流器5混合后，再经过第二泵6的增压，进入第二缓冲罐7。测量该第二缓冲罐7内液位，根据测量数据控制补充液的补入流量。最后吸收液贫液和补充液形成的混合液体被输出并循环回流入上游的co2吸收塔，而阴极室电解反应产物从分流后可以流出至循环系统界外。
52.进一步地，参照图1及图2所示，第一输出组件包括适于检测阴极室电解反应产物的物流组分的检测装置ap，检测装置ap旁路连接阴极室3的输出管路，且电性连接第一阀门v1。通过检测阴极室3输出的阴极室电解反应产物的物流组分，可以明确电解反应转化率，
进而对经第一阀门v1进入第一输入组件的吸收液富液的流量进行相应的调节，以保证电解反应过程中吸收液富液充分再生。
53.可选地，参照图1及图2所示，第二输入组件包括第三泵10及第二压力传感器p-2，第三泵10设于第二输入组件用于输送阳极电解液的管路，适于驱动阳极电解液流动及调节阳极电解液的压力；第二压力传感器p-2设于第三泵10与阳极室12之间的管路，适于检测阳极电解液的压力。第二压力传感器p-2能够检测阳极电解液的压力，根据检测数据可以调节第三泵10的功率以对阳极电解液进行压力调节，使阳极电解液的压力与阳极室12以及整个装置的工作压力相匹配。
54.可选地，参照图1及图2所示，第二输入组件还包括：第三阀门v3、第二混流器8、第三缓冲罐9及加热器11，第三阀门v3设于第三泵10所连接的阳极电解液输入管路；第二混流器8设于第三泵10与第三阀门v3之间的管路，且与第二输出组件连接以接收反应后电解液；第三缓冲罐9设有与第三阀门v3电性连接的第二液位检测装置ap；加热器11设于第三泵10与阳极室12之间的管路，适于将阳极电解液温度加热至与阴极室3内液体温度相匹配。
55.外部补充的阳极电解液经第三阀门v3进入阳极循环模块，和被第二输出组件输回的反应后电解液经第二混流器8混合。此后，混合的阳极电解液进入第三泵10，在第三泵10的驱动下继续循环流动，流动过程中阳极电解液进入第三缓冲罐9，通过第二液位检测装置ap测量第三缓冲罐9内的液位，根据检测数据控制经第三阀门v3补充的阳极电解液流量。阳极电解液接着进入加热器11中被加热到与阴极室3内的吸收液匹配的温度，随后进入电解池阳极室12进行电解反应。反应后电解液和阳极室电解反应产物一并流出电解池。
56.进一步地，参照图1及图2所示，第二输出组件包括第二分离器13，第二分离器13的输入端连接阳极室12的输出管路，一输出端通过管路连接第二混流器8而将反应后电解液输回第二输入组件，另一输出端适于输出阳极室电解反应产物。在本实施例中，反应后电解液和阳极室电解反应产物经第二分离器13分流为气液两股物流，电解反应产生的氧气分流后输出循环系统界外，反应后电解液输回至第二混流器8，与外界补充的阳极电解液混合。
57.不失一般性地，参照图2所示，电解池配置为串联、并联或混联的若干个，若干第二分离器13分流出的阳极室电解反应产物适于通过同一第三混流器14输出，且各第二分离器13适于输出反应后电解液至其下游电解池的阳极室12，位于形成首端的阳极室12与第二输入组件连接，位于行程末端的阳极室12所连接的第二分离器13适于将反应后电解液输回第二混流器8，若干电解池的阴极室3适于相接，且位于行程首端的阴极室3-1与第一输入组件连接，位于形成末端的阴极室3-n通过第一分离器4分流输出阴极室电解反应产物和吸收液贫液。如此地，通过若干电解池串联、并联或混联能够组合形成多层次的电解模块系统。
58.可选地，参照图1至图3所示，co2捕集电解一体化负碳装置还包括内形成容置空间的壳体，电解模块设于容置空间中间，壳体的一侧壁体设置阳极电解液入口f、吸收液富液入口a、吸收液贫液出口b和补充液入口c，相对的另一侧壁体设置阳极室电解反应产物出口e和阴极室电解反应产物出口d。具体地，外界补充的阳极电解液经阳极电解液入口f进入第二输入组件，co2吸收塔的吸收液富液经吸收液富液入口a进入第一输入组件，补充液经补充液入口c进入第一输出组件，吸收液贫液和补充液形成的混合液体经吸收液贫液出口b输回至co2吸收塔。可以理解地，将各个模块设置于同一壳体内，能够实现装置高度集成。
59.可选地，参照图4所示，阴极室3内形成曲折延伸的阴极室流道以供吸收液富液流
过并与阴极催化剂反应，阳极室12内形成曲折延伸的阳极室流道以供阳极电解液流过并与阳极催化剂反应。如此地，能够增强阴极催化剂与吸收液富液的接触、以及阳极催化剂与阳极电解液的接触，提高co2单程流动中的转化率，保证吸收液富液充分再生。示例性地，阴极室流道和/或阳极室流道设置为蛇形流道或者穿插流道。
60.可选地，吸收液中吸收剂采用胺类化合物或碱性无机化合物，胺类化合物包括单乙醇胺、n，n-二乙基乙醇胺、甲基二乙醇胺、1-二甲基氨基-2-丙醇、四乙烯戊胺、三亚乙基四胺、乙二胺、n-甲基二乙醇胺，2-氨基-2-甲基-1-丙醇、4-二乙胺基-2-丁醇、二乙烯三胺、和/或二乙胺基乙醇，碱性无机化合物包括koh、naoh、和/或khco3。也即，胺类化合物可以是单乙醇胺、n，n-二乙基乙醇胺、甲基二乙醇胺、1-二甲基氨基-2-丙醇、四乙烯戊胺、三亚乙基四胺、乙二胺、n-甲基二乙醇胺，2-氨基-2-甲基-1-丙醇、4-二乙胺基-2-丁醇、二乙烯三胺和二乙胺基乙醇中的一者或两者以上的混合物，碱性无机化合物可以是koh、naoh和khco3中的一者或者两者以上的混合物。
61.需要说明的是，在电解池阴极表面，直接电解吸收剂与co2结合而形成的化合物。以吸收剂中胺类化合物为r1r2nh、co2电解转化产物为co作为例子，在阴极室3发生的吸收液富液直接电解反应如下：
62.r1r2nh+coo
–
+2e
–
+h2o
→
co+2oh
–
+r1r2nh
63.进一步地，吸收液中的吸收剂化合物浓度选自范围0.05mol/l～10mol/l。也即，吸收液中的吸收剂化合物浓度可以是0.05mol/l、1mol/l、2mol/l、3mol/l、4mol/l、5mol/l、6mol/l、7mol/l、8mol/l、9mol/l、10mol/l或者0.05mol/l～10mol/l中的其他值。
64.进一步地，吸收液中的吸收剂化合物浓度选自范围1mol/l～5mol/l。也即，吸收液中的吸收剂化合物浓度可以是1mol/l、2mol/l、3mol/l、4mol/l、5mol/l或者1mol/l～5mol/l中的其他值。
65.可选地，参照图1及图2所示，用于提供电解池所需电能的电源包括但不限于风电、光伏发电以及市电波谷的电力。
66.可选地，co2捕集电解一体化负碳装置还包括用于产出炭利用产品的产物处理模块，产物处理模块包括分离提纯装置，分离提纯装置用于分离提纯阴极室电解反应产物和/或阳极室电解反应产物。
67.可选地，分离提纯装置配置为膜分离装置，膜分离装置适于接收阴极室电解反应产物，以分离提纯阴极室电解反应产物组分中的h2。示例性地，当电解池使用可再生能源供能，产物为co和h2时，膜分离装置连接于第一分离器4的输出端，第一分离器4分流出的阴极室电解反应产物输至膜分离装置而提纯出组分中的h2，也即在实现co2电化学转化和富液再生的同时，还可生产绿氢。
68.可选地，参照图1及图2所示，阴极室3与阳极室12以离子交换膜隔开。
69.实施例2:
70.参照图1至图4所示，本实施例提供的新型co2捕集电解一体化装置，主要包括电解模块、阴极循环模块、阳极循环模块和产物处理模块。
71.示例性地，用单乙醇胺作为吸收剂，来自上游化学法碳捕集工艺环节的吸收液富液首先从吸收液富液入口a进入阴极循环模块中，其压力约20kpag至50kpag，温度约50℃；经第一阀门v1进入第一缓冲罐1稳压，之后在第一泵2的作用下流入电解模块的电解池阴极
室3。电解池阴极室3使用ag基催化剂，以可再生能源为电解反应供能。电解反应后，吸收液富液转化为吸收液贫液而实现再生；二氧化碳转化为电解产物co和h2；两者经第一分离器4分流为气液两路。通过检测阴极室电解反应产物的物流组分，可以明确电解反应转化率，进而对进口吸收液富液的流速进行相应的调节以保证富液充分再生。转化后的吸收液贫液流出电解池阴极室3。同时，补充的吸收液经补充液入口c流入，并由第二阀门v2控制流量，经第一混流器5混合后，再经过第二泵6增压至约50kpag，进入第二缓冲罐7。可选地，通过测量该第二缓冲罐7的液位，来控制补充液的流量。吸收液贫液和补充液的混合液体最后从吸收液贫液出口b输出并回流入co2吸收塔，且其温度约40℃～50℃。电解产物co和h2经纯化精制从阴极室电解反应产物出口d流出循环系统界外，一方面其可用作燃料与燃气混合以优化燃气电厂的发电循环，另一方面可以作为进一步制得高附加值化学品(如甲醇、油品等)的原料；还可以添加设置膜分离装置等将h2分离出来，产生绿氢。
72.阳极室12发生析氧反应，阳极催化剂为涂覆有ru、pd、pt的泡沫镍，阳极电解液为0.5mol/l的氢氧化钾溶液。外部补充的阳极电解液从阳极电解液入口f进入阳极循环模块，经第三阀门v3后与阳极循环模块内的反应后电解液经第二混流器8混合。此后，混合的阳极电解液进入第三泵10，并在第三泵10的驱动下继续流动而进入第三缓冲罐9。通过测量该第三缓冲罐9内的液位，来控制外界补充的阳极电解液流量。接着阳极电解液进入加热器11中被加热到50℃，随后进入电解模块的电解池阳极室12。反应后电解液和阳极室电解反应产物一起流出阳极室12，经第二分离器13分流为气液两股物流，电解反应产生的氧气从阳极室电解反应产物出口e流出系统界外，反应后电解液循环进入第二混流器8，与从外界补充入的阳极电解液混合。可选地，富含氧气的阳极出口气可与燃机发电所需的空气汇合，提升燃机的效率。
73.实施例3：
74.按照图2至图4所示，多个电解池串联，电解池阴极室3使用cu基催化剂，以可再生能源为此装置供能，并选用穿插式流道以增强电催化剂与吸收液富液的接触，从而能够提高单个电解池阴极室3中富液转化率。电解反应后，一部分吸收液富液转化为贫液；一部分co2转化为电解产物甲醇。从上一级电解池阴极室3流出的液体又可进入下一级串联的电解池阴极室3，在类似的条件下继续反应，实现甲醇的富集和富液的充分再生。此外，通过检测阴极室电解反应产物的物流组分，可以明确电解反应转化率，进而对第一输入组件输入的吸收液富液的流量进行相应调节以保证富液充分再生。行程末端的电解池阴极室3流出的液体经第一分离器4分为两股物流：甲醇和再生后的吸收液贫液。甲醇再经渗透、精馏等装置被提纯出来。补充的吸收液经补充液入口c流入，并由第二阀门v2控制流量，经第一混流器5混合后，再经过第二泵6的增压，进入第二缓冲罐7。通过测量该第二缓冲罐7内的液位来控制来控制补充液的流量。吸收液贫液和补充液的混合液体最后从吸收液贫液出口b输出并回流入co2吸收塔。
75.阳极室12发生析氧反应，阳极催化剂为涂覆有ru、pd、pt的泡沫镍，阳极电解液为0.5mol/l的氢氧化钾溶液。阳极电解液的流动路径串联经过多个电解池的阳极室12，其在阳极室12的电解反应所得氧气产物按图3所示方式进行收集。其它部分与实施例2相同。
76.需要说明的是，全文中的“和/或”包括三个方案，以“a和/或b”为例，包括a技术方案、b技术方案，以及a和b同时满足的技术方案。
77.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种co2捕集电解一体化负碳装置，其特征在于，包括：电解模块，包括电解池，所述电解池包括阴极室和阳极室；阴极循环模块，包括第一输入组件和第一输出组件，所述第一输入组件适于将co2吸收塔的吸收液富液输至所述阴极室进行阴极电解反应，所述第一输出组件适于将阴极室电解反应产物和电解反应后形成的吸收液贫液分流输出，且往所述吸收液贫液补入补充液后将其输回所述co2吸收塔；阳极循环模块，包括第二输入组件和第二输出组件，所述第二输入组件适于输入阳极电解液至所述阳极室进行电解反应，所述第二输出组件适于将阳极室电解反应产物和反应后电解液分流输出，且将所述反应后电解液输回所述第二输入组件。2.根据权利要求1所述的co2捕集电解一体化负碳装置，其特征在于，所述第一输入组件包括：第一泵，设于所述第一输入组件用于输送所述吸收液富液的管路，适于驱动所述吸收液富液流动及调节所述吸收液富液的压力；第一压力传感器，设于所述第一泵与所述阴极室之间的管路，适于检测所述吸收液富液的压力。3.根据权利要求2所述的co2捕集电解一体化负碳装置，其特征在于，所述第一输入组件还包括：第一阀门，设于所述第一泵与所述co2吸收塔之间的管路；第一缓冲罐，设于所述第一阀门与所述第一泵之间的管路。4.根据权利要求3所述的co2捕集电解一体化负碳装置，其特征在于，所述第一输出组件包括依次相接的第一分离器、第一混流器、第二泵及第二缓冲罐，所述第一分离器连接所述阴极室的输出管路以将所述阴极室电解反应产物和所述吸收液贫液分流输出，所述第一混流器旁路连接有第二阀门及由所述第二阀门控制的补充液输入管路，所述第一混流器适于供所述补充液补入所述吸收液贫液，所述第二泵适于在所述第一混流器的下游驱动所述吸收液贫液及所述补充液流动，所述第二缓冲罐设有第一液位检测装置且所述第一液位检测装置与所述第二阀门电性连接，所述第二缓冲罐的输出端适于输出所述吸收液贫液至所述co2吸收塔；和/或所述第一输出组件包括适于检测所述阴极室电解反应产物的物流组分的检测装置，所述检测装置旁路连接所述阴极室的输出管路，且电性连接所述第一阀门。5.根据权利要求4所述的co2捕集电解一体化负碳装置，其特征在于，所述第二输入组件包括：第三泵，设于所述第二输入组件用于输送阳极电解液的管路，适于驱动所述阳极电解液流动及调节所述阳极电解液的压力；第二压力传感器，设于所述第三泵与所述阳极室之间的管路，适于检测所述阳极电解液的压力。6.根据权利要求5所述的co2捕集电解一体化负碳装置，其特征在于，所述第二输入组件还包括：第三阀门，设于所述第三泵所连接的阳极电解液输入管路；第二混流器，设于所述第三泵与所述第三阀门之间的管路，且与所述第二输出组件连
接以接收所述反应后电解液；第三缓冲罐，设有与所述第三阀门电性连接的第二液位检测装置；加热器，设于所述第三泵与所述阳极室之间的管路，适于将阳极电解液温度加热至与所述阴极室内液体温度相匹配。7.根据权利要求6所述的co2捕集电解一体化负碳装置，其特征在于，所述第二输出组件包括第二分离器，所述第二分离器的输入端连接所述阳极室的输出管路，一输出端通过管路连接所述第二混流器而将所述反应后电解液输回所述第二输入组件，另一输出端适于输出所述阳极室电解反应产物。8.根据权利要求7所述的co2捕集电解一体化负碳装置，其特征在于，所述电解池配置为串联、并联或混联的若干个，若干所述第二分离器分流出的所述阳极室电解反应产物适于通过同一第三混流器输出，且各所述第二分离器适于输出所述反应后电解液至其下游所述电解池的所述阳极室，位于形成首端的所述阳极室与所述第二输入组件连接，位于行程末端的所述阳极室所连接的所述第二分离器适于将所述反应后电解液输回所述第二混流器，若干所述电解池的所述阴极室适于相接，且位于行程首端的所述阴极室与所述第一输入组件连接，位于形成末端的所述阴极室通过所述第一分离器分流输出所述阴极室电解反应产物和所述吸收液贫液。9.根据权利要求1至8任一项所述的co2捕集电解一体化负碳装置，其特征在于，所述co2捕集电解一体化负碳装置还包括内形成容置空间的壳体，所述电解模块设于所述容置空间中间，所述壳体的一侧壁体设置阳极电解液入口、吸收液富液入口、吸收液贫液出口和补充液入口，相对的另一侧壁体设置阳极室电解反应产物出口和阴极室电解反应产物出口；和/或所述阴极室内形成曲折延伸的阴极室流道以供所述吸收液富液流过并与所述阴极催化剂反应，所述阳极室内形成曲折延伸的阳极室流道以供所述阳极电解液流过并与所述阳极催化剂反应。10.根据权利要求1至8任一项所述的co2捕集电解一体化负碳装置，其特征在于，所述吸收液中吸收剂采用胺类化合物或碱性无机化合物，所述胺类化合物包括单乙醇胺、n，n-二乙基乙醇胺、甲基二乙醇胺、1-二甲基氨基-2-丙醇、四乙烯戊胺、三亚乙基四胺、乙二胺、n-甲基二乙醇胺，2-氨基-2-甲基-1-丙醇、4-二乙胺基-2-丁醇、二乙烯三胺、和/或二乙胺基乙醇，所述碱性无机化合物包括koh、naoh、和/或khco3；和/或所述吸收液中的吸收剂化合物浓度选自范围0.05mol/l～10mol/l；和/或所述吸收液中的吸收剂化合物浓度选自范围1mol/l～5mol/l；和/或用于提供电解池所需电能的电源包括风电、光伏发电以及市电波谷的电力；和/或所述co2捕集电解一体化负碳装置还包括用于产出碳利用产品的产物处理模块，所述产物处理模块包括分离提纯装置，所述分离提纯装置用于分离提纯所述阴极室电解反应产物和/或所述阳极室电解反应产物；和/或所述分离提纯装置配置为膜分离装置，所述膜分离装置适于接收所述阴极室电解反应产物，以分离提纯所述阴极室电解反应产物组分中的h2；和/或所述阴极室与所述阳极室以离子交换膜隔开。

技术总结
本发明公开一种CO2捕集电解一体化负碳装置，包括：电解模块，包括电解池，电解池包括阴极室和阳极室；阴极循环模块，包括第一输入组件和第一输出组件，第一输入组件适于将吸收液富液输至阴极室进行阴极电解反应，第一输出组件适于将阴极室电解反应产物和吸收液贫液分流输出且往吸收液贫液补入补充液后将其输回CO2吸收塔；阳极循环模块，包括第二输入组件和第二输入组件，第二输入组件适于输入阳极电解液至阳极室进行电解反应，第二输出组件适于将阳极室电解反应产物和反应后电解液分流输出且将反应后电解液输回第二输入组件。本发明能够直接电解吸收液富液获得CO2化学利用产品并实现富液再生，避免CO2解吸和储运过程及相关能量消耗。能量消耗。能量消耗。


技术研发人员：戴若云 侯建国 姚辉超 王秀林 侯海龙 隋依言 张雨晴 伍思达 卢璐 宋鹏飞 段品佳 张瑜 周树辉 梁威
受保护的技术使用者：中海石油气电集团有限责任公司
技术研发日：2023.06.19
技术公布日：2023/8/9