二氧化碳处理装置和方法及碳化合物的制造方法与流程

本发明涉及二氧化碳处理装置和方法及碳化合物的制造方法。

背景技术：

1、对废气、大气中的二氧化碳进行回收并进行电化学还原而得到有价值物的技术是存在达成碳中和的可能性的有前途的技术。例如，已知有如下技术：对于在气体扩散层的与电解液相接的一侧使用二氧化碳还原催化剂而形成催化剂层的阴极，从气体扩散层的与催化剂层相反一侧供给二氧化碳气体而进行电化学还原(专利文献1)。

2、在先技术文献

3、专利文献

4、专利文献1：国际公开第2018/232515号

技术实现思路

1、发明要解决的课题

2、关于如专利文献1那样的对二氧化碳进行电化学还原的技术，经济性是最大的课题。在二氧化碳电解中成为能量损失的一个原因在于：通过目的的二氧化碳还原反应不参与的副反应的水电解而产生氢。例如，在阴极与阳极需要发生相同电子数的反应，但在阳极催化剂为高活性而阴极催化剂为低活性的情况下，与在阴极中仅凭借二氧化碳电解而不足的电子数相应的量的反应以水电解方式推进。

3、本发明的课题在于提供二氧化碳的电化学的还原中的能量效率得到了改善的二氧化碳处理装置和方法及碳化合物的制造方法。

4、用于解决课题的方案

5、本发明采用了以下的方案。

6、(1)本发明的一方案涉及一种二氧化碳处理装置(例如实施方式的二氧化碳处理装置100)，其中，所述二氧化碳处理装置具备：回收装置(例如实施方式的回收装置1)，其回收二氧化碳；电化学反应装置(例如实施方式的电化学反应装置2)，其设置有阴极(例如实施方式的阴极21)及阳极(例如实施方式的阳极22)，用于将在所述回收装置回收到的二氧化碳电化学还原而生成乙烯；第一浓度传感器(例如实施方式的第一浓度传感器4a)，其测定在所述电化学反应装置的所述阴极侧得到的气体中的乙烯浓度；以及控制装置(例如实施方式的控制装置5)，其基于由所述第一浓度传感器测定的乙烯浓度来控制向所述电化学反应装置供给的二氧化碳供给量和向所述阴极及阳极施加的施加电压，由所述控制装置进行的控制包括如下处理：(i)使所述施加电压恒定并使所述二氧化碳供给量增减，将所述二氧化碳供给量控制为使由所述第一浓度传感器测定的乙烯浓度成为最高值的量。

7、(2)本发明的一方案的二氧化碳处理装置中，也可以是，由所述控制装置进行的控制包括如下处理：(i)使所述施加电压恒定并使所述二氧化碳供给量增减，将所述二氧化碳供给量控制为使由所述第一浓度传感器测定的乙烯浓度成为最高值的量；以及(ii)使所述二氧化碳供给量恒定并使所述施加电压增减，将所述施加电压控制为使由所述第一浓度传感器测定的乙烯浓度成为最高值的电压，所述(i)与所述(ii)被反复执行。

8、(3)也可以是，所述回收装置具备吸收部(例如实施方式的吸收部12)，该吸收部使由强碱性水溶液构成的电解液与二氧化碳气体接触，使二氧化碳在所述电解液中溶解而被吸收，所述电化学反应装置具备阴极、阳极、以及设置于所述阴极与所述阳极之间且供在所述吸收部处吸收有二氧化碳的电解液流动的液体流路(例如实施方式的液体流路23a)，吸收有所述二氧化碳的电解液中的溶解二氧化碳在所述阴极被还原，吸收有所述二氧化碳的电解液向所述电化学反应装置的供给量由所述控制装置控制。

9、(4)也可以是，所述回收装置具备将二氧化碳浓缩的浓缩部(例如实施方式的第一浓缩部11及第二浓缩部13)，所述电化学反应装置具备阴极、阳极、以及设置于所述阴极与所述阳极之间且供电解液流动的液体流路，从所述浓缩部向所述电化学反应装置中的所述阴极的与所述阳极相反一侧处供给的二氧化碳气体在所述阴极被还原，所述二氧化碳气体向所述电化学反应装置的供给量由所述控制装置控制。

10、(5)也可以是，所述电化学反应装置具备阴极、阳极、设置于所述阴极与所述阳极之间的阴离子交换膜(例如实施方式的阴离子交换膜28)、设置于所述阴极与所述阴离子交换膜之间且供阴极侧电解液流动的阴极侧液体流路(例如实施方式的阴极侧液体流路29a)、以及设置于所述阳极与所述阴离子交换膜之间且供阳极侧电解液流动的阳极侧液体流路(例如实施方式的阳极侧液体流路29b)，所述回收装置具备：吸收部，其使由强碱性水溶液构成的所述阳极侧电解液与二氧化碳气体接触，使二氧化碳在所述阳极侧电解液中溶解而被吸收；以及浓缩部，其将二氧化碳浓缩，从所述浓缩部向所述电化学反应装置中的所述阴极的与所述阳极相反一侧处供给的二氧化碳气体在所述阴极被还原，所述二氧化碳气体向所述电化学反应装置的供给量由所述控制装置控制。

11、(6)本发明的一方案的二氧化碳处理装置中，也可以是，还具备第二浓度传感器(例如实施方式的第二浓度传感器4b)，该第二浓度传感器测定在所述电化学反应装置的所述阴极侧得到的气体中的氢浓度，在由所述第二浓度传感器测定的氢浓度成为了规定值以上时开始由所述控制装置进行的控制。

12、(7)本发明的一方案的二氧化碳处理装置中，也可以是，还具备增碳反应装置(例如实施方式的增碳反应装置6)，该增碳反应装置将在所述电化学反应装置中二氧化碳被还原而生成的乙烯聚合来增碳。

13、(8)本发明的一方案涉及一种二氧化碳处理方法，其中，所述二氧化碳处理方法包括：工序(a)，使用具备阴极及阳极的电化学反应装置，将二氧化碳在所述阴极电化学还原而生成乙烯；以及工序(b)，使向所述阴极及阳极施加的施加电压恒定并使向所述电化学反应装置供给的二氧化碳供给量增减，将所述二氧化碳供给量控制为使在所述电化学反应装置的所述阴极侧得到的气体中的乙烯浓度成为最高值的量。

14、(9)本发明的一方案的二氧化碳处理方法中，也可以是，还包括工序(c)：使向所述电化学反应装置供给的二氧化碳供给量恒定并使向所述阴极及阳极施加的施加电压增减，将所述施加电压控制为使在所述电化学反应装置的所述阴极侧得到的气体中的乙烯浓度成为最高值的电压，反复进行所述工序(b)和所述工序(c)而控制所述二氧化碳供给量及所述施加电压。

15、(10)本发明的一方案涉及一种碳化合物的制造方法，其中，所述碳化合物的制造方法是使用权利要求8或9所述的二氧化碳处理方法的碳化合物的制造方法，所述碳化合物的制造方法包括工序(d)：将所述二氧化碳被还原而生成的乙烯聚合来得到碳化合物。

16、发明效果

17、根据(1)～(10)的方案，能够提供二氧化碳的电化学的还原中的能量效率得到了改善的二氧化碳处理装置和方法及碳化合物的制造方法。

技术特征：

1.一种二氧化碳处理装置，其中，

2.根据权利要求1所述的二氧化碳处理装置，其中，

3.根据权利要求1或2所述的二氧化碳处理装置，其中，

4.根据权利要求1～3中任一项所述的二氧化碳处理装置，其中，

5.根据权利要求1或2所述的二氧化碳处理装置，其中，

6.根据权利要求1～5中任一项所述的二氧化碳处理装置，其中，

7.根据权利要求1～6中任一项所述的二氧化碳处理装置，其中，

8.一种二氧化碳处理方法，其中，

9.根据权利要求8所述的二氧化碳处理方法，其中，

10.一种碳化合物的制造方法，其中，

技术总结
提供二氧化碳的电化学还原中的能量效率得到了改善的二氧化碳处理装置和方法及碳化合物的制造方法。二氧化碳处理装置具备：回收装置(1)，其回收二氧化碳；电化学反应装置(2)，其将二氧化碳电化学还原而生成乙烯；第一浓度传感器(4A)，其测定在电化学反应装置(2)的阴极侧得到的气体(C)中的乙烯浓度；以及控制装置(5)，其基于由第一浓度传感器(4A)测定的乙烯浓度来控制向电化学反应装置(2)供给的二氧化碳供给量和向阴极及阳极施加的施加电压，其中，使所述施加电压恒定并使所述二氧化碳供给量增减，将所述二氧化碳供给量控制为使由第一浓度传感器(4A)测定的乙烯浓度成为最高值的量。

技术研发人员：及川博
受保护的技术使用者：本田技研工业株式会社
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11