專利名稱：一氧化碳的電化學(xué)生產(chǎn)方法和設(shè)備及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于一氧化碳制備的電解工藝、方法和設(shè)備，特別是涉及電解熔融碳酸鹽以產(chǎn)生一氧化碳，其可用于電能的化學(xué)存儲和進(jìn)而作為其他有機(jī)產(chǎn)品的化學(xué)原料。
背景技術(shù)：
作為可再生能源的風(fēng)能和太陽能的主要來源是依賴于天氣和時間的。而且，最適合獲取這些資源的地理區(qū)域也很遙遠(yuǎn)。因此，化學(xué)能量存儲/傳輸被視為獲取可再生能源的最可能的方式。備選的化學(xué)能源可包括由CO和吐通過例如費(fèi)-托法合成的烴類和氧合脂肪族化合物。更近來，費(fèi)-托法已被認(rèn)為是制備如柴油燃料等較重的烴、更優(yōu)選可轉(zhuǎn)化為清潔有效的潤滑劑的蠟狀分子的可行方法。用于此目的的能量和原料目前來源于煤的燃燒，伴隨著作為副產(chǎn)物的(X)2的排放。然而，這種工藝增加了大氣中的CO2,并可使全球氣候更為嚴(yán)峻。 作為另外一種選擇，CO2自身可以用作生產(chǎn)石油類物質(zhì)的碳源。于是這樣可提供調(diào)節(jié)大氣 CO2濃度的可能性。由于(X)2是熱力學(xué)上最穩(wěn)定的碳化合物之一，因此將其轉(zhuǎn)化為其他碳化合物需要高能還原劑或外部能量來源。公知的是，碳酸鹽(CO32_)可以如下式被電化學(xué)還原陰極(1)C0:+2e- — C0+202-陽極— &然而，一些副產(chǎn)物會在陰極上產(chǎn)生元素碳，或在陽極上產(chǎn)生(X)2 陰極C0:+4e-— C+302"或在陽極上C032--2e-— C02+1/202此外，所生成的CO可能分解CO <"“- C02+C甲醇是主要化學(xué)原料之一，以體積計其緊隨氨和乙烯之后排名第三。特別是鑒于其作為如乙烯或丙烯等烯烴來源和作為如發(fā)動機(jī)燃料添加劑等替代能源或在甲醇向汽油的轉(zhuǎn)化中的日益重要的作用(以及二甲醚)，在世界范圍內(nèi)對于作為化學(xué)原料的甲醇的需求在持續(xù)升高。甲醇不僅是存儲能量的方便且安全的方式，還與其衍生的二甲醚(DME) —樣都是極好的燃料。二甲醚可以輕易地由甲醇通過脫水獲得，并且因其高辛烷值和有利性質(zhì)而是一種有效的燃料，特別是用在柴油發(fā)動機(jī)中。甲醇和二甲醚可以與汽油或柴油混合并用作燃料，例如用在內(nèi)燃機(jī)或發(fā)電機(jī)中。甲醇的最有效應(yīng)用之一是用于燃料電池，特別是用于直接甲醇燃料電池(DMFC)，在直接甲醇燃料電池中，利用空氣將甲醇直接氧化為二氧化碳和水，同時產(chǎn)生電流。因此，需要可將碳酸鹽還原為一氧化碳(CO)進(jìn)而產(chǎn)生化學(xué)能源(如甲醇)的有效電化學(xué)方法和有效電化學(xué)池。此外，生產(chǎn)的CO可用于能量傳輸。

發(fā)明內(nèi)容
在一個實(shí)施方式中，本發(fā)明提供了一種電化學(xué)生產(chǎn)一氧化碳的方法，所述方法包括加熱堿金屬碳酸鹽或堿金屬碳酸鹽與堿土金屬碳酸鹽的混合物以形成熔融碳酸鹽；使用至少兩個電極電解所述熔融碳酸鹽，其中第一電極包含鈦并且第二電極包含石墨、鈦或其組合，其中，可選地向所述熔融碳酸鹽注入含有二氧化碳的氣體，由此產(chǎn)生一氧化碳。在一個實(shí)施方式中，本發(fā)明提供了一種制備甲醇或烴的方法，所述方法包括(a) 加熱堿金屬碳酸鹽或堿金屬碳酸鹽與堿土金屬碳酸鹽的混合物以形成熔融碳酸鹽；使用至少兩個電極電解所述熔融碳酸鹽，其中第一電極包含鈦，并且第二電極包含石墨、鈦或其組合，其中，可選地向所述熔融碳酸鹽注入含有二氧化碳的氣體，由此產(chǎn)生一氧化碳；(b)氫化所述一氧化碳以產(chǎn)生甲醇或烴。在一個實(shí)施方式中，本發(fā)明提供了一種用于制造CO的電化學(xué)池，所述電化學(xué)池包含a.電源；b.包含堿金屬碳酸鹽或堿金屬碳酸鹽與堿土金屬碳酸鹽的混合物的第一反應(yīng)室；c.用于注入含有(X)2的氣體的風(fēng)口 ；d.至少兩個電極，其中第一電極包含鈦并且第二電極包含石墨、鈦或其組合；e.加熱系統(tǒng)；f.將CO由所述電化學(xué)池傳送至氣體收集器的第一管道；其中，所述加熱系統(tǒng)加熱所述金屬碳酸鹽以形成熔融碳酸鹽；所述風(fēng)口可選地向所述熔融碳酸鹽注入所述氣體；所述至少兩個電極與所述熔融碳酸鹽接觸并可選地位于分開的隔室中；并且，通過施加電壓形成CO并通過所述第一管道將其傳送至氣體收集器。在一個實(shí)施方式中，本發(fā)明提供了一種制備一氧化碳的方法，所述方法包含使用本發(fā)明的電化學(xué)池電解熔融碳酸鹽。在一個實(shí)施方式中，本發(fā)明提供了一種制造甲醇或碳水化合物的設(shè)備，所述設(shè)備包含(i)電化學(xué)池，所述電化學(xué)池包含a.電源；b.包含堿金屬碳酸鹽或堿金屬碳酸鹽與堿土金屬碳酸鹽的混合物的第一反應(yīng)室；c.用于注入含有(X)2的氣體的風(fēng)口 ；d.至少兩個電極，其中第一電極包含鈦并且第二電極包含石墨、鈦或其組合；e.加熱系統(tǒng)；其中，所述加熱系統(tǒng)加熱所述金屬碳酸鹽以形成熔融碳酸鹽；所述風(fēng)口可選地向所述熔融碳酸鹽注入所述氣體；并且所述至少兩個電極與所述熔融碳酸鹽接觸并可選地位于分開的隔室中；(ii)第二反應(yīng)室，所述第二反應(yīng)室具有用于將H2引入所述第二反應(yīng)室中的入口 ；(iii)第一管道，所述第一管道將CO由所述電化學(xué)池傳送至所述第二室中；(iv)第二管道，所述第二管道將甲醇或烴由所述第二反應(yīng)室傳送至出口 ；
其中，通過施加電壓形成CO并通過所述第一管道將其傳送至第二反應(yīng)室；并且所述CO和壓在所述第二反應(yīng)室中反應(yīng)產(chǎn)生所述甲醇或烴。在一個實(shí)施方式中，本發(fā)明提供了一種制備甲醇或烴的方法，所述方法包含使用本發(fā)明的設(shè)備使一氧化碳與氫氣反應(yīng)。在一個實(shí)施方式中，本發(fā)明提供了一種制造甲醇或烴的設(shè)備，所述設(shè)備包含(i)第一電化學(xué)池，所述第一電化學(xué)池包含a.電源；b.包含堿金屬碳酸鹽或堿金屬碳酸鹽與堿土金屬碳酸鹽的混合物的第一反應(yīng)室；c.用于注入含有(X)2的氣體的風(fēng)口 ；d.至少兩個電極，其中第一電極包含鈦并且第二電極包含石墨、鈦或其組合；e.加熱系統(tǒng)；其中，所述加熱系統(tǒng)加熱所述金屬碳酸鹽以形成熔融碳酸鹽；所述風(fēng)口可選地向所述熔融碳酸鹽注入所述氣體；并且所述至少兩個電極與所述熔融碳酸鹽接觸并可選地位于分開的隔室中；通過施加電壓形成CO ；(ii)第二電化學(xué)池，所述第二電化學(xué)池包含a.電源；b.第三反應(yīng)室；c.至少兩個電極；其中，通過施加電壓形成H2 ；(iii)第二反應(yīng)室；(iv)第一管道，所述第一管道將CO由所述第一電化學(xué)池傳送至所述第二室；(ν)第三管道，所述第三管道將吐由所述第二電化學(xué)池傳送至所述第二反應(yīng)室；(vi)第二管道，所述第二管道將甲醇或烴由所述第二反應(yīng)室傳送至出口 ；其中，所述CO通過所述第一管道傳送至所述第二反應(yīng)室；所述H2通過所述第三管道傳送至所述第二反應(yīng)室；并且所述CO和H2在所述第二反應(yīng)室中反應(yīng)產(chǎn)生甲醇或烴。


本說明書的總結(jié)部分中具體指出了視為本發(fā)明的主題并明確地要求對其進(jìn)行保護(hù)。不過，本發(fā)明，對于其組織和運(yùn)行方法及其目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，通過在結(jié)合附圖閱讀的同時參見以下詳細(xì)描述可以得到最大程度的理解，所述附圖中圖1描繪了(a)熔融Li2CO3中Ti陰極的準(zhǔn)靜態(tài)電流_電勢關(guān)系。(b)熔融Li2CO3 中壓制石墨陽極的準(zhǔn)靜態(tài)電流-電勢關(guān)系。線性電勢-電流關(guān)系表明電流受限于歐姆電阻。圖2描繪了(a)在900°C電解的過程中陰極隔室中氣體的色譜圖；存在少量比例的氧和氮是因?yàn)楦羰抑袣埩粲猩倭靠諝猓?b)在900°C電解開始3分鐘后陽極隔室中的氣體的色譜圖。不久，氧濃度達(dá)到100%。注意在任一隔室內(nèi)都未檢測到C02。應(yīng)當(dāng)理解，為使說明簡單、清晰，圖中所示的要素沒有一定按比例繪制。例如，為清晰起見，一些要素的尺寸可能相對于其他要素被夸大了。此外，在認(rèn)為適當(dāng)之處，附圖標(biāo)記在這些圖中可重復(fù)使用，以指示相應(yīng)或相似要素。
具體實(shí)施例方式在以下詳細(xì)描述中，為提供對本發(fā)明的全面了解，闡述了大量具體細(xì)節(jié)。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，不使用這些具體細(xì)節(jié)也可以實(shí)施本發(fā)明。在另一些情況下，對于公知方法、程序和成分未進(jìn)行詳細(xì)描述，以避免使本發(fā)明模糊不清。在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明提供了用于制備一氧化碳的方法、電化學(xué)池和設(shè)備。在一個實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明的方法制備的一氧化碳將會用作替代能源。在一個實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明的方法制備的一氧化碳將會用于能量傳輸。在一個實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明的方法制備的一氧化碳將會用于電能的化學(xué)存儲。在另一個實(shí)施方式中，一氧化碳可以用作其他有機(jī)產(chǎn)品(如塑料、聚合物、烴、烴的羰基化和燃料等)的化學(xué)原料，在另一個實(shí)施方式中，一氧化碳將會用作制備甲醇的化學(xué)原料。在另一個實(shí)施方式中，一氧化碳將會用作制備烴或氧化烴的化學(xué)原料。在一個實(shí)施方式中，本發(fā)明提供了一種電化學(xué)生產(chǎn)一氧化碳的方法，所述方法包括加熱堿金屬碳酸鹽或堿金屬碳酸鹽與堿土金屬碳酸鹽的混合物以形成熔融碳酸鹽；使用至少兩個電極電解所述熔融碳酸鹽，其中第一電極包含鈦，并且第二電極包含石墨、鈦或其組合，其中，可選地向所述熔融碳酸鹽注入含有二氧化碳的氣體，由此產(chǎn)生一氧化碳。在一個實(shí)施方式中，本發(fā)明提供了一種電化學(xué)生產(chǎn)一氧化碳的方法，所述方法包括加熱堿金屬碳酸鹽以形成熔融碳酸鹽；使用至少兩個電極電解所述熔融碳酸鹽，其中第一電極包含鈦并且第二電極包含石墨，其中，可選地向所述熔融碳酸鹽注入含有二氧化碳的氣體，由此產(chǎn)生一氧化碳。在一個實(shí)施方式中，本發(fā)明提供了一種電化學(xué)生產(chǎn)一氧化碳的方法，所述方法包括加熱堿金屬碳酸鹽與堿土金屬碳酸鹽的混合物以形成熔融碳酸鹽；使用至少兩個電極電解所述熔融碳酸鹽，其中第一電極包含鈦并且第二電極包含由碳涂布的鈦電極；其中，可選地向所述熔融碳酸鹽注入含有二氧化碳的氣體，由此產(chǎn)生一氧化碳。在一個實(shí)施方式中， 本發(fā)明提供了一種用于制造CO的電化學(xué)池，所述電化學(xué)池包含a.電源；b.包含堿金屬碳酸鹽或堿金屬碳酸鹽與堿土金屬碳酸鹽的混合物的第一反應(yīng)室；c.用于注入含有(X)2的氣體的風(fēng)口 ；d.至少兩個電極，其中第一電極包含鈦，并且第二電極包含石墨、鈦或其組合；e.加熱系統(tǒng)；f.將CO由所述電化學(xué)池傳送至氣體收集器的第一管道；其中，所述加熱系統(tǒng)加熱所述金屬碳酸鹽以形成熔融碳酸鹽；所述風(fēng)口可選地向所述熔融碳酸鹽注入所述氣體；所述至少兩個電極與所述熔融碳酸鹽接觸并可選地位于分開的隔室中；并且，通過施加電壓形成CO并通過所述第一管道將其傳送至氣體收集器。在一個實(shí)施方式中，本發(fā)明提供了一種用于制造CO的電化學(xué)池，所述電化學(xué)池包含a.電源；b.包含堿金屬碳酸鹽與堿土金屬碳酸鹽的混合物的第一反應(yīng)室；
c.用于注入含有(X)2的氣體的風(fēng)口 ；d.至少兩個電極，其中第一電極包含鈦并且第二電極包含由碳涂布的鈦；e.加熱系統(tǒng)；f.將CO由所述電化學(xué)池傳送至氣體收集器的第一管道；其中，所述加熱系統(tǒng)加熱所述金屬碳酸鹽以形成熔融碳酸鹽；所述風(fēng)口可選地向所述熔融碳酸鹽注入所述氣體；所述至少兩個電極與所述熔融碳酸鹽接觸并可選地位于分開的隔室中；并且，通過施加電壓形成CO并通過所述第一管道將其傳送至氣體收集器。在一個實(shí)施方式中，本發(fā)明提供了一種用于制造CO的電化學(xué)池，所述電化學(xué)池包含a.電源；b.包含堿金屬碳酸鹽的第一反應(yīng)室；c.用于注入含有(X)2的氣體的風(fēng)口 ；d.至少兩個電極，其中第一電極包含鈦并且第二電極包含石墨；e.加熱系統(tǒng)；f.將CO由所述電化學(xué)池傳送至氣體收集器的第一管道；其中，所述加熱系統(tǒng)加熱所述堿金屬碳酸鹽以形成熔融碳酸鹽；所述風(fēng)口可選地向所述熔融碳酸鹽注入所述氣體；所述至少兩個電極與所述熔融碳酸鹽接觸并可選地位于分開的隔室中；并且，通過施加電壓形成CO并通過所述第一管道將其傳送至氣體收集器。在一個實(shí)施方式中，本發(fā)明提供了一種電化學(xué)制造一氧化碳的方法，所述方法包含通過電化學(xué)池電解熔融碳酸鹽，其中，所述電化學(xué)池包含a.電源；b.包含堿金屬碳酸鹽或堿金屬碳酸鹽與堿土金屬碳酸鹽的混合物的第一反應(yīng)室；c.用于注入含有(X)2的氣體的風(fēng)口 ；d.至少兩個電極，其中第一電極包含鈦并且第二電極包含石墨、鈦或其組合；e.加熱系統(tǒng)；f.將CO由所述電化學(xué)池傳送至氣體收集器的第一管道；其中，所述加熱系統(tǒng)加熱所述金屬碳酸鹽以形成熔融碳酸鹽；所述風(fēng)口可選地向所述熔融碳酸鹽注入所述氣體；所述至少兩個電極與所述熔融碳酸鹽接觸并可選地位于分開的隔室中；并且，通過施加電壓形成CO并通過所述第一管道將其傳送至氣體收集器。在一個實(shí)施方式中，用于制備一氧化碳的本發(fā)明的方法和電化學(xué)池和設(shè)備包含和 /或利用熔融碳酸鹽作為電解質(zhì)。在另一個實(shí)施方式中，熔融碳酸鹽通過加熱本發(fā)明的碳酸鹽而形成。本發(fā)明的碳酸鹽是指堿金屬碳酸鹽或堿金屬碳酸鹽與堿土金屬碳酸鹽的混合物。本發(fā)明的熔融碳酸鹽是指熔融的堿金屬碳酸鹽或熔融的堿金屬碳酸鹽與堿土金屬碳酸鹽的混合物。在一個實(shí)施方式中，本發(fā)明的堿金屬碳酸鹽包括碳酸鋰、碳酸鈉、碳酸鉀或其任意組合。在另一個實(shí)施方式中，堿金屬碳酸鹽為碳酸鋰(Li2CO3)。在另一個實(shí)施方式中，堿金屬碳酸鹽為碳酸鈉(Na2CO3)。在另一個實(shí)施方式中，堿金屬碳酸鹽為碳酸鉀(K2CO3)。在另一個實(shí)施方式中，堿金屬碳酸鹽包含至少50%的碳酸鋰(Li2CO3)。在一個實(shí)施方式中，本發(fā)明的堿土金屬碳酸鹽包括碳酸鋇、碳酸鍶、碳酸鈣或其任意組合。在另一個實(shí)施方式中，堿土金屬碳酸鹽為碳酸鋇。在另一個實(shí)施方式中，堿土金屬碳酸鹽為碳酸鍶。在另一個實(shí)施方式中，堿土金屬碳酸鹽為碳酸鈣。在另一個實(shí)施方式中，堿金屬碳酸鹽與堿土金屬碳酸鹽的混合物具有各自為 1 1摩爾比 0.95 0.05摩爾比的比例。在另一個實(shí)施方式中，堿金屬碳酸鹽與堿土金屬碳酸鹽的混合物具有1 1摩爾比的比例。在另一個實(shí)施方式中，堿金屬碳酸鹽與堿土金屬碳酸鹽的混合物具有0.6 0.4摩爾比的比例；在另一個實(shí)施方式中，堿金屬碳酸鹽與堿土金屬碳酸鹽的混合物具有0.7 0.3摩爾比的比例；在另一個實(shí)施方式中，堿金屬碳酸鹽與堿土金屬碳酸鹽的混合物具有0.8 0.2摩爾比的比例；在另一個實(shí)施方式中，堿金屬碳酸鹽與堿土金屬碳酸鹽的混合物具有0. 9 0.1摩爾比的比例。在一個實(shí)施方式中，本發(fā)明的方法、電化學(xué)池和設(shè)備包含和/或利用熔融碳酸鹽來制備一氧化碳。在另一個實(shí)施方式中，熔融碳酸鹽通過將本發(fā)明的碳酸鹽加熱至其熔點(diǎn)而形成。在另一個實(shí)施方式中，熔融Li2CO3通過將Li2CO3加熱至723V以上的溫度而形成。在一個實(shí)施方式中，本發(fā)明的方法、電化學(xué)池和設(shè)備包含和/或利用熔融碳酸鹽作為電解質(zhì)來制備一氧化碳。在另一個實(shí)施方式中，本發(fā)明的電解質(zhì)為Li2C03。在另一個實(shí)施方式中，本發(fā)明的電解質(zhì)包含至少50 %的Li2C03。在另一個實(shí)施方式中，鋰離子是穩(wěn)定的，并且在780°C 900°C的高溫下不被還原。在另一個實(shí)施方式中，鋰離子沒有使過氧化物和過碳酸根離子的形成穩(wěn)定化。在另一個實(shí)施方式中，如實(shí)施例2所示，發(fā)現(xiàn)在900°C加熱2小時后重量損失為1. 2重量％，在900°C加熱M小時后該重量并未增加。在用于產(chǎn)生一氧化碳的本發(fā)明的熔融碳酸鹽的電解過程中，碳酸根離子的濃度降低。在另一個實(shí)施方式中，在用于產(chǎn)生一氧化碳的本發(fā)明的熔融碳酸鹽的電解過程中，金屬碳酸鹽被氧化并形成金屬氧化物。在另一個實(shí)施方式中，金屬氧化物在二氧化碳存在下形成金屬碳酸鹽。在另一個實(shí)施方式中，在用于產(chǎn)生一氧化碳的熔融碳酸鋰的電解過程中， 形成氧化鋰(Li2O)。在另一個實(shí)施方式中，氧化鋰(Li2O)在二氧化碳存在下形成碳酸鋰 (Li2CO3)。在一個實(shí)施方式中，向電化學(xué)池添加含有二氧化碳的氣體，以保持恒定的碳酸根離子濃度。在另一個實(shí)施方式中，金屬氧化物與二氧化碳反應(yīng)產(chǎn)生金屬碳酸鹽。在用于產(chǎn)生一氧化碳的熔融碳酸鹽的電解過程中(其中，熔融碳酸鹽為堿金屬碳酸鹽與堿土金屬碳酸鹽的混合物)，在熔融碳酸鹽的表面上形成金屬氧化物層。在另一個實(shí)施方式中，在熔融碳酸鹽的表面上形成金屬氧化物晶體。在另一個實(shí)施方式中，金屬氧化物晶體或?qū)釉诖髿釩O2存在下自發(fā)產(chǎn)生金屬碳酸鹽，其中，所述金屬碳酸鹽被再次用于本發(fā)明的電解工藝、電化學(xué)池或設(shè)備中。在熔融碳酸鹽的電解過程中(其中，熔融碳酸鹽為堿金屬碳酸鹽與堿土金屬碳酸鹽的混合物)，在熔融碳酸鹽的表面上形成金屬氧化物層或晶體。在一個實(shí)施方式中，熔融碳酸鹽表面上的金屬氧化物層或晶體被除去并與(X)2 —起再循環(huán)以產(chǎn)生金屬碳酸鹽。在另一個實(shí)施方式中，再循環(huán)得到的金屬碳酸鹽可以再次用于本發(fā)明的電解工藝、電化學(xué)池和/ 或設(shè)備中。在一個實(shí)施方式中，金屬氧化物在二氧化碳存在下產(chǎn)生金屬碳酸鹽。在一個實(shí)施方式中，與本發(fā)明的金屬氧化物反應(yīng)的含有(X)2的氣體是純凈或濃縮co2。在另一個實(shí)施方式中，與金屬氧化物反應(yīng)的CO2是大氣C02。在另一個實(shí)施方式中，在電解過程中向電化學(xué)池連續(xù)注入C02。在另一個實(shí)施方式中，(X)2由空氣擴(kuò)散至電化學(xué)池中。在另一個實(shí)施方式中，含有二氧化碳的氣體包含氣體的0.01重量％ 100重量％ 的二氧化碳。在另一個實(shí)施方式中，含有二氧化碳的氣體包含氣體的0. 03重量％ 98重量％的二氧化碳。在另一個實(shí)施方式中，含有二氧化碳的氣體包含氣體的50重量％ 100 重量％的二氧化碳。在另一個實(shí)施方式中，含有二氧化碳的氣體包含氣體的80重量％ 100重量％的二氧化碳。在另一個實(shí)施方式中，含有二氧化碳的氣體包含氣體的0. 1重量％ 5重量％的二氧化碳。在另一個實(shí)施方式中，含有二氧化碳的氣體包含氣體的0. 01 重量％ 5重量％的二氧化碳。在一個實(shí)施方式中，用于制備一氧化碳的本發(fā)明的方法、電化學(xué)池和設(shè)備包含和/ 或使用至少兩個電極。在一個實(shí)施方式中，第一電極為陰極。在另一個實(shí)施方式中，陰極或第一電極包含閥金屬。在另一個實(shí)施方式中，陰極或第一電極包含鈦。在另一個實(shí)施方式中，陰極或第一電極為鈦電極。在另一個實(shí)施方式中，陰極或第一電極為含鈦合金。在另一個實(shí)施方式中，陰極或第一電極為包含鈦、鋁、鋯、鉭、鈮或其任意組合的合金。術(shù)語“閥金屬”指下述金屬，當(dāng)該金屬氧化時，若將其用作陰極則可以使電流通過， 而若將其用作陽極則阻止電流的流動。閥金屬的非限制性實(shí)例包括鎂、釷、鎘、鎢、錫、鐵、 銀、硅、鉭、鈦、鋁、鋯和鈮。在另一個實(shí)施方式中，閥金屬被氧化物保護(hù)層覆蓋，因此，不會促進(jìn)如Boudouard反應(yīng)CO —— C02+C所示的所生成的CO的分解。在另一個實(shí)施方式中，在閥金屬表面上形成的氧化物層通常保護(hù)其免于迅速熔化。在另一個實(shí)施方式中，在熔融Li2CO3中鈦電極不發(fā)生腐蝕，因?yàn)槠湫纬闪烁哂?750°C的Li2TiO3保護(hù)層，該層是導(dǎo)電性的并且不會對池電阻有顯著影響。在另一個實(shí)施方式中，鋰金屬在鈦中不溶解，這排除了電解過程中發(fā)生合金化的情況。在一個實(shí)施方式中，本發(fā)明的制備一氧化碳的方法、電化學(xué)池和設(shè)備包含和/或利用鈦電極。在另一個實(shí)施方式中，本發(fā)明的鈦電極由5mm厚的Ti板制備。在另一個實(shí)施方式中，鈦電極在持久暴露于熔融碳酸鹽下是穩(wěn)定的。在另一個實(shí)施方式中，鈦電極持久暴露于碳酸鋰約100小時表明，電解質(zhì)中鈦的濃度低于0.02摩爾％ (痕量)并且不會在進(jìn)一步暴露中升高。在另一個實(shí)施方式中，鈦電極對于持久暴露于電解質(zhì)是穩(wěn)定的，如實(shí)施例3 中所示例。在一個實(shí)施方式中，用于制備一氧化碳的本發(fā)明的方法、電化學(xué)池和設(shè)備包含和/ 或使用至少兩個電極。在另一個實(shí)施方式中，第二電極為陽極。在另一個實(shí)施方式中，陽極或第二電極包含鈦、石墨或其組合。在另一個實(shí)施方式中，陽極或第二電極包含碳。在另一個實(shí)施方式中，陽極或第二電極為石墨電極。在另一個實(shí)施方式中，陽極或第二電極為壓制石墨或玻璃態(tài)石墨。在另一個實(shí)施方式中，壓制的化學(xué)純石墨在熔融Li2CO3中不受腐蝕。 在為時100小時的電解(在900°C下lOOmA/cm2)和暴露于電解質(zhì)(無電流)后，未檢測到石墨電極的重量損失。在另一個實(shí)施方式中，石墨電極的穩(wěn)定性如在實(shí)施例3中所述。在另一個實(shí)施方式中，陽極或第二電極為鈦電極。在另一個實(shí)施方式中，陽極或第二電極為鈦合金。在另一個實(shí)施方式中，陽極或第二電極為包含鈦、鋁、鋯、鉭、鈮或其任意組合的鈦合金。在另一個實(shí)施方式中，陽極或第二電極為由碳/石墨涂布的鈦電極。用于制備一氧化碳的本發(fā)明的方法、電化學(xué)池和設(shè)備包含和/或使用陽極。在一個實(shí)施方式中，陽極為由碳/石墨涂布的鈦或鈦合金電極。在一個實(shí)施方式中，由石墨涂布的鈦電極通過以下方式制備在700°C 900°C的溫度于大于3伏的負(fù)電勢下將浸漬在熔融碳酸鹽中的鈦電極或鈦合金電極進(jìn)行時效處理(aging) 10分鐘 60分鐘，由此使所述鈦電極被碳涂布。在另一個實(shí)施方式中，該電極在施加正電勢時被用作陽極。在另一個實(shí)施方式中，制備由碳涂布的鈦電極的工藝如實(shí)施例4中所述。在另一個實(shí)施方式中，用于制備由碳/石墨涂布的鈦或鈦合金電極的負(fù)電勢為3 伏 5伏。在另一個實(shí)施方式中，負(fù)電勢為3伏 6伏。在另一個實(shí)施方式中，負(fù)電勢為3 伏 7伏。在另一個實(shí)施方式中，用于制備由碳/石墨涂布的鈦或鈦合金電極的溫度為 700°C 900°C并且持續(xù)10分鐘 60分鐘。在另一個實(shí)施方式中，所述溫度為750°C 850°C。在另一個實(shí)施方式中，所述溫度為750°C 900°C。在另一個實(shí)施方式中，時效處理步驟持續(xù)20分鐘。在另一個實(shí)施方式中，時效處理步驟持續(xù)10分鐘 50分鐘。在另一個實(shí)施方式中，時效處理步驟持續(xù)15分鐘 60分鐘。在另一個實(shí)施方式中，時效處理步驟持續(xù)30分鐘 60分鐘。在另一個實(shí)施方式中，時效處理步驟持續(xù)10分鐘 20分鐘。在一個實(shí)施方式中，用于制備一氧化碳的本發(fā)明的方法、電化學(xué)池和設(shè)備包含和/ 或使用至少兩個電極，其中，第一電極為陰極；第二電極為陽極，并且可選的是第三電極為參比電極。在另一個實(shí)施方式中，參比電極為Pt線。理想的參比電極具有穩(wěn)定的、定義明確的電化學(xué)電勢。常見參比電極包括甘汞汞 /氯化汞；當(dāng)銀/氯化銀或銅/硫酸銅正常工作并且也應(yīng)具有零阻抗時，其滿足此標(biāo)準(zhǔn)。電勢測定法中參比電極的目的是提供穩(wěn)定電勢，相對于該穩(wěn)定電勢來測量工作電極半電池(例如，離子選擇性電極、氧化還原電勢電極或酶電極)。在一個實(shí)施方式中，本發(fā)明的方法在惰性氣體下進(jìn)行。在另一個實(shí)施方式中，本發(fā)明的方法在大氣存在下進(jìn)行。在一個實(shí)施方式中，本發(fā)明的方法在大氣壓力下進(jìn)行。在一個實(shí)施方式中，本發(fā)明的方法在加壓條件下進(jìn)行。在一個實(shí)施方式中，本發(fā)明的方法在高溫條件下進(jìn)行。在一個實(shí)施方式中，用于制備一氧化碳的本發(fā)明的方法、電化學(xué)池和設(shè)備包含和/ 或利用加熱系統(tǒng)，其中，所述堿金屬碳酸鹽的電解在加熱下進(jìn)行。在另一個實(shí)施方式中，加熱系統(tǒng)為加熱爐。在另一個實(shí)施方式中，電解在780°C 950°C的溫度進(jìn)行。在另一個實(shí)施方式中，電解在800°C 900°C的溫度進(jìn)行。在另一個實(shí)施方式中，電解在850°C 900°C的溫度進(jìn)行。在另一個實(shí)施方式中，電解在850°C 950°C的溫度進(jìn)行。在一個實(shí)施方式中，用于制備一氧化碳的本發(fā)明的方法、電化學(xué)池和設(shè)備包含加熱堿和/或堿金屬碳酸鹽以形成金屬碳酸鹽。在另一個實(shí)施方式中，加熱在780V 950°C 的溫度進(jìn)行。在另一個實(shí)施方式中，加熱在800°C 900°C的溫度進(jìn)行。在另一個實(shí)施方式中，加熱在850°C 900°C的溫度進(jìn)行。在另一個實(shí)施方式中，加熱在850°C 950°C的溫度進(jìn)行。在一個實(shí)施方式中，用于制備一氧化碳的本發(fā)明的方法和電化學(xué)池包含碳酸根離子的電解。在另一個實(shí)施方式中，施加0.9V 1.2V的電勢。在另一個實(shí)施方式中，施加 1. 1 士0.05V的電勢。在另一個實(shí)施方式中，施加1. IV 1.2V的電勢。在另一個實(shí)施方式中，施加1.0V 1. IV的電勢。
在一個實(shí)施方式中，本發(fā)明的熔融碳酸鹽的電解具有100 %的法拉第效率和 80% 100%的熱力學(xué)效率。在另一個實(shí)施方式中，熱力學(xué)效率為80% 90%。在另一個實(shí)施方式中，熱力學(xué)效率為約85士4%。術(shù)語“法拉第效率”是指在給定電荷下電解物種時所能達(dá)到的能量效率。高法拉第效率表明實(shí)現(xiàn)該反應(yīng)需要較低的能量，使方法更為可行。術(shù)語“熱力學(xué)效率”是指電化學(xué)池的最高效率。熱力學(xué)效率指系統(tǒng)所做的功的量與做此功所產(chǎn)生的熱量之比。熱力學(xué)效率燈
ΔΗ其中，ΔΗ為反應(yīng)焓，并且AG為CO的燃燒的吉布斯能變(CO+ 1AO2 O CO2)。在另一個實(shí)施方式中，CO在900°C燃燒的吉布斯能變?yōu)锳G= ISlkJ/摩爾。在一個實(shí)施方式中，本發(fā)明提供了熱穩(wěn)定的電化學(xué)池。在另一個實(shí)施方式中，電化學(xué)池包含第一反應(yīng)室。在另一個實(shí)施方式中，第一反應(yīng)室的框架由鈦或鈦合金制得。在另一個實(shí)施方式中，鈦合金包含鈦、鋁、鋯、鉭、鈮或其任意組合。在另一個實(shí)施方式中，電化學(xué)池和/或第一反應(yīng)室的框架由高純氧化鋁、GeO、包含氧化釔的陶瓷、氧化鈹、鋰鈹合金或鋰釔合金制得。在一個實(shí)施方式中，本發(fā)明提供了用于制備一氧化碳的方法、電化學(xué)池和設(shè)備。在另一個實(shí)施方式中，一氧化碳由陰極隔室收集至氣體收集器中。在另一個實(shí)施方式中，氣體收集器為容器、罐、瓶、多孔材料或氣體收集器。在一個實(shí)施方式中，本發(fā)明提供了一種制備甲醇或烴的方法，所述方法包括(a) 加熱堿金屬碳酸鹽或堿金屬碳酸鹽與堿土金屬碳酸鹽的混合物以形成熔融碳酸鹽；使用至少兩個電極電解所述熔融碳酸鹽，其中第一電極包含鈦并且第二電極包含石墨、鈦或其組合，其中，可選地向所述熔融碳酸鹽注入含有二氧化碳的氣體，由此產(chǎn)生一氧化碳。在一個實(shí)施方式中，本發(fā)明提供了一種制備甲醇或烴的方法，所述方法包括(a) 加熱堿金屬碳酸鹽以形成熔融碳酸鹽；使用至少兩個電極電解所述熔融碳酸鹽，其中第一電極包含鈦并且第二電極包含石墨，其中，可選地向所述熔融碳酸鹽注入含有二氧化碳的氣體，由此產(chǎn)生一氧化碳；(b)氫化所述一氧化碳以產(chǎn)生甲醇或烴。在一個實(shí)施方式中，本發(fā)明提供了一種制備甲醇或烴的方法，所述方法包括(a) 加熱堿金屬碳酸鹽與堿土金屬碳酸鹽的混合物以形成熔融碳酸鹽；使用至少兩個電極電解所述熔融碳酸鹽，其中第一電極包含鈦并且第二電極包含由石墨/碳涂布的鈦，其中，可選地向所述熔融碳酸鹽注入含有二氧化碳的氣體，由此產(chǎn)生一氧化碳；(b)氫化所述一氧化碳以產(chǎn)生甲醇或烴。在一個實(shí)施方式中，本發(fā)明提供了一種制造甲醇或碳水化合物的設(shè)備，所述設(shè)備包含(i)電化學(xué)池，所述電化學(xué)池包含a.電源；b.包含堿金屬碳酸鹽或堿金屬碳酸鹽與堿土金屬碳酸鹽的混合物的第一反應(yīng)室；c.用于注入含有CO2的氣體的風(fēng)口 ；
d.至少兩個電極，其中第一電極包含鈦并且第二電極包含石墨、鈦或其組合；e.加熱系統(tǒng)；其中，所述加熱系統(tǒng)加熱所述金屬碳酸鹽以形成熔融碳酸鹽；所述風(fēng)口可選地向所述熔融碳酸鹽注入所述氣體；并且所述至少兩個電極與所述熔融碳酸鹽接觸并可選地位于分開的隔室中；(ii)第二反應(yīng)室，所述第二反應(yīng)室具有用于將H2引入所述第二反應(yīng)室中的入口 ；(iii)第一管道，所述第一管道將CO由所述電化學(xué)池傳送至所述第二室中；(iv)第二管道，所述第二管道將甲醇或烴由所述第二反應(yīng)室傳送至出口 ；其中，通過施加電壓形成CO并通過所述第一管道將其傳送至所述第二反應(yīng)室，并且，所述CO和壓在所述第二反應(yīng)室中反應(yīng)以產(chǎn)生所述甲醇或烴。在一個實(shí)施方式中，本發(fā)明提供了一種制造甲醇或烴的設(shè)備，所述設(shè)備包含(i)第一電化學(xué)池，所述第一電化學(xué)池包含a.電源；b.包含堿金屬碳酸鹽或堿金屬碳酸鹽與堿土金屬碳酸鹽的混合物的第一反應(yīng)室；c.用于注入含有CO2的氣體的風(fēng)口 ；d.至少兩個電極，其中第一電極包含鈦并且第二電極包含石墨、鈦或其組合；e.加熱系統(tǒng);其中，所述加熱系統(tǒng)加熱所述金屬碳酸鹽以形成熔融碳酸鹽；所述風(fēng)口可選地向所述熔融碳酸鹽注入所述氣體；并且所述至少兩個電極與所述熔融碳酸鹽接觸并可選地位于分開的隔室中；其中，通過施加電壓形成CO;(ii)第二電化學(xué)池，所述第二電化學(xué)池包含a.電源；b.第三反應(yīng)室；C.至少兩個電極；其中，通過施加電壓形成H2 ；(iii)第二反應(yīng)室；(iv)第一管道，所述第一管道將CO由所述第一電化學(xué)池傳送至所述第二室；(ν)第三管道，所述第三管道將吐由所述第二電化學(xué)池傳送至所述第二反應(yīng)室；(vi)第二管道，所述第二管道將甲醇或烴由所述第二反應(yīng)室傳送至出口 ；其中，所述CO通過所述第一管道傳送至所述第二反應(yīng)室；所述吐通過所述第三管道傳送至所述第二反應(yīng)室；并且所述CO和H2在所述第二反應(yīng)室中反應(yīng)產(chǎn)生甲醇或烴。在一個實(shí)施方式中，本發(fā)明提供了一種制備甲醇或烴的方法，所述方法包含使用設(shè)備使一氧化碳與氫氣反應(yīng)，所述設(shè)備包含(i)電化學(xué)池，所述電化學(xué)池包含a.電源；b.包含堿金屬碳酸鹽或堿金屬碳酸鹽與堿土金屬碳酸鹽的混合物的第一反應(yīng)室；c.用于注入含有CO2的氣體的風(fēng)口 ；
d.至少兩個電極，其中第一電極包含鈦并且第二電極包含石墨、鈦或其組合；e.加熱系統(tǒng)；其中，所述加熱系統(tǒng)加熱所述金屬碳酸鹽以形成熔融碳酸鹽；其中，所述風(fēng)口可選地向所述熔融碳酸鹽注入所述氣體；并且所述至少兩個電極與所述熔融碳酸鹽接觸并可選地位于分開的隔室中；(ii)第二反應(yīng)室，所述第二反應(yīng)室具有用于將H2引入所述第二反應(yīng)室中的入口 ；(iii)第一管道，所述第一管道將CO由所述電化學(xué)池傳送至所述第二室中；(iv)第二管道，所述第二管道將甲醇或烴由所述第二反應(yīng)室傳送至出口 ；其中，通過施加電壓形成CO并通過所述第一管道將其傳送至第二反應(yīng)室，并且， 所述CO和吐在所述第二反應(yīng)室中反應(yīng)以產(chǎn)生所述甲醇或烴。在一個實(shí)施方式中，本發(fā)明提供了一種制備甲醇或烴的方法，所述方法包含使用設(shè)備使一氧化碳與氫氣反應(yīng)，所述設(shè)備包含(i)第一電化學(xué)池，所述第一電化學(xué)池包含a.電源；b.包含堿金屬碳酸鹽或堿金屬碳酸鹽與堿土金屬碳酸鹽的混合物的第一反應(yīng)室；c.用于注入含有(X)2的氣體的風(fēng)口 ；d.至少兩個電極，其中第一電極包含鈦并且第二電極包含石墨、鈦或其組合；e.加熱系統(tǒng)；其中，所述加熱系統(tǒng)加熱所述金屬碳酸鹽以形成熔融碳酸鹽；所述風(fēng)口可選地向所述熔融碳酸鹽注入所述氣體；并且所述至少兩個電極與所述熔融碳酸鹽接觸并可選地位于分開的隔室中；其中，通過施加電壓形成CO;(ii)第二電化學(xué)池，所述第二電化學(xué)池包含a.電源；b.第三反應(yīng)室；C.至少兩個電極；其中，通過施加電壓形成H2 ；(iii)第二反應(yīng)室；(iv)第一管道，所述第一管道將CO由所述第一電化學(xué)池傳送至所述第二室；(ν)第三管道，所述第三管道將吐由所述第二電化學(xué)池傳送至所述第二反應(yīng)室；(vi)第二管道，所述第二管道將甲醇或烴由所述第二反應(yīng)室傳送至出口 ；其中，所述CO通過所述第一管道傳送至所述第二反應(yīng)室；所述吐通過所述第三管道傳送至所述第二反應(yīng)室；并且所述CO和吐在所述第二反應(yīng)室中反應(yīng)以產(chǎn)生甲醇和烴。在一個實(shí)施方式中，本發(fā)明提供了制備甲醇或烴的方法、電化學(xué)池和設(shè)備，其中第一反應(yīng)室包含堿金屬碳酸鹽或堿金屬碳酸鹽與堿土金屬碳酸鹽的混合物。在另一個實(shí)施方式中，第一反應(yīng)室包含堿金屬碳酸鹽。在另一個實(shí)施方式中，第一反應(yīng)室包含堿金屬碳酸鹽與堿土金屬碳酸鹽的混合物。在一個實(shí)施方式中，本發(fā)明提供了制備甲醇或烴的方法、電化學(xué)池和設(shè)備，其包含至少兩個電極，其中，第一電極包含鈦并且第二電極包含石墨、鈦或其組合。在另一個實(shí)施方式中，第二電極為石墨電極。在另一個實(shí)施方式中，第二電極為鈦電極。在另一個實(shí)施方式中，第二電極為由石墨/碳涂布的鈦電極。在一個實(shí)施方式中，本發(fā)明提供了制備甲醇或烴的方法、電化學(xué)池和設(shè)備，其中， 一氧化碳在第一反應(yīng)室的陰極隔室中形成，并被傳送至第二反應(yīng)室，在所述第二反應(yīng)室中進(jìn)行一氧化碳的氫化以產(chǎn)生甲醇和/或烴。在另一個實(shí)施方式中，一氧化碳的氫化在催化劑存在下進(jìn)行。在另一個實(shí)施方式中，一氧化碳的氫化在加壓條件下進(jìn)行。在另一個實(shí)施方式中，氫化在高溫條件下進(jìn)行。在一個實(shí)施方式中，本發(fā)明提供了其中使一氧化碳和氫氣反應(yīng)的用于制備甲醇或烴的方法、電化學(xué)池和設(shè)備。在另一個實(shí)施方式中，氫氣被泵入第二反應(yīng)室中。在另一個實(shí)施方式中，通過水的電解產(chǎn)生氫氣。在另一個實(shí)施方式中，氫氣通過在第二電解池中電解水而產(chǎn)生，并被輸送至本發(fā)明的設(shè)備的第二反應(yīng)室中。在一個實(shí)施方式中，通過根據(jù)費(fèi)托法氫化一氧化碳而制備烴。在另一個實(shí)施方式中，通過在非均相催化劑存在下氫化一氧化碳而制備甲醇。在另一個實(shí)施方式中，非均相催化劑為銅/鋅催化劑。甲醇(以及二甲醚)和費(fèi)托液都可以通過包含氫氣、一氧化碳、二氧化碳的氣體原料的催化轉(zhuǎn)化而生產(chǎn)。這種氣體混合物通常被稱作合成氣或“syngas”。在一個實(shí)施方式中，如電解、加熱、冷卻、泵送、加壓泵、氣體過濾系統(tǒng)或其任何組合等的本發(fā)明的電化學(xué)池和裝備所需要的能量通過如太陽能、風(fēng)能、熱波、地?zé)岷推淙我饨M合等可再生能源或者通過如煤、油、氣、發(fā)電裝置或其任意組合等常規(guī)能源來提供。在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明的方法、電化學(xué)池和設(shè)備可以進(jìn)行和/或使用數(shù)星期， 或者在一些實(shí)施方式中為數(shù)月，或者在一些實(shí)施方式中為數(shù)年。在一個實(shí)施方式中，本發(fā)明的電化學(xué)池和/或設(shè)備可以包含用于引入二氧化碳、 氫氣和/或空氣的多個入口。在一些實(shí)施方式中，電化學(xué)池和/或設(shè)備會包含用于分別將一氧化碳、氫氣和其他物質(zhì)傳送至反應(yīng)室或氣體收集器的一系列管道。在一些實(shí)施方式中， 所述通道被構(gòu)造為可以促進(jìn)所引入的物質(zhì)之間的接觸，這是所希望的應(yīng)用。在一些實(shí)施方式中，電化學(xué)池和/或設(shè)備會包含微流泵或納流泵，所述泵可促進(jìn)引入反應(yīng)室中的物質(zhì)的傳送和/或接觸。在另一個實(shí)施方式中，本發(fā)明的電化學(xué)池和/或設(shè)備可以在反應(yīng)室中(例如在第二反應(yīng)室中)包含攪拌器。在另一個實(shí)施方式中，電化學(xué)池和/或設(shè)備可以裝配到例如通過聲波處理(在一個實(shí)施方式中，或者通過在多個方向施加磁場，這在一些實(shí)施方式中會引起磁性顆粒的運(yùn)動和隨之而來的混合)來機(jī)械混合物質(zhì)的設(shè)備。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的電化學(xué)池和/或設(shè)備在一些實(shí)施方式中被模塊化設(shè)計以容納各種混合機(jī)械或工具，應(yīng)被認(rèn)為是本發(fā)明的一部分。在一個實(shí)施方式中，本發(fā)明的電化學(xué)池和設(shè)備包含風(fēng)口。在另一個實(shí)施方式中， 通過風(fēng)口向熔融碳酸鹽注入含有二氧化碳的氣體。在另一個實(shí)施方式中，用于含有二氧化碳的氣體的風(fēng)口設(shè)置為垂直于反應(yīng)室。在另一個實(shí)施方式中，用于所述含有二氧化碳的氣體的風(fēng)口設(shè)置為與所述反應(yīng)室的垂線成0. 1度 45度的角度。在另一個實(shí)施方式中，用于所述含有二氧化碳的氣體的風(fēng)口設(shè)置為與所述反應(yīng)室的垂線成45度 90度的角度。在另一個實(shí)施方式中，用于所述含有二氧化碳的氣體的風(fēng)口設(shè)置為與所述反應(yīng)室的垂線成45度 90度的角度。在另一個實(shí)施方式中，用于含有二氧化碳的氣體的風(fēng)口具有工作直徑為5mm 50mm的噴嘴。在另一個實(shí)施方式中，用于含有二氧化碳的氣體的風(fēng)口具有工作直徑為 5mm 15mm的噴嘴。在另一個實(shí)施方式中，用于含有二氧化碳的氣體的風(fēng)口具有工作直徑為IOmm 35mm的噴嘴。在另一個實(shí)施方式中，用于含有二氧化碳的氣體的風(fēng)口具有工作直徑為30mm 45mm的噴嘴。在另一個實(shí)施方式中，風(fēng)口的噴嘴設(shè)置于自所述反應(yīng)室底部起比風(fēng)口的工作直徑高15倍 40倍的距離之處。在另一個實(shí)施方式中，風(fēng)口的噴嘴設(shè)置自所述反應(yīng)室底部起比風(fēng)口的工作直徑大10倍 40倍的距離之處。在另一個實(shí)施方式中，風(fēng)口的噴嘴設(shè)置于自所述反應(yīng)室底部起比風(fēng)口的工作直徑高10倍 30倍的距離之處。術(shù)語“風(fēng)口”是指通道、管道、導(dǎo)管或其他開口，通過它們將氣體吹入加熱爐中，其中，氣體通過風(fēng)箱或鼓風(fēng)機(jī)或其他裝置在壓力下注入。術(shù)語“反應(yīng)室的底部”是指反應(yīng)室的最低點(diǎn)或最低面。在一個實(shí)施方式中，風(fēng)口由鈦制造。在另一個實(shí)施方式中，風(fēng)口由含鈦合金制造。 在另一個實(shí)施方式中，所述合金包含鈦、鋁、鋯、鉭、鈮或其任意組合。在一個實(shí)施方式中，一氧化碳被直接傳送至第二反應(yīng)室，使得其在進(jìn)入該室中之前不與CO2、空氣或水接觸。在一個實(shí)施方式中，所述傳送通過在設(shè)備中提供多個分開的室或通道、向室中傳送各種物質(zhì)而實(shí)現(xiàn)。在另一個實(shí)施方式中，室/通道被構(gòu)造為可以在所需時間和環(huán)境下混合成分。在一個實(shí)施方式中，本發(fā)明的電化學(xué)池和設(shè)備包含來自一個池的出口，該出口被用作下一個池的入口。在一個實(shí)施方式中，本發(fā)明的電化學(xué)池和設(shè)備可以還包含施加環(huán)境控制(如溫度和/或壓力)的其他單元。在一個實(shí)施方式中，本發(fā)明的電化學(xué)池和/或設(shè)備(不包括包含加熱系統(tǒng)的電化學(xué)池)可以包含磁場源和混合器，以實(shí)現(xiàn)磁控流化。在另一個實(shí)施方式中，電化學(xué)池和/或設(shè)備可以包含機(jī)械攪拌器、熱源、光源、微波源、紫外光源和/或超聲波源。在一個實(shí)施方式中，本發(fā)明的裝置可以包含氣體鼓泡。在一個實(shí)施方式中，本發(fā)明提供了制備甲醇的方法和設(shè)備。甲醇生產(chǎn)的兩種主要方法利用高壓或低壓技術(shù)。每種方法均使用加壓合成氣——一氧化碳、二氧化碳和氫氣的混合物。在高壓方法中，在約300個大氣壓的壓力下發(fā)生成分的反應(yīng)。在低壓方法中，反應(yīng)在僅為50個大氣壓 100個大氣壓的壓力下利用高選擇性銅類化合物催化。在一個實(shí)施方式中，在第一電化學(xué)池中通過熔融碳酸鹽的電解生產(chǎn)的一氧化碳進(jìn)行水煤氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)形成(X)2和H2，然后(X)2與氫氣反應(yīng)生產(chǎn)甲醇。在另一個實(shí)施方式中，(X)2 與H2在催化劑存在下反應(yīng)以產(chǎn)生甲醇。在另一個實(shí)施方式中，催化劑包括鋅、銅或其氧化物。在另一個實(shí)施方式中，氫氣由化石燃料類合成氣生產(chǎn)或通過電解水生產(chǎn)。在另一個實(shí)施方式中，本發(fā)明提供了包含兩個電化學(xué)池的設(shè)備，其中，所述第一電化學(xué)池電解熔融碳酸鹽以形成一氧化碳，第二電化學(xué)池電解水以形成氫氣(H2)。電解水的方法是公知的。一種代表性的電解水用電解池構(gòu)造包含由物理屏障分開的陽極⑴和陰極(_)，所述物理屏障例如為由石棉構(gòu)成的多孔隔膜和聚四氟乙烯(PTFE) 構(gòu)成的微孔隔板等。用含有少量離子導(dǎo)電性酸或堿的水性電解液填充池的陽極和陰極隔室。通過在電極間施加電壓，在陰極形成氫氣，并在陽極產(chǎn)生氧氣。用于電解水的電極在本領(lǐng)域內(nèi)是公知的。所述電極及其生產(chǎn)工藝由為燃料電池開發(fā)的技術(shù)發(fā)展而來。所述電池例如記載于Carl Berger, Handbook of Fuel Cell Technology，401-406 頁，Prentice Hall 1968，禾口 H. A. Liebafsky and E. J. Caims, Fuel Cells and Fuel Batteries，289—294 頁，John E.Wiley and Sons，1968。費(fèi)托法涉及許多競爭化學(xué)反應(yīng)，可產(chǎn)生一系列所需產(chǎn)物。最重要的反應(yīng)是造成形成烷烴的那些反應(yīng)。這些反應(yīng)可以如以下形式的化學(xué)方程式所描述(2n+l) H2+nC0 — CnH(2n+2)+nH20其中“η”為正整數(shù)。其最簡形式(n = 1)造成甲烷的形成，甲烷通常被認(rèn)作不合需要的副產(chǎn)物(特別是當(dāng)甲烷是用于生產(chǎn)合成氣體的主要原料時)。工藝條件和催化劑組成通常被選擇為有利于較高級反應(yīng)(η > 1)，因此可減少甲烷的形成。大多數(shù)所生產(chǎn)的烷烴傾向于是直鏈的，盡管也會形成一些支鏈烷烴。除形成烷烴之外，競爭反應(yīng)還會引起烯烴以及醇和其他氧化烴的形成。在另一個實(shí)施方式中，開發(fā)了有利于這些產(chǎn)物的一部分的催化劑。通常，費(fèi)托法在150°C 300°C (302° F 572° F)的溫度范圍進(jìn)行。較高溫度導(dǎo)致較快的反應(yīng)和較高的轉(zhuǎn)化率，但也傾向于促進(jìn)甲烷生成。因此，溫度通常保持在上述范圍的低到中部分。增大壓力導(dǎo)致較高的轉(zhuǎn)化率并促進(jìn)長鏈烷烴的形成，這兩點(diǎn)都是所希望的。通常壓力在一個大氣壓至數(shù)十個大氣壓范圍內(nèi)。從化學(xué)上看，甚至更高的壓力也是有利的，但收益可能并不足以支持高壓裝置的額外成本?？梢允褂酶鞣N合成氣組合物。對于鈷類催化劑而言，最優(yōu)的H2 CO比為約1.8 2. 1。鐵類催化劑可促進(jìn)水煤氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)，因此可以容許顯著較低的比例。應(yīng)當(dāng)理解，本說明書中描述了憑此可以實(shí)現(xiàn)一氧化碳的制備以及甲醇或烴的進(jìn)一步制備的有關(guān)方法、電化學(xué)池和設(shè)備的許多實(shí)施方式，并且諸如此類的任何實(shí)施方式均代表了本發(fā)明的一部分，此外，任何可想到的組合方式的如本說明書中所述的任何實(shí)施方式的多重組合(包括電極、堿金屬碳酸鹽、電化學(xué)池的組合)及其在本說明書中所述的或是本領(lǐng)域技術(shù)人員可理解到的在其任何方法或?qū)嵤┓绞街械膽?yīng)用也是如此。為更全面地說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，提供了以下實(shí)施例。但是，絕不應(yīng)將它們理解為對本發(fā)明的較寬范圍的限制。實(shí)施例實(shí)施例1 熔融Li2CO3的電解方法和材料準(zhǔn)備包含鈦陰極、壓制碳陽極和熔融Li2CO3電解質(zhì)的電化學(xué)池。使用Pt線作為準(zhǔn)參比電極。測量相對于開路電勢的電極極化。對于Ti陰極和碳陽極而言，開路電勢看起來是高度可重現(xiàn)的。結(jié)果陰極反應(yīng)。利用線性掃描伏安法并分析所生成的氣體，發(fā)現(xiàn)在800°C 900°C溫度范圍內(nèi)，生成CO是低電流密度(< 1.5A/cm2)下的唯一反應(yīng)。在900°C和準(zhǔn)靜態(tài)條件下，在相對于開路電勢(-0.9V，相對于Pt)的電勢偏移為_215mV時，CO的生成變得足以用于實(shí)際應(yīng)用(lOOmA/cm2)(圖la)。然而，在850°C時，100mA/cm2的電流密度要求相對于開路電勢 (-1. IV，相對于Pt)的電勢偏移為-320mV(圖la)。元素碳在Ti電極上的沉積在900°C時需要> -3V的電勢偏移，在850°C時該值降低至 -2V，在800°C時降低至< -1.5V。因此，其中CO為陰極反應(yīng)的唯一產(chǎn)物的電勢窗口大到足以使池連續(xù)運(yùn)行，但是會隨溫度降低而迅速減小。只要陰極不被碳污染，就觀察不到 Li離子的還原。陽極反應(yīng)。發(fā)現(xiàn)在800°C 900°C的溫度范圍內(nèi)的任何條件下，陽極反應(yīng)的唯一產(chǎn)物為氧氣，而沒有CO2的痕跡(圖2b)。不過，石墨陽極的電流-電勢關(guān)系表明，電流受到歐姆損耗的限制(圖lb)，并且如果電勢自開路電壓偏移50mV，可以實(shí)現(xiàn)lOOmA/cm2的電流密度。因?yàn)樗^察到的歐姆電阻與溫度不相關(guān)；其不可能與電解質(zhì)的電阻有關(guān)。熱力學(xué)效率CO在900°C的燃燒(C0+V2A — CO2)的吉布斯能為AG= 181kJ/摩爾，其對應(yīng)于
0.94V的分解電勢。陽極和陰極上的lOOmA/cm2的電流密度要求施加1. 1 士0. 05V的電壓。 士50mV的不確定度源于難以扣除引向電極的鎳鉻合金線Qmm直徑)的電壓降。1. 1 士0. 05V 的工作電壓對應(yīng)于85士4%的熱力學(xué)效率。與高電流密度相結(jié)合的較高熱力學(xué)效率意味著實(shí)際的電化學(xué)系統(tǒng)會非常緊湊。此外，可以預(yù)期，如果系統(tǒng)在較低電流密度下運(yùn)行并且電極的歐姆損耗被降至最低，則效率還可以得到進(jìn)一步提高。實(shí)施例2:Li2CO3作為電解質(zhì)的穩(wěn)定性Li2CO3(99. 5% )首先被加熱至450°C保持2小時，以完全失水。然后將其冷卻下來以確定重量。將坩堝加熱至900°C保持2小時。將坩堝冷卻至室溫后，再次確定重量損失。然后，將坩堝加熱至900°C保持M小時。發(fā)現(xiàn)在900°C加熱2小時后的重量損失為1.2 重量％，在900°C加熱對小時后該值不再增加。結(jié)果表明，達(dá)到了熔體與空氣之間的平衡。
1.2重量％的重量損失對應(yīng)于Li2O的平衡濃度 0. 02摩爾％。因此在900°C于空氣中，反應(yīng)Li2CO3 -"“- Li2CHCO2強(qiáng)烈地向Li2CO3方向偏移。Li2CO3在 735°C熔化，并且在800°C以上時具有充分的導(dǎo)電性。實(shí)施例3 鈦和石墨電極的穩(wěn)定性在100mA/cm2和250mA/cm2的電流密度下以恒定電勢于900°C電解Li2CO3IOO小時。 觀察到電流密度無顯著變化和有氣體產(chǎn)生。在電解后，通過XRD分析電極，結(jié)果表明在Ti 陰極上形成了 Li2TiO3保護(hù)層，并且在C陽極上未檢測到變化。通過直接測量氣體產(chǎn)生速率確定法拉第效率為100%。我們還確定了，在Ti構(gòu)造的裝置持久暴露(100小時)于電解質(zhì)后，電解質(zhì)中Ti 的濃度低于0.02摩爾％ (痕量)并且進(jìn)一步暴露后不會提高。這表明Ti在Li2CO3熔體中存在溶解度限制。我們發(fā)現(xiàn)，壓制的化學(xué)純石墨即使在充當(dāng)陽極時在熔融Li2CO3中也不受腐蝕。在為時100小時的電解(在900°C下lOOmA/cm2)和暴露于電解質(zhì)(無電流)后，未檢測到石墨電極的重量損失。實(shí)施例4鈦電極上碳覆層的制備工藝預(yù)先將鈦電極在900°C于負(fù)電勢(3伏 5伏)下浸漬在碳酸鹽熔體中進(jìn)行時效處理。時效處理的持續(xù)時間為20分鐘。時效處理過程中，鈦電極按照以下反應(yīng)被碳覆層涂布CO 廣+4e- — C+302-。元素碳在Ti電極上的沉積要求在900°C下負(fù)電勢偏移> -3V。在負(fù)電勢下時效處理后，鈦電極開始在正電勢下作為陽極工作。碳覆層有助于電極更適當(dāng)且可靠地工作。雖然本說明書中說明和描述了本發(fā)明的某些特征，但是現(xiàn)在本領(lǐng)域技術(shù)人員會想到許多修改、替代、改變和等同物。因此，應(yīng)當(dāng)理解，所附權(quán)利要求意在包括落入本發(fā)明的真正實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)的所有這些修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種電化學(xué)生產(chǎn)一氧化碳的方法，所述方法包括加熱堿金屬碳酸鹽或堿金屬碳酸鹽與堿土金屬碳酸鹽的混合物以形成熔融碳酸鹽；使用至少兩個電極電解所述熔融碳酸鹽，其中第一電極包含鈦，并且第二電極包含石墨、鈦或其組合，其中，可選地向所述熔融碳酸鹽注入含有二氧化碳的氣體，由此產(chǎn)生一氧化碳。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，由此所述金屬碳酸鹽被氧化以產(chǎn)生金屬氧化物。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，將所述金屬氧化物從反應(yīng)混合物中除去并與二氧化碳一起再循環(huán)，以產(chǎn)生所述金屬碳酸鹽。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述堿金屬碳酸鹽為碳酸鋰、碳酸鉀、碳酸鈉或其任意組合。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述堿金屬碳酸鹽包含至少50重量％的碳酸鋰。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述堿土金屬碳酸鹽為碳酸鋇、碳酸鍶、碳酸鈣或其任意組合。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述堿金屬碳酸鹽與堿土金屬碳酸鹽的混合物具有各自為1 1摩爾比 0.95 0.05摩爾比的比例。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第一電極為陰極。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述陰極為鈦或鈦合金電極，其中所述合金包含鈦、鋁、鋯、鉭、鈮或其任意組合。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第二電極為陽極。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述陽極為石墨、壓制石墨或玻璃態(tài)石墨電極。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述陽極為由石墨涂布的鈦電極。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述由石墨涂布的鈦電極通過下述方式制備在 700°C 900°C的溫度，在3伏 5伏的負(fù)電勢下將鈦電極在碳酸鹽熔體中進(jìn)行時效處理10 分鐘 60分鐘，由此使所述鈦電極被碳原子涂布。
14.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述陽極為鈦或鈦合金電極，其中所述合金包含鈦、鋁、鋯、鉭、鈮或其任意組合。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述加熱在850°C 950°C的溫度進(jìn)行。
16.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述加熱在850°C 900°C的溫度進(jìn)行。
17.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述二氧化碳直接從空氣中吸收。
18.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述方法還包括將所述一氧化碳收集至氣體收集器中。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述氣體收集器為罐、瓶、多孔材料或其任意組I=I O
20.一種制備甲醇或烴的方法，所述方法包括(a)加熱堿金屬碳酸鹽或堿金屬碳酸鹽與堿土金屬碳酸鹽的混合物以形成熔融碳酸鹽；使用至少兩個電極電解所述熔融碳酸鹽， 其中第一電極包含鈦，并且第二電極包含石墨、鈦或其組合，其中，可選地向所述熔融碳酸鹽注入含有二氧化碳的氣體，由此產(chǎn)生一氧化碳；(b)氫化所述一氧化碳以產(chǎn)生甲醇或烴。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中，步驟(a)的所述電解在第一反應(yīng)室中進(jìn)行，并且所述一氧化碳被傳送至其中進(jìn)行步驟(b)的所述氫化的第二反應(yīng)室中。
22.如權(quán)利要求20所述的方法，其中，用于步驟(b)的所述氫化的氫氣通過水的電解制備。
23.如權(quán)利要求20所述的方法，由此所述金屬碳酸鹽被氧化以產(chǎn)生金屬氧化物。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其中，將所述金屬氧化物從反應(yīng)混合物中除去并與二氧化碳一起再循環(huán)，以產(chǎn)生所述金屬碳酸鹽。
25.如權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述堿金屬碳酸鹽為碳酸鋰、碳酸鈉、碳酸鉀或其任意組合。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其中，所述堿金屬碳酸鹽包含至少50%的碳酸鋰。
27.如權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述堿土金屬碳酸鹽為碳酸鋇、碳酸鍶、碳酸鈣或其任意組合。
28.如權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述堿金屬碳酸鹽與堿土金屬碳酸鹽的混合物具有各自為1 1摩爾比 0.95 0.05摩爾比的比例。
29.如權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述第一電極為陰極。
30.如權(quán)利要求四所述的方法，其中，所述陰極為鈦或鈦合金電極，其中所述合金包含鈦、鋁、鋯、鉭、鈮或其任意組合。
31.如權(quán)利要求22所述的方法，其中，所述第二電極為陽極。
32.如權(quán)利要求31所述的方法，其中，所述陽極為石墨、壓制石墨或玻璃態(tài)石墨電極。
33.如權(quán)利要求31所述的方法，其中，所述陽極為由石墨涂布的鈦電極。
34.如權(quán)利要求33所述的方法，其中，所述由石墨涂布的鈦電極通過下述方式制備在 700°C 900°C的溫度，在3伏 5伏的負(fù)電勢下將鈦電極在碳酸鹽熔體中進(jìn)行時效處理10 分鐘 60分鐘，由此使所述鈦電極被碳原子涂布。
35.如權(quán)利要求31所述的方法，其中，所述陽極為鈦或鈦合金電極，其中所述合金包含鈦、鋁、鋯、鉭、鈮或其任意組合。
36.如權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述加熱在850°C 950°C的溫度進(jìn)行。
37.如權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述加熱在850°C 900°C的溫度進(jìn)行。
38.如權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述二氧化碳直接從空氣中吸收至所述熔融碳酸鹽中。
39.如權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述烴通過根據(jù)費(fèi)托法氫化一氧化碳而制備。
40.如權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述甲醇通過在非均相催化劑存在下氫化一氧化碳而制備。
41.一種用于制造一氧化碳的電化學(xué)池，所述電化學(xué)池包含 a.電源；b.包含堿金屬碳酸鹽或堿金屬碳酸鹽與堿土金屬碳酸鹽的混合物的第一反應(yīng)室；c.用于注入含有二氧化碳的氣體的風(fēng)口；d.至少兩個電極，其中第一電極包含鈦，并且第二電極包含石墨、鈦或其組合；e.加熱系統(tǒng)；f.將一氧化碳由所述電化學(xué)池傳送至氣體收集器的第一管道；其中，所述加熱系統(tǒng)加熱所述金屬碳酸鹽以形成熔融碳酸鹽；所述風(fēng)口可選地向所述熔融碳酸鹽注入所述氣體；所述至少兩個電極與所述熔融碳酸鹽接觸并可選地位于分開的隔室中；并且，通過施加電壓形成一氧化碳并通過所述第一管道將其傳送至氣體收集器。
42.如權(quán)利要求41所述的電化學(xué)池，其中，所述第一反應(yīng)室的框架由鈦或鈦合金制造， 其中所述合金包含鈦、鋁、鋯、鉭、鈮或其任意組合。
43.如權(quán)利要求41所述的電化學(xué)池，其中，所述堿金屬碳酸鹽包括碳酸鋰、碳酸鈉、碳酸鉀或其任意組合。
44.如權(quán)利要求41所述的電化學(xué)池，其中，所述堿金屬碳酸鹽包含至少50重量％的碳酸鋰。
45.如權(quán)利要求41所述的電化學(xué)池，其中，所述堿土金屬碳酸鹽為碳酸鋇、碳酸鍶、碳酸鈣或其任意組合。
46.如權(quán)利要求41所述的電化學(xué)池，其中，所述堿金屬碳酸鹽與堿土金屬碳酸鹽的混合物具有各自為1 1摩爾比 0.95 0.05摩爾比的比例。
47.如權(quán)利要求41所述的電化學(xué)池，其中，所述第一電極為陰極。
48.如權(quán)利要求41所述的電化學(xué)池，其中，所述陰極為鈦或鈦合金電極，其中所述合金包含鈦、鋁、鋯、鉭、鈮或其任意組合。
49.如權(quán)利要求41所述的電化學(xué)池，其中，所述第二電極為陽極。
50.如權(quán)利要求49所述的電化學(xué)池，其中，所述陽極為石墨、壓制石墨或玻璃態(tài)石墨電極。
51.如權(quán)利要求49所述的電化學(xué)池，其中，所述陽極為由石墨涂布的鈦電極。
52.如權(quán)利要求49所述的電化學(xué)池，其中，所述陽極為鈦或鈦合金電極，其中所述合金包含鈦、鋁、鋯、鉭、鈮或其任意組合。
53.如權(quán)利要求41所述的電化學(xué)池，其中，所述氣體收集器為罐、瓶、多孔材料或其任思組合。
54.如權(quán)利要求41所述的電化學(xué)池，其中，用于所述氣體的所述風(fēng)口具有工作直徑為 5mm 50mm的噴嘴。
55.如權(quán)利要求M所述的電化學(xué)池，其中，所述噴嘴設(shè)置于自所述反應(yīng)室底部起比所述風(fēng)口的工作直徑高15倍 40倍的距離之處。
56.如權(quán)利要求41所述的電化學(xué)池，其中，所述風(fēng)口由鈦或含鈦合金制造，其中所述合金包含鈦、鋁、鋯、鉭、鈮或其任意組合。
57.一種制備一氧化碳的方法，所述方法包括使用權(quán)利要求41所述的電化學(xué)池電解熔融碳酸鹽。
58.一種制造甲醇或碳水化合物的設(shè)備，所述設(shè)備包含 (i)電化學(xué)池，所述電化學(xué)池包含a.電源；b.包含堿金屬碳酸鹽或堿金屬碳酸鹽與堿土金屬碳酸鹽的混合物的第一反應(yīng)室；c.用于注入含有二氧化碳的氣體的風(fēng)口；d.至少兩個電極，其中第一電極包含鈦并且第二電極包含石墨、鈦或其組合；e.加熱系統(tǒng)；其中，所述加熱系統(tǒng)加熱所述金屬碳酸鹽以形成熔融碳酸鹽；所述風(fēng)口可選地向所述熔融碳酸鹽注入所述氣體；并且所述至少兩個電極與所述熔融碳酸鹽接觸并可選地位于分開的隔室中；(ii)第二反應(yīng)室，所述第二反應(yīng)室具有用于將氫氣引入所述第二反應(yīng)室中的入口；(iii)第一管道，所述第一管道將一氧化碳由所述電化學(xué)池傳送至所述第二反應(yīng)室中；(iv)第二管道，所述第二管道將甲醇或烴由所述第二反應(yīng)室傳送至出口；其中，通過施加電壓形成一氧化碳并通過所述第一管道將其傳送至第二反應(yīng)室；并且所述一氧化碳和氫氣在所述第二反應(yīng)室中反應(yīng)產(chǎn)生所述甲醇或烴。
59.如權(quán)利要求58所述的設(shè)備，其中，所述第一反應(yīng)室的框架由鈦或鈦合金制造，其中所述合金包含鈦、鋁、鋯、鉭、鈮或其任意組合。
60.如權(quán)利要求58所述的設(shè)備，其中，所述堿金屬碳酸鹽包括碳酸鋰、碳酸鈉、碳酸鉀或其任意組合。
61.如權(quán)利要求58所述的設(shè)備，其中，所述堿金屬碳酸鹽包含至少50重量％的碳酸鋰。
62.如權(quán)利要求58所述的設(shè)備，其中，所述堿土金屬碳酸鹽為碳酸鋇、碳酸鍶、碳酸鈣或其任意組合。
63.如權(quán)利要求58所述的設(shè)備，其中，所述堿金屬碳酸鹽與堿土金屬碳酸鹽的混合物具有各自為1 1摩爾比 0.95 0.05摩爾比的比例。
64.如權(quán)利要求58所述的設(shè)備，其中，所述第一電極為陰極。
65.如權(quán)利要求64所述的設(shè)備，其中，所述陰極為鈦或鈦合金電極，其中所述合金包含鈦、鋁、鋯、鉭、鈮或其任意組合。
66.如權(quán)利要求58所述的設(shè)備，其中，所述第二電極為陽極。
67.如權(quán)利要求66所述的設(shè)備，其中，所述陽極為石墨、壓制石墨或玻璃態(tài)石墨電極。
68.如權(quán)利要求66所述的設(shè)備，其中，所述陽極為由石墨涂布的鈦電極。
69.如權(quán)利要求66所述的設(shè)備，其中，所述陽極為鈦或鈦合金電極，其中所述合金包含鈦、鋁、鋯、鉭、鈮或其任意組合。
70.如權(quán)利要求58所述的設(shè)備，其中，所述第二反應(yīng)室的所述出口通過管道連接于收集所述甲醇或烴的容器。
71.如權(quán)利要求58所述的設(shè)備，其中，用于提供所述氣體的所述風(fēng)口具有工作直徑為 5mm 50mm的噴嘴。
72.如權(quán)利要求71所述的設(shè)備，其中，所述噴嘴設(shè)置于自所述反應(yīng)室底部起比所述風(fēng)口的工作直徑高15倍 40倍的距離之處。
73.如權(quán)利要求58所述的設(shè)備，其中，所述風(fēng)口由鈦或含鈦合金制造，其中所述合金包含鈦、鋁、鋯、鉭、鈮或其任意組合。
74.一種制備甲醇或烴的方法，所述方法包括使用權(quán)利要求58所述的設(shè)備將一氧化碳與氫氣反應(yīng)。
75.如權(quán)利要求74所述的方法，其中，所述烴通過根據(jù)費(fèi)托法將所述一氧化碳與氫氣反應(yīng)而制備。
76.如權(quán)利要求74所述的方法，其中，所述甲醇通過在非均相催化劑存在下氫化一氧化碳而制備。
77.—種制造甲醇或烴的設(shè)備，所述設(shè)備包含(i)第一電化學(xué)池，所述第一電化學(xué)池包含a.電源；b.包含堿金屬碳酸鹽或堿金屬碳酸鹽與堿土金屬碳酸鹽的混合物的第一反應(yīng)室；c.用于注入含有二氧化碳的氣體的風(fēng)口；d.至少兩個電極，其中第一電極包含鈦并且第二電極包含石墨、鈦或其組合；e.加熱系統(tǒng)；其中，所述加熱系統(tǒng)加熱所述金屬碳酸鹽以形成熔融碳酸鹽；所述風(fēng)口可選地向所述熔融碳酸鹽注入所述氣體；并且所述至少兩個電極與所述熔融碳酸鹽接觸并可選地位于分開的隔室中；通過施加電壓形成一氧化碳；( )第二電化學(xué)池，所述第二電化學(xué)池包含a.電源；b.第三反應(yīng)室；c.至少兩個電極；其中，通過施加電壓形成氫氣；(iii)第二反應(yīng)室；(iv)第一管道，所述第一管道將一氧化碳由所述第一電化學(xué)池傳送至所述第二反應(yīng)室；(ν)第三管道，所述第三管道將氫氣由所述第二電化學(xué)池傳送至所述第二反應(yīng)室； (vi)第二管道，所述第二管道將甲醇或烴由所述第二反應(yīng)室傳送至出口 ； 其中，所述一氧化碳通過所述第一管道傳送至所述第二反應(yīng)室；所述氫氣通過所述第三管道傳送至所述第二反應(yīng)室；并且所述一氧化碳和氫氣在所述第二反應(yīng)室中反應(yīng)產(chǎn)生甲醇或烴。
78.如權(quán)利要求77所述的設(shè)備，其中，所述第一反應(yīng)室的框架由鈦或鈦合金制造，其中所述合金包含鈦、鋁、鋯、鉭、鈮或其任意組合。
79.如權(quán)利要求77所述的設(shè)備，其中，所述堿金屬碳酸鹽包括碳酸鋰、碳酸鈉、碳酸鉀或其任意組合。
80.如權(quán)利要求77所述的設(shè)備，其中，所述堿土金屬碳酸鹽為碳酸鋇、碳酸鍶、碳酸鈣或其任意組合。
81.如權(quán)利要求77所述的設(shè)備，其中，所述堿金屬碳酸鹽與堿土金屬碳酸鹽的混合物具有各自為1 1摩爾比 0.95 0.05摩爾比的比例。
82.如權(quán)利要求77所述的設(shè)備，其中，所述第一電極為陰極。
83.如權(quán)利要求82所述的設(shè)備，其中，所述陰極為鈦或鈦合金電極，其中所述合金包含鈦、鋁、鋯、鉭、鈮或其任意組合。
84.如權(quán)利要求77所述的設(shè)備，其中，所述第二電極為陽極。
85.如權(quán)利要求84所述的設(shè)備，其中，所述陽極為石墨、壓制石墨或玻璃態(tài)石墨電極。
86.如權(quán)利要求84所述的設(shè)備，其中，所述陽極為由石墨涂布的鈦電極。
87.如權(quán)利要求84所述的設(shè)備，其中，所述陽極為鈦或鈦合金電極，其中所述合金包含鈦、鋁、鋯、鉭、鈮或其任意組合。
88.如權(quán)利要求77所述的設(shè)備，其中，所述第二反應(yīng)室的所述出口通過管道連接于收集所述甲醇或烴的容器。
89.如權(quán)利要求88所述的設(shè)備，其中，所述風(fēng)口的噴嘴具有5mm 50mm的工作直徑。
90.如權(quán)利要求89所述的設(shè)備，其中，所述噴嘴設(shè)置于自所述反應(yīng)室底部起比其直徑高15倍 40倍的距離之處。
91.如權(quán)利要求77所述的設(shè)備，其中，所述風(fēng)口由鈦或含鈦合金制造，其中所述合金包含鈦、鋁、鋯、鉭、鈮或其任意組合。
92.一種制備甲醇或烴的方法，所述方法包括使用權(quán)利要求77所述的設(shè)備將一氧化碳與氫氣反應(yīng)。
93.如權(quán)利要求92所述的方法，烴通過根據(jù)費(fèi)托法將所述一氧化碳與氫氣反應(yīng)而制備。
94.如權(quán)利要求92所述的設(shè)備，其中，所述甲醇通過在非均相催化劑存在下氫化一氧化碳而制備。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于一氧化碳制備的電解工藝、方法和設(shè)備，特別是涉及電解熔融碳酸鹽以產(chǎn)生一氧化碳，其可用于電能的化學(xué)存儲和進(jìn)而作為其他有機(jī)產(chǎn)品的化學(xué)原料。
文檔編號C25B1/00GK102264948SQ200980152895
公開日2011年11月30日 申請日期2009年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月6日
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