(57)【要約】本発明は、第１の生成物と第２の生成物を共生成するシステム及び方法を含む。前記システムは、第１の電気化学電池と、少なくとも１つの第２の反応器と、酸転換室とを備えることができる。この第１の生成物と第２の生成物を共生成するシステム及び方法は、再生利用ハロゲン化塩を用いてカルボン酸と、アルケン、アルキン、アルデヒド、ケトン、またはアルコールのうち少なくとも１種を共生成することを含むことができる。【選択図】図２
2015535885.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の生成物と第２の生成物を共生成する方法であって、
カソードを有する電気化学電池の第１の領域を、二酸化炭素を含むカソード液と接触させる工程と、
アノードを有する前記電気化学電池の第２の領域を、ＭＸ（Ｍは少なくとも１種の陽イオンであり、ＸはＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、及びこれらの混合物からなる群から選択される）を含むアノード液と接触させる工程と、
前記アノードと前記カソードの間に十分な電位を印加して、前記電気化学電池の前記第１の領域から回収可能なＭ−カルボン酸塩と、前記電気化学電池の前記第２の領域から回収可能なハロゲンを生成する工程と、
前記電気化学電池の前記第２の領域からの前記ハロゲンを、アルカン、アルケン、芳香族、またはその他の有機化合物のうち少なくとも１種と反応させてハロゲン化化合物とＨＸを生成し、前記ＨＸを酸転換室に戻す工程と、
前記酸転換室により前記Ｍ−カルボン酸塩を前記ＨＸと反応させてカルボン酸とＭＸを生成し、前記ＭＸを前記電気化学電池の前記第２の領域の入力として戻す工程とを含む、方法。
【請求項２】
前記ハロゲン化化合物を第３の反応器で反応させて前記第２の生成物とＨＸを生成し、前記ＨＸを前記酸転換室に送って再生利用することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ハロゲンはＦ２、Ｃｌ２、Ｂｒ２、またはＩ２のうち少なくとも１種を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ハロゲン化化合物は、臭素化化合物、ペルハロ炭素、ブロモエタン、塩化ビニル、ジクロロエタン、塩化アリル、クロロフェノール、ブロモベンゼン、臭化ビニル、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、ジフルオロメタン、またはペンタフルオロエタンのうち、少なくとも１種を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第２の生成物はアルカン、アルケン、アルキン、アルコール、アルデヒド、またはケトンのうち少なくとも１種である、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記第３の反応器は水を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記第２の生成物はアルコールである、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記カルボン酸はシュウ酸である、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記カルボン酸はシュウ酸であり、前記第２の生成物はエチレンである、請求項２に記載の方法。
【請求項１０】
前記カルボン酸はシュウ酸であり、前記第２の生成物はエタノールである、請求項６に記載の方法。
【請求項１１】
前記カルボン酸を、Ｈ２を含む熱水素添加室に供給することと、
前記熱水素添加室で第３の生成物を形成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記第３の生成物は、グリオキシル酸、グリコール酸、グリオキサール、グリコールアルデヒド、エチレングリコール、エタノール、酢酸、アセトアルデヒド、エタン、またはエチレンのうち少なくとも１種を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
第１の電気化学電池及び第２の電気化学電池の前記カソードと前記アノードは、６００℃未満の温度で動作するイオン透過性障壁により仕切られている、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記イオン透過性障壁は、重合体イオン透過性障壁または無機セラミック製イオン透過性障壁のうちいずれか一方を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記カソード液は液体であり、前記アノード液は気体である、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記カルボン酸をＨ２と反応させて、熱水素添加室で第３の生成物を形成することと、
前記ハロゲン化化合物を第３の反応器で苛性化合物と反応させて前記第２の生成物とＭＸを生成し、前記ＭＸを、カソードを有する第１の領域とアノードを有する第２の領域とを備える第２の電気化学電池の第２の領域の入力に送って再生利用することと、
前記第２の電気化学電池の前記第１の領域を、水を含むカソード液と接触させることと、
前記第２の電気化学電池の前記第２の領域を前記第３の反応器からの前記ＭＸと接触させることと、
前記第２の電気化学電池の前記アノードと前記カソードとの間に十分な電位を印加して、Ｈ２と、前記第２の電気化学電池の前記第１の領域から回収可能な苛性化合物と、前記第２の電気化学電池の前記第２の領域から回収可能なハロゲンを生成することと、
Ｈ２を前記第２の電気化学電池から前記熱水素添加室に供給することと、
前記苛性化合物を前記第２の電気化学電池から前記第３の反応器に供給することと、
前記第２の電気化学電池の前記第２の領域から回収可能な前記ハロゲンを前記第２の反応器に供給することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記第２の生成物は、アルコール、アルケン、アルキン、アルデヒド、ケトン、アルカン、及びこれらの混合物のうち、少なくとも１種である、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第３の反応器は水を含み、前記第２の生成物はアルコールである、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記第３の生成物は、グリオキシル酸、グリコール酸、グリオキサール、グリコールアルデヒド、エチレングリコール、エタノール、酢酸、アセトアルデヒド、エタン、またはエチレンのうち、少なくとも１種を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項２０】
第１の生成物と第２の生成物を共生成する方法であって、
カソードを有する第１の電気化学電池の第１の領域を、二酸化炭素を含むカソード液と接触させる工程と、
アノードを有する前記第１の電気化学電池の第２の領域を、ＭＸ（Ｍは少なくとも１種の陽イオンであり、ＸはＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、及びこれらの混合物からなる群から選択される）を含むアノード液と接触させる工程と、
前記アノードと前記カソードの間に十分な電位を印加して、前記第１の電気化学電池の前記第１の領域から回収可能なＭ−カルボン酸塩と、前記第１の電気化学電池の前記第２の領域から回収可能なハロゲンを生成する工程と、
前記ハロゲンを、アルカン、アルケン、または芳香族のうち少なくとも１種と反応させて、第２の反応器でハロゲン化化合物とＨＸを形成し、前記ＨＸを電気化学酸転換電池の第２の領域の入力に送って再生利用する工程と、
前記ハロゲン化化合物を苛性化合物と反応させて、第３の反応器でＭＸと前記第２の生成物を形成し、前記ＭＸを前記電気化学電池の前記第２の領域の入力に送って再生利用する工程と、
カソードを有する前記電気化学酸転換電池の第１の領域を、水を含むカソード液と接触させる工程と、
アノードを有する前記電気化学酸転換電池の前記第２の領域を、ＨＸを含むアノード液と接触させる工程と、
前記電気化学酸転換電池の酸転換領域をＭ−カルボン酸塩と接触させる工程と、
前記電気化学酸転換電池の前記アノードと前記カソードの間に十分な電位を印加して、前記第１の生成物と、前記電気化学酸転換電池の前記酸転換領域から回収可能なカルボン酸と、前記電気化学酸転換電池の前記第２の領域から回収可能なハロゲンと、前記電気化学酸転換電池の前記第１の領域から回収可能なＨ２と、苛性化合物を生成し、前記苛性化合物を前記第３の反応器の入力として再生利用する工程とを含む、方法。
【請求項２１】
熱水素添加室で前記電気化学酸転換電池からの前記カルボン酸と前記Ｈ２を反応させて第３の生成物を生成することをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記第３の生成物は、グリオキシル酸、グリコール酸、グリオキサール、グリコールアルデヒド、エチレングリコール、エタノール、酢酸、アセトアルデヒド、エタン、またはエチレンのうち、少なくとも１種を含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記ハロゲン化化合物は、ペルハロ炭素、塩化ビニル、ジクロロエタン、塩化アリル、クロロフェノール、ブロモベンゼン、臭化ビニル、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、ジフルオロメタン、またはペンタフルオロエタンのうち、少なくとも１種を含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
前記第２の生成物は、アルコール、アルケン、アルキン、アルデヒド、ケトン、アルカン、及びこれらの混合物のうち少なくとも１種である、請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
前記第３の反応器は水を含み、前記第２の生成物はアルコールである、請求項２０に記載の方法。
【請求項２６】
前記電気化学電池の前記カソードと前記アノード、前記電気化学酸転換電池の前記カソードと前記アノードはそれぞれ、６００℃未満の温度で動作する少なくとも１つのイオン透過性障壁で仕切られている、請求項２０に記載の方法。
【請求項２７】
前記少なくとも１つのイオン透過性障壁は、重合体イオン透過性障壁または無機セラミック製イオン透過性障壁のいずれか一方を含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記電気化学電池の前記カソード液は液相であり、前記アノード液は気相である、請求項２０に記載の方法。
【請求項２９】
前記苛性化合物はＭＯＨである、請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]本発明は一般に、電気化学反応の分野に関し、より詳細には再生利用反応物を用いてカルボン酸を電気化学的に共生成する方法及び／またはシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
[0001]発電、輸送、製造などの活動で化石燃料を燃焼結すると、年間数十億トンもの二酸化炭素が生成される。１９７０年代からの研究によると、大気中の二酸化炭素濃度の増加が地球の気候変動、海のｐＨの変化、及びその他の潜在的に悪影響の原因であるかもしれないことが示されている。米国を含む世界中の国々が二酸化炭素の排出量を低減する方法を模索している。
【０００３】
[0002]二酸化炭素の排出量を低減する１つの反応機構は、二酸化炭素を燃料や工業的化学物質などの経済的価値のある材料に転換することである。再生可能資源からのエネルギーを用いて二酸化炭素を転換すれば、二酸化炭素排出量を低減し、再生可能エネルギーを後で使用ことができるように貯蔵可能な化学形態に変換することができる。
【発明の概要】
【０００４】
[0003]本発明は、第１の生成物と第２の生成物を共生成するシステム及び方法を含む。前記システムは、第１の電気化学電池と、少なくとも１つの第２の反応器と、酸転換室とを備えることができる。この第１の生成物と第２の生成物を共生成するシステム及び方法は、再生利用ハロゲン化塩を用いてカルボン酸と、アルケン、アルキン、アルデヒド、ケトン、またはアルコールのうち少なくとも１種を共生成することを含むことができる。
【０００５】
[0004]自明ではあるが、上述の一般的な説明及び以下の詳細な説明は単に例示及び説明のためのものであり、必ずしも本発明を限定するものではない。添付の図面は、本明細書に組み込まれてその一部を構成するが、本発明の対象を図示するものである。これら説明と図面とを合わせて本発明の原理を説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
[0005]当業者は添付の図面を参照にすることで本発明の多くの利点について理解を深めることができる。
【図１Ａ】本発明の態様によるシステムのブロック図である。
【図１Ｂ】本発明の態様によるシステムのブロック図である。
【図２Ａ】本発明の他の態様によるシステムのブロック図である。
【図２Ｂ】本発明の態様によるシステムのブロック図である。
【図３Ａ】本発明のさらなる態様によるシステムのブロック図である。
【図３Ｂ】本発明の態様によるシステムのブロック図である。
【図４】本発明のさらに他の態様によるシステムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
[0006]以下、添付の図面に示されている本発明の対象について詳細に説明する。
[0007]本発明のシステム及び方法は、再生利用反応物入力を備えて電気化学電池のカソード側とアノード側で価値のある生成物を共生成する電気化学電池を備えることができる。一態様では、電気化学電池のカソード液領域で二酸化炭素をカルボン酸塩に還元し、電気化学電池のアノード領域でハロゲン化塩をハロゲンに酸化することができる。このカルボン酸塩は、ハロゲン化水素とともに酸転換室に供給されて、カルボン酸とハロゲン化塩を形成することができる。そして、このハロゲン化塩を電気化学電池のアノード領域で再生利用する。次いで、アノード部で生成されたハロゲンをアルカン、アルケン、芳香族、またはその他の有機化合物とともに第２の反応器に供給してハロゲン化化合物とハロゲン化水素を生成する。このハロゲン化化合物をさらに第３の反応器で処理して、アルケン、アルキン、アルデヒド、ケトン、またはアルコールを生成することができる。第３の反応器はまた、別のハロゲン化水素を生成する。この別のハロゲン化水素を酸転換室に供給することができる。一態様では、本発明のシステム及び方法は、ハロゲン化塩の再生利用によりアルケン、アルキン、アルデヒド、ケトン、またはアルコールとカルボン酸を効率的に生成するため、二酸化炭素、アルカン、アルケン、芳香族、またはその他の有機化合物の源を用いることができる。上記過程で部分的に酸化された有機化学物質は、二酸化炭素を還元し、得られたカルボン酸を酸転換するための水素源として作用することができる。これにより、２つ以上の生成物を同時に生成するように、間接的に二酸化炭素によって有機化学物質を酸化しつつ、二酸化炭素をこの有機化学物質により還元することができる。有機化学物質を部分的に酸化して二酸化炭素の還元またはＭ−カルボン酸塩の酸転換に水素を供給するのに用いられるハロゲンは、再生利用することができるという利点がある。
【０００８】
[0008]図１Ａに、本発明の態様によるシステム１００のブロック図を示す。システム（すなわち装置）１００は一般に電気化学電池１０２を備える。電気化学電池１０２は容器、電解槽、または電池とも言うことがある。電気化学電池１０２は分割電池として実施することができる。この分割電池は、分割電気化学電池及び／または分割光電気化学電池であってもよい。電気化学電池１０２は第１の領域１１６と第２の領域１１８を備えることができる。第１の領域１１６及び第２の領域１１８は、小室、区画、または一般に閉空間、及び本発明の範囲及び意図を逸脱しない範囲のその類似物を言うことがある。第１の領域１１６はカソード１２２を備えることができる。第２の領域１１８はアノード１２４を備えることができる。第１の領域１１６はカソード液を含むことができ、このカソード液に二酸化炭素源１０６からの二酸化炭素が含まれている。第２の領域１１８はアノード液を含むことができ、このアノード液はＭＸ１２８（Ｍは少なくとも１種の陽イオンであり、ＸはＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、及びこれらの混合物からなる群から選択される）を含むことができる。エネルギー源１１４は、アノード１２４とカソード１２２の間に電位を生成させることができる。この電位は直流電圧であってもよい。エネルギー源１１４は可変電圧または定電流を電気化学電池１０２に供給するように構成することができる。セパレータ１２０は、第１の領域１１６と第２の領域１１８の間のイオンの流れを選択的に制御することができる。セパレータ１２０はイオン伝導性膜または隔膜材料を含んでいてもよい。
【０００９】
[0009]電気化学電池１０２は一般に、第１の領域１１６で二酸化炭素を第１の領域１１６から回収可能なＭ−カルボン酸塩１３０に還元するとともに、第２の領域１１８から回収可能なハロゲン１３２を生成するように動作可能である。
【００１０】
[0010]二酸化炭素源１０６は、電気化学電池１０２の第１の領域１１６に二酸化炭素を供給することができる。いつくかの態様では、この二酸化炭素は、カソード１２２を含む領域１１６に直接導入される。二酸化炭素源１０６は、複数の気体源を含むことができ、二酸化炭素はこれら複数の気体から濾過されたものであることが意図されている。
【００１１】
[0011]電気化学電池１０２は第１の生成物抽出器（図示されていない）と第２の生成物抽出器（図示されていない）を備えることができることが意図されている。生成物抽出器を有機生成物抽出機及び／または無機生成物抽出器として実施することができる。第１の生成物抽出器（図示されていない）は一般に、第１の領域１１６から生成物を抽出（分離）するように動作可能である。第２の生成物抽出器（図示されていない）は第２の領域１１８から第２の生成物を抽出することができる。第１の生成物抽出器及び／または第２の生成物抽出器は電気化学電池１０２とともに実施することができる、あるいは電気化学電池１０２から離れたところに設けることができるように意図されている。また、第１の生成物抽出器及び／または第２の生成物抽出器は各種反応機構で実施されて、本発明の範囲及び意図を逸脱することなく、留分蒸留などの所望の分離方法を提供することができるように意図されている。さらに、続く貯蔵及び／または他の装置及び／または過程による消費のために、抽出された生成物をシステム１００の出口から供給することができることが意図されている。
【００１２】
[0012]電気化学電池１０２の第２の領域１１８で起こる反応のアノード側は、再生利用反応物ＭＸ１２８の入力を含むことができる。このＭＸ１２８は、酸転換室１３４の反応の副生物であるハロゲン化塩を含むことができる。例えば、ＭＸ１２８はハロゲン化塩を含むことができ、Ｍは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃｓ、Ｍｇ、Ｃａ、水素イオン、四アルキルアンモニウムイオン（四ブチルアンモニウム、四エチルアンモニウム、コリンなど）、及び四アルキルホスホニウムイオン（四ブチルホスホニウム、四エチルホスホニウムなど）のうち少なくとも１種を含む陽イオンであり、一般にＲ１Ｒ２Ｒ３Ｒ４ＮまたはＲ１Ｒ２Ｒ３Ｒ４Ｐ（Ｒ１〜Ｒ４は独立してアルキル、シクロアルキル、分岐状アルキル、及びアリールである）であり、ＸはＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、及びこれらの混合物からなる群から選択される。反応のアノード側は、ハロゲン１３２を生成することができる。ハロゲン１３２を第２の反応器１０８に供給することができる。
【００１３】
[0013]システム１００は第２の反応器１０８を備えることができる。第２の反応器１０８は、電気化学電池１０２の第２の領域１１８で生成されて、第２の生成物抽出器を通って第２の領域から分離されたハロゲン１３２を受け取ることができる。第２の反応器１０８はハロゲン１３２と、アルカン、アルケン、芳香族、またはその他の化合物１４０とを反応させて、ハロゲン化生成物またはハロゲン化中間生成物化合物１４４とＨＸ１４８を生成することができる。この反応で生成されたＨＸ１４８は、酸転換室１３４への入力供給物として酸転換室１３４に送られて再生利用することができるその他の再生利用反応物であってもよい。ハロゲン化生成物としては、例えば一ハロゲン化化合物、ポリハロゲン化化合物、及びペルハロ化合物が挙げられ、クロロホルム、ヒドロフルオロ炭素、ブロモアルカン、塩化ビニル、臭化ビニル、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン、テトラフルオロエタン、ブロモベンゼン、ジブロモベンゼン、ブロモエタン、ジクロロエタン、塩化アリル、クロロフェノール、フッ素界面活性剤、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、ジフルオロメタン、ペンタフルオロエタンなどが挙げられる。
【００１４】
[0014]システム１００の酸転換室１３４は、ＨＸ１４８とＭ−カルボン酸塩１３０とを反応させて、カルボン酸１５０とＭＸ１２８を生成する。ＭＸ１２８は、第２の領域１１８への入力として再生利用される。カルボン酸１５０をさらに別の反応器でＨ２と反応させて、少なくとも１種のさらに還元された化合物を生成することができる。また、カルボン酸１５０をアルコールと反応させてエステルまたはジエステルを生成することができる、あるいは他の化学過程に用いることができる。Ｍ−カルボン酸塩１３０は、一態様ではＭ−シュウ酸塩、Ｍ−ギ酸塩、Ｍ−グリオキシル酸塩、Ｍ−グリコール酸塩、またはＭ−酢酸塩を含むことができる。
【００１５】
図１Ｂに示す一態様では、システム１００は、第３の反応器１５２など別の反応器を備える。ハロゲン化化合物１４４を第３の反応器１５２に供給することができる。一態様では、第３の反応器１５２は脱ヒドロハロゲン化反応器である。第３の反応器１５２は、特定の条件下でハロゲン化化合物１４４の脱ヒドロハロゲン化反応を行って第２の生成物１５６であるアルケンまたはアルキンを生成することができる。第２の反応器及び第３の反応器でのハロゲン化及び脱ハロゲン化による部分酸化から派生した生成物の例を以下の表１に示す。
【００１６】
【表１】
2015535885.tif 000003
【００１７】
[0015]図１Ａ及び図１Ｂに示したシステム１００の実施の一例を図２Ａに示す。再生利用反応物である臭化四ブチルアンモニウム（臭化ＴＢＡ）２０８と二酸化炭素１０６からエチレン２０４とシュウ酸２０６を生成するシステム２００が提供される。臭化四ブチルアンモニウム（臭化ＴＢＡ）２０８を含む再生利用反応物を、電気化学電池１０２の第２の領域１１８に供給し、臭素２１０を形成する。臭素２１０を第２の領域１１８から抽出して、第２の反応器１０８に供給し、エタン２１２と反応させてブロモエタン２１４と臭化水素２１６を形成する。１，１−ジブロモエタン、１，２−ジブロモエタンなどハロゲン化の副生物があれば分離生成物として分離して、再生利用のために水素添加してエタンに戻す、あるいは触媒によりブロモエタンに転換することができる。臭化水素２１６を酸転換室１３４に送って再生利用する。ブロモエタン２１４を第３の反応器１５２に供給する。第３の反応器１５２は脱ヒドロハロゲン化反応器であってもよい。ブロモエタン２１４を脱ヒドロハロゲン化してエチレン２０４を形成する。
【００１８】
[0016]図２Ａに示す態様の反応のカソード１２２側は、第２の領域１１８での反応からの四ブチルアンモニウム陽イオンの存在下で二酸化炭素を還元して四ブチルアンモニウムシュウ酸塩２１８を形成することを含む。四ブチルアンモニウムシュウ酸塩２１８を酸転換室１３４に供給して、再生利用臭化水素２１６と反応させてシュウ酸２０６と臭化四ブチルアンモニウム２０８を生成する。臭化四ブチルアンモニウム２０８を第２の領域１１８に送って再生利用する。シュウ酸２０６をさらに熱水素添加室でＨ２と反応させて、グリオキシル酸、グリコール酸、グリオキサール、グリコールアルデヒド、エチレングリコール、エタノール、酢酸、アセトアルデヒド、エタン、エチレンなどより還元された炭素生成物を形成することができる。
【００１９】
[0017]図２Ｂに示す他の態様では、水２２０をブロモエタン２１４とともに第３の反応器１５２に供給して、エタノール２２２と臭化水素２１６を生成することができる。
[0018]図３Ａ及び図３Ｂに、本発明のシステムの別の態様を示す。このシステムは、電気化学電池１０２、第２の反応器１０８、第３の反応器１５２、電気化学酸転換電池３０２を備える。このシステム３００を用いてアルカン、アルケン、アルキン、アルデヒド、ケトン、またはアルコールを形成すると同時にカルボン酸を生成することができる。
【００２０】
[0019]図３Ａ及び図３Ｂに示すように、電気化学電池１０２は一般に、第１の領域１１６で二酸化炭素をＭ−カルボン酸塩１３０に還元するとともに、第２の領域１１８でＭＸ１２８を酸化して第２の領域１１８から回収可能なハロゲン１３２を生成するように動作可能である。具体的には、電気化学電池１０２の第２の領域１１８で起こる反応のアノード側は、再生利用反応物であるＭＸ１２８の入力を受け取ることを含むことができる。反応のアノード側は、ハロゲン１３２を生成することができ、ハロゲン１３２を第２の反応器１０８に供給することができる。
【００２１】
[0020]第２の反応器１０８はハロゲン１３２をアルカン、アルケン、芳香族、またはその他の有機化合物１４０と反応させて、ハロゲン化化合物１４４とＨＸ１４８を生成することができる。ＨＸ１４８は、電気化学酸転換電池３０２への入力供給として電気化学酸転換電池３０２に送られて再生利用することができる他の再生利用反応物であってもよい。ハロゲン化化合物１４４を第３の反応器１５２に供給することができる。第３の反応器１５２は、電気化学酸転換電池３０２から生成された苛性化合物３０４を受け取ることができる。苛性化合物３０４を、水性溶媒または非水性溶媒（アルコールなど）２２０中でハロゲン化化合物１４４と反応させて第２の生成物１５６とＭＸ１２８を生成することができる。水性溶媒の存在下で反応が起こる場合、第２の生成物１５６はアルコールであってもよい。非水性アルコール溶媒の存在下で反応が起こる場合、第２の生成物１５６はアルケンまたはアルキンであってもよい。第３の反応器１５２で生成されたＭＸ１２８は電気化学電池１０２の第２の領域１１８に送られて再生利用することができる。
【００２２】
[0021]苛性化合物３０４は、一態様ではＭＯＨを含むことができる。Ｍは反応で用いる陽イオンを表す。一態様ではＭＯＨは、例えばＮａＯＨまたはＫＯＨなどが挙げられる。一態様では、苛性化合物３０４は苛性金属塩基を含むことができる。
【００２３】
[0022]二酸化炭素源１０６は、二酸化炭素を電気化学電池１０２の第１の領域１１６に供給することができる。いつくかの態様では、この二酸化炭素を、カソード１２２を含む領域１１６に直接導入する。二酸化炭素は第１の領域１１６で還元されて、アノード反応からのイオンと反応してＭ−カルボン酸塩１３０を生成する。Ｍ−カルボン酸塩１３０を第１の領域１１６から抽出して電気化学酸転換電池３０２に供給することができる。
【００２４】
[0023]電気化学酸転換電池３０２は、第１の領域３１６と第２の領域３１８を備えることができる。第１の領域３１６及び第２の領域３１８は、小室、区画、または一般に閉空間、及び本発明の範囲及び意図を逸脱しない範囲のその類似物を言うことがある。第１の領域３１６はカソード３２２を備えることができる。第２の領域３１８はアノード３２４を備えることができる。第１の領域３１６は水を含むカソード液を含むことができる。第２の領域３１８はアノード液を含むことができる。このアノード液は、第２の反応器１０８及び／または第３の反応器１５２からアノード液に送られて再生利用されるＨＸ１４８を含むことができる。エネルギー源３１４はアノード３２４とカソード３２２の間に電位を生成することができる。電気化学酸転換電池はまた酸転換領域３３０を含むことができる。第１のセパレータ３３２及び第２のセパレータ３３３は、第１の領域３１６、酸転換領域３３０、第２の領域３１８の間のイオンの流れを選択的に制御することができる。第１のセパレータ３３２及び第２のセパレータ３３３はイオン伝導性膜または隔膜材料を含んでいてもよい。
【００２５】
[0024]電気化学酸転換電池３０２は、３つの異なる入力を受け取ることができる。１つ目の入力として、電気化学電池１０２の第１の領域１１６によって生成されたＭ−カルボン酸塩１３０を、電気化学酸転換電池３０２の酸転換領域３３０に供給することができる。そこで、Ｍ−カルボン酸塩１３０を酸転換して第１の生成物であるカルボン酸１５０を形成してＭ陽イオンを放出する。Ｍ陽イオンは第１の領域３１６に送られる。２つ目の入力として、ＨＸ１４８は第２の反応器１０８から電気化学酸転換電池３０２の第２の領域３１８に送られて再生利用され、さらにハロゲンを形成することができる。Ｈ＋陽イオンすなわちプロトンが放出されて、酸転換領域３３０に送られる。プロトンは、酸転換領域３３０でＭ−カルボン酸塩のＭ陽イオンを置換する。置換されたＭ陽イオンは透過膜３３２を通ってカソード液の領域３１６に到達する。電気化学酸転換電池３０２の第２の領域３１８で生成されたハロゲン３１６を第２の領域３１８から除去して、第２の反応器１０８への入力として再生利用する。また、電気化学酸転換電池３０２への３つ目の入力として、第１の領域３１６に供給される水源３３８を含むことができる。カソード３２２で水３３８をＨ２とＯＨ−に還元して、ＯＨ−と酸転換領域透過膜３３２を通過したＭ陽イオンと反応させて苛性化合物３０４を形成する。苛性化合物３０４を第１の領域３１６から除去して、第３の反応器１５２への入力として再生利用することができる。Ｈ２３３６もまた、第１の領域で生成することができる。
【００２６】
[0025]図３Ｂに示す一態様では、システム３００は、熱水素添加室３３４を備える別の反応器を備えることができる。熱水素添加室３３４は、電気化学酸転換電池３０２の第１の領域で生成したＨ２３３６と、電気化学酸転換電池３０２の酸転換領域３３０で生成した第１の生成物であるカルボン酸１５０とを反応させて、第３の生成物３３７を生成することができる。第３の生成物は、グリオキシル酸、グリコール酸、グリオキサール、グリコールアルデヒド、酢酸、アセトアルデヒド、エタノール、エタン、エチレン、エチレングリコールなどを含むことができる。
【００２７】
[0026]本発明のシステムのさらなる態様を図４に示す。このシステムは、第１の電気化学電池１０２と、第２の反応器１０８と、第３の反応器１５２と、第２の電気化学電池４０２と、熱水素添加室３３４を備える。システム４００を用いてアルケン、アルキン、アルデヒド、ケトン、またはアルコール（第２の生成物４０６）を形成すると同時に、グリオキシル酸、グリコール酸、グリオキサール、グリコールアルデヒド、酢酸、アセトアルデヒド、エタノール、エタン、エチレン、またはエチレングリコール（第３の生成物４０４）のうち少なくとも１種を生成することができる。
【００２８】
[0027]図４に示すように、第１の電気化学電池１０２は一般に、第１の領域１１６で二酸化炭素を還元して第１の領域１１６から回収可能なＭ−カルボン酸塩１３０を生成するとともに、第２の領域１１８でＭＸ１２８を酸化して第２の領域１１８から回収可能なハロゲン１３２を生成するように動作可能である。ハロゲン１３２を第２の領域１１８から抽出して、第２の反応器に入力することができる。
【００２９】
[0028]第２の反応器１０８は、ハロゲン１３２をアルカン、アルケン、芳香族、またはその他の芳香族化合物１４０と反応させてハロゲン化化合物１４４とＨＸ１４８を生成することができる。ＨＸ１４８を、酸転換室１３４への入力供給物として酸転換室１３４に戻して再生利用することができる。ハロゲン化化合物１４４を第３の反応器１５２に供給することができる。第３の反応器１５２は、第２の二分割電気化学電池４０２から戻された苛性化合物３０４を受け取ることができる。苛性化合物３０４は、第３の反応器でハロゲン化化合物１４４と反応して第２の生成物４０６とＭＸ１２８を生成する。ＭＸ１２８は第２の電気化学電池４０２の第２の領域４１８への入力供給物として再生利用することができる。
【００３０】
[0029]第３の反応器１５２でハロゲン化化合物１４４と苛性化合物３０４の反応が水の存在下で起こる場合、第２の生成物４０６はアルコールであってもよい。反応がアルコールなどの非水性溶媒の存在下で起こる場合、第２の生成物４０６はアルケンまたはアルキンであってもよい。一態様では、第２の生成物４０６はエタノールである。他の態様では、第２の生成物４０６はエチレンである。他の態様では、第２の生成物はベンゼンから派生したフェノールである。さらに他の態様では、第２の生成物はプロパンまたはプロピレンから派生した２−プロパノールである。
【００３１】
[0030]第３の反応器１５２で生成したＭＸ１２８を第２の電気化学電池４０２の第２の領域４１８の入力供給物として再生利用することができる。第２の電気化学電池４０２は第１の領域４１６と第２の領域４１８を備えることができる。第１の領域４１６はカソード４２２を備えることができる。第２の領域４１８はアノード４２４を備えることができる。第１の領域４１６は、水を含むカソード液を含むことができる。第２の領域３１８は、アノード液を含むことができる。このアノード液は、第３の反応器１５２から供給されてアノード液に送られて再生利用されるＭＸ１２８を含むことができる。エネルギー源４１４はアノード４２４とカソード４２２の間に電位を生成することができる。セパレータ４２０は、第１の領域４１６と第２の領域４１８との間のイオンの流れを制御することができる。
【００３２】
[0031]第２の電気化学電池４０２は、第２の電気化学電池４０２の第２の領域４１８への入力供給物として第３の反応器１５２で生成されたＭＸ１２８の入力を受け取ることができる。そこで、ＭＸ１２８を酸化してハロゲン１３２が生成され、Ｍ陽イオンが放出される。Ｍ陽イオンはセパレータ４２０を通って第１の領域４１６に送られる。次いで、ハロゲン１３２を第２の領域４１８から除去して、第２の反応器１０８の入力として再生利用する。第２の電気化学電池４０２への別の入力は、第１の領域４１６に供給される水４０５を含むことができる。カソード４２２で水４０５をＨ２とＯＨ−に還元する。これらＯＨ−水酸化物イオンは、第２の領域４１８での反応で生成されたＭ陽イオンと反応して苛性化合物３０４を形成する。この苛性化合物３０４を第１の領域４１６から除去して、第３の反応器１５２への入力として再生利用することができる。Ｈ２３３６はまた第１の領域で生成されて、熱水素添加室３３４への入力供給物として再生利用することができる。熱水素添加室３３４用の水素は他の源からも供給することができる。
【００３３】
[0032]第１の電気化学電池１０２では、反応のカソード側は、二酸化炭素源１０６から供給された二酸化炭素をアノード側の反応からのイオンで還元してＭ−カルボン酸塩１３０を形成することからなる。Ｍ−カルボン酸塩１３０を第１の領域１１６から除去して、酸転換室１３４に入力することができる。酸転換室１３４は、第２の反応器１０８から供給されたＨＸ１４８をＭ−カルボン酸塩１３０と反応させてカルボン酸１５０（第１の生成物）とＭＸ１２８を生成する。ＭＸ１２８は第２の領域への入力として再生利用される。カルボン酸１５０は熱水素添加室３３４に供給される。
【００３４】
[0033]次いで、酸転換室１３４からの第１の生成物であるカルボン酸１５０は熱水素添加室３３４に供給される。そこで、第２の電気化学電池４０２の第１の領域４１６から供給されたＨ２３３６と反応して第３の生成物４０４を生成する。別のＨ２を他の源から供給することができる。
【００３５】
[0034]供給物の受け取りは連続部分、近連続部分、またはバッチ部分として生成物の供給を受けるための様々な反応機構を含むことができることが意図されている。
[0035]電気化学電池１０２及び４０２と電気化学酸転換電池３０２の構造及び動作を調整して所望の結果を得ることができるようになっている。例えば、電気化学電池をより高い圧力（大気圧より高い）で動作させると、電流効率が向上し、より高い電流密度で電池を動作させることができる。
【００３６】
[0036]また、カソード１２２とアノード１２４は、３０％から９８％の範囲の空隙容量を有する大表面積電極構造を含むことができる。電極の空隙容量の百分率は、電極の合計体積空間における空の空間の百分率を指すことができる。空隙容量が大きい電極を用いる利点は、そのような構造を流れる液体にかかる圧力の低下が小さくなることである。電極基板構造の比表面積は、２ｃｍ２／ｃｍ３から５００ｃｍ２／ｃｍ３以上であってもよい。電極の比表面積は、電極基板構造の表面積を電極全体の合計物理的体積で除して得たものである。表面積はまた、電極基板の合計面積として定義することもできることが意図されている。表面積は、電流分配／伝導裏板の投影された幾何学的面積の、好ましくは２倍から１０００倍以上の範囲である。電極構造の実際の合計活性表面積は、物理的電極構造に配置された電極触媒の特性の作用であり、物理的電極基板構造の表面積の２倍から１０００倍であってもよい。
【００３７】
[0037]カソード１２２は、銅、ステンレス鋼、遷移金属及びこれらの合金や酸化物、炭素、ケイ素、さらにはこれら材料を導電性金属または半導体材料の層で被覆したものなど、多くの表面積の大きい材料から選ぶことができる。カソード１２２の基板構造は、金属、炭素、または重合体などその他の導電性材料からなる繊維状、網状、または焼結成粉末材料の形態であってもよい。これら材料は、膜のカソード側に一体化された非常に薄いプラスチック製のスクリーンであってもよく、膜１２０が大表面積カソード構造に直接触れることを防止する。この大表面積カソード構造は、大表面積カソードと同じ表面組成を有する材料から形成することができるカソード電流分配裏板に機械的に圧着することができる。
【００３８】
[0038]また、カソード１２２は、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｃ、Ｃｄ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｃｕ合金（例えば、黄銅や青銅）、Ｇａ、Ｈｇ、Ｉｎ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｎｉ、ＮｉＣｏ２Ｏ４、Ｎｉ合金（例えば、Ｎｉ６２５、ＮｉＨＸ）、Ｎｉ−Ｆｅ合金、Ｐｂ、Ｐｄ合金（例えば、ＰｄＡｇ）、Ｐｔ、Ｐｔ合金（例えば、ＰｔＲｈ）、Ｒｈ、Ｓｎ、Ｓｎ合金（例えば、ＳｎＡｇ、ＳｎＰｂ、ＳｎＳｂ）、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｚｎ、ステンレス鋼（ＳＳ）（例えば、ＳＳ２２０５、ＳＳ３０４、ＳＳ３１６、ＳＳ３２１）、オーステナイト鋼、フェライト鋼、二相鋼、マルテンサイト鋼、ニクロム（例えば、ＮｉＣｒ６０：１６（Ｆｅを含む））、エルジロイ（例えば、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｃｒ）、縮退ドープｐ−Ｓｉ、縮退ドープｐ−Ｓｉ：Ａｓ、縮退ドープｐ−Ｓｉ：Ｂ、縮退ドープｎ−Ｓｉ、縮退ドープｎ−Ｓｉ：Ａｓ、縮退ドープｎ−Ｓｉ：Ｂなどからなる好適な導電性電極であってもよい。これら金属とその合金はまた、各種金属基板に支持された触媒皮膜としても用いることができる。その他の導電性電極は、特定用途の基準を満たすように実施することができる。光電気化学還元の場合、カソード１２２はｐ−ＧａＡｓ、ｐ−ＧａＰ、ｐ−ＩｎＮ、ｐ−ＩｎＰ、ｐ−ＣｄＴｅ、ｐ−ＧａＩｎＰ２、ｐ−Ｓｉなどのｐ型半導体電極、またはｎ−ＧａＡｓ、ｎ−ＧａＰ、ｎ−ＩｎＮ、ｎ−ＩｎＰ、ｎ−ＣｄＴｅ、ｎ−ＧａＩｎＰ２、ｎ−Ｓｉなどのｎ型半導体であってもよい。その他の半導体電極は、特定用途の基準を満たすように実施することができ、例えばＣｏＳ、ＭｏＳ２、ＴｉＢ、ＷＳ２、ＳｎＳ、Ａｇ２Ｓ、ＣｏＰ２、Ｆｅ３Ｐ、Ｍｎ３Ｐ２、ＭｏＰ、Ｎｉ２Ｓｉ、ＭｏＳｉ２、ＷＳｉ２、ＣｏＳｉ２、Ｔｉ４Ｏ７、ＳｎＯ２、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、Ｇｅ、ＣｄＳｅなどが挙げられるが、これらに限定されない。
【００３９】
[0039]カソード液のｐＨは１から１２の範囲であり、好ましくはｐＨ４から１０の範囲を含むことができる。選択した動作ｐＨは、電気化学電池１０２の動作に用いられる任意の触媒の作用であってもよい。好ましくは、カソード液及び触媒は、電気化学電池１０２の腐食を防止するように選択することができる。カソード液は同質の触媒を含むことができる。同質の触媒は芳香族複素環アミンと定義される。その例として無置換及び置換されたピリジン及びイミダゾールが挙げられるが、これらに限定されない。置換されたピリジン及びイミダゾールは、一置換及び二置換ピリジン及びイミダゾールを含むことができるが、これらに限定されない。例えば、好適な触媒としては、２−メチルピリジン、４−ｔｅｒｔ−ブチルピリジン、２，６−ジメチルピリジン（２，６−ルチジン）などの直鎖状または分岐状低級アルキル（例えば、Ｃ１−Ｃ１０）一置換及び二置換化合物、４，４’−ビピリジンなどのビピリジン、４−ジメチルアミノピリジンなどのアミノ置換ピリジン、４−ヒドロキシ−ピリジンなどのヒドロキシル置換ピリジン、置換または無置換のキノリンまたはイソキノリンなどが挙げられる。これらの触媒はまた、ピラジン、ピリダジン、ピリミジンなど置換または無置換の二窒素複素環アミンを好適に含むことができる。その他の触媒としては、一般に、アゾール、イミダゾール、インドール、オキサゾール、チアゾール、及びアデニン、プテリン、プテリジン、ベンゾイミダゾール、フェナントロリンなどの置換種及び錯体複素環アミンなどが挙げられる。
【００４０】
[0040]カソード液は電解質を含むことができる。カソード液電解質としては、アルカリ金属重炭酸塩、炭酸塩、硫酸塩、リン酸塩、ホウ酸塩、水酸化物などが挙げられる。この電解質は、Ｎａ２ＳＯ４、ＫＣｌ、ＮａＮＯ３、ＮａＣｌ、ＮａＦ、ＮａＣｌＯ４、ＫＣｌＯ４、Ｋ２ＳｉＯ３、ＣａＣｌ２、グアニジン酸陽イオン、Ｈ陽イオン、アルカリ金属陽イオン、アンモニウム陽イオン、アルキルアンモニウム陽イオン、四アルキルアンモニウム陽イオン、ハライド陰イオン、アルキルアミン、ホウ酸塩、炭酸塩、グアニジン酸誘導体、亜硝酸塩、硝酸塩、リン酸塩、ポリリン酸塩、過塩素酸塩、ケイ素酸塩、硫酸塩、及び水酸化物を１種以上含むことができる。一態様では、ＮａＢｒ、ＫＢｒなどの臭化塩が好ましい場合がある。
【００４１】
[0041]カソード液はさらに、水性または非水性溶媒を含むことができる。水性溶媒は５％超の水を含むことができる。非水性溶媒は５％程度の水を含むことができる。溶媒は、水または非水性溶媒のうち１種以上を含むことができる。代表的な溶媒としては、メタノール、エタノール、アセトニトリル、炭酸プロピレン、炭酸エチレン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、アセトニトリル、アセトン、テトラヒドロフラン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、ジメトキシエタン、ジエチレングリコールジメチルエステル、ブチルニトリル、１，２−ジフルオロベンゼン、γ−ブチロラクトン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、スルホラン、１，４−ジオキサン、ニトロベンゼン、ニトロメタン、無水酢酸、イオン性液、及びこれらの混合物が挙げられる。
【００４２】
[0042]一態様では、カソード液／アノード液の流量は、カソード液／アノード液の断面の面積の流量で２ｇｐｍ／ｆｔ２から３，０００ｇｐｍ／ｆｔ２以上（０．００７６〜１１．３６ｍ３／ｍ２）の範囲を含むことができる。流速は０．００２〜２０ｆｔ／ｓｅｃ（０．０００６〜６．１ｍ／ｓｅｃ）の範囲であってもよい。より高い動作圧力で電気化学電池のカソード液を動作させると、より多くの二酸化炭素を水溶液中に溶解させることができる。典型的には、積層構造の電気化学電池で約２０〜３０ｐｓｉｇまでの圧力で動作することができるが、変更すれば１００ｐｓｉｇまで動作することができる。この電気化学電池は、同じ圧力範囲でアノード液を動作させて、セパレータ１２０、すなわち２つの領域を分けている膜にかかる圧力の差を最小にすることができる。液体ＣＯ２及び超臨界ＣＯ２動作範囲である、約６０〜１００気圧以上の高い動作圧力で電気化学装置を動作させるには特別な電気化学設計が必要な場合がある。
【００４３】
[0043]他の態様では、加圧された流れが電気化学電池のカソード液領域に注入されて水溶液に溶解するＣＯ２量を増加させて転換歩留まりを向上させることができるように、背圧による流量制限や、ＣＯ２を注入するポンプを用いてカソード液リサイクル流れの一部に個別に圧力をかけることができる。また、カソード液リサイクル流れ中の様々な手段により二酸化炭素の微細な気泡を生成して、溶液中の二酸化炭素の溶解度を最大にすることができる。
【００４４】
[0044]カソード液の温度は、−１０〜９５℃、より好ましくは５〜６０℃の範囲であってもよい。これより低い温度は、用いるカソード液及びその凝固点により限定される。一般に、温度が低いほど、カソード液の水溶液相へのＣＯ２の溶解度が高くなる。溶解度が高いほど、より高い変換効率及び電流効率を得る助けとなる。しかしながら電気化学電池の動作電圧が高くなる場合があるという欠点がある。よって、最小の動作コストで化学物質を生成するように最適化を行う必要がある。また、カソード液は冷却が必要な場合がある。よって、外部熱交換器を用いて、カソード液の一部または全部を熱交換器に流し、冷却水を用いて熱を取り除き、カソード液温度を調整することができる。
【００４５】
[0045]アノード液の動作温度は、カソード液と同じ範囲であってもよく、０℃〜９５℃の範囲であってもよい。また、アノード液は冷却が必要な場合がある。よって、外部熱交換器を用いて、アノード液の一部または全部を熱交換器に流して、冷却水を用いて熱を取り除き、アノード液温度を調整することができる。
【００４６】
[0046]電気化学電池は、様々な設計のものを含むことができる。これらの設計は、電極と膜の間を有限またはゼロ間隔で仕切る無間隔設計や、様々な大表面積カソード材料を用いてカソード液電解質を再循環させる流水式設計を含むことができる。電気化学電池は、様々な大表面積カソード材料を有する、冠水型並流及びトリクルベッド設計を含むことができる。また、電気化学電池には双極型積層電池設計や高圧型電池設計も採用することができる。
【００４７】
[0047]アノード電極はカソード電極と同じでもよく、異なっていてもよい。アノード１２４、３２４、及び４２４は、アノード基板構造の表面に塗布された電極触媒皮膜を含むことができる。アノード液はカソード液と同じでもよく、異なっていてもよい。アノード液電解質はカソード液電解質と同じでもよく、異なっていてもよい。アノード液は溶媒を含むことができる。アノード液溶媒はカソード液溶媒と同じでもよく、異なっていてもよい。例えばＨＢｒ、酸アノード液、水を酸化して酸素を生成する場合、好ましい電極触媒皮膜は、チタン、タンタル、ジルコニウム、ニオブなどのバルブ金属基板に設けた金属及び酸化物として、ルテニウム酸化物やイリジウム酸化物などの貴金属酸化物や、白金及び金、それらの組み合わせを含むことができる。臭素及びヨウ素アノード化学の場合、アノードとしては炭素と黒鉛が特に好適に用いられる。高分子結合炭素材料もまた用いることができる。アルカリ性電解質または水酸化物電解質を含むその他のアノード液の場合、アノードは炭素、酸化コバルト、ステンレス鋼、遷移金属、及びこれらの合金や組み合わせを含むことができる。用いることができる大表面積アノード構造は、アノード表面での反応の促進を支援する。大表面積アノード基板材料は、繊維、焼結成粉末、焼結成スクリーンなどからなる網状であってもよく、双極型電気化学電池組立体には一般に用いられる電流分配裏板に焼結、溶接、または機械的に接続することができる。また、大表面積網状アノード構造はまた、アノード表面構造の電極触媒活性表面やその近傍にさらに触媒を塗布した領域を含むことができ、これによって、臭素とアノード液に導入される炭素系反応物との反応など、アノード表面から離れたバルク溶液中で起こることができる反応を高め、促進する。アノード構造は勾配をつけてもよく、それによって密度を垂直方向または水平方向に変化させてアノード構造からガスを逃しやすくすることができる。この勾配は、臭素と炭素系反応物との反応のためにハロゲン化鉄、ハロゲン化亜鉛、ハロゲン化アルミニウム、ハロゲン化コバルトなどの金属ハロゲン化物触媒または金属酸化物触媒を含むことができるアノード構造中で混合された材料の粒子の分布を有してもよい。アルカリ性電解質または水酸化物電解質を含む他のアノード液の場合、アノードは炭素、酸化コバルト、ステンレス鋼、及びこれらの合金や組み合わせを含むことができる。
【００４８】
[0048]第１の領域と第２の領域の間に設けられたセパレータは膜ともいい。陽イオン交換膜を含むことができる。陰イオンに対する高い排除効率を有する陽イオン交換膜が好ましい。このような陽イオン交換膜としては、例えばデュポン社製ナフィオン（登録商標）ブランドの非強化タイプＮ１１７及びＮ１２０シリーズ、より好ましくはＰＴＦＥ繊維強化タイプＮ３２４及びＮ４２４、フレミオン（登録商標）など供給業者の商品名で日本の会社により製造された類似の関連膜など、ペルフルオロ化スルホン酸イオン交換膜が挙げられる。塩素アルカリ工業で用いられる、その他の多層ペルフルオロ化イオン交換膜は、カルボン酸膜層に接着されたスルホン酸膜層という二層構造を有していてもよい。このような膜により、アノード液とカソード液のｐＨを約２以上で効率的に動作させることができる。これらの膜は、高い陰イオン排除効率を有することができる。これらは、デュポン社からＮ９００シリーズ（Ｎ９０２０９、Ｎ９６６、Ｎ９８２など）、２０００シリーズ（Ｎ２０１０、Ｎ２０２０、Ｎ２０３０など）、及びこれらのタイプ及び下位タイプのすべてなどナフィオン（登録商標）として販売されている場合がある。陰イオンの排除がそれほど必要でなければ、例えば、シブロン社によって販売されている商品名イオナック（登録商標）、旭硝子（株）から販売されている商品名セレミオン（登録商標）、徳山曹達（株）から販売されているものなど様々な陽イオン交換材料から作製した炭化水素膜を用いることができる。セラミック膜もまた用いることができ、ＮＡＳＩＣＯＮ（Na Super Ionic CONductor、ナトリウム超イオン性導体）という一般名で呼ばれるものを含む。ＮＡＳＩＣＯＮは様々な化学物質に対して広いｐＨ範囲に渡って化学的に安定しており、選択的にナトリウムイオンを輸送する。その組成はＮａ１＋ｘＺｒ２ＳｉｘＰ３−ｘＯ１２である。また、酸化チタン、酸化ジルコニウム、イットリウム酸化物、β酸化アルミニウムを担持したその他のセラミック導電性膜も含まれる。代替膜としては、ポリホスファゼン膜、スルホン酸化ポリホスファゼン膜など異なる構造の主鎖を有する膜や、クラウンエーテル膜を用いることができる。好ましくは、膜すなわちセパレータはアノード液及びカソード液に対して化学的に耐性があり、６００℃未満、より好ましくは５００℃未満の温度で動作させる。
【００４９】
[0049]アノード反応からアノード液部で形成される反応物の生成率は、電気化学電池に印加する電流に比例するようになっている。アノード液生成物出力がこの範囲であれば、出力流れは生成物出力中に遊離臭素をほとんど、あるいは全く含まない。あるいは、出力流れは未反応の臭素を含んでいてもよい。所望の特性が得られるように、抽出器の動作及びその選択した分離方法（例えば分留蒸留）、実際に生成された生成物や選択性を調整することができる。未反応の成分はいずれも第２の領域に戻されて再生利用される。
【００５０】
[0050]同様に、ＣＯなど、電気化学的に形成された二酸化炭素還元生成物の生成率は、電気化学電池に印加する電流に比例するようになっている。二酸化炭素源１０６の入力率すなわち供給率は、印加した電流に比例する。カソード反応効率により、形成される二酸化炭素還元生成物の最大理論モル数が決定される。形成され得る二酸化炭素還元生成物の理論モル数に対する二酸化炭素供給の比は、１００：１〜２：１、好ましくは５０：１〜５：１の範囲であることが意図されている。この範囲であれば、二酸化炭素はカソード反応に必要な理論モルの過剰となる。そして過剰な二酸化炭素を分離して、第１の領域１１６に戻して再生利用する。
【００５１】
[0051]本発明において開示された方法は、装置により読み取り可能な指示群またはソフトウェアとして実施することができる。さらに、自明ではあるが、開示された方法における工程の特定の順序または階層は手法を例示したものである。自明ではあるが、開示された対象から逸脱することなく、設計上の優先事項に基づいて方法における工程の特定の順序または階層を並べ替えることができる。添付の方法請求項は、例としての順序で様々な工程の要素を示しており、必ずしも示された特定の順序または階層に限定されるものではない。
【００５２】
[0052]本開示及びこれに付随する多数の利点は上記の記述によって理解されると思われる。また、自明ではあるが、開示された対象から逸脱することなく、あるいはその実体の利点のすべてを犠牲にすることなく、構成要素の形態、構成、及び配置に対して様々な変更を加えることができる。上記の形態は、単に説明目的であり、以下の請求項はそのような変更を包含することを意図するものである。
【図１Ａ】
2015535885.tif 000004
【図１Ｂ】
2015535885.tif 000005
【図２Ａ】
2015535885.tif 000006
【図２Ｂ】
2015535885.tif 000007
【図３Ａ】
2015535885.tif 000008
【図３Ｂ】
2015535885.tif 000009
【図４】
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【国際調査報告】
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