CN103556173A - 一种煤电化液化电解装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于煤液化技术领域，具体涉及一种煤电化液化电解装置及其方法。本发明主要解决了现有煤直接液化技术存在的生产工艺复杂、能耗大和生产成本高的缺点。本发明采用的技术方案为：一种煤电化液化电解装置，它是由负极电解箱、两个正极电解箱和两个传质箱组成；一种煤电化液化电解的方法，其步骤包括配制水煤浆、配制电解液、加料、高温高压煤裂解加氢反应，最后得到液体燃料。本发明具有生产工艺简单，生产设备成本和原料消耗成本低的优点，而且没有氧化还原的环境污染。

Description

一种煤电化液化电解装置及其方法

技术领域

本发明属于煤液化技术领域，具体涉及一种煤电化液化电解装置及其方法。

背景技术

在现代持续发展的产业中，对能源的需求不断增加，使得能源的生产已远远不能满足需求。其中石油是经济发展的重要能源，但我国石油资源远少于煤炭资源，因此煤液化技术发展及应用已成趋势。煤液化是把固体煤炭通过化学加工过程，使其转化成为液体燃料、化工原料和产品的技术，其中煤直接液化工艺是指在高温、高压，在催化剂和溶剂作用下使煤的分子进行裂解加氢，直接转化成液体燃料，再进一步加工精制成汽油、柴油等燃料油，又称加氢液化。现有煤直接液化技术存在生产工艺复杂、能耗大和生产成本高的缺点。

发明内容

本发明的目的是解决现有煤直接液化技术存在生产工艺复杂、能耗大和生产成本高的缺点，提供一种煤电化液化电解装置及其方法，本发明具有生产方法简单、能耗低和生产成本低的优点。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种煤电化液化电解装置，它是由负极电解箱、两个正极电解箱和两个传质箱组成；第一个正极电解箱未设石墨板的一侧与第一个传质箱设有聚乙烯板的一侧通过传导管连通，第一个传质箱设有聚氯乙烯板的一侧与负极电解箱设有镍板的一侧通过传导管连通，负极电解箱设有另一块镍板的一侧与第二个传质箱设有聚氯乙烯板的一侧通过传导管连通，第二个传质箱设有聚乙烯板的一侧与第二个正极电解箱未设石墨板的一侧通过传导管连通。

上述负极电解箱的顶板上设有温度计、压力表、排气阀门、微波装置和进料口，在负极电解箱前侧面板的下部设有出料口；在负极电解箱内腔的两侧面板上分别设有镍板。

上述两个正极电解箱，其第一个正极电解箱的顶板上设有进料口，第一个正极电解箱左侧面板的下部设有出料口，在第一个正极电解箱内腔未设传导管的侧板上设有石墨板；第二个正极电解箱的顶板上设有进料口，第二个正极电解箱右侧面板的下部设有出料口，在第二个正极电解箱内腔未设传导管的侧板上设有石墨板。

上述两个传质箱，其第一个传质箱的内腔中设有聚乙烯板和聚氯乙烯板且聚乙烯板和聚氯乙烯板紧密接触，聚乙烯板设在第一个传质箱连接第一个正极电解箱的一侧，聚氯乙烯板设在第一个传质箱连接负极电解箱的一侧；第二个传质箱的内腔中设有聚乙烯板和聚氯乙烯板且聚乙烯板和聚氯乙烯板紧密接触，聚乙烯板设在第二个传质箱连接第二个正极电解箱的一侧，聚氯乙烯板设在第二个传质箱连接负极电解箱的一侧。

一种煤电化液化电解的方法，其步骤为：

①配制水煤浆首先将煤炭粉碎至粒度≤1×10^-5mm，接着把重量百分比为58～61%的煤炭粉、重量百分比为29～32%的软化水和重量百分比为7～8%的氢氧化钠加入容器内打浆搅拌5～6h，然后加入重量百分比为2～3%的木质素磺酸分散剂，继续打浆3～4h；

②配制电解液将重量百分比为10～12%的硫酸和重量百分比为88～90%的软化水混合配制成电解液；

③加料将步骤①配制的水煤浆加入负极电解箱中，把步骤②配制的电解液加入两个正极电解箱中，紧闭所有阀门和进出口；

④负极电解箱中的水煤浆经微波加热至140～150℃时，启动正极电解箱和负极电解箱的电极工作，当微波继续加热至190～200℃时，负极电解箱中的水煤浆达到界面活化性，这时停止微波加热，冷却负极电解箱中的浆料至55～60℃，保温2～3h，通过排气阀门排放负极电解箱内的混合气体，使负极电解箱内气压等于常规大气压；

⑤重复操作步骤④2～3次后，关闭排气阀门，继续微波加热负极电解箱中的浆料至346～350℃，当负极电解箱内的气压达到16～18MPa时停止微波加热和电极工作，冷却负极电解箱中的物料温度至30～35℃时，即得液体燃料。

整个生产过程中，负极电解箱内煤在高频微波作用下催化裂解为自由基碎片，两个正极电解箱的软化水在酸性条件下生成氢离子，两个传质箱分割水煤浆和电解液在正极电解箱与负极电解箱之间的对流，使两个正极电解箱产生的氢离子进入负极电解箱，在负极电解箱中的镍板表面氢离子得到电子生成氢气，负极电解箱内煤裂解的自由基碎片与氢气发生加氢反应生成液体燃料。

与现有技术相比，本发明的煤电化液化电解装置可以多次使用，整个生产工艺采用“一罐闷”的生产形式，具有生产工艺简单，生产设备成本和原料消耗成本低的优点，而且没有氧化还原的环境污染。

附图说明

附图是本发明煤电化液化电解装置的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

如附图所示，一种煤电化液化电解装置，它是由负极电解箱19、两个正极电解箱23、15和两个传质箱4、11组成；第一个正极电解箱23未设石墨板的一侧与第一个传质箱4设有聚乙烯板22的一侧通过传导管连通，第一个传质箱4设有聚氯乙烯板21的一侧与负极电解箱19设有镍板20的一侧通过传导管连通，负极电解箱19设有另一块镍板18的一侧与第二个传质箱11设有聚氯乙烯板17的一侧通过传导管连通，第二个传质箱11设有聚乙烯板16的一侧与第二个正极电解箱15未设石墨板的一侧通过传导管连通。负极电解箱19的顶板上设有温度计5、压力表6、排气阀门7、微波装置8和进料口9，在负极电解箱19前侧面板的下部设有出料口10；在负极电解箱19内腔的两侧面板上分别设有镍板18、20。两个正极电解箱23、15，其第一个正极电解箱23的顶板上设有进料口2，第一个正极电解箱23左侧面板的下部设有出料口3，在第一个正极电解箱23内腔未设传导管的侧板上设有石墨板1；第二个正极电解箱15的顶板上设有进料口12，第二个正极电解箱15右侧面板的下部设有出料口13，在第二个正极电解箱15内腔未设传导管的侧板上设有石墨板14。两个传质箱4、11，其第一个传质箱4的内腔中设有聚乙烯板22和聚氯乙烯板21且聚乙烯板22和聚氯乙烯板21紧密接触，聚乙烯板22设在第一个传质箱4连接第一个正极电解箱23的一侧，聚氯乙烯板21设在第一个传质箱4连接负极电解箱19的一侧；第二个传质箱11的内腔中设有聚乙烯板16和聚氯乙烯板17且聚乙烯板16和聚氯乙烯板17紧密接触，聚乙烯板16设在第二个传质箱11连接第二个正极电解箱15的一侧，聚氯乙烯板17设在第二个传质箱11连接负极电解箱19的一侧。

一种使用本实施例中的煤电化液化电解装置的煤电化液化电解方法，其步骤为：

①配制水煤浆首先将煤炭粉碎至粒度≤1×10^-5mm，把重量百分比为58%的煤炭粉、重量百分比为32%的软化水和重量百分比为8%的氢氧化钠加入容器内打浆搅拌5h，然后加入重量百分比为2%的木质素磺酸分散剂，继续打浆3h；

②配制电解液将重量百分比为10%的硫酸和重量百分比为90%的软化水混合配制成电解液；

③加料将步骤①配制的水煤浆加入负极电解箱，把步骤②配制的电解液加入两个正极电解箱，紧闭所有阀门和进出口；

④负极电解箱中的水煤浆经微波加热至140～150℃时，启动正极电解箱和负极电解箱的电极工作，当微波加热至190～200℃时，负极电解箱中的水煤浆达到界面活化性，这时停止微波加热，冷却负极电解箱中的浆料温度至55～60℃，保温2h，通过排气阀门排放负极电解箱内的混合气体，使负极电解箱内气压等于常规大气压；

⑤重复操作步骤④2次后，关闭排气阀门，继续微波加热负极电解箱中的浆料至346～350℃，当负极电解箱内气压达到16～18MPa时停止微波加热和电极工作，冷却负极电解箱中的物料温度至30～35℃时，即得液体燃料。

本实施例水煤浆进入负极电解箱内电化合成时长15小时，耗电50千瓦/小时，液体燃料含碳量78％，含氢量18％，密度0.6kg/L。

实施例2

本实施例中的煤电化液化电解装置和实施例1中的煤电化液化电解装置相同。

一种使用本实施例中的煤电化液化电解装置的煤电化液化电解方法，其步骤为：

①配制水煤浆首先将煤炭粉碎至粒度≤1×10^-5mm，把重量百分比为61%的煤炭粉、重量百分比为29%的软化水和重量百分比为7%的氢氧化钠加入容器内打浆搅拌6h，然后加入重量百分比为3%的木质素磺酸分散剂，继续打浆4h；

②配制电解液将重量百分比为12%的硫酸和重量百分比为88%的软化水混合配制成电解液；

③加料将步骤①配制的水煤浆加入负极电解箱，把步骤②配制的电解液加入两个正极电解箱，紧闭所有阀门和进出口；

④负极电解箱中的水煤浆经微波加热至140～150℃时，启动正极电解箱和负极电解箱的电极工作，当微波加热至190～200℃时，负极电解箱中的水煤浆达到界面活化性，这时停止微波加热，冷却负极电解箱中的浆料温度至55～60℃，保温3h，通过排气阀门排放负极电解箱内的混合气体，使负极电解箱内气压等于常规大气压；

⑤重复操作步骤④3次后，关闭排气阀门，继续微波加热负极电解箱中的浆料至346～350℃，当负极电解箱内气压达到16～18MPa时停止微波加热和电极工作，冷却负极电解箱中的物料温度至30～35℃时，即得液体燃料。

本实施例水煤浆进入负极电解箱内电化合成时长17小时，耗电50千瓦/小时，液体燃料含碳量80％，含氢量16％，密度0.8kg/L。

实施例3

本实施例中的煤电化液化电解装置和实施例1中的煤电化液化电解装置相同。

一种使用本实施例中的煤电化液化电解装置的煤电化液化电解方法，其步骤为：

①配制水煤浆首先将煤炭粉碎至粒度≤1×10^-5mm，把重量百分比为60%的煤炭粉、重量百分比为30%的软化水和重量百分比为8%的氢氧化钠加入容器内打浆搅拌5.5h，然后加入重量百分比为2%的木质素磺酸分散剂，继续打浆3.5h；

②配制电解液将重量百分比为11%的硫酸和重量百分比为89%的软化水混合配制成电解液；

③加料将步骤①配制的水煤浆加入负极电解箱，把步骤②配制的电解液加入两个正极电解箱，紧闭所有阀门和进出口；

④负极电解箱中的水煤浆经微波加热至140～150℃时，启动正极电解箱和负极电解箱的电极工作，当微波加热至190～200℃时，负极电解箱中的水煤浆达到界面活化性，这时停止微波加热，冷却负极电解箱中的浆料温度至55～60℃，保温2.5h，通过排气阀门排放负极电解箱内的混合气体，使负极电解箱内气压等于常规大气压；

⑤重复操作步骤④2次后，关闭排气阀门，继续微波加热负极电解箱中的浆料至346～350℃，当负极电解箱内气压达到16～18MPa时停止微波加热和电极工作，冷却负极电解箱中的物料温度至30～35℃时，即得液体燃料。

本实施例水煤浆进入负极电解箱内电化合成时长16小时，耗电50千瓦/小时，液体燃料含碳量79％，含氢量17％，密度0.7kg/L。

上述实施例中的水煤浆还可以按照重量百分比为58～61%的煤炭粉、重量百分比为29～32%的软化水、重量百分比为7～8%的氢氧化钠和重量百分比为2～3%的木质素磺酸分散剂以任意比配制。

上述实施例中的电解液还可以按照重量百分比为10～12%的硫酸和重量百分比为88～90%的软化水以任意比混合配制。

本发明的保护范围不受以上实施例的限制。

Claims (5)

1.一种煤电化液化电解装置，其特征在于：它是由负极电解箱（19）、两个正极电解箱（23、15）和两个传质箱(4、11）组成；第一个正极电解箱（23）未设石墨板的一侧与第一个传质箱（4）设有聚乙烯板（22）的一侧通过传导管连通，第一个传质箱（4）设有聚氯乙烯板（21）的一侧与负极电解箱（19）设有镍板（20）的一侧通过传导管连通，负极电解箱（19）设有另一块镍板（18）的一侧与第二个传质箱（11）设有聚氯乙烯板（17）的一侧通过传导管连通，第二个传质箱（11）设有聚乙烯板（16）的一侧与第二个正极电解箱（15）未设石墨板的一侧通过传导管连通。

2.根据权利要求1所述的一种煤电化液化电解装置，其特征在于：所述负极电解箱（19）的顶板上设有温度计（5）、压力表（6）、排气阀门（7）、微波装置（8）和进料口（9），在负极电解箱（19）前侧面板的下部设有出料口（10）；在负极电解箱（19）内腔的两侧面板上分别设有镍板（18、20）。

3.根据权利要求1所述的一种煤电化液化电解装置，其特征在于：所述两个正极电解箱（23、15），其第一个正极电解箱（23）的顶板上设有进料口（2），第一个正极电解箱（23）左侧面板的下部设有出料口（3），在第一个正极电解箱（23）内腔未设传导管的侧板上设有石墨板（1）；第二个正极电解箱（15）的顶板上设有进料口（12），第二个正极电解箱（15）右侧面板的下部设有出料口（13），在第二个正极电解箱（15）内腔未设传导管的侧板上设有石墨板（14）。

4.根据权利要求1所述的一种煤电化液化电解装置，其特征在于：所述两个传质箱(4、11），其第一个传质箱（4）的内腔中设有聚乙烯板（22）和聚氯乙烯板（21）且聚乙烯板（22）和聚氯乙烯板（21）紧密接触，聚乙烯板（22）设在第一个传质箱（4）连接第一个正极电解箱（23）的一侧，聚氯乙烯板（21）设在第一个传质箱（4）连接负极电解箱（19）的一侧；第二个传质箱(11)的内腔中设有聚乙烯板（16）和聚氯乙烯板（17）且聚乙烯板（16）和聚氯乙烯板（17）紧密接触，聚乙烯板（16）设在第二个传质箱（11）连接第二个正极电解箱（15）的一侧，聚氯乙烯板（17）设在第二个传质箱（11）连接负极电解箱（19）的一侧。

5.一种煤电化液化电解的方法，其特征在于：其步骤为：

①配制水煤浆首先将煤炭粉碎至粒度≤1×10^-5mm，接着把重量百分比为58～61%的煤炭粉、重量百分比为29～32%的软化水和重量百分比为7～8%的氢氧化钠加入容器内打浆搅拌5～6h，然后加入重量百分比为2～3%的木质素磺酸分散剂，继续打浆3～4h；

②配制电解液将重量百分比为10～12%的硫酸和重量百分比为88～90%的软化水混合配制成电解液；

③加料将步骤①配制的水煤浆加入负极电解箱中，把步骤②配制的电解液加入两个正极电解箱中，紧闭所有阀门和进出口；

④负极电解箱中的水煤浆经微波加热至140～150℃时，启动正极电解箱和负极电解箱的电极工作，当微波继续加热至190～200℃时，负极电解箱中的水煤浆达到界面活化性，这时停止微波加热，冷却负极电解箱中的浆料至55～60℃，保温2～3h，通过排气阀门排放负极电解箱内的混合气体，使负极电解箱内气压等于常规大气压；

⑤重复操作步骤④2～3次后，关闭排气阀门，继续微波加热负极电解箱中的浆料至346～350℃，当负极电解箱内的气压达到16～18MPa时停止微波加热和电极工作，冷却负极电解箱中的物料温度至30～35℃时，即得液体燃料。

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