CN104327902A - 一种电解水煤浆脱硫制氢的装置 - Google Patents

Abstract

一种电解水煤浆脱硫制氢装置，目的是在煤炭脱硫同时生产氢气而且脱硫速度快；本发明包括配料系统、电解系统、气体回收系统、煤炭回收系统；配料系统包括有漏斗给料机、微波烘干机、皮带输送机、磨粉机、配料漏斗、干粉搅拌机、浆液搅拌机；电解系统包括搅拌箱、电解槽、直流脉冲电源柜、微波辐照装置、超声振动棒、电极和管网；两个搅拌箱中间的隔板中装有液下泵，泵出口经电解液管与电解槽底部管网连通；电极垂直放在电解槽中央，电极是由四组电极板围成封闭的口字形状；电解槽内电极的两侧装有超声振动棒；气体回收系统包括有二氧化碳储存罐、氢气储存罐及压力表、流量计、单向阀、截止阀、闸阀、氢气分析仪、放空阀、缓冲罐、增压泵。

Description

一种电解水煤浆脱硫制氢的装置

技术领域

本发明型涉及一种水煤浆电解脱硫制氢的装置。

背景技术

水煤浆电解脱硫制氢是通过水煤浆电解液在电解槽进行直流脉冲电流电解，分别在阴极和阳极产生氢气和二氧化碳气体；同时脱除煤中的无机硫和有机硫，产生低硫精煤或水煤浆。在能源短缺和环境污染的双重压力下，氢能早已被纳入各国科学界的重点突破领域。从国内外报道看，该技术的研究大多仍然停留在实验室中，尚缺乏高效的水煤浆电解脱硫制氢的专用装置，利用水煤浆电解脱硫制氢的工艺及装置都较为复杂，成本较高，难以推广普及。

发明内容

本发明目的是克服上述已有技术的不足，提供一种在煤炭脱硫同时可生产出氢气、而且设备结构简单、脱硫速度快的电解水煤浆脱硫制氢装置。

本发明包括配料系统、电解系统、气体回收系统、煤炭回收系统；配料系统包括有漏斗给料机、微波烘干机、皮带输送机、磨粉机、配料漏斗、干粉搅拌机、浆液搅拌机；皮带输送机有多个，漏斗给料机及微波烘干机均装在皮带输送机Ⅰ上方，磨粉机装在皮带输送机Ⅰ出口下方；在磨粉机出口处装有皮带输送机Ⅱ，配料漏斗装在皮带输送机Ⅱ出口下方；配料漏斗下方安装有自动称重皮带机，自动称重皮带机出口下方装有干粉搅拌机，把各种配料搅拌均匀；浆液搅拌机装在干粉搅拌机下方，在浆液搅拌机上方装有供水管道和电解液回收管道；各种配料经过浆液搅拌机搅拌均匀后进入电解系统搅拌箱。

煤炭经过漏斗给料机均匀漏入皮带输送机Ⅰ皮带上，很快进入微波烘干机烘干；烘干后进入磨粉机入口，把煤炭磨至粒径≤120目时，从磨粉机出口进入皮带输送机Ⅱ，运送到配料漏斗，配料漏斗有多个料仓，每个料仓均配有自动称重皮带机。自动称重皮带机通过计算机控制，按配方计量把所有的材料和添加剂计重后再运送到干粉搅拌机内。经干粉搅拌机搅拌均匀后流入浆液搅拌机内，用PH计把水质化验好后计量加入到浆液搅拌机内搅拌。如果配加循环电解液时一定要先化验后按需配加。

电解系统包括搅拌箱、电解槽、直流脉冲电源柜、微波辐照装置、超声振动棒、电极和管网；搅拌箱是两个连接在一起不封顶的溶液箱，由塑料板、金属板等耐酸碱的材料制成；搅拌箱形状可根据位置而定；浆液搅拌机出口至两个溶液箱上方均安装有输液管道，输液管道上安装有遥控浮球阀；控制搅拌箱电解液的流入与关断。在两个搅拌箱中间的隔板中装有一个FYH型氟塑料合金液下泵，FYH型氟塑料合金液下泵为长轴立式离心泵，其接触液体部分全部由氟塑料合金压制而成，泵出口经电解液管与电解槽底部管网连通，两个溶液箱底部均通过联通管道与电解槽底部接通；溶液箱内液体经液下泵加压进入电解槽底部管网喷入电解槽内的液体中，电解槽内的液体经过电解处理后再通过底部联通管道回流至溶液箱。

电解槽是由耐酸碱绝缘材料制成的密封容器，形状可以自定。与电解槽相匹配的直流脉冲电源柜要隔离安装在电解槽最近的位置，不能让静电或电火花接近电解槽。电解槽底部管网由电解液压力排放管道组成，电解液压力排放管道按电解槽底部的几何形状均称地分布在电解槽底部，电解液压力排放管道上设有许多排放小眼，排放小眼的位置和大小根据管网管道的直径和压力来确定。电极垂直放在电解槽中央，电极是由四块电极板围成封闭的口字形状，电极板的外侧是作为正极的有电催化剂涂层（涂有钌铱）的钛基网状金属板，电极板内侧是作为负极的泡沫镍，内外侧中间采用质子交换膜为隔膜，正负电极距离接近零。在电解槽顶盖上装有氢气和二氧化碳排放管，氢气排放管下端口位于电极中央的单独腔体中，二氧化碳排放管下端口位于电极外围；电解液管上装有微波辐照设备，微波辐照设备采用不锈钢箱体密封包裹，不能有微波泄漏；电解槽内电极的两侧装有两根超声振动棒，超声振动棒为立式，与电极平行安装。

电解液在浆液搅拌机拌匀后流入溶液箱，开启液下泵，溶液经微波辐照后经电解液管进入电解槽底部的管网，在压力作用下，电解液从管网管道的小孔内喷出，由于眼小孔多，喷出方向不同，促使电解槽内液体被“搅拌”的更均称。这时微波辐照供给的热分解能力也显示出来，促进电解液分解。电解槽内口字型电极旁安装有两根超声振动棒，超声振动棒超声波产生的空穴能形成高温高压的极端条件和微环境，产生活性中间体，使反应迅速进行。超声波还可以冲洗消除附着在电极表面的气泡和残渣。两台溶液箱可交替使用。

FYH型氟塑料合金液下泵耐腐蚀范围广，效率高，重量轻，不需灌液即能抽送，维修方便。液下泵的扬程以25米左右为好。液下泵的出水管道由上而下进入电解槽底部的由压力排放管道组成的管网内。口字形状的电级放在电解槽的中央，扩大了电解的面积，增大的电解电流直接加快了电解速度，提高了用电效率。

气体回收系统包括有二氧化碳储存罐、氢气储存罐及压力表、流量计、单向阀、截止阀、闸阀、氢气分析仪、放空阀、缓冲罐、增压泵；在压力表旁还装有一个电接点压力表，发现氢气压力不足时打开带排放截止阀并更换搅拌箱，让电解液进入高效离心脱水机内开始固液分离，并让新的电解液进入电解槽内保持不间断生产。

二氧化碳储存罐与二氧化碳排放管连接，氢气储存罐与氢气排放管连接；在氢气排放管路上依次装有压力表、流量计、单向阀、带排放口截止阀、闸阀、缓冲罐、增压泵；在带排放口截止阀的排放口上连接有排放管，排放管上装有氢气分析仪、闸阀和放空阀。

电极正极区域内所产的CO2气体用泵吸入储存罐封存备用。电极负极区域在电解前就必须抽为真空并充入氮气再开始生产。在生产开始后必须先接入氢气分析仪检测氢气的纯度，达标后再进入增压泵增压，最后进入储存罐封存。

煤炭回收系统包括有截止阀、高效离心脱水机、压滤洗涤除尘机、高频电磁振网筛、低硫精煤池。搅拌箱的两个溶液箱，通过截止阀与高效离心脱水机和压滤洗涤除尘机连接，压滤洗涤除尘机分别与高频电磁振网筛和电解液循环管连接，高频电磁振网筛与低硫精煤池连接，电解液循环管与配料系统浆液搅拌机连接，电解液中的液体回到浆液搅拌机循环使用，电解液中的固体送到低硫精煤池储存；含有硫酸盐的杂质从压滤洗涤除尘机排除，达到脱硫目的。

本发明以煤炭粉为原料，通过磨粉复配成水煤浆，加入偏硼酸钠、氢氧化钠、添加剂后成电解液，通过电解后脱除煤中的无机硫和有机硫，同时产生氢气。本发明结构简单，在常温常压下工作，无附加条件，大小随意，成本低廉。化学脱硫速度快，脱硫效率高。整个生产是在常温常压下进行，装置流程简单；阴极制成的氢气纯度高，无需进一步纯化。阳极产生的二氧化碳可直接利用或封存处理；电解煤浆使用少量的还原剂，而且电解液是循环利用，节约时间和资源，反应温和，操作便捷，可以克服硼氢化钠反应不完全及处理后带来的二次污染。

附图说明：

图1为本发明电解槽结构示意图；

图2为本发明搅拌箱结构示意图。

图中：1、微波辐照设备，2、电解液管，3、氢气排放管，4、电极，5、二氧化碳排放管，6、超声振动棒，7、管网，8、联通管道，9、顶盖，10、遥控浮球阀，11、输液管道，12、液下泵，13、溶液箱，14、隔板。

具体实施方式

配料系统包括有漏斗给料机、微波烘干机、皮带输送机、磨粉机、配料漏斗、干粉搅拌机、浆液搅拌机；皮带输送机有多个，漏斗给料机及微波烘干机均装在皮带输送机Ⅰ上方，磨粉机装在皮带输送机Ⅰ出口下方；在磨粉机出口处装有皮带输送机Ⅱ，配料漏斗装在皮带输送机Ⅱ出口下方；配料漏斗下方安装有自动称重皮带机，自动称重皮带机出口下方装有干粉搅拌机，浆液搅拌机装在干粉搅拌机下方，在浆液搅拌机上方装有供水管道和电解液回收管道；电解系统搅拌箱是两个连接在一起不封顶的溶液箱13，浆液搅拌机出口至两个溶液箱上方均安装有输液管道11，输液管道上安装有遥控浮球阀10；在两个搅拌箱中间的隔板14中间装有一个FYH型氟塑料合金液下泵12，泵出口经电解液管2与电解槽底部管网7连通，两个溶液箱13底部均通过联通管道8与电解槽底部连通；电解槽底部管网7管道上设有许多排放小眼，电极4垂直放在电解槽中央，电极4是由四组电极板围成封闭的口字形状，电极板的外侧为正极的有电催化剂涂层的钛基网板，电极板内侧是作为负极的泡沫镍，内外侧中间采用质子交换膜为隔膜；在电解槽顶盖9上装有氢气排放管3和二氧化碳排放管5，氢气排放管下端口位于电极4中央的单独腔体中，二氧化碳排放管5下端口位于电极4外围；电解液管2上装有微波辐照设备；电解槽内电极4的两侧装有两根超声振动棒6；气体回收系统包括有二氧化碳储存罐、氢气储存罐及压力表、流量计、单向阀、截止阀、闸阀、氢气分析仪、放空阀、缓冲罐、增压泵；在压力表旁还装有一个电接点压力表；二氧化碳储存罐与二氧化碳排放管连接，氢气储存罐与氢气排放管连接；在氢气排放管路上依次装有压力表、流量计、单向阀、带排放口截止阀、闸阀、缓冲罐、增压泵；在带排放口截止阀的排放口上连接有排放管，排放管上装有氢气分析仪、闸阀和放空阀。煤炭回收系统包括有截止阀、高效离心脱水机、压滤洗涤除尘机、高频电磁振网筛、低硫精煤池。搅拌箱的两个溶液箱，通过截止阀与高效离心脱水机和压滤洗涤除尘机连接，压滤洗涤除尘机分别与高频电磁振网筛和电解液循环管连接，高频电磁振网筛与低硫精煤池连接，电解液循环管与配料系统浆液搅拌机连接。

Claims (8)

1.一种电解水煤浆脱硫制氢装置，包括配料系统、电解系统、气体回收系统、煤炭回收系统；其特征是电解系统包括搅拌箱、电解槽、直流脉冲电源柜、微波辐照装置、超声振动棒、电极和管网；搅拌箱是两个连接在一起不封顶的溶液箱，浆液搅拌机出口至两个溶液箱上方均安装有输液管道，输液管道上安装有遥控浮球阀；在两个搅拌箱中间的隔板中装有一个FYH型氟塑料合金液下泵，泵出口经电解液管与电解槽底部管网连通，电解槽底部管网由电解液压力排放管道组成，电解液压力排放管道按电解槽底部的几何形状均称地分布在电解槽底部，电解液压力排放管道上设有许多排放小眼；两个溶液箱底部均通过联通管道与电解槽底部接通；电解槽是由耐酸碱绝缘材料制成的密封容器，与电解槽相匹配的直流脉冲电源柜隔离安装在电解槽附近，电极垂直放在电解槽中央，电极是由四组电极板围成封闭的口字形状，电极板的外侧是作为正极的有电催化剂涂层的钛基网状金属板，电极板内侧是作为负极的泡沫镍，内外侧中间采用质子交换膜为隔膜；在电解槽顶盖上装有氢气和二氧化碳排放管，氢气排放管下端口位于电极中央的单独腔体中，二氧化碳排放管下端口位于电极外围；电解液管道上装有微波辐照设备；电解槽内电极的两侧装有两根超声振动棒。

2. 如权利要求1所述的电解水煤浆脱硫制氢装置，其特征是配料系统包括有漏斗给料机、微波烘干机、皮带输送机、磨粉机、配料漏斗、干粉搅拌机、浆液搅拌机；皮带输送机有多个，漏斗给料机及微波烘干机均装在皮带输送机Ⅰ上方，磨粉机装在皮带输送机Ⅰ出口下方；在磨粉机出口处装有皮带输送机Ⅱ，配料漏斗装在皮带输送机Ⅱ出口下方；配料漏斗下方安装有自动称重皮带机，自动称重皮带机出口下方装有干粉搅拌机，浆液搅拌机装在干粉搅拌机下方，在浆液搅拌机上方装有供水管道和电解液回收管道。

3.如权利要求1或2所述的电解水煤浆脱硫制氢装置，其特征是气体回收系统包括有二氧化碳储存罐、氢气储存罐及压力表、流量计、单向阀、截止阀、闸阀、氢气分析仪、放空阀、缓冲罐、增压泵；在压力表旁还装有一个电接点压力表；二氧化碳储存罐与二氧化碳排放管连接，氢气储存罐与氢气排放管连接；在氢气排放管路上依次装有压力表、流量计、单向阀、带排放口截止阀、闸阀、缓冲罐、增压泵；在带排放口截止阀的排放口上连接有排放管，排放管上装有氢气分析仪、闸阀和放空阀。

4.如权利要求1或2所述的电解水煤浆脱硫制氢装置，其特征是煤炭回收系统包括有截止阀、高效离心脱水机、压滤洗涤除尘机、高频电磁振网筛、低硫精煤池；搅拌箱的两个溶液箱通过截止阀与高效离心脱水机和压滤洗涤除尘机连接，压滤洗涤除尘机分别与高频电磁振网筛和电解液循环管连接，高频电磁振网筛与低硫精煤池连接，电解液循环管与配料系统浆液搅拌机连接。

5.如权利要求1或2所述的电解水煤浆脱硫制氢装置，其特征是微波辐照设备采用可防止微波泄漏的不锈钢箱体密封包裹。

6.如权利要求1或2所述的电解水煤浆脱硫制氢装置，其特征是搅拌箱由塑料板或金属板耐酸碱材料制成，形状可根据位置确定。

7.如权利要求1或2所述的电解水煤浆脱硫制氢装置，其特征是FYH型氟塑料合金液下泵为长轴立式离心泵，其接触液体部分全部由氟塑料合金压制而成。

8.如权利要求1或2所述的电解水煤浆脱硫制氢装置，其特征是超声振动棒为立式，与电极平行安装。