CN110124751A - 一种催化剂回收同时联产电的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种催化剂回收同时联产电的系统和方法，包括：被阳离子交换膜分隔成阳极区和阴极区的化学电容器，以及分别连通阴、阳极区的阳极悬浮液输送管线和阴极液输送管线；将含催化剂的灰渣、水、消解剂、氢气引入阳极区，使得灰渣中的K+溶出并部分通过阳离子交换膜进入阴极区，氢气在阳极电极上被氧化，将阳极区的悬浮液导出，部分输送至阴极区，部分作为催化剂回收液利用，向阴极区通入二氧化碳，促使其中的氢离子在阴极电极上还原为氢气，反应后的阴极液再循环回到阳极区，通过外部导线连通阴、阳极电极实现对外输出电能。本发明通过电化学方法回收气化灰渣中的催化剂，同时向外输出电能，提高系统能效的同时实现了二氧化碳的直接利用。

Description

一种催化剂回收同时联产电的系统及方法
技术领域
本发明涉及催化剂回收技术领域，具体而言，涉及一种催化剂回收同时联产电的系统及方法。
背景技术
随着经济的迅速发展以及环保规定的日益严格，对天然气这一清洁能源的需求量呈爆炸式增长。催化气化技术是洁净高效利用煤的一种重要方式，采用催化气化技术，煤在相对较低的温度下与气化剂在催化剂的催化作用下进行气化反应，生成高浓度的甲烷。
催化剂的加入可降低反应温度、提高反应速率，但因催化剂成本较高，需对灰渣中的催化剂进行回收处理循环使用。气化后灰渣经气化炉排渣系统排出后，需降温后进行催化剂回收处理，首先进入水洗回收单元、采用水洗回收水溶性催化剂，通常回收率在50%左右，之后进行过滤处理将灰渣送入消解处理单元，经升温升压通过消解法回收非水溶性催化剂。也有部分技术将水洗和消解过程集中于一个反应器中，但需要较高的温度、压力条件，且需要保持3-8倍的水渣比，整体催化剂回收系统水耗及能耗均较高。
发明内容
鉴于此，本发明提出了一种催化剂回收同时联产电的系统及方法，旨在解决现有催化剂回收过程整体能耗过大的问题。
具体地，本发明第一方面提出了一种催化剂回收同时联产电的系统，包括：被阳离子交换膜分隔成阳极区和阴极区的电化学容器，以及分别连通所述阳极区和所述阴极区的阳极悬浮液输送管线和阴极液输送管线；其中，所述阳极区中设置有阳极电极，且所述阳极区分别与气化炉排渣系统、水喷射结构、消解剂输送管线和氢气加注管线连通，以使含催化剂灰渣在阳极区发生消解反应，以及使氢气在所述阳极电极上被氧化；所述阴极区中设置有阴极电极，且所述阴极区与二氧化碳输送装置连通，以使氢离子在所述阴极电极上被还原得到氢气；所述阳极悬浮液输送管线还与备煤单元连通，以实现阳极悬浮液中催化剂溶液的回收；所述阴极电极和所述阳极电极之间连接有导线，以实现对外输出电能。
进一步地，上述催化剂回收同时联产电的系统中，所述水喷射结构设置在所述电化学容器下方靠近所述阳极区处。
进一步地，上述催化剂回收同时联产电的系统中，所述水喷射结构具有若干喷嘴；其中，各所述喷嘴的连线构成矩形、三角形或菱形。
进一步地，上述催化剂回收同时联产电的系统中，所述电化学容器下方靠近所述阳极区处还设置有辅助气体管线，所述辅助气体管线上的出气孔与各所述喷嘴一一对应设置，用以使所述辅助气体与水喷射结构喷射的水混合后呈雾状喷射至所述阳极区。
进一步地，上述催化剂回收同时联产电的系统中，所述二氧化碳输送装置沿水平方向自所述电化学容器靠近阴极区的侧壁穿设于所述电化学容器下部并伸入所述阴极区中，其上开设有若干排气孔，用以将二氧化碳分散至阴极区中。
进一步地，上述催化剂回收同时联产电的系统中，所述阴极区中沿阴极电极高度方向还开设有若干并列设置的布气板，用以使二氧化碳均匀分布在所述阴极区中。
进一步地，上述催化剂回收同时联产电的系统中，所述阴极电极为金属多孔电极；所述阳极电极为气体扩散电极。
进一步地，上述催化剂回收同时联产电的系统中，所述阳极悬浮液输送管线包括：阳极悬浮液排出装置、阳极悬浮液缓冲罐、阳极悬浮液输送泵和过滤单元；其中，所述阳极悬浮液排出装置的进口与所述阳极区连通，所述阳极悬浮液排出装置的出口与所述阳极悬浮液缓冲罐的入口连通，所述阳极悬浮液缓冲罐的出口与所述阳极悬浮液输送泵的进口连通，所述阳极悬浮液输送泵的出口与所述过滤单元连通。
进一步地，上述催化剂回收同时联产电的系统中，所述阳极悬浮液排出装置包括：相连通的垂直管段和水平管段，其中，所述水平管段位于所述垂直管段的上方且穿设于电化学容器的侧壁，所述垂直管段伸入阳极区下部的溶液中，用以在压力作用下将阳极悬浮液排出阳极区。
进一步地，上述催化剂回收同时联产电的系统中，所述阴极液输送管线包括：阴极液缓冲罐和阴极液输送泵；其中，
所述阴极液缓冲罐的入口与所述阴极区连通，所述阴极液缓冲罐的出口与所述阴极液输送泵连通。
进一步地，上述催化剂回收同时联产电的系统中，所述氢气加注管线包括：氢气缓冲罐和压缩机；其中，
所述氢气缓冲罐的进口与所述阴极区中的氢气逸出口连通，所述氢气缓冲罐的出口与所述压缩机连通。
本发明第一方面提供的催化剂回收同时联产电的系统，通过电化学容器的阳极区实现含催化剂溶灰渣中钾离子的溶出，并将溶出的钾离子通过阳离子交换膜转移至阴极区参与反应；通过二氧化碳输送装置向阴极区输送二氧化碳，以促进氢离子的产生和还原，通过将阳极区和阴极区分别通过阳极悬浮液输送管线和阴极液输送管线连通，实现了阳极区和阴极区反应的连续进行，并将阳极区的部分催化剂溶液输送至备煤单元，实现了催化剂的高效回收，解决了现有催化剂回收工艺存在的操作压力温度高、水耗能耗高、效率低等的问题；同时，通过氢气在阳极电极上发生氧化反应，氢离子在阴极电极上发生还原反应，实现了电子的转移，从而可以向外向外输出电能，大大提高了系统的整体能效。
本发明第二方面提供了一种催化剂回收同时联产电的方法，包括：
将含催化剂的灰渣输送至电化学容器的阳极区与水和消解剂发生反应溶出K+，使阳极区溶液中的部分K+通过阳离子交换膜进入阴极区，同时向所述阳极区通入氢气，使得氢气在电化学容器中的阳极电极上被氧化，并将阳极区的部分含催化剂的溶液输送至阴极区，将另一部分所述含催化剂的溶液作为催化剂回收液输送至备煤单元；
向电化学容器的阴极区通入二氧化碳，促使阴极区溶液中的H+在阴极电极上被还原成氢气逸出，并将阴极区中的阴极液循环回阳极区；
通过外部导线导通阴极电极和阳极电极，实现对外输出电能。
进一步的，上述催化剂回收同时联产电的方法中，自所述电化学容器的底部向所述阳极区喷射水，以使含催化剂的灰渣与所述阳极区中的液相混合均匀。
进一步的，上述催化剂回收同时联产电的方法中，向所述阴极区输送的含催化剂的溶液为阳极悬浮液经过滤所得的溶液。
进一步的，上述催化剂回收同时联产电的方法中，自所述电化学容器的侧壁向阴极区底部输送二氧碳气体。
进一步的，上述催化剂回收同时联产电的方法中，所述阴极区产生的氢气经氢气加注管线输送至所述阳极区。
进一步的，上述催化剂回收同时联产电的方法中，所述电化学容器的操作温度为常温~150℃，操作压力为0.1~0.6Mpa。
本发明提供的催化剂回收同时联产电的方法，通过电化学方法回收气化灰渣中的催化剂，同时向外输出电能，系统能效大大提高，同时也实现了温室气体二氧化碳的直接利用，有效实现了煤化工系统的碳减排。
附图说明
图1为本发明实施例中提供的催化剂回收同时联产电的系统的结构示意图；
图2为本发明实施例中催化剂回收同时联产电的系统的局部结构示意图。
具体实施方式
以下所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和修饰，这些改进和修饰也视为本发明的保护范围。
系统实施例：
参阅图1和图2，其示出了本发明的催化剂回收同时联产电的系统的结构图，该系统包括：被阳离子交换膜13分隔成阳极区11和阴极区12的电化学容器1，以及分别连通所述阳极区11和所述阴极区12的阳极悬浮液输送管线3和阴极液输送管线4；其中，所述阳极区11中设置有阳极电极111，且所述阳极区11分别与气化炉排渣系统、水喷射结构、消解剂输送管线和氢气加注管线连通，以使含催化剂灰渣在阳极区发生消解反应，以及使氢气在所述阳极电极111上被氧化；所述阴极区12中设置有阴极电极121，且所述阴极区12与二氧化碳输送装置2连通，以使氢离子在所述阴极电极121上被还原得到氢气；所述阳极悬浮液输送管线3还与备煤单元连通，以实现阳极悬浮液中催化剂溶液的回收；所述阴极电极121和所述阳极电极111之间连接有导线，以实现对外输出电能。
具体而言，电化学容器1可以为顶部开口的方形、柱形等壳体结构，阳极电极111可以位于阳极区11的任意位置，阴极电极121可以位于阴极区12的任意位置。阳极电极111和阴极电极121可以均为棒状结构，分别插入阳极区11和阴极区12中，优选的，阴极电极121为金属多孔电极，例如由Pt、Pa、Ni等制成；阳极电极111可以为气体扩散电极，气体扩散电极是一种特制的多孔膜电极，有利于顺利实现阳极区的气、液相的传质和电子传递。
阳离子交换膜13连接在电化学容器1的两个侧壁之间，可以根据实际需要选择一定透过量的阳离子交换膜13，实际中，阳离子交换膜13可以安装在电化学容器1的中心部位，阴极电极121、阳极电极111各自与阳离子交换膜13的间距可以相等。阳离子交换膜13可以将阳极区11中溶出的钾离子转移至所述阴极区12。
阳极区11与气化炉排渣系统底部的排渣口连通，以接收含催化剂的灰渣；阳极区11与消解剂输送管线的进口连通，用以接收对灰渣中催化剂进行消解的消解剂，消解剂可以为Ca(OH)2； 阳极区11与氢气加注管线连通，以使得氢气加注管线输送的氢气自阳极电极121靠近电化学容器1器壁的一侧进入阳极区11，进而在阳极电极111上被氧化为氢离子，反应式为：H2 -2e- = 2H+。
其中，氢气加注管线输送的氢气来自阴极区12产生的氢气，实现了产物的循环利用。氢气加注管线7可以包括：氢气缓冲罐71和压缩机72；其中，所述氢气缓冲罐71的进口与所述阴极区12中的氢气逸出口连通，所述氢气缓冲罐71的出口与所述压缩机连通。实际中，电化学容器1位于阴极区12的上方设置有氢气逸出收集口，以便将从阴极区12逸出的氢气输送至氢气缓冲罐71中，然后通过与氢气缓冲罐连通的压缩机72将H2输送至阳极区11。
阳极区11与水喷射结构5连通，以使得含催化剂灰渣、消解剂在液相状态下反应，水喷射结构5设置在电化学容器1下方靠近阳极区11处，以向阳极区喷射水，使得含催化剂灰渣与阳极区11中的液相混合均匀。灰渣中的可溶性催化剂被溶解出来，进入溶液中，具体形式为K2CO3、KHCO3、K2SO4、K2S等。本实施例中，喷射较少的水量即可使得阳极区的灰渣处于悬浮状态，与液相混合均匀，与现有催化剂回收技术中保持3-8倍水渣比的高水耗量相比，大大节约了水的消耗量。
阳极区11通过阳极悬浮液输送管线3与阴极区12连通，以将所述阳极区11中形成的部分阳极区悬浮液经过滤后形成的部分含催化剂溶液输送至阴极区12作为电解液，并将另一部分含催化剂的溶液作为催化剂回收液输送至备煤单元。阴极区12通过阴极液输送管线4与阳极区12连通，以将所述阴极区12中富含KHCO3的阴极液输送至所述阳极区11以促进KOH的生成。下面详细描述阳极区11和阴极区12中的反应和物质循环。
阳极区11中含有可溶性催化剂溶解后形成的含钾离子溶液（例如K2CO3、KHCO3、K2SO4、K2S等），还含有经过阴极区输送的KHCO3溶液，电化学容器1位于阳极区11的底部设置有富含KHCO3的阴极液进口44，用以接收经阴极区12输送的富含KHCO3的阴极液，富含KHCO3的阴极液进入阳极区11，与阳极区11上部通入的消解剂氢氧化钙发生反应得到KOH进入阳极液中，KHCO3溶液与消解剂氢氧化钙溶液发生的反应式为：
Ca(OH)2 + KHCO3 = KOH +H2O + CaCO3↓
阳极液中的OH-与阳极电极释放的H+发生中和反应生成水，进而促进阳极电极氧化反应及KOH生成反应的进行，发生的反应如下：
H+ + OH- = H2O
此外，阳极区11中的不溶性催化剂会与消解剂氢氧化钙发生如下反应：
Ca(OH)2 + KAlSiO4 = KOH + Ca-Aluminosilicates（钙的硅铝酸盐）↓，将灰渣中的不可溶性硅铝酸钾转化为KOH，OH-的不断消耗，有利于反应向右进行，有利于提高灰渣中不可溶性K催化剂的回收率。随着反应的进行，阳极区11中的部分催化剂溶液可以通过阳极悬浮液输送管线3输送至阴极区12进入作为阴极补充电解液使用，其主要成分为K2CO3、KHCO3、K2S等，与阴极区12中的CO2、HCO3-作用，转化为KHCO3，当KHCO3累计至一定浓度后可以经阴极液输送管线4循环回阳极区11继续反应。同时，阳极区11中的另一部分含催化剂溶液也可以经阳极悬浮液输送管线3输送至备煤单元，实现催化剂的回收。阳极悬浮液输送管线3中设置有过滤装置，阳极悬浮液输送管线3位于过滤装置后的管路可以分为两路，其中一路可以连通至阴极区12的上方，为阴极区12提供电解液；另外一路可以连通至备煤单元，以将催化剂回收液输送至备煤单元中；其中，阳极悬浮液输送管线3位于阴极区12上方的管段上设有电解液输入口35，以便于向阴极区12中输送电解液。
需要说明的是，本实施例中的阳极悬浮液是指含催化剂的灰渣与消解剂及水反应后得到的含有催化剂溶液的悬浮液产物（由于不溶性催化剂与消解剂反应后会产生沉淀，阳极区还有部分灰渣中的不溶性催化剂，因此整个阳极区的液相呈悬浮液状态）。
阴极区12与二氧化碳输送装置2连通以促使氢离子和碳酸氢根离子的产生，并使得氢离子在所述阴极电极121上还原得到氢气以及使得所述碳酸氢根离子与透过所述阳离子交换膜13的钾离子结合得到KHCO3，实际中，二氧化碳以鼓泡形式上升的过程中，在阴极液中电离出H+和HCO3 -，电离的方程式为：
CO2 + H2O = HCO3 - + H+
电离出的H+在阴极电极上还原为H2，反应方程式为：
2H+ + 2e- = H2。
阴极区3中剩余的 HCO3 -与经阳离子交换膜13从阳极区11中进入阴极区12的K+结合，形成KHCO3。反应方程式为：
K+ + HCO3 - = KHCO3。
初始状态下，可以通过阴极区12上方的电解液输入口35向阴极区12中输入电解液，随着反应的进行，可以经阳极区11向阴极区12输送电解液，电解液的主要成分为K2CO3、KHCO3、K2S等，电解液与阴极区中的CO2、HCO3 -作用，转化为KHCO3，当KHCO3累计至一定浓度，可以将其再次送入阳极区11，以保证阳极区11反应的连续进行。
本实施例中，在阳极电极111和阴极电极121之间连接有导线，用以导通所述阳极电极和阴极电极，实现对外输出电能。
具体而言，将阴极电极和阳极电极导通过后，即可使得阴、阳极间产生的电流流经外部负载。其中，阳极上发生氢气失去电子的氧化反应，作为原电池的负极，阴极上发生氢离子得到电子还原为氢气的反应，作为原电池的正极。
显然，本发明中的电化学容器是指原电池，即将化学能转变为电能的装置。
由以上可以看出，本发明实施例提供的催化剂回收同时联产电的系统，通过电化学容器的阳极区实现含催化剂溶灰渣中钾离子的溶出，并将溶出的钾离子通过阳离子交换膜转移至阴极区参与反应；通过二氧化碳输送装置向阴极区输送二氧化碳，以促进氢离子的产生和还原，通过将阳极区和阴极区分别通过阳极悬浮液输送管线和阴极液输送管线连通，一方面，将阳极区悬浮液补充至阴极区作为阴极区的电解液，另一方面，将部分阴极液输送至阳极区作为阳极反应物，有利于实现阳极区和阴极区反应的连续进行，并将阳极区的部分催化剂溶液输送至备煤单元，实现了催化剂的高效回收，解决了现有催化剂回收工艺存在的操作压力温度高、水耗能耗高、效率低等的问题；同时，通过氢气在阳极电极上发生氧化反应，氢离子在阴极电极上发生还原反应，实现了电子的转移，从而可以向外向外输出电能，大大提高了系统的整体能效。
上述实施例中，水喷射结构5可以具有若干喷嘴；其中，各喷嘴的连线构成矩形、三角形或菱形。各个喷嘴可以分别与高压水源连通，从而可以向阳极区11喷射高速的高压水。
参阅图2，上述实施例中，电化学容器1下方靠近阳极区处还可以设置辅助气体管线6，所述辅助气体管线6上的出气孔与各所述喷嘴一一对应设置，用以使辅助气体与水喷射结构喷射的水混合后呈雾状喷射至所述阳极区11。
具体而言，辅助气体管线6可以并列设置在水喷射结构5的上方，其上的出气孔沿径向贯通辅助气体管线6，并且每个出气孔设置在每个喷嘴上的正上方，从而使得喷嘴喷出的水流经辅助气体管线6的出气孔与辅助气体混合。辅助气体管线6中的辅助气体可以为氢气、高压氮气等，与水喷射结构5喷射的高压水相混合，使得水以雾状形态喷射至阳极区11，从而强化了阳极区11中固相灰渣与溶液相的接触，有利于使灰渣处于悬浮状态，均匀分散于阳极区11的溶液中。
继续参阅图2，上述各实施例中，所述二氧化碳输送装置2沿水平方向自所述电化学容器1靠近阴极区12的侧壁穿设于所述电化学容器1下部并伸入所述阴极区12中。
具体而言，二氧化碳输送装置2可以沿水平方向穿过电化学容器1下部的壁面并伸入阴极区12中，经二氧化碳输送装置2输出的二氧化碳可以鼓泡的形式分散于阴极区溶液中。
进一步的，二氧化碳输送装置2呈管状结构，其上开设有若干排气孔21，用以将二氧化碳分散至阴极区12。各排气孔21可以分布在管状结构的上部壁面，以便将二氧化碳向上均匀分散至阴极区12的溶液中。
优选的，阴极区12中沿阴极电极121高度方向还开设有若干并列设置的布气板8，用以使二氧化碳均匀分布在阴极区12中。
具体而言，各布气板8可以沿阴极电极121的高度方向等间距安装在阴极电极121与阳离子交换膜13之间，布气板8的一端可以固定在阴极电极121上。布气板8上开设有若干气孔81，可以使得二氧化碳保持以气泡形态存在于阴极液中，有利于二氧化碳电离反应（CO2 + H2O = HCO3 - + H+）的进行。
上述各实施例中，所述阳极悬浮液输送管线3包括：阳极悬浮液排出装置31、阳极悬浮液缓冲罐32、阳极悬浮液输送泵33和过滤单元34；其中，所述阳极悬浮液排出装置31的进口与所述阳极区连通，所述阳极悬浮液排出装置的出口与所述阳极悬浮液缓冲罐32的入口连通，所述阳极悬浮液缓冲罐32的出口与所述阳极悬浮液输送泵33的进口连通，所述阳极悬浮液输送泵33的出口与所述过滤单元34连通。
具体而言，阳极悬浮液输送管线3可以自电化学容器1的顶部开口伸出，也可以连通至电化学容器1底壁上位于阳极区11的部分，还可以自电化学容器1侧壁伸出。本实施例中，电化学容器1的侧壁上可以设置有阳极悬浮液出口，阳极悬浮液排出装置31穿设于该出口后将阳极悬浮液输送至后续的阳极悬浮液缓冲罐32、阳极悬浮液输送泵33和过滤单元34。阳极悬浮液排出装置31可以为管状结构；阳极悬浮液缓冲罐32可以为两端封头呈椭球型，中部呈柱状的结构；阳极悬浮液输送泵33可以常用的液体输送泵，过滤单元34可以为常用的固液分离装置。当阳极区11的灰渣中的K离子大部分进入溶液中，且溶液中K离子浓度上升至一定浓度后，将部分或全部阳极悬浮液从阳极区11经排出装置31输送至阳极悬浮液缓冲罐32中，然后通过与阳极悬浮液缓冲罐32连通的阳极悬浮液输送泵33将阳极悬浮液输送至后续的过滤单元34，阳极悬浮液经过滤单元34分离后得到的固态废灰渣作为建材使用，分离得到的液体中的一部分经管线输送回阴极区12作为阴极区补充电解液使用，液体中的另一部分作为催化剂回收液经管线输入备煤单元，负载在煤粉上通入气化炉继续催化煤气化反应。
优选的，所述阳极悬浮液排出装置31包括：相连通的垂直管段311和水平管段312，其中，所述水平管段312位于所述垂直管段311的上方且穿设于电化学容器1的侧壁，所述垂直管段311伸入阳极区11下部的溶液中，用以在压力作用下将阳极悬浮液排出阳极区11。电化学容器1的侧壁上靠近中部的阳极悬浮液出口36，水平管段312穿设于阳极悬浮液出口36后与后续的处理单元连通。水平管段312伸出电化学容器侧壁处设置有阀门，当需要排出阳极悬浮液时，打开该阀门，阳极悬浮液在压力作用下从阳极区11排出系统。
上述各实施例中，所述阴极液输送管线4包括：阴极液缓冲罐41和阴极液输送泵42；其中，所述阴极液缓冲罐41的入口与阴极区12连通，所述阴极液缓冲罐的出口与所述阴极液输送泵42连通。
具体而言，电化学容器1底壁位于阴极区12的部分可以开设阴极液排出口43，该出口与阴极液缓冲罐41连通，阴极液缓冲罐41可以为两端封头呈椭球型，中部呈柱状的结构，阴极液输送泵42可以为常用的液体输送设备。随着阴极液中的KHCO3不断生成，当阴极液中的KHCO3上升至一定浓度后，富含KHCO3的阴极液经过阴极液排出口43排出至阴极液缓冲罐41中，然后可以通过阴极液输送泵42将富含KHCO3的阴极液经阳极区11底部的阴极液进口44输送至阳极区11中，从而实现溶液在阴、阳极间的循环及反应。
综上，本发明提供的催化剂回收同时联产电的系统，利用电化学装置对含催化剂灰渣进行处理，并在阳极区和阴极区实现了产物的循环利用，保证了阴极区和阳极区的反应连续进行，实现了催化剂的高效回收；在H+/H2氧化还原电对的协助下同时产生了电能，此外实现了温室气体二氧化碳的直接利用，有效实现了煤化工系统的碳减排。
方法实施例：
本发明提供的催化剂回收同时联产电的方法包括：
步骤S1，将含催化剂的灰渣输送至电化学容器的阳极区与消解剂发生反应溶出K+，使阳极区溶液中的部分K+通过阳离子交换膜进入阴极区，同时向所述阳极区通入氢气，使得氢气在电化学容器中的阳极电极上被氧化，并将阳极区的部分含催化剂的溶液输送至阴极区，将另一部分所述含催化剂的溶液作为催化剂回收液输送至备煤单元。
具体而言，电化学容器可以为现有技术中的任意一种原电池结构，当然也可以为本发明实施例提供的催化剂回收同时联产电的系统中的电化学容器，其结构参见上述系统实施例中的描述，此处不再赘述。该步骤在电化学容器的阳极区中进行，主要发生的反应包括：
H2 -2e- = 2H+
Ca(OH)2 + KHCO3 = KOH +H2O + CaCO3↓
H+ + OH- = H2O
Ca(OH)2 + KAlSiO4 = KOH + Ca-Aluminosilicates（钙的硅铝酸盐）↓
优选的，自所述电化学容器的底部向所述阳极区喷射水，以使含催化剂的灰渣与所述阳极区中的液相混合均匀。向所述阴极区输送的含催化剂的溶液为阳极悬浮液经过滤所得的溶液。
该步骤的具体实施方式可参见上述系统实施例，此处不再赘述。
步骤S2，向电化学容器的阴极区通入二氧化碳，促使阴极区溶液中的H+在阴极电极上被还原成氢气逸出，并将阴极区中KHCO3的阴极液循环回阳极区。
具体而言，自所述电化学容器的侧壁向阴极区底部输送二氧碳气体。所述阴极区产生的氢气经氢气加注管线输送至所述阳极区。这里的阴极液是指阴极区中富含KHCO3的产物。该步骤在电化学容器的阴极区中进行，主要发生的反应包括：
CO2 + H2O = HCO3 - + H+
2H+ + 2e- = H2。
K+ + HCO3 - = KHCO3。
该步骤的具体实施方式可参见上述系统实施例，此处不再赘述。
步骤S3，通过外部导线导通阴极电极和阳极电极，实现对外输出电能。
本实施例中，所述电化学容器的操作温度为常温~150℃，操作压力为0.1~0.6Mpa，有利于电化学反应的发生。由理论公式ΔE＝-0 .059( pH负- pH正)，即当pH正 > pH负，导通电路便能实现对外产电。本实施例中，在阴极区CO2与H2O反应后电离生成了H+；在阳极区11，KHCO3促进氢氧化钙电离出了OH-，在阴、阳极间存在pH差（阴极对应pH负，阳极对应pH正），在H+/H2氧化还原电对的协助下，该pH差转变为阴、阳电极间的电势差，以H2作为媒介，实现将反应释放的能量转变为电能，导通阴阳两极便能实现电流的输出，对外输出电能，在两极间加上负载即可利用该电能。
需要说明的是，步骤S1、S2和S3不分先后，可以同时进行。
本发明实施例提供的催化剂回收同时联产电的方法，通过电化学方法回收气化灰渣中的催化剂，同时向外输出电能，系统能效大大提高，同时也实现了温室气体二氧化碳的直接利用，有效实现了煤化工系统的碳减排。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (17)

1.一种催化剂回收同时联产电的系统，其特征在于，包括：被阳离子交换膜分隔成阳极区和阴极区的电化学容器，以及分别连通所述阳极区和所述阴极区的阳极悬浮液输送管线和阴极液输送管线；其中，
所述阳极区中设置有阳极电极，且所述阳极区分别与气化炉排渣系统、水喷射结构、消解剂输送管线和氢气加注管线连通，以使含催化剂灰渣在阳极区发生消解反应，以及使氢气在所述阳极电极上被氧化；
所述阴极区中设置有阴极电极，且所述阴极区与二氧化碳输送装置连通，以使氢离子在所述阴极电极上被还原得到氢气；
所述阳极悬浮液输送管线还与备煤单元连通，以实现阳极悬浮液中催化剂溶液的回收；
所述阴极电极和所述阳极电极之间连接有导线，以实现对外输出电能。
2.根据权利要求1所述的催化剂回收同时联产电的系统，其特征在于，所述水喷射结构设置在所述电化学容器下方靠近所述阳极区处。
3.根据权利要求2所述的催化剂回收同时联产电的系统，其特征在于，所述水喷射结构具有若干喷嘴；其中，
各所述喷嘴的连线构成矩形、三角形或菱形。
4.根据权利要求3所述的催化剂回收同时联产电的系统，其特征在于，所述电化学容器下方靠近所述阳极区处还设置有辅助气体管线，所述辅助气体管线上的出气孔与各所述喷嘴一一对应设置，用以使所述辅助气体与水喷射结构喷射的水混合后呈雾状喷射至所述阳极区。
5.根据权利要求1所述的催化剂回收同时联产电的系统，其特征在于，所述二氧化碳输送装置沿水平方向自所述电化学容器靠近阴极区的侧壁穿设于所述电化学容器下部并伸入所述阴极区中，其上开设有若干排气孔，用以将二氧化碳分散至阴极区中。
6.根据权利要求1或5所述的催化剂回收同时联产电的系统，其特征在于，所述阴极区中沿阴极电极高度方向还开设有若干并列设置的布气板，用以使二氧化碳均匀分布在所述阴极区中。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的催化剂回收同时联产电的系统，其特征在于，所述阴极电极为金属多孔电极；所述阳极电极为气体扩散电极。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的催化剂回收同时联产电的系统，其特征在于，所述阳极悬浮液输送管线包括：阳极悬浮液排出装置、阳极悬浮液缓冲罐、阳极悬浮液输送泵和过滤单元；其中，
所述阳极悬浮液排出装置的进口与所述阳极区连通，所述阳极悬浮液排出装置的出口与所述阳极悬浮液缓冲罐的入口连通，所述阳极悬浮液缓冲罐的出口与所述阳极悬浮液输送泵的进口连通，所述阳极悬浮液输送泵的出口与所述过滤单元连通。
9.根据权利要求8所述的催化剂回收同时联产电的系统，其特征在于，
所述阳极悬浮液排出装置包括：相连通的垂直管段和水平管段，其中，所述水平管段位于所述垂直管段的上方且穿设于电化学容器的侧壁，所述垂直管段伸入阳极区下部的溶液中，用以在压力作用下将阳极悬浮液排出阳极区。
10.根据权利要求1至5中任一项所述的催化剂回收同时联产电的系统，其特征在于，所述阴极液输送管线包括：阴极液缓冲罐和阴极液输送泵；其中，
所述阴极液缓冲罐的入口与所述阴极区连通，所述阴极液缓冲罐的出口与所述阴极液输送泵连通。
11.根据权利要求1至5中任一项所述的催化剂回收同时联产电的系统，其特征在于，所述氢气加注管线包括：氢气缓冲罐和压缩机；其中，
所述氢气缓冲罐的进口与所述阴极区中的氢气逸出口连通，所述氢气缓冲罐的出口与所述压缩机连通。
12.一种催化剂回收同时联产电的方法，其特征在于，包括：
将含催化剂的灰渣输送至电化学容器的阳极区与水和消解剂发生反应溶出K+，使阳极区溶液中的部分K+通过阳离子交换膜进入阴极区，同时向所述阳极区通入氢气，使得氢气在电化学容器中的阳极电极上被氧化，并将阳极区的部分含催化剂的溶液输送至阴极区，将另一部分所述含催化剂的溶液作为催化剂回收液输送至备煤单元；
向电化学容器的阴极区通入二氧化碳，促使阴极区溶液中的H+在阴极电极上被还原成氢气逸出，并将阴极区中的阴极液循环回阳极区；
通过外部导线导通阴极电极和阳极电极，实现对外输出电能。
13.根据权利要求12所述的催化剂回收同时联产电的系统，其特征在于，自所述电化学容器的底部向所述阳极区喷射水，以使含催化剂的灰渣与所述阳极区中的液相混合均匀。
14.根据权利要求12所述的催化剂回收同时联产电的系统，其特征在于，向所述阴极区输送的含催化剂的溶液为阳极悬浮液经过滤所得的溶液。
15.根据权利要求12所述的催化剂回收同时联产电的系统，其特征在于，自所述电化学容器的侧壁向阴极区底部输送二氧碳气体。
16.根据权利要求12所述的催化剂回收同时联产电的系统，其特征在于，所述阴极区产生的氢气经氢气加注管线输送至所述阳极区。
17.根据权利要求12所述的催化剂回收同时联产电的系统，其特征在于，所述电化学容器的操作温度为常温~150℃，操作压力为0.1~0.6Mpa。
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