CN110846098A - 一种基于太阳能step热-电化学耦合脱除煤炭硫化铁硫的方法 - Google Patents

一种基于太阳能step热-电化学耦合脱除煤炭硫化铁硫的方法 Download PDF

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CN110846098A
CN110846098A CN201911192449.1A CN201911192449A CN110846098A CN 110846098 A CN110846098 A CN 110846098A CN 201911192449 A CN201911192449 A CN 201911192449A CN 110846098 A CN110846098 A CN 110846098A
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朱凌岳
苑丹丹
纪德强
闫超
江弘
吴红军
王宝辉
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10LFUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L9/00Treating solid fuels to improve their combustion
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C10L9/00Treating solid fuels to improve their combustion
    • C10L9/02Treating solid fuels to improve their combustion by chemical means

Abstract

本发明涉及一种基于太阳能STEP热‑电化学耦合脱除煤炭硫化铁硫的方法。所述包括如下步骤:(1)对煤炭进行预处理,获得煤粉;(2)将煤粉和固态电解质混合形成的固态材料置于密闭的电解装置内;和(3)在200‑300℃和1.0‑3.0V下对步骤(2)中的固态材料进行电解,通过太阳能集热装置提供电解所需的温度条件,通过太阳能光电转换装置提供电解所需的电压条件。本发明首次提出了一种基于太阳能STEP热‑电化学耦合脱除煤炭硫化铁硫的方法,同时利用太阳能光‑热与太阳能光‑电过程驱动煤炭中的硫化铁硫转化为稳定的硫酸根,以达到对煤净化的目的;方法所需的能量全部来源于太阳能,过程中不需要添加任何额外的能量。

Description

一种基于太阳能STEP热-电化学耦合脱除煤炭硫化铁硫的 方法
技术领域
本发明涉及煤炭脱硫技术领域,尤其涉及一种基于太阳能STEP 热-电化学耦合脱除煤炭硫化铁硫的方法。
背景技术
我国是一个燃煤大国,对于煤的利用主要以燃烧为主,但是随着煤炭开采深度的增加,煤炭中硫含量也越来越高,这意味着煤在燃烧过程中所产生的二氧化硫也会随之增加。二氧化硫是一种酸性气体,是大气的主要污染物之一,排放到大气中会与水形成亚硫酸,亚硫酸会在空气中发生进一步的氧化,生成硫酸而产生酸雨,这正是目前煤炭在利用过程中所让人们担忧的问题。我国仍处于发展中阶段,社会发展与经济发展均需要能源的支持,在未来相当长一段时间内煤炭仍然是我国能源的主要来源,所以为了保证生产、满足工业需求,并且兼顾对人类赖以生存的环境进行保护,人们开始研究并开发煤的绿色、环保的利用方式,使煤的利用能够符合环境保护的需求。
电化学脱硫技术是一种在较低温度以及常压下进行的温和脱硫方法,其过程较容易实现且在工业上所需设备较为简单。该技术早在六十年代时就已经被提出,七十年代后人们对该技术进行了大量的研究。国外很多科学家分别对有隔膜H型电解槽、流化床电解槽、碱性条件下电解、酸性条件下电解等进行了大量的实验,但是在研究过程中发现电化学脱硫技术仍然存在许多问题,电解槽投入过大等问题仍然困扰着研究人员。我国对于电化学脱硫的研究起步较晚,近些年对于无隔膜电解槽的研究,可以在较温和的电解条件下脱除70%以上的无机硫和脱除最高达到60%的有机硫,但是仍然无法根本上解决成本高、能耗高的主要问题,并且有关电化学脱硫的机理的研究并未进行。
在煤中存在的无机硫主要为硫铁矿硫和硫酸盐硫。硫酸盐硫主要存在于稳定的硫酸根中无法继续进行氧化,但硫酸盐易溶于水溶液中,所以相比硫酸盐硫,硫铁矿硫更不容易被脱除。
太阳能是公认的最安全、最绿色、最理想的替代能源之一。太阳能资源总量巨大,辐射范围广,使用过程清洁,并且不存在资源枯竭问题。
目前未见任何利用太阳能脱除煤炭中的硫化铁硫的报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于太阳能STEP热-电化学耦合脱除煤炭硫化铁硫的方法。
为了实现上述目的,本发明提供了如下技术方案:
一种基于太阳能STEP热-电化学耦合脱除煤炭硫化铁硫的方法,包括如下步骤:
(1)对煤炭进行预处理,获得煤粉;
(2)将煤粉和固态电解质混合形成的固态材料置于密闭的电解装置内;和
(3)在200-300℃和1.0-3.0V下对步骤(2)中的固态材料进行电解,通过太阳能集热装置提供电解所需的温度条件,通过太阳能光电转换装置提供电解所需的电压条件。
优选地,在220℃和1V下进行所述电解。
优选地,所述固态电解质为固态氢氧化钠和固态氢氧化钾组成的混合物,其中,氢氧化钠在混合物中的摩尔比为0.5:1;
优选地,所述固态氢氧化钠为氢氧化钠粉末,所述固态氢氧化钾为氢氧化钾粉末。
优选地,所述煤粉和所述固态电解质的质量比为1:(10-15),优选为1:10。
优选地,电解采用双电极体系,电极均为镍电极。
优选地,所述太阳能集热装置为聚焦式太阳能集热器;和
所述太阳能光电转换装置为多晶硅光伏电池。
优选地,在进行所述电解时,通过稳压器对太阳能光电转换装置输出的电压进行调节。
优选地,通过配有热电偶的温度控制仪对太阳能集热装置提供的热能进行调节。
优选地,所述预处理包括:
(a)对煤炭进行粉碎;
(b)对粉碎后的煤炭进行筛分;
(c)对筛分好的煤炭进行干燥;和
(d)对干燥后的煤炭进行脱灰处理。
优选地,通过筛分筛选出120目以下的煤炭;
在40-60℃下对筛分好的煤炭进行干燥,干燥时间为20-24小时;和/或
所述脱灰处理按照如下方法进行:用无水乙醇将干燥后的煤炭浸湿,再加入40%氢氟酸溶液,将混合材料置于50-60℃的水浴装置中,边加热边搅拌;将所得材料过滤、冷却,加入50%盐酸溶液,依次进行搅拌、过滤、洗涤、干燥。
有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点:
本发明首次提出了一种基于太阳能STEP热-电化学耦合脱除煤炭硫化铁硫的方法,同时利用太阳能光-热与太阳能光-电过程驱动煤炭中的硫化铁硫转化为稳定的硫酸根,以达到对煤净化的目的。
本发明提供的方法所需的能量(包括热能与电能)全部来源于太阳能,由太阳能集热装置提供方法所需的热能,由太阳能光电转换装置提供方法所需要的电能,过程中不需要添加任何额外的能量。
本发明利用长波长区具有的光-热效应为脱除煤炭硫化铁硫提供必要的热能,同时利用可见光区为脱除煤炭硫化铁硫提供必要的电能,显著提高了太阳光的利用率,实现了太阳光的全波段利用。
本发明提供的方法不存在二次污染的问题。
附图说明
图1是Fe(III)在硫铁矿氧化过程中的循环作用;
图2是不同温度下的脱硫率变化曲线;横坐标Temperature的含义为温度(℃),纵坐标Desulphurization rate的含义为脱硫率(%);
图3是不同电解电势条件下的脱硫率变化曲线;横坐标Potential 的含义为电解电势(V),纵坐标Desulphurization rate的含义为脱硫率 (%);
图4是不同电解电势条件下精煤产量与脱硫率的关系图;
图5是低温条件下的脱硫率变化曲线。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例,对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明首次提出了一种基于太阳能STEP热-电化学耦合脱除煤炭硫化铁硫的方法。该方法同时利用太阳能光-热与太阳能光-电过程驱动煤炭中的硫化铁硫转化为稳定的硫酸根,以达到对煤净化的目的;该方法脱硫所需的能量(包括热能与电能)全部来源于太阳能,由太阳能集热装置提供方法所需的热能,由太阳能光电转换装置提供方法所需要的电能,过程中不需要添加任何额外的能量;本发明利用长波长区具有的光-热效应为脱除煤炭硫化铁硫提供必要的热能,同时利用可见光区为脱除煤炭硫化铁硫提供必要的电能,显著提高了太阳光的利用率,实现了太阳光的全波段利用;该方法不存在二次污染的问题。具体地,本发明提供的这一方法包括如下步骤:
(1)对煤炭进行预处理,获得煤粉;
(2)将煤粉和固态电解质混合形成的固态材料置于密闭的电解装置内;和
(3)在200-300℃和1.0-3.0V下对步骤(2)中的固态材料进行电解,通过太阳能集热装置提供电解所需的温度条件,通过太阳能光电转换装置提供电解所需的电压条件。
传统的电化学脱硫方法一般在低于100℃的低温条件下进行。本发明提供的脱硫方法在200-300℃下进行。该温度范围较好的利用了太阳能光热作用,电极的表面会产生更多的活性氧,这些活性氧会提供更好的氧化效果;并且较高的温度可以促进吸热反应的进行,提高反应的反应速率。另外,由于本发明提供的这一方法所需的能量均来自太阳能,因此没有能耗高方面的顾虑。继续升高温度时,发明人发现,无机硫的脱除率几乎没有再变化,说明无机硫已经达到脱除的瓶颈,没有再继续提升的空间。再考虑到煤质的变化与高温反应的不稳定性和不确定性,本发明将温度条件确定为200-300℃,例如,可以为200℃、210℃、220℃、230℃、240℃、250℃、260℃、270℃、280℃、290℃、 300℃,而不是更高的温度条件。
发明人还在热场作用的基础上,通过强化电场的作用提高了煤炭中硫化铁硫的脱除效果。发明人在研究中发现,无机硫与有机硫在发生电化学反应的时候,所需要的电解电势是不同的,有机硫发生电化学氧化的电解电势要高于无机硫。在较低电位时,主要是无机硫进行脱除,无机硫的脱除率增长要快于有机硫,而当电位较高时,呈现相反的规律,有机硫的脱除率增长速度要高于无机硫。而且,较高的电解电势会造成电极氧化速度的提高,在反应较长时间时,电极效率会逐渐降低,从而影响煤的脱硫率,且过高的温度下氧化反应过于活跃很难控制,对于煤质的影响很难避免。基于上述内容,本发明将电解电压条件确定为1.0-3.0V,例如,可以为1.0V、2.0V、3.0V。
以下是本发明提供的方法的脱硫机理:
在200-300℃温度下,电解质为熔融的碱,在这种电解质环境中为反应过程提供了更多的活性自由基,且自由基的活性也得到增强。其电化学反应可以表示为:
阳极:
4OH-→O2+H2O+4e
FeS2+OH-+O2→Fe(OH)3+SO4 2-+H2O
FeS2+14Fe3++8H2O→15Fe2++16H++2SO4 2-
阴极:
2H2O+2e-→H2+2OH-
熔融碱电解质为电化学反应提供了更多活性自由基,在反应过程中二价铁离子被氧化成三价铁离子,三价铁离子又与硫铁矿发生反应被还原为二价铁离子,这对于铁离子来说是一个化学循环,铁离子在这个反应过程中相当于催化剂的角色,不断的将硫铁矿中的硫消耗掉转变为硫酸根脱除,如图1所示。
硫铁矿硫脱除反应初期,在硫铁矿周围包裹着均匀的电解质,随着反应的进行,硫铁矿发生电化学反应,其颗粒逐渐变小,同时周围的电解质浓度也随之降低,生成的硫酸根及三价铁离子等产物向电解质中扩散,阳极所产生活性基团被硫铁矿颗粒所吸附,促进硫铁矿中硫的氧化,硫铁矿颗粒逐渐变小,随着时间的推移,硫铁矿进一步缩核,直至最后硫铁矿完全反应至核消失。当温度升高时,这个过程受到温度的影响,反应速率与活性自由基的数量均得到了强化,并且加快了硫铁矿对电解质中活性自由基的吸附与生成物质的脱附速度,从而提高了硫铁矿的脱硫速率。
在一些优选的实施方式中,本发明提供的这一脱除煤炭中硫化铁硫的方法在220℃和1V下进行所述电解,这样不仅可以获得较好的脱硫效果,而且还可以保证较高的精煤产量。
对于常规意义上的煤脱硫而言,是将煤中的硫脱除而得到净化后的精煤,其最终目的是使经过净化而得到的精煤在后续的使用过程中减少二氧化硫的污染。本发明提供的这一基于太阳能STEP热-电耦合脱除硫化铁硫的方法对煤中含硫的脱除具有较为明显的效果,但发明人也发现,其对于煤质也有较大的影响而导致最后精煤的产量减少。随着电解电势的增加和温度的升高,精煤的产量呈现出下降的趋势。这是因为电解电势的增加使更多的大分子煤参与到电化学反应过程中,导致煤的大分子结构被破坏转化为其他形式的物质,进而最终得到的精煤产量减少。为了兼顾较好的脱硫率和精煤产量,本发明优选220℃和1V下进行所述电解。
在一些优选的实施方式中,所述固态电解质为固态氢氧化钠和固态氢氧化钾组成的混合物,其中,氢氧化钠在混合物中的摩尔比为0.5:1。更优选地,所述固态氢氧化钠为氢氧化钠粉末,所述固态氢氧化钾为氢氧化钾粉末。由于在不同温度下电解质的导电性能与电解质的相态有很大的区别,所以在不同温区内所采用的电解质也有所不同。低温区内的电解质选择为氢氧化钠的水溶液。而在本发明的温度区间内,适宜的电解质为固体氢氧化钠与氢氧化钾的混合物。结合机理阐述可知,这一固体电解质在熔融后可为电化学反应提供更多活性自由基。而当NaOH在混合熔盐中摩尔比为0.5时,电解质的混熔点达到最低 200℃左右,从而可在200-300℃下熔融。
在一些优选的实施方式中,所述煤粉和所述固态电解质的质量比为1:(10-15),例如,可以为1:10、1:11、1:12、1:13、1:14、1:15,最优选为1:10。
在一些优选的实施方式中,电解采用双电极体系,电极均为镍电极。
电化学反应过程中,电极作为发生电化学反应的重要媒介,影响并且决定了反应过程的效率以及产品的选择性等,电极材料的选择十分重要。太阳能STEP煤转化过程中,反应发生在长时间高温、高腐蚀的环境中,所以选择的电极需要能够在较长的反应时间内,耐高温、耐腐蚀、在高温环境中具有较好的物理化学稳定性,并且要兼顾经济成本与工业实现可能性等因素。镍电极的电极电势随电流密度的变化较为平缓,金属钝化的程度较小,电化学稳定性较好,具有一定的刚度与强度,因此本发明中的电极均采用镍电极。
在一些优选的实施方式中,所述太阳能集热装置为聚焦式太阳能集热器。在一些优选的实施方式中,所述太阳能光电转换装置为多晶硅光伏电池。更优选地,在进行所述电解时,通过稳压器对太阳能光电转换装置输出的电压进行调节;和/或通过配有热电偶的温度控制仪对太阳能集热装置提供的热能进行调节。
在一些优选的实施方式中,所述预处理包括:(a)对煤炭进行粉碎;(b)对粉碎后的煤炭进行筛分;(c)对筛分好的煤炭进行干燥;和(d)对干燥后的煤炭进行脱灰处理。通过这样的预处理使得煤粉具有适宜的最大颗粒度、灰分、均匀程度等。
在本发明所提供的预处理中,首先要对煤炭进行粉碎,以减小煤炭的粒度并且增加不均匀物料的发散程度,使其性质均匀。粉碎可以利用密封式振动粉碎机进行,将煤炭粉碎1h,使煤样充分粉碎。然后,对粉碎后的煤炭进行筛分,将粉碎不充分与不符合颗粒度要求的煤样筛分出来,利用筛子,筛选出120目以下的样品。将筛分好的煤样置于干燥箱中,在40-60℃(例如,可以为40℃、45℃、50℃、55℃、60℃) 下烘干20-24小时,例如,可以为20小时、21小时、22小时、23小时、24小时,以除去煤样中的大量水分。干燥的煤样经冷却后,进行煤样脱灰处理。由于采集的煤样含有大量的灰分,需要对原煤中的灰分进行预处理,以除去大量的灰分,以防灰分在实验过程中对于煤的脱硫转化过程产生影响。脱灰处理可以按照如下方法进行:用无水乙醇将干燥后的煤炭浸湿,再加入40%氢氟酸溶液,将混合材料置于50-60℃(例如,可以为50℃、51℃、52℃、53℃、54℃、55℃、56℃、57℃、58℃、59℃、60℃)的水浴装置中,边加热边搅拌;将所得材料过滤、冷却,加入50%盐酸溶液,依次进行搅拌、过滤、洗涤、干燥。
更全面地,本发明提供的方法包括如下步骤:
(1)对煤炭进行预处理,获得煤粉;
所述预处理包括如下步骤:(a)对煤炭进行粉碎;(b)对粉碎后的煤炭进行筛分,通过筛分筛选出120目以下的煤炭;(c)在40-60℃下对筛分好的煤炭进行干燥,干燥时间为20-24小时;和(d)对干燥后的煤炭进行脱灰处理。所述脱灰处理按照如下方法进行:用无水乙醇将干燥后的煤炭浸湿,再加入40%氢氟酸溶液,将混合材料置于 50-60℃的水浴装置中,边加热边搅拌;将所得材料过滤、冷却,加入 50%盐酸溶液,依次进行搅拌、过滤、洗涤、干燥;
(2)将煤粉和固态电解质混合形成的固态材料置于密闭的电解装置内;所述固态电解质为固态氢氧化钠和固态氢氧化钾组成的混合物,其中,氢氧化钠在混合物中的摩尔比为0.5:1;优选地,所述固态氢氧化钠为氢氧化钠粉末,所述固态氢氧化钾为氢氧化钾粉末;所述煤粉和所述固态电解质的质量比为1:(10-15),优选为1:10;
(3)在200-300℃和1.0-3.0V下对步骤(2)中的固态材料进行电解,通过太阳能集热装置提供电解所需的温度条件,通过太阳能光电转换装置提供电解所需的电压条件;优选地,在220℃和1V下进行所述电解;电解采用双电极体系,电极均为镍电极;所述太阳能集热装置为聚焦式太阳能集热器;所述太阳能光电转换装置为多晶硅光伏电池;在进行所述电解时,通过稳压器对太阳能光电转换装置输出的电压进行调节;通过配有热电偶的温度控制仪对太阳能集热装置提供的热能进行调节。
以下是本发明列举的实施例。
实施例1
所用的煤样为中国典型的高硫煤,开采于辽宁省的辽南红阳煤田。对原煤进行粉碎,利用密封式振动粉碎机,将煤样粉碎1h,使煤样充分粉碎。然后,对煤样进行筛分,将粉碎不充分与不符合颗粒度要求的煤样筛分出来,利用筛子,筛选出120目以下的样品。将筛分好的煤样置于干燥箱中烘干24h,以除去煤样中的大量水分。干燥的煤样经冷却后,进行煤样脱灰处理。脱灰处理按照如下方法进行:将干燥后的煤炭用无水乙醇将煤粉浸湿,加入40%氢氟酸溶液,置于60℃的水浴装置中,边加热边搅拌。将样品过滤、冷却,再加入过量的50%盐酸溶液,经搅拌、过滤、多次洗涤、冷却干燥后备用。
根据国家标准GB/T212-2008与GB/T476-2008对制备的煤样进行性质分析,分析结果如表1所示。
表1
水分/% 灰分/% C/% H/% O/% N/% S/%
17.5 21.8 75.28 3.89 10.28 1.76 6.23
根据国家标准GB/T214-2007与GB215-2003对制备的煤样中的全硫以及各种形态硫进行分析,分析结果如表2所示。
表2
总硫(S<sub>t,d</sub>%) 硫酸盐硫(S<sub>s,d</sub>%) 硫化铁硫(S<sub>p,d</sub>%) 有机硫(S<sub>o,d</sub>%)
6.23 0.28 4.21 1.74
从表2中可以看出,该煤炭中的硫主要为硫化铁硫。因此,脱除硫化铁硫是煤炭脱硫的一个重要方面。
对上述处理后的煤炭进行脱硫,包括如下步骤:
将煤粉与氢氧化钠粉末和氢氧化钾粉末组成的电解质混合,其中,氢氧化钠在电解质中的摩尔比为0.5:1,煤粉和电解质的质量比为1:10。将混合后的固态材料置于密闭的电解装置中,在220℃和1.9V下对固态材料电解4小时,电解采用双电极体系,电极均为镍电极。通过聚焦式太阳能集热器提供电解所需的温度条件,通过多晶硅光伏电池提供电解所需的电压条件;在进行所述电解时,通过稳压器对多晶硅光伏电池输出的电压进行调节;通过配有K型热电偶的温度控制仪对聚焦式太阳能集热器提供的热能进行调节。
实施例2至实施例4
实施例2至实施例4与实施例1的方法基本上相同,不同之处在于:实施例2至实施例4的电解温度条件分别为240℃、260℃、280℃。
图2为实施例1至4的脱硫效果对比图。如图2所示,有机硫的脱除率随着温度的升高有较为明显的变化,总脱硫率与无机硫的脱硫率虽然仍然保持着上升的趋势,但是其变化并不是十分明显。
需要说明的是,本发明中所提到的总脱硫率=(脱除的有机硫量+ 脱除的无机硫量)/总硫量×100%;有机硫的脱除率=脱除的有机硫量/ 有机硫总量×100%;无机硫的脱除率=脱除的无机硫量/无机硫总量× 100%。
实施例5至实施例16
实施例5至实施例16与实施例1的方法基本上相同,不同之处在于:实施例5至实施例16的电解电势条件分别为1.0V、1.1V、1.2V、 1.4V、1.6V、1.8V、2.0V、2.2V、2.4V、2.6V、2.8V、3.0V。
图3为220℃时,不同电解电势条件下煤的脱硫率变化曲线。从图 3中可以看出,随着电压的升高,总脱硫率逐渐提升,有机硫与无机硫的脱除率也呈上升趋势。但在较低电位时,主要是无机硫进行脱除,无机硫的脱除率增长要快于有机硫;而当电位较高时,有机硫的脱除率增长速度要高于无机硫。由此分析可得,无机硫与有机硫在发生电化学反应的时候,所需要的电解电势是不同的,有机硫发生电化学氧化的电解电势要高于无机硫。
实施例17与实施例27
实施例17与实施例27与实施例1基本上相同,不同之处在于:实施例17至实施例27的脱硫条件分别为:320℃/1.0V、320℃/1.2V、 320℃/1.4V、320℃/1.6V、320℃/1.8V、320℃/2.0V、320℃/2.2V、320℃ /2.4V、320℃/2.6V、320℃/2.8V、320℃/3.0V。
图4为不同电解电势条件下精煤产量与脱硫率的关系图。从图4 中可以看出,随着电解电势的增加,脱硫率呈现增长的趋势,而精煤的产量却呈现出下降的趋势。这是因为电解电势的增加使更多的大分子煤参与到电化学反应过程中,导致煤的大分子结构被破坏转化为其他形式的物质,进而最终得到的精煤产量减少。在同样的电解电势下还可以发现,虽然320℃条件下的脱硫率要高于220℃的脱硫率,但是对于精煤的产量来说,高温区的产量要明显的低于中温区。对于常规意义上的煤脱硫而言,是将煤中的含硫脱除而得到净化后的精煤,其最终目的是使经过净化而得到的精煤在后续的使用过程中减少二氧化硫的污染。本发明提供的这一方法对煤中含硫的脱除具有十分明显的效果,但同时也对于煤质有很大的影响。为了兼顾较好的脱硫效果和精煤产量,本发明优选在较低的温度条件和较低的电压条件下进行脱硫,即在220℃和1V下进行脱硫。
实施例28至实施例31
实施例28至实施例31与实施例1基本上相同,不同之处在于:实施例28至实施例31的脱硫条件分别为20℃/2V、40℃/2V、60℃/2V、 80℃/2V。
如图5所示,在低温区内,即使在较高的电解电势下进行脱硫,脱硫效果仍不及本发明。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于太阳能STEP热-电化学耦合脱除煤炭硫化铁硫的方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)对煤炭进行预处理,获得煤粉;
(2)将煤粉和固态电解质混合形成的固态材料置于密闭的电解装置内;和
(3)在200-300℃和1.0-3.0V下对步骤(2)中的固态材料进行电解,通过太阳能集热装置提供电解所需的温度条件,通过太阳能光电转换装置提供电解所需的电压条件。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,
在220℃和1V下进行所述电解。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,
所述固态电解质为固态氢氧化钠和固态氢氧化钾组成的混合物,其中,氢氧化钠在混合物中的摩尔比为0.5:1;
优选地,所述固态氢氧化钠为氢氧化钠粉末,所述固态氢氧化钾为氢氧化钾粉末。
4.根据权利要求1至3任一项所述的方法,其特征在于,
所述煤粉和所述固态电解质的质量比为1:(10-15),优选为1:10。
5.根据权利要求1至4任一项所述的方法,其特征在于,
电解采用双电极体系,电极均为镍电极。
6.根据权利要求1至5任一项所述的方法,其特征在于,
所述太阳能集热装置为聚焦式太阳能集热器;和
所述太阳能光电转换装置为多晶硅光伏电池。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,
在进行所述电解时,通过稳压器对太阳能光电转换装置输出的电压进行调节。
8.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,
通过配有热电偶的温度控制仪对太阳能集热装置提供的热能进行调节。
9.根据权利要求1至8任一项所述的方法,其特征在于,
所述预处理包括:
(a)对煤炭进行粉碎;
(b)对粉碎后的煤炭进行筛分;
(c)对筛分好的煤炭进行干燥;和
(d)对干燥后的煤炭进行脱灰处理。
10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,
通过筛分筛选出120目以下的煤炭;
在40-60℃下对筛分好的煤炭进行干燥,干燥时间为20-24小时;和/或
所述脱灰处理按照如下方法进行:用无水乙醇将干燥后的煤炭浸湿,再加入40%氢氟酸溶液,将混合材料置于50-60℃的水浴装置中,边加热边搅拌;将所得材料过滤、冷却,加入50%盐酸溶液,依次进行搅拌、过滤、洗涤、干燥。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
吴红军等: "太阳能光-热-电化学耦合法理论及其化学利用新技术进展", 《化工进展》 *
吴辉煌编著: "《应用电化学基础》", 31 March 2006, 厦门大学出版社 *
张景来等: "《煤的界面化学及应用》", 31 May 2001, 中国建材工业出版社 *
朱凌岳: "太阳能STEP热-电化学耦合煤转化系统构建与过程研究", 《CNKI》 *
罗万江等: "煤的电化学脱硫技术研究及进展", 《选煤技术》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111349503A (zh) * 2020-04-02 2020-06-30 北京科技大学 一种石油焦电化学脱硫的方法
CN111349503B (zh) * 2020-04-02 2021-05-25 北京科技大学 一种石油焦电化学脱硫的方法

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