一種碳燃料電池煤基燃料聯(lián)合處理裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及直接碳燃料電池制備領(lǐng)域，具體涉及一種碳燃料電池煤基燃料聯(lián)合處理裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]燃料電池(fuel cells，F(xiàn)Cs)是繼火電、水電和核電之后的第4代發(fā)電技術(shù)，它是唯一兼?zhèn)錈o污染、高效率、適用廣、無噪聲和具有連續(xù)工作和模塊化特點(diǎn)的動(dòng)力裝置，被認(rèn)為是21世紀(jì)最有發(fā)展前景的高效清潔發(fā)電技術(shù)。作為燃料電池的一種，直接碳燃料電池DCFC可以采用石墨、活性炭、煤焦炭、生物質(zhì)焦炭等為燃料，碳(碳的衍生物)和氧氣經(jīng)過電化學(xué)反應(yīng)，不須氣化直接產(chǎn)生電能，它具有能量轉(zhuǎn)化效率高、清潔、燃料適應(yīng)性廣的特點(diǎn)。直接碳燃料電池的工作溫度在400?1000°C之間。
[0003]直接碳燃料電池DCFC以碳為燃料，與其他燃料電池相比，每升氧氣氧化的碳(燃料)會(huì)放出更多的能量(20kWh/L)，而氫氣為2.4kWh/L，甲烷為4.2kWh/L。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，C+02 — C02反應(yīng)的熵變(Δ S)接近0，焓變與吉布斯自由能的變化幾乎相等，故DCFC理論效率可達(dá)100% ;電池反應(yīng)生成的氣體僅是C0:便于回收，能緩解溫室效應(yīng)。
[0004]最早的碳燃料電池距今已有110年的歷史，但近年來技術(shù)才有了較為快速的進(jìn)步，目前DCFC的電流密度達(dá)到50-500mA/cm2，功率密度達(dá)到4.5kW/m2。相比其它類型燃料電池，本體研究尚處于起步階段。此外，以煤作為的燃料，面臨兩個(gè)問題，一是固體燃料給料問題；二是煤中含有的污染物將導(dǎo)致電極失效。煤中含有大量的灰分、硫分和揮發(fā)分等雜質(zhì)，灰分會(huì)污染電解質(zhì)，硫分會(huì)降低電極活度。需要對(duì)煤進(jìn)行一定的加工處理，減少煤中的灰分、硫含量和揮發(fā)分，同時(shí)改善煤的微觀結(jié)構(gòu)，便于陽極電化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生。熔融電解質(zhì)需要純度很高的作料，89:電解質(zhì)，對(duì)燃料純度要求要低一些，目前實(shí)驗(yàn)室研究中通常使用石墨作為燃料。石墨價(jià)格是煤炭的十幾倍，且產(chǎn)量有限，無法普及使用。如何將煤，甚至煉油殘?jiān)?、生物質(zhì)、城市垃圾等廉價(jià)地轉(zhuǎn)化為可供使用的碳燃料，是國(guó)內(nèi)外學(xué)者與各公司的研究熱點(diǎn)。
[0005]目前對(duì)于碳燃料的處理問題，組要的研究工作主要集中在美國(guó)和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家，國(guó)內(nèi)也有一些學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)的研究工作。
[0006]美國(guó)布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室提出一種Plasma Black的方法，通過加入氫的等離子體將化石能源或生物質(zhì)連續(xù)地?zé)峤鉃樘亢诤虷2。這種技術(shù)最早應(yīng)用在以天然氣和石油為原料的炭黑商業(yè)生產(chǎn)上。H2等離子化溫度可達(dá)1500°C，碳?xì)浠衔餆峤馍商己虷2。目前已經(jīng)建立了使用天然氣和石油作為燃料的年產(chǎn)20000噸碳黑和25億立方米的&化工廠。但是，以煤為原料的Plasma Black研究尚處于實(shí)驗(yàn)階段。
[0007]美國(guó)西弗吉尼亞大學(xué)提出溶劑萃取降低煤中雜質(zhì)的方法。通過有機(jī)溶劑萃取，可以提高燃料熱值、去除煤中有機(jī)灰分和有機(jī)硫分，只留少量礦物質(zhì)和無機(jī)硫。處理前后煤熱值約有&0P硫，處理前后煤熱值約有17 %提升，灰含量降至1 %以下，硫含量也從4%下降到1%左右。同時(shí)可以結(jié)合熱解和煅燒過程，去除煤中揮發(fā)分，改善碳的內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)，有利于陽極電化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生。萃取技術(shù)的核心是萃取劑的選取，萃取劑應(yīng)該具備去除雜質(zhì)，殘余萃取劑對(duì)DCFC無害，價(jià)格便宜，適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)使用等功能。整個(gè)萃取、熱解，煅燒過程耗時(shí)、耗能，對(duì)經(jīng)濟(jì)性帶來一定影響。
[0008]Cooper提出了一種水力清洗生產(chǎn)碳燃料的方法。首先將煤進(jìn)行粉碎，然后通過水力清洗的方法將碳與灰分等雜質(zhì)分離，烘干后作為的燃料。水力清洗之后，煤中灰和硫含量均低于1%灰含量與萃取法相比偏高，需要進(jìn)一步的清潔或定期更換電解質(zhì)，但煤的加工過程成本較低。由于DCFC的電解質(zhì)材料成本較低，在一定時(shí)間內(nèi)更換電解質(zhì)材料是可以的。
[0009]中國(guó)礦業(yè)大學(xué)提出了一種煤基碳燃料電池硫處理工藝，通過對(duì)現(xiàn)有工藝進(jìn)行分析，提出洗選、化學(xué)氧化、電化學(xué)氧化、離子液體萃取、溶劑萃取和高溫固硫的多過程處理工藝，能夠有效降低硫的含量。但是第一其步驟比較復(fù)雜，增加了整個(gè)碳燃料電池本身的成本，第二是電化學(xué)氧化過程中在電解質(zhì)中發(fā)生，容易對(duì)整個(gè)化學(xué)反應(yīng)過程造成影響，破壞陰陽極的活性。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0010]為了提高電池的工作效率，提高電池的綜合性能，滿足目前DCFC對(duì)碳燃料的純度要求，需要以煤為主要原料，本實(shí)用新型提供了一種碳燃料電池煤基燃料聯(lián)合處理裝置及其處理方法，探索純度碳的制備工藝和轉(zhuǎn)化技術(shù)，提高電池的工業(yè)化推廣能力。
[0011]本實(shí)用新型的目的在于提供一種碳燃料電池煤基燃料聯(lián)合處理裝置。
[0012]本實(shí)用新型的碳燃料電池煤基燃料聯(lián)合處理裝置包括:煤基體儲(chǔ)備裝置、物理清洗裝置、化學(xué)脫硫裝置、電化學(xué)脫硫裝置、電池燃料收集裝置、煤泥水處理裝置、硫酸回收裝置以及硫化物回收裝置；其中，煤基體儲(chǔ)存在煤基體儲(chǔ)備裝置中，煤基體儲(chǔ)備裝置通過傳送管道至物理清洗裝置；物理清洗裝置通過傳送管道連接至化學(xué)脫硫裝置，物理清洗裝置的底部連接煤泥水處理裝置；化學(xué)脫硫裝置通過傳送管道連接至電化學(xué)脫硫裝置，化學(xué)脫硫裝置的底部連接至硫酸回收裝置；電化學(xué)脫硫裝置通過傳送管道至電池燃料收集裝置，電化學(xué)脫硫裝置的底部連接至硫化物回收裝置。
[0013]物理清洗裝置包括碎煤機(jī)、重介淺槽分選機(jī)、浮選床、烘干機(jī)和煤泥水處理裝置；其中，碎煤機(jī)、重介淺槽分選機(jī)和浮選床依次通過傳送管道串行連接；重介淺槽分選機(jī)和浮選床的底部分別連接煤泥水處理裝置。
[0014]化學(xué)脫硫裝置包括氧化裝置、水解裝置和硫酸回收裝置；其中，物理清洗裝置中的烘干機(jī)通過傳送管道連接至氧化裝置；氧化裝置通過傳送管道連接水解裝置；水解裝置的底部連接硫酸回收裝置。
[0015]電化學(xué)脫硫裝置包括電解槽和硫化物回收裝置；其中，化學(xué)脫硫裝置中的水解裝置連接至電解槽的入口，電解槽分別設(shè)置高低兩個(gè)出口，分別連接電池燃料收集裝置和硫化物回收裝置。
[0016]本實(shí)用新型的碳燃料電池煤基燃料聯(lián)合處理方法，包括以下步驟:
[0017]1)將煤基體從煤基體儲(chǔ)備裝置中運(yùn)送至物理清洗裝置；
[0018]2)物理清洗:
[0019]a)將煤基體送入碎煤機(jī)進(jìn)行粉碎，得到均勻粒度的煤顆粒，粒度達(dá)到40?80目；
[0020]b)煤顆粒通過傳送管道進(jìn)入重介淺槽分選機(jī)重介淺槽分選機(jī)，在液體介質(zhì)中，摻雜在煤顆粒中的煤矸石下沉，并從設(shè)置在重介淺槽分選機(jī)底部的通道進(jìn)入煤泥水處理裝置，煤顆粒上浮通過傳送管道進(jìn)入浮選床；
[0021]c)浮選床挑選出0.5以下粒度的煤顆粒，通過傳送管道進(jìn)入烘干機(jī)