一种催化剂回收同时联产电的系统及方法技术方案

本发明专利技术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

A system and method for simultaneous cogeneration of electricity with catalyst recovery

【技术实现步骤摘要】
一种催化剂回收同时联产电的系统及方法
本专利技术涉及催化剂回收
，具体而言，涉及一种催化剂回收同时联产电的系统及方法。
技术介绍
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。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术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，本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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为本专利技术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为本专利技术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专利技术的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以做出若干改进和修饰，这些改进和修饰也视为本专利技术的保护范围。系统实施例：参阅图1和图2，其示出了本专利技术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，以及使氢气本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛燕东，李克忠，
申请(专利权)人：新奥科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：河北,13