一種碳燃料電池煤基燃料聯合處理裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及直接碳燃料電池制備領域，具體涉及一種碳燃料電池煤基燃料聯合處理裝置。
【背景技術】
[0002]燃料電池(fuel cells，FCs)是繼火電、水電和核電之后的第4代發電技術，它是唯一兼備無污染、高效率、適用廣、無噪聲和具有連續工作和模塊化特點的動力裝置，被認為是21世紀最有發展前景的高效清潔發電技術。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、生物質焦炭等為燃料，碳(碳的衍生物)和氧氣經過電化學反應，不須氣化直接產生電能，它具有能量轉化效率高、清潔、燃料適應性廣的特點。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)會放出更多的能量(20kWh/L)，而氫氣為2.4kWh/L，甲烷為4.2kWh/L。在標準狀態下，C+02 — C02反應的熵變(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100% ;電池反應生成的氣體僅是C0:便于回收，能緩解溫室效應。
[0004]最早的碳燃料電池距今已有110年的歷史，但近年來技術才有了較為快速的進步，目前DCFC的電流密度達到50-500mA/cm2，功率密度達到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，面臨兩個問題，一是固體燃料給料問題；二是煤中含有的污染物將導致電極失效。煤中含有大量的灰分、硫分和揮發分等雜質，灰分會污染電解質，硫分會降低電極活度。需要對煤進行一定的加工處理，減少煤中的灰分、硫含量和揮發分，同時改善煤的微觀結構，便于陽極電化學反應的發生。熔融電解質需要純度很高的作料，89:電解質，對燃料純度要求要低一些，目前實驗室研究中通常使用石墨作為燃料。石墨價格是煤炭的十幾倍，且產量有限，無法普及使用。如何將煤，甚至煉油殘渣、生物質、城市垃圾等廉價地轉化為可供使用的碳燃料，是國內外學者與各公司的研究熱點。
[0005]目前對于碳燃料的處理問題，組要的研究工作主要集中在美國和日本等發達國家，國內也有一些學者進行了相關的研究工作。
[0006]美國布魯克海文國家實驗室提出一種Plasma Black的方法，通過加入氫的等離子體將化石能源或生物質連續地熱解為炭黑和H2。這種技術最早應用在以天然氣和石油為原料的炭黑商業生產上。H2等離子化溫度可達1500°C，碳氫化合物熱解生成碳和H2。目前已經建立了使用天然氣和石油作為燃料的年產20000噸碳黑和25億立方米的&化工廠。但是，以煤為原料的Plasma Black研究尚處于實驗階段。
[0007]美國西弗吉尼亞大學提出溶劑萃取降低煤中雜質的方法。通過有機溶劑萃取，可以提高燃料熱值、去除煤中有機灰分和有機硫分，只留少量礦物質和無機硫。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。同時可以結合熱解和煅燒過程，去除煤中揮發分，改善碳的內部微觀結構，有利于陽極電化學反應的發生。萃取技術的核心是萃取劑的選取，萃取劑應該具備去除雜質，殘余萃取劑對DCFC無害，價格便宜，適應大規模生產使用等功能。整個萃取、熱解，煅燒過程耗時、耗能，對經濟性帶來一定影響。
[0008]Cooper提出了一種水力清洗生產碳燃料的方法。首先將煤進行粉碎，然后通過水力清洗的方法將碳與灰分等雜質分離，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，需要進一步的清潔或定期更換電解質，但煤的加工過程成本較低。由于DCFC的電解質材料成本較低，在一定時間內更換電解質材料是可以的。
[0009]中國礦業大學提出了一種煤基碳燃料電池硫處理工藝，通過對現有工藝進行分析，提出洗選、化學氧化、電化學氧化、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雜，增加了整個碳燃料電池本身的成本，第二是電化學氧化過程中在電解質中發生，容易對整個化學反應過程造成影響，破壞陰陽極的活性。
【實用新型內容】
[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對碳燃料的純度要求，需要以煤為主要原料，本實用新型提供了一種碳燃料電池煤基燃料聯合處理裝置及其處理方法，探索純度碳的制備工藝和轉化技術，提高電池的工業化推廣能力。
[0011]本實用新型的目的在于提供一種碳燃料電池煤基燃料聯合處理裝置。
[0012]本實用新型的碳燃料電池煤基燃料聯合處理裝置包括:煤基體儲備裝置、物理清洗裝置、化學脫硫裝置、電化學脫硫裝置、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，煤基體儲存在煤基體儲備裝置中，煤基體儲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脫硫裝置，物理清洗裝置的底部連接煤泥水處理裝置；化學脫硫裝置通過傳送管道連接至電化學脫硫裝置，化學脫硫裝置的底部連接至硫酸回收裝置；電化學脫硫裝置通過傳送管道至電池燃料收集裝置，電化學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、重介淺槽分選機、浮選床、烘干機和煤泥水處理裝置；其中，碎煤機、重介淺槽分選機和浮選床依次通過傳送管道串行連接；重介淺槽分選機和浮選床的底部分別連接煤泥水處理裝置。
[0014]化學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]電化學脫硫裝置包括電解槽和硫化物回收裝置；其中，化學脫硫裝置中的水解裝置連接至電解槽的入口，電解槽分別設置高低兩個出口，分別連接電池燃料收集裝置和硫化物回收裝置。
[0016]本實用新型的碳燃料電池煤基燃料聯合處理方法，包括以下步驟:
[0017]1)將煤基體從煤基體儲備裝置中運送至物理清洗裝置；
[0018]2)物理清洗:
[0019]a)將煤基體送入碎煤機進行粉碎，得到均勻粒度的煤顆粒，粒度達到40?80目；
[0020]b)煤顆粒通過傳送管道進入重介淺槽分選機重介淺槽分選機，在液體介質中，摻雜在煤顆粒中的煤矸石下沉，并從設置在重介淺槽分選機底部的通道進入煤泥水處理裝置，煤顆粒上浮通過傳送管道進入浮選床；
[0021]c)浮選床挑選出0.5以下粒度的煤顆粒，通過傳送管道進入烘干機