[发明专利]一种催化剂回收同时联产电的系统及方法

说明书

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。

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。