[发明专利]尿素电解用于废水处理和煤液化供氢的系统及方法

说明书

本发明公开了一种尿素电解用于废水处理和煤液化供氢的系统及方法，利用废水中的高含量尿素，通过电解法同时氧化降解尿素和获得高纯氢气，并将氢气供给煤液化系统，发生加氢液化反应，促进煤炭资源的清洁利用；本发明能够降低电解制氢的能耗，且采用废水中的尿素作为原料，进一步降低了电解制氢的成本，有利于绿色无害的电解制氢方式的推广；通过电解法去除废水中的尿素，反应条件温和、处理效果好，可有效避免尿素分解释放NH₃造成的环境污染；实现了尿素废水处理和高效电解制氢的耦合，并将电解制得的氢气用于煤液化过程，促进了煤炭资源的清洁高效利用，具有较高的环保意义和综合效益。

技术领域

本发明涉及制氢和环保技术领域，特别涉及一种尿素电解用于废水处理和煤液化供氢的系统及方法。

背景技术

尿素(CO(NH₂)₂)是人类和动物尿液中的主要成分，也是一种重要的化工产品。尿液或工业生产过程损失的尿素富集到水中，会对环境造成严重的污染。常见的尿素处理方法包括生物质降解，化学氧化或者高温热解等等，这些方法往往需要较高的设备投资、苛刻的处理环境、昂贵的处理药剂或较长的处理周期，影响了处理过程的经济性。另外，尿素作为一种储氢介质的重要性也在逐渐被人们所关注。尿素性质稳定，不易燃烧，无毒性，常温下为固态，便于储存和运输，这使其成为一种良好的潜在储氢材料。常规的从尿素中释放氢气的方法是：先通过尿素水解反应使尿素转化为氨气，再通过高温催化裂解从氨气中获得氢气。该方法需要较为复杂的反应步骤和高温高压环境，且获得的氢气纯度不高。

氢气是一种重要的二次能源和化工原料，在许多领域发挥着重要作用，例如，在煤炭清洁利用方面，通过加氢的方式将固体状态的煤炭直接转化成更清洁的液体燃料油品，实现煤液化过程，从而实现煤炭的清洁利用。煤炭是我国主要的能源，随着环保意识的增强，每年的煤炭清洁利用需要消耗大量的氢气。在目前的氢气生产方式中，只有电解水制氢在电能来自于可再生能源发电时能够实现全周期零排放生产氢气。然而，电解水制氢的能耗较高，生产每标方氢气大约需要5度电，限制了电解制氢方式的推广。

利用电解法处理尿素给这些问题提供了解决方案。电解法通过电化学反应在阳极氧化尿素，使其分解为N₂、CO₂和水，从而高效去除废水中的尿素；同时在阴极发生析氢反应，产生较高纯度的氢气。电解尿素的理论电压仅为0.37V(电解水为1.23V)，使其具有较高的能效，产生的绿色氢气可以用来进行煤液化反应，实现煤的清洁利用。据了解，目前尚未有关于这种耦合方法的报道。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种尿素电解用于废水处理和煤液化供氢的系统及方法，本发明所要解决的技术问题是：通过电解法同时实现废水中尿素的氧化降解和高纯氢气的生产，并将获得的高纯氢气用于煤液化系统，实现煤炭的清洁利用；本发明能够降低电解制氢的能耗，促进清洁氢气的生产及其对煤炭资源的清洁转化，同时达到降解废水中尿素，保护环境的目的。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种尿素电解用于废水处理和煤液化供氢的系统，包括尿素补充系统、电解制氢系统、储氢系统和煤液化系统；所述尿素补充系统的尿素废水出口连接电解制氢系统的阳极补充液入口，电解制氢系统的阴极氢气出口连接储氢系统的氢气入口，储氢系统的氢气出口连接煤液化系统的氢气入口；

所述尿素补充系统包括过滤装置A1、废水储罐A2及相应流量调节阀和连接管道；尿素废水管道连接过滤装置A1的废水入口，过滤装置A1的废水出口连接废水储罐A2的废水入口，废水储罐A2的废水出口管道连接尿素补充系统的尿素废水出口；废水储罐A2的废水出口与电解制氢系统的阳极补充液入口间设有流量调节阀；