[发明专利]一种基于太阳能STEP热-电化学耦合高效脱硫并制氢气的方法

说明书

本发明涉及一种基于太阳能STEP热‑电化学耦合高效脱硫并制氢气的方法。该方法包括如下步骤：(1)对煤炭进行预处理，获得煤粉；(2)将煤粉和固态电解质混合后形成的固态材料置于密闭的电解装置内；和(3)在320‑380℃和1.8‑3.0V下对固态材料电解4‑8h，通过太阳能集热装置提供电解所需的热能，通过光伏电池提供电解所需的电能。本发明首次提出了一种基于太阳能STEP热‑电化学耦合高效脱硫并制氢气方法，方法所需的能量全部来源于太阳能，过程中不需要添加任何额外的能量。

技术领域

本发明涉及煤炭处理技术领域，尤其涉及一种基于太阳能STEP热-电化学耦合高效脱硫并制氢气的方法。

背景技术

煤炭在我国能源消耗结构中占有70％左右的比例，是经济持续快速发展的重要保证。但煤炭中的硫在燃烧与炼焦过程中生成SO₂，造成严重的空气污染并引发一系列环境问题。因此，煤炭脱硫对提高煤炭资源利用效率和环境保护有重要的意义。煤中硫依照存在状态可分为无机硫和有机硫。煤中的无机硫可以通过重选和浮选等物理方法脱除，但物理法仅能脱除部分黄铁矿，而且对细粒嵌布的如硫酸盐等无机矿物质的脱除并不适用。有机硫脱除比较困难，通常采用热碱浸出法和氧化法等化学方法，化学法一般需在强酸/碱或在高压条件下反应，可能会降低煤炭的黏结性、膨胀性以及热值。微生物脱硫能耗低，对煤质没有影响，但现有脱硫菌种单一，生产周期长，设备投资高，微生物产生变异的情况无法避免，脱硫工艺尚不成熟，仅适用于脱除微细粒的黄铁矿硫。

电化学脱硫技术是一种在较低温度以及常压下进行的温和脱硫方法，其过程较容易实现且在工业上所需设备较为简单。该技术早在六十年代时就已经被提出，七十年代后人们对该技术进行了大量的研究。国外很多科学家分别对有隔膜H型电解槽、流化床电解槽、碱性条件下电解、酸性条件下电解等进行了大量的实验，但是在研究过程中发现电化学脱硫技术仍然存在许多问题，电解槽投入过大等问题仍然困扰着研究人员。我国对于电化学脱硫的研究起步较晚，近些年对于无隔膜电解槽的研究，可以在较温和的电解条件下脱除70％以上的无机硫和脱除最高达到60％的有机硫，但是仍然无法根本上解决成本高、能耗高的主要问题，并且有关电化学脱硫的机理的研究并未进行。

太阳能是公认的最安全、最绿色、最理想的替代能源之一。太阳能资源总量巨大，辐射范围广，使用过程清洁，并且不存在资源枯竭问题。

目前未见任何利用太阳能高效脱除煤炭中的硫的相关报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于太阳能STEP热-电化学耦合高效脱硫并制氢气的方法。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种基于太阳能STEP热-电化学耦合高效脱硫并制氢气的方法，包括如下步骤：

(1)对煤炭进行预处理，获得煤粉；

(2)将煤粉和固态电解质混合后形成的固态材料置于密闭的电解装置内；和

(3)在320-380℃和1.8-3.0V下对固态材料电解4-8h，通过太阳能集热装置提供电解所需的热能，通过光伏电池提供电解所需的电能。

优选地，在380℃和3.0V下进行所述电解，电解时间为8h。

优选地，所述固态电解质为粉末状氢氧化钠。

优选地，所述煤粉和所述固态电解质的质量比为1：(10-15)，优选为1:10。

优选地，电解采用双电极体系，电极均为镍电极。

优选地，所述太阳能集热装置为聚焦式太阳能集热器；和

所述太阳能光电转换装置为多晶硅光伏电池。

优选地，在进行所述电解时，通过稳压器对太阳能光电转换装置输出的电压进行调节。