氨电解制氢用于煤液化的系统的制作方法

本实用新型涉及制氢和环保技术领域，特别涉及一种氨电解制氢用于煤液化的系统。

背景技术：

近年来，随着人们环保意识的不断加强，新能源的开发和化石能源的清洁高效利用得到了越来越多的重视。我国的能源结构是多煤少油缺气，在未来相当长的时间内，煤炭都将是我国的主要能源。煤液化是煤炭清洁高效利用的一种重要途径，它是将煤在高温高压条件下，通过催化加氢直接液化合成液态烃类燃料，并脱除硫、氮、氧等原子，从而减少环境污染，并提高利用效率。

氢气是煤液化过程的重要原料。在各种制氢方法中，电解制氢具有原料来源广、无污染、清洁高效的优点，是未来制氢发展的方向。然而，由于电解法需要消耗电能，成本较高，限制了电解制氢方法的推广。目前电解制氢生产方式仅占全部制氢方式的4％。为了推广绿色制氢方式，需要降低电解制氢的电耗。

电解反应的电耗与阴极和阳极反应的标准电极电势有关，对于电解水反应：

阴极：

2H2O+2e^-→H2+2OH^-E°＝-0.83V vs SHE

阳极：

2OH^-→1/2O2+H2O+2e^-E°＝0.40V vs SHE

总反应：

2H2O+电能→2H2+O2 E＝1.23V

即电解水制氢的最低理论电压为1.23V。要降低理论电压，必须降低阳极氧化反应的标准电极电势，这就需要寻找一种合适的阳极反应物。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种氨电解制氢用于煤液化的系统，所要解决的技术问题是：通过电解氨制取氢气，并将氢气供应到煤液化系统，实现低能耗绿色氢气供应和煤的清洁高效利用。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种氨电解制氢用于煤液化的系统，包括电解液供应系统1、电解池2和煤液化系统3；其中，电解液供应系统1的出口连接电解池2的电解液入口，电解池2的阴极氢气出口连接煤液化系统3的入口。

所述电解液供应系统1包括搅拌釜，与搅拌釜连通的氨水加料装置和KOH加料装置，连通搅拌釜与氨水加料装置和KOH加料装置的输送泵和相应管道。

所述电解池2为常规碱性电解池，阴极和阳极催化剂材料为Pt、Ru、Rh、Ir、Ni,Co、Fe、Zn、Ti和Ta金属中的一种或多种的合金。

所述煤液化系统3包括催化反应装置和油品收集装置。

所述的系统进行氨电解制氢用于煤液化的方法，包括如下步骤：

步骤1：在电解液供应系统1中配制氨和KOH的混合电解液；

步骤2：将混合电解液通入电解池2中，在电解池2中通电发生电解如下反应：

阴极：

2H2O+2e^-→H2+2OH^- E°＝-0.83V vs SHE

阳极：

2OH^-→1/2O2+H2O+2e^- E°＝0.40V vs SHE

总反应：

2H2O+电能→2H2+O2 E＝1.23V

在电解池2的阴极产生氢气，在阳极产生氮气和脱氨的水；

步骤3：利用步骤2中的氢气与煤浆进行加氢液化反应，产生石脑油、航油和柴油。

所述步骤1中，氨来源于工农业废水，此时系统在产氢的同时起到废水除氨的作用。

所述步骤2中，混合电解液为碱性电解液，包含0.2-2mol/L的KOH以及0.01-2mol/L的氨；电解反应在常温下进行。

所述步骤2中，电解池2的电源是风电、光伏类可再生能源发电；

所述步骤2中，在电解池2的阴极获得的氢气纯度在99.9％以上；在电解池的阳极获得氮气，经收集后售卖；阳极获得低氨含量的水，作为工业回用水。

所述步骤3中，包括煤浆制备、加氢液化反应、加氢稳定反应和改质反应。

和现有技术相比较，本实用新型具有如下特点：

(1)本实用新型利用氨电解制取氢气，其理论电压远低于常规的电解水制氢，极大地降低了能耗；氨是一种常见的工业产品，价格低廉，另外在工农业废水中也有大量的氨存在，能够为电解制氢提供廉价的原料。因此，电解氨制氢是降低电解制氢能耗、降低整体成本的良好选择；

(2)氨电解制氢可利用水电、光伏、风电等清洁能源发电进行，电解产物只有氢气和氮气，清洁、无污染；

(3)电解制氢中的氨可以工农业废水中的氨氮为来源，进一步降低系统成本，并且通过电解将氨变为氮气排出，在生产氢气的同时达到废水处理的效果；

(4)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。

附图说明

图1是碱性电解池的原理示意图。

图2是氨电解制氢用于煤液化的系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做详细叙述。

实例1：

如图1所示，电解池2的阴极为Ni-Co-Fe合金电极，阳极为Ni-Rh合金电极，碱性电解液的成分为：1mol/L KOH，1mol/L NH3。碱性电解液中的氨通过工业氨水补充。如图2所示，将在电解液供应系统1中配成的碱性电解液打入电解池2中，在0.8V的外加电压下发生电解反应，在电解池2的阴极产生纯度达到99.9％的高纯氢气，在电解池2的阳极产生氮气和低氨含量的水。在电解池2的阴极产生的高纯氢气进入煤液化系统3，与煤浆在高温高压下发生加氢催化反应，产生石脑油和柴油，经产物分离和收集装置分别收集。