СПОСОБ ГАЗИФИКАЦИИ УГЛЯ Российский патент 1994 года по МПК C10J3/18 C25B1/02 

Изобретение относится к области газификации твердых горючих ископаемых и представляет собой способ получения газообразного экологически чистого энергоносителя - водорода - путем электролиза продуктивного раствора, прошедшего через уголь, и жидких продуктов окисления угля для энергетических и химических целей.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является способ газификации угля с использованием электролизера и реактора с углем, заключающийся в прокачивании кислого раствора через реактор с углем, отделение продуктов окисления и закачку очищенного раствора в электролизер.

В этом способе продукты электролиза раствора кислоты Н₂SO₄ окислители - надсерная кислота Н₂S₂O₈ и мононадчерная кислота (кислота Каро) Н₂SO₅ из анодной камеры после подогрева поступают в реактор с углем, где происходит окисление угля и конверсия раствора в Н₂SO_4. После реактора из раствора отделяются продукты окисления угля, а раствор кислоты Н₂SO₄ направляется в анодную камеру электролизера, и процесс продолжается снова.

Существенный недостаток известного способа - невысокая эффективность, так как водород выделяется только на катоде электролизера, а уголь в реакторе используется для регенерации раствора и получения продуктов окисления угля.

Цель изобретения - увеличение выхода водорода.

В способе газификации угля с использованием электролизера и реактора с углем, заключающийся в прокачивании кислого раствора через реактор с углом, отделении продуктов окисления и закачке очищенного раствора в электролизер, в качестве кислого раствора используют подкисленный НCl раствор хлорида натрия (NaCl), который предварительно закачивают в катодную камеру электролизера, затем прокачивают в анодную камеру с образованием гипохлорита натрия (NaClO) и направляют в реактор с углем с образованием дополнительного водорода и продуктов окисления, после чего их откачивают и отделяют, а очищенный кислый раствор хлорида натрия направляют в катодную камеру.

По сравнению с прототипом предлагаемое техническое решение содержит отличительные особенности, заключающиеся в том, что в качестве кислого раствора используют подкисленный раствор хлорида натрия (NaCl), который предварительно закачивают в катодную камеру электролизера, затем прокачивают в анодную камеру с образованием гипохлорита натрия и направляют в реактор с углем с образованием дополнительного водорода и продуктов окисления, после чего их откачивают и отделяют, а очищенный раствор хлорида натрия направляют в катодную камеру.

Наличие отличительных особенностей подтверждает соответствие предложения критерию "новизна", а поскольку эти признаки не обнаружены в других известных в науке и технике решениях, то и критерию "существенные отличия".

На чертеже изображена схема установки для газификации угля.

Установка для газификации угля включает электролизер 1 с анодной 2 и катодной 3 камерами, реакторы с углем 4 и 5, насос 6 для закачки раствора, сепараторы 7 и 9 - для жидких продуктов и сборник 8 для газов. Все элементы установки объединены трубопроводами 10, 11 и 12, 13 и 14 и краном 15.

Способ осуществляется следующим образом.

Сначала в электролизер 1 закачивают кислый раствор хлорида натрия. При этом на катоде будет выделяться водород и образовываться щелочь, а на аноде будет идти разряд ионов хлора. Образующийся на аноде хлор растворяется в электролите и взаимодействуя при прокачке раствора из катодной камеры со щелочью дает гипохлорит натрия, который по трубе 10 через насос 6 и кран 15 закачивается в реактор 4 (или 5) с раздробленным углем. Образующиеся в результате реакции раствора с углем жидкие продукты окисления (карбоновые соединения) и газообразные (окись углерода), а также водород вместе с раствором выкачиваются из реакции и по трубе 11 поступают в сепаратор 7, откуда газы направляются в сборник 8, а жидкие продукты окисления утилизируются в сборнике 9 для последующей переработки. Раствор после регенерации (необходимой добавки хлорида натрия) поступает по трубе 12 в электролизер 1.

После отработки угля в одном реакторе 4, раствор направляется в реактор со свежим углем 5, а окисленный уголь в реакторе 4 подвергается активации или выгрузке и загрузки свежим углем.

Водород из катодной камеры по трубе 13 поступает в сборник 8.

Часть раствора из анодной камеры 2 может направляться в катодную 3 по трубе 14 для деполяризации катода и более экономичного процесса получения водорода на катоде.

Выделение дополнительного водорода на угле при прокачивании через него окислителя гипохлорита натрия, соляной кислоты и ионов водорода связано с тем, что окислитель взаимодействуя, с углем отдает электрон, а наличие в растворе ионов водорода приводит к образованию водорода.

Пример осуществления предлагаемого способа газификации угля. 200 г. бурого угля Подмосковного бассейна фракции 3-1 мм помещались в камеру, через которую пропускали раствор из анодной камеры электролизера. Скорость протекания от 0,25 до 1 мл/мин. В электролизер в катодную камеру подавался раствор 1 М NaCl с добавкой кислоты НCl (рН раствора 4,5). Рабочее напряжение на ячейке электролизера варьировалось от 1,5 до 15 В, величина токов - от 40 мА до 2,5 А. В результате концентрация гипохлорита натрия в электролите на выходе из электролизера составляла 0,5-1,5% . При таком режиме работы электролизера и скорости прокачки электролита через уголь скорость выделения газа из угля измерялась от 2 до 120 мл/ч. При этом на катоде электролизера выделялось соответственно от 17 мл/ч до 1060 мл/ч водорода. Хроматографический анализ газов, выделившихся из угля в реакторе, показал, что концентрация водорода в нем составляет от 80 до 95% , остальное - окись углерода.

Повышение температуры интенсифицирует процесс газификации. Введение в катодную камеру 10% (по объему) анолита значительно улучшает токовые характеристики электролизера. Введение небольшого количества гипохлорита натрия (0,02% NaClO в 1 М NaCl) значительно снижает поляризацию катода. Анодная поляризационная кривая при этом не изменяется.

Скорость протока раствора через уголь должна быть такой, чтобы на выходе из реактора в растворе отсутствовал окислитель NaClO, а значение рН должно иметь отклонение в кислую сторону.

Время окончания процесса регистрировалось по появлению в растворе на выходе из реактора гипохлорита натрия даже при самой низкой скорости прокачки. После этого поток раствора из электролизера направлялся в другой реактор с углем (например 5), а уголь в реакторе 4 подвергался активации - промывке раствором щелочи и водой и перемешиванию. После проведения операции активации и промывки процесс газификации на таком угле повторялся. При этом скорость выделения водорода восстанавливалась до 80% от первоначальной, когда уголь был свежим.

За 50 ч работы на катоде было получено 40 л водорода. Из угля было выделено около 5 л газа (90% водорода и окиси углерода). При этом было израсходовано около 50 г угля. Помимо водорода из угля было извлечено более 35 г окисленных продуктов (карбоновых кислот и др. ). При сжигании полученного газа можно получить 506 МДж тепла. Для получения было затрачено не более 480 МДж электроэнергии. Отношение полученной энергии и затраченной составляет 1,14, что обусловлено получением дополнительного водорода на угле. Удельные затраты электроэнергии составляли не более 2,8 кВт˙ г/м³ водорода вместо 5,6 кВт˙ ч/м³ Н₂ при обычном электролизе.

Использование предлагаемого способа газификации угля повысит эффективность получения экологически чистого энергоносителя-водорода путем электролиза.

Способ предусматривает использование электролизера и реактора в углем. В качестве кислого раствора используют хлорид натрия, который предварительно закачивают в катодную камеру электролизера, затем прокачивают в анодную камеру с образованием гипохлорита натрия и направляют в реактор с углем с образованием дополнительного водорода и продуктов окисления, после чего их откачивают и отделяют, а очищенный раствор хлорида натрия направляют в катодную камеру. 1 ил.

СПОСОБ ГАЗИФИКАЦИИ УГЛЯ, включающий прокачивание раствора окислителя через уголь в реакторе, отделение продуктов взаимодействия, подачу очищенного раствора в диафрагменный электролизер с получением раствора окислителя, отличающийся тем, что, с целью увеличения выхода водорода, в качестве очищенного раствора используют подкисленный раствор хлорида натрия, его подают в катодную камеру, а затем в анодную камеру диафрагменного электролизера с получением раствора окислителя - гипохлорита натрия.