立体均衡电场分解槽及煤炭在无酸碱介质下预脱硫工艺

摘要

本发明公开的一种立体均衡电场分解槽和煤炭在无酸碱介质下预脱硫工艺，本发明的立体均衡电场分解槽将两梳状电极板在分解槽内均衡排布，将传统的平面电场立体化，保证了分解槽中任何一点的分子都可被等力电离，分解效率大大提高。本发明还提供了煤炭在无酸碱介质下利用立体均衡电场分解槽进行脱硫的一整套工艺，使黄铁矿硫在中性介质中实现分解聚集达到极化脱硫的目的，脱硫效率高，无污染，还可以回收聚集在极板上的硫加工成副产品。本发明的立体均衡电场分解槽及立体均衡电场预脱硫工艺除了可以用于煤炭脱硫外，还可以应用于其他电化学工业领域。

权利要求

1.一种煤炭在无酸碱介质下预脱硫工艺，其特征在于包括如下步骤：步骤一，将原煤破碎成粒度为50-100目的煤粉并对煤粉进行物理脱硫处理；步骤二，将经步骤一处理后的煤粉进行水、煤混合配制成水煤液，并加温至60-80℃；步骤三，采用立体均衡电场分解槽对水煤液电离脱硫，所述立体均衡电场分解槽的结构包括分解槽、正极板、集取板、负极板，负极板安沉在分解槽槽底，正极板安装在分解槽长边的两侧，集取板活动的放置在正极板上，所述集取板设有多块，所述负极板上直立安装有多块纵向极板，集取板与纵向极板在分解槽内交错均衡排布，相邻集取板与纵向极板之间的距离为100-300mm，集取板、纵向极板均为梳状极板，梳状集取板与梳状纵向极板的梳型槽错位排布；步骤四，对经步骤三处理后的煤液进行沉淀、脱水处理，然后装桶，输出洁煤产品，对立体均衡电场分解槽极板上附着的副产品提取，输出硫制品。

2.如权利要求1所述的煤炭在无酸碱介质下预脱硫工艺，其特征在于：步骤三中均衡电场分解槽采用频率为10-30kHz直流斩波开关电源作为分离电源。

3. 如权利要求1所述的煤炭在无酸碱介质下预脱硫工艺，其特征在于：步骤三中均衡电场分解槽极板电压为1.5-55V。

4. 如权利要求1所述的煤炭在无酸碱介质下预脱硫工艺，其特征在于：所述立体均衡电场分解槽采用铜质极板，步骤四中副产品的提取包括提取极板上生成的硫化铜并对其进行干燥提纯后输出硫化铜成品。

5. 如权利要求1所述的煤炭在无酸碱介质下预脱硫工艺，其特征在于：所述立体均衡电场分解槽采用石墨极板，步骤四中副产品的提取包括提取极板上生成的单质硫，然后制成硫酸成品输出。

6. 如权利要求1所述的煤炭在无酸碱介质下预脱硫工艺，其特征在于：还包括对步骤二中的水煤液进行煤质检测，对经步骤三处理后的煤液进行脱硫程度检测，并根据检测结果对均衡电场分解槽极板电压进行调整。

说明书

立体均衡电场分解槽及煤炭在无酸碱介质下预脱硫工艺

技术领域

[0001] 本发明涉及电化学领域，尤其是一种立体均衡电场分解槽及煤炭在立体均衡电场作用下无酸碱介质的预脱硫工艺。

背景技术

[0002] 在当今经济发展速度相当迅速的今天，对能源的需求越来越大，煤炭，作为最传统的能源形式，还将被大量使用。但大量被使用的煤炭，却产生了一个不容忽视的问题，煤炭在燃烧过程中释放的二氧化硫（SO2）对环境已造成了严重的污染，以致在许多地方，煤炭不得不被禁止使用，这一问题，已严重阻碍着国民经济的持续发展。

[0003] 进入到21世纪，国民经济的发展与环境保护这一对矛盾已非常突出，怎样安全的使用煤炭已成了发达国家与正在发达国家最关心的问题，对煤炭的污染治理也要求的越来越严格。2004年，我国已出台了最严格的治理措施，所有煤炭的燃烧使用，都必须强制脱硫，脱硫可在燃中、燃后两种形式中任选一种。所以，目前煤炭的主要脱硫形式就为燃中、燃后两种。

[0004] 燃中脱硫，即在待燃煤中按煤的含硫量掺入一定比例的钙化物，当燃烧时，钙化物与硫在高温中组合，形成硫盐沉淀而固硫不再向空中排放；燃后脱硫，即建立烟气洗涤塔，将欲排烟气中的SO2通过水雾幕充分吸收后再排出，达到脱硫的目的。

[0005] 两种方法目前正在被大量采用，但SO2的污染依然严重，这是为什么呢？其原因是因为对煤炭的脱硫与否是掌握在使用者手中，使用者必须投入不低的成本，有高度的责任感，才能将脱硫的事办好。而脱硫是社会责任，与企业利益无关，而且还要提高运行成本、消耗企业的利益才能做到。所以，在不少的情况下，这两种脱硫装置成了应用企业作摆设的样板工程，它们被时开时停，能不开尽量不开，导致了污染依旧。所以只有从供煤源头上脱硫，才能真正进行有效的防治。因此，煤炭的预脱硫（即燃前脱硫），成了污染防治最关键的课题。煤炭经采掘后，由采掘方或中间方进行脱硫处理后，再加价售给使用方，才是真正解决问题的方法

[0006] 煤的燃前脱硫的方法很多，大体上可以分为物理脱硫、化学脱硫和生物法脱硫三种。

[0007] (1) 物理脱硫法

[0008] 物理法脱硫是根据煤炭颗粒与含硫化合物在表面化学性质、导电性、密度和磁性等方面的差异而去除煤中无机硫的方法。迄今为止，物理净化法是惟一已经工业化的煤炭净化技术。煤炭物理净化系统的中心环节是把产品与废渣分离的分选过程。一般包括以下三个过程：即煤炭的预处理、煤的分选和产品的脱水。目前常用的物理脱硫法有常规洗选法、跳汰法、重介质法、浮选、磁选法和辐射照射法等。

[0009] (2)化学脱硫法

[0010] 化学方法脱硫主要是利用氧化剂把硫氧化或把硫置换出来从而达脱硫的目的。化学法脱硫的效率较高，能脱除大部分无机硫和相当部分的有机硫。根据化学试剂的种类及反应原理的不同，可以将化学脱硫法分为：氧化法、碱处理法、热解法、溶剂萃取法和微波处理法等。

[0011] (3)生物脱硫法

[0012] 生物脱硫是在常温常压下利用微生物代谢过程的氧化还原反应达到脱硫的目的。该方法是从生物湿法冶金技术发展而来的。目前煤炭生物脱硫的基木方法有：生物浸出法、生物表面氧化处理法和生物选择性絮凝法等。

[0013] 以上就是三种主要的脱硫方法。物理脱硫法经济，工艺简单，成本低廉，易于实现工业化生产，不过难以脱除煤中呈细分散状分布的无机硫，对有机硫更是束手无策，脱硫效率比较低；化学脱硫法既可脱除煤中的无机硫，也可脱除部分的有机硫，但多数化学方法需要在强酸、强碱和强氧化剂及高温、高压的条件下操作，工艺条件相对比较苛刻，并且反应剧烈，易造成煤性质的变化，操作成本昂贵，能量收率低；生物脱硫主要是时间比较长，进程缓慢，并且适合于生物脱硫的微生物菌种不多，对有机硫的脱硫率低，对煤颗粒要求非常细等，目前尚未得到实际应用。

[0014] 传统的洗选法虽可将煤中90%以上的无机硫化物脱去，但不能脱去黄铁矿硫，而且脱去的无机硫含在洗液中被再度排放，又形成了对环境的二次污染。因此，早期煤炭脱硫大部分都采用了的洗选装置，因国家对环境污染的纵深管理，又被遭到了禁用。在物理脱硫洗选法的基础上加置低压大电流装置，对洗液加作电源极化处理以后，洗液中的负正离子分别向电源的正负极聚集，再通过收集，使聚集物与洗液分离，可实现电化脱硫。

[0015] 传统的极化电场为平面电场，被分解的离子处在分解电极之间不同的位置，其受到的电场分解力是不同的，所以处在弱力位置的待分解分子难以被电离，从而导致分解能力降低，须借助触媒介质的作用，才能被均匀分解的目的。

[0016] 传统的平面电场分解槽如图1所示，在此分解槽1中，负极板2安沉在槽底，正极板3安装在槽长边的两侧，集取板4活动的放置在正极板3上，工作时，两极极板上通入电源，在电源的作用下，待分解工料通过触媒介质分解为正负离子，作为分离产品的负离子集聚在与正极板相联的集取板上，每隔一段时间，取出集取板，提收产品。此为分解工作的全过程。

[0017] 根据电场理论，当极板间的电压一定时，电场中某点所受的电场力与极板之间的距离成反比。当我们从电场理论的角度来观察传统分解槽电场时，我们会发现它的电场是不均匀的，它导致的结果是，在每一个分解区间内，任何一点的分子所受的分解力也是不均匀的，这就导致了处在极板电场中分子，所受到的分解力也不同，其状态如图2所示。

[0018] 由图1可以看出，在分解槽中，a、b两点的分子，由于距离不同，将受到不同的分解力，导致分解不均匀，分解效率降低。

[0019] 采用传统的平面电场分解槽进行脱硫，虽脱硫效率高，但是在现今的极化工艺过程中，必须采用酸碱介质方可进行，而酸碱溶液的排放也是重污染行为，而被明令禁止。因此，此种电化脱硫并没有被广泛推广应用，如何采用中性介质达到极化脱硫的目的，成了目前寻求解决问题的热点。

发明内容

[0020] 本发明针对上述现有技术中存在的问题，提供一种立体均衡电场分解槽以及一种煤炭在无酸碱介质下预脱硫工艺，实现在中性介质里完成硫的提取，达到对煤炭实现无污染的脱硫的目的。

[0021] 本发明公开的一种立体均衡电场分解槽，包括分解槽、正极板、集取板、负极板，负极板安沉在分解槽槽底，正极板安装在分解槽长边的两侧，集取板活动的放置在正极板上，所述集取板设有多块，所述负极板上直立安装有多块纵向极板，集取板与纵向极板在分解槽内交错均衡排布，集取板、纵向极板均为梳状极板，梳状集取板与梳状纵向极板的梳型槽错位排布。

[0022] 进一步地，上述立体均衡电场分解槽相邻集取板与纵向极板之间的距离为100-300mm。

[0023] 本发明还公开了一种煤炭在无酸碱介质下预脱硫工艺，包括如下步骤：步骤一，将原煤破碎成粒度为50-100目的煤粉并对煤粉进行物理脱硫处理；步骤二，将经步骤一处理后的煤粉进行水、煤混合配制成水煤液，并加温至60-80℃；步骤三，采用上述立体均衡电场分解槽对水煤液电离脱硫；步骤四，对经步骤三处理后的煤液进行沉淀、脱水处理，然后装桶，输出洁煤产品，对立体均衡电场分解槽极板上附着的副产品提取，输出硫制品。

[0024] 优选地，步骤三中均衡电场分解槽采用频率为10-30kHz直流斩波开关电源作为分离电源。

[0025] 优选地，步骤三中均衡电场分解槽极板电压为1.5-55V。

[0026] 优选地，所述立体均衡电场分解槽采用铜质极板，步骤四中副产品的提取包括提取极板上生成的硫化铜并对其进行干燥提纯后输出硫化铜成品。

[0027] 优选地，所述立体均衡电场分解槽采用石墨极板，步骤四中副产品的提取包括提取极板上生成的单质硫，然后制成硫酸成品输出。

[0028] 进一步地，上述立体均衡电场预脱硫工艺还包括对步骤二中的水煤液进行煤质检测，对经步骤三处理后的煤液进行脱硫程度检测，并根据检测结果对均衡电场分解槽极板电压进行调整。

[0029] 本发明是在分解槽内设立立体均衡电场，将传统的平面电场立体化，并将两电极板在分解槽内均衡排布，在该新电场的作用下，处在分解槽中任何一点的被分解分子所受到的电场力相同，保证了任何一点的分子都可被等力电离，这样分解效率即可大大提高，这样电离效率在无酸碱介质的条件下，可大大提高，可降低酸碱介质的使用，甚至无须酸碱介质，便可实现高效电分解。本发明还提供了煤炭在无酸碱介质下利用立体均衡电场分解槽进行脱硫的一整套工艺，使黄铁矿硫在中性介质中实现分解聚集达到极化脱硫的目的，脱硫效率高，无污染，还可以回收聚集在极板上的硫加工成副产品。

附图说明

[0030] 图1是传统分解槽结构示意图。

[0031] 图2是本发明的立体均衡电场分解槽结构示意图。

[0032] 图3是梳状集取板和梳状纵向极板结构示意图。

[0033] 图4是本发明的立体均衡电场预脱硫工艺流程示意图。

具体实施方式

[0034] 下面结合附图对本发明进一步详细说明。

[0035] 如图2所示，本发明公开了一种立体均衡电场分解槽，包括分解槽1、正极板3、集取板4、负极板2，负极板2安沉在分解槽1槽底，正极板3安装在分解槽长边的两侧，集取板4活动的放置在正极板3上，所述集取板设有多块，所述负极板上直立安装有多块纵向极板5，集取板4与纵向极板5在分解槽内交错均衡排布，将传统的平面电场立体化，使槽内每一点受到的电场力均衡相等，这样分解效率大大提高。

[0036] 在许多工艺中，电离分解只是连续工序中的一个环节，工质是流动的（例如煤炭脱流作业），这样极板既要能保证脱硫，又要能使工质流动，因此极板不能再是整板一块，本发明的集取板4、纵向极板5均设计为梳状极板（见图3），梳状集取板与梳状纵向极板的梳型槽错位排布，从而保障了工质在分解槽内良好的流动性。

[0037] 众所周知，煤炭中主要的含硫为黄铁矿硫（FeS2），如果能将此硫从煤中脱出，煤炭的含硫量将从0.6%左右降至0.2%，而只要降至0.15%，就可以达到国家排放标准。所以如对黄铁矿硫进行主脱，再用物理法对有其它硫种进行排除，就可以达到使用洁煤的目的。因此对黄铁矿硫的处理煤炭脱硫工艺中最关键的一部分。

[0038] 本申请人对在中性介质的条件下，FeS2是否能产生电离与极板附着与否，进行了大量的工艺性探讨与试验，并成功探索出煤炭在无酸碱介质的立体均衡电场脱硫的一整套工艺。

[0039] 如图4所示，本发明的煤炭在无酸碱介质下预脱硫工艺，包括如下步骤：步骤一，将原煤破碎成粒度为50-100目的煤粉并对煤粉进行物理脱硫处理；步骤二，将经步骤一处理后的煤粉进行水、煤混合配制成水煤液，并加温至60-80℃；步骤三，采用本发明的立体均衡电场分解槽对水煤液电离脱硫；步骤四，对经步骤三处理后的煤液进行沉淀、脱水处理，然后装桶，输出洁煤产品，对立体均衡电场分解槽极板上附着的副产品提取，输出硫制品。

[0040] 在上述脱硫工艺中，本发明人经过大量的工艺实验与总结，还得出了以下结论：在[0041] 立体均衡电场分解槽采用频率为10-30kHz直流斩波开关电源作为分离电源，极板电压：1.5-55V（此值可根据煤质和脱硫程度与极板设置作调整），极间距离：100-300mm，煤炭粒度：50-100目，介质温度：60-80℃，

[0042] 的条件下，FeS2电离的效果最佳。

[0043] 本发明还提供了对副产品的提取工艺，根据不同的提取方式，输出硫制品。立体均衡电场分解槽采用铜质极板，步骤四中副产品的提取包括提取极板上生成的硫化铜并对其进行干燥提纯后输出硫化铜成品。

[0044] 立体均衡电场分解槽采用石墨极板，步骤四中副产品的提取包括提取极板上生成单质硫，然后经高温生产二氧化硫，最后制成硫酸成品输出。

[0045] 为调整出最佳的极板电压，本工艺还包括对步骤二中的水煤液进行煤质检测，对经步骤三处理后的煤液进行脱硫程度检测，并根据检测结果对均衡电场分解槽极板电压进行调整。

[0046] 本发明的立体均衡电场分解槽及立体均衡电场预脱硫工艺除了可以用于煤炭脱硫外，还可以应用于其他电化学工业领域。

[0047] 本技术领域内的人员应该认识到，上述实施例并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，任何对上述实施例技术变化、变形方案均未超出本发明的保护范围。