一種粉煤分質(zhì)轉(zhuǎn)化裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于煤的轉(zhuǎn)化裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種粉煤分質(zhì)轉(zhuǎn)化裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]我國是目前世界上最大的煤炭生產(chǎn)國和消費國。煤炭資源在我國的能源政策中占據(jù)非常關(guān)鍵的位置，有效地支撐了國民經(jīng)濟的持續(xù)快速發(fā)展。在我國的自然資源中，基本特點是富煤、貧油、少氣，這就決定了煤炭在一次能源中的重要地位。我國煤炭的儲量相對比較豐富，占世界儲量的11.60%。我國煤炭資源總量為59000億噸，其中已探明儲量為10000億噸，占世界總儲量的11%，成為世界上第一產(chǎn)煤大國。據(jù)有關(guān)資料預(yù)測到2050年，我國的煤炭在能源消費結(jié)構(gòu)中的占比也將在40%以上。由此可見，在今后相當(dāng)長的一段時期內(nèi)，煤炭仍將是我國能源的支柱產(chǎn)業(yè)。但現(xiàn)階段，以燃燒煤炭為主的粗放利用方式，不僅極大地浪費了寶貴的煤炭資源，更造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染，并且造成了一系列的嚴(yán)重的問題，亟待解決。
[0003]近年來，針對這一系列問題，煤的分質(zhì)轉(zhuǎn)化與潔凈利用成為煤炭轉(zhuǎn)化的熱點研究內(nèi)容。煤的分質(zhì)利用是一種高效清潔的低階煤轉(zhuǎn)化方式，根據(jù)低階煤的物質(zhì)構(gòu)成及其物理化學(xué)性質(zhì)，首先采用中低溫?zé)峤饧夹g(shù)對煤炭進行分質(zhì)，將煤熱解成氣、液、固三相物質(zhì)，然后再根據(jù)各類熱解產(chǎn)物的物理化學(xué)性質(zhì)有區(qū)別的進行利用，梯級延伸加工，生產(chǎn)大宗化工原料和各類精細(xì)化學(xué)品。
[0004]在2004年，曼徹斯特大學(xué)的Geim小組首次用機械剝離法成功制備出了單層或薄層的新型二維原子晶體一一石墨烯。石墨烯是碳原子緊密排列成的具有單層蜂窩狀結(jié)構(gòu)的一種新型碳材料，其厚度僅為0.335nm，是構(gòu)建零維富勒稀、一維碳納米管、三維石墨等其他維數(shù)碳材料的基本單元。石墨烯具有完美的二維晶體結(jié)構(gòu)，它的晶格是由六個碳原子圍成的六邊形，厚度為一個原子層。碳原子之間由s鍵連接，結(jié)合方式為SP2雜化，這些s鍵賦予了石墨烯極其優(yōu)異的力學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)剛性。石墨烯的硬度比最好的鋼鐵強100倍，甚至還要超過鉆石。石墨烯是已知的世上最薄、最堅硬的納米材料，它幾乎是完全透明的，只吸收2.3%的光，由于石墨烯實質(zhì)上是一種透明、良好的導(dǎo)體，也適合用來制造透明觸控屏幕、光板、甚至是太陽能電池，因此石墨烯成為當(dāng)前研究最熱的材料之一，制備石墨烯也成為大家關(guān)注的焦點之一。
[0005]直接碳燃料電池是根據(jù)燃料電池所使用的燃料來劃分的一種燃料電池，由于其可以用碳直接作為燃料而得名。直接燃料電池通過碳的電化學(xué)氧化過程將碳的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能，無需氣化過程，從而避免了污染性氣體的排放。這種技術(shù)的能量利用效率比目前的火力發(fā)電廠高兩倍，其燃料可包括煤、焦炭、焦油、氣體碳和生物碳等，是解決能源危機和化石類燃料環(huán)境污染最有效的技術(shù)之一。
[0006]目前煤的綜合利用裝置都普遍比較大型化而且設(shè)計復(fù)雜，相比這些造價昂貴、煤利用效率低的大型裝置，以粉煤分質(zhì)利用的小型裝置將粉煤進行熱解得到半焦、焦油和熱解氣，以熱解半焦作為直接碳燃料電池得到電能，以熱解尾氣制備石墨烯功能炭材料，利用焦油轉(zhuǎn)化為化學(xué)品從而實現(xiàn)粉煤分質(zhì)轉(zhuǎn)化的裝置還未見報道。
【實用新型內(nèi)容】
[0007]本實用新型所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種粉煤分質(zhì)轉(zhuǎn)化裝置。該裝置通過設(shè)置臥式管式爐和直接碳燃料電池，充分利用了直接碳燃料電池中粉煤熱解產(chǎn)生的固體、液體和氣體產(chǎn)物，其中熱解產(chǎn)生的固體可以用于直接碳燃料電池的發(fā)電，熱解產(chǎn)生的氣體含有各種豐富的烴類氣體，是生產(chǎn)石墨烯的良好的碳源，而熱解產(chǎn)生的液體則可以收集起來作進一步分質(zhì)利用，大大的提高了煤炭資源的利用效率，而且有效的減輕了煤的粗放利用對環(huán)境造成的污染，符合我國低碳能源發(fā)展思想。
[0008]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的技術(shù)方案是:一種粉煤分質(zhì)轉(zhuǎn)化裝置，其特征在于，包括臥式管式爐、石英管、氫氣儲罐、干燥器、直接碳燃料電池、氬氣儲罐、帶塞子的濃硫酸儲瓶和帶塞子的純凈水儲瓶，所述石英管設(shè)置于臥式管式爐內(nèi)且石英管的兩端均位于臥式管式爐外，所述石英管內(nèi)設(shè)置有用于盛裝基底的瓷舟，所述石英管的一端設(shè)置有進氣塞，石英管的另一端設(shè)置有排氣塞，所述排氣塞上安裝有石英管排氣管，所述石英管與干燥器通過穿過進氣塞的第一管路相連通，石英管與氫氣儲罐通過穿過進氣塞的第二管路相連通，所述干燥器與濃硫酸儲瓶通過第三管路相連通，所述第三管路伸入濃硫酸儲瓶的一端位于濃硫酸液面上方，所述濃硫酸儲瓶與純凈水儲瓶通過第四管路相連通，所述第四管路位于濃硫酸儲瓶內(nèi)的一端伸入濃硫酸液面以下，第四管路伸入純凈水儲瓶的一端位于純凈水液面上方;所述直接碳燃料電池與氬氣儲罐之間設(shè)置有燃料電池進氣管，直接碳燃料電池與純凈水儲瓶之間設(shè)置有燃料電池排氣管，燃料電池排氣管位于純凈水儲瓶內(nèi)的一端伸入純凈水液面以下。
[0009]上述的一種粉煤分質(zhì)轉(zhuǎn)化裝置，其特征在于，所述直接碳燃料電池包括剛玉管和電解質(zhì)片，所述剛玉管的上端設(shè)置有密封塞，所述電解質(zhì)片通過密封膠粘接于剛玉管的下端，電解質(zhì)片的上表面和下表面均設(shè)置有銀膏涂層，所述剛玉管的側(cè)面焊接有與電解質(zhì)片的上表面相接的正極銀線和與電解質(zhì)片的下表面相接的負(fù)極銀線。
[0010]上述的一種粉煤分質(zhì)轉(zhuǎn)化裝置，其特征在于，所述密封塞、剛玉管和電解質(zhì)片之間形成陽極室。
[0011]上述的一種粉煤分質(zhì)轉(zhuǎn)化裝置，其特征在于，所述燃料電池進氣管的一端穿過密封塞設(shè)置于剛玉管內(nèi)，燃料電池進氣管的另一端與氬氣儲罐的出氣口相連接，所述燃料電池排氣管的一端穿過密封塞設(shè)置于剛玉管內(nèi)。
[0012]上述的一種粉煤分質(zhì)轉(zhuǎn)化裝置，其特征在于，所述臥式管式爐下方設(shè)置有用于支撐臥式管式爐的底座。
[0013]上述的一種粉煤分質(zhì)轉(zhuǎn)化裝置，其特征在于，所述第二管路上設(shè)置有閥門。
[0014]上述的一種粉煤分質(zhì)轉(zhuǎn)化裝置，其特征在于，所述第二管路上設(shè)置有氫氣流量計。
[0015]上述的一種粉煤分質(zhì)轉(zhuǎn)化裝置，其特征在于，所述第三管路上設(shè)置有氣體流量計。
[0016]上述的一種粉煤分質(zhì)轉(zhuǎn)化裝置，其特征在于，所述燃料電池進氣管上設(shè)置有氬氣流量計。
[0017]上述的一種粉煤分質(zhì)轉(zhuǎn)化裝置，其特征在于，所述基底為銅箔或鎳箔。
[0018]本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點:
[0019]1、本實用新型裝置尚屬首次，原創(chuàng)性強，實現(xiàn)方便，實用性強，使用效果好，便于推廣。
[0020]2、本實用新型通過設(shè)置臥式管式爐和直接碳燃料電池，充分利用了直接碳燃料電池中粉煤熱解產(chǎn)生的固體、液體和氣體產(chǎn)物，其中熱解產(chǎn)生的固體可以用于直接碳燃料電池的發(fā)電，熱解產(chǎn)生的氣體含有各種豐富的烴類氣體，是生產(chǎn)石墨烯的良好的碳源，而熱解產(chǎn)生的液體則可以收集起來作進一步分質(zhì)利用，大大的提高了煤炭資源的利用效率，而且有效的減輕了煤的粗放利用對環(huán)境造成的污染，符合我國低碳能源發(fā)展思想。
[0021]3、本實用新型在直接碳燃料電池和臥式管式爐之間設(shè)置干燥器、濃硫酸儲瓶和純凈水儲瓶，其中純凈水儲瓶用于吸收液體產(chǎn)物，濃硫酸儲瓶用于干燥氣體，干燥器用于再次干燥氣體，這樣簡單的設(shè)置安全高效，從而實現(xiàn)了將直接碳燃料電池和臥式管式爐連成一個整體，實現(xiàn)了粉煤的高效利用。
[0022]4、本實用新型的各器材均為普通常見器材，便于更新維護，大大降低了運行維護費用。
[0023]下面結(jié)合附圖和實施例，對本實用新型的技術(shù)方案作進一步的詳細(xì)說明。
【附圖說明】
[0024]圖1為本實用新型的粉煤分質(zhì)轉(zhuǎn)化裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖2為本實用新型的直接碳燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]附圖標(biāo)記說明:
[0027]丨一臥式管式爐；2—瓷舟；3—石英管；
[0028]4—進氣塞；4-1 一第一管路；4-2—第二管路；
[0029]5—燃料電池進氣管；6—干燥器；7—濃硫酸儲瓶；
[0030]8—純凈水儲瓶；9 一密封塞；10—燃料電池排氣管；
[0031]11一正極銀線；12—剛玉管；13—密封月父；
[0032]14 —閥門；15—粉煤；16—電解質(zhì)片；
[0033]17—氫氣儲罐；18—氫氣流量計；19 一負(fù)極銀線；
[0034]20—氬氣儲罐；21—排氣塞；22—石英管排氣管；
[0035]23—氣體流量計；24—底座；25—氬氣流量計；
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