[发明专利]尿素电解用于废水处理和煤液化供氢的系统及方法

权利要求书

1.一种尿素电解用于废水处理和煤液化供氢的系统，其特征在于：包括尿素补充系统、电解制氢系统、储氢系统和煤液化系统；所述尿素补充系统的尿素废水出口连接电解制氢系统的阳极补充液入口，电解制氢系统的阴极氢气出口连接储氢系统的氢气入口，储氢系统的氢气出口连接煤液化系统的氢气入口；

所述尿素补充系统包括过滤装置(A1)、废水储罐(A2)及相应流量调节阀和连接管道；尿素废水管道连接过滤装置(A1)的废水入口，过滤装置(A1)的废水出口连接废水储罐(A2)的废水入口，废水储罐(A2)的废水出口管道连接尿素补充系统的尿素废水出口；废水储罐(A2)的废水出口与电解制氢系统的阳极补充液入口间设有流量调节阀；

所述电解制氢系统(B)包括电解池(B1)、第一气水分离器(B2)、第二气水分离器(B3)以及碱液储槽、水箱、控制柜、循环泵辅助设备；电解制氢系统(B)的阳极补充液入口连接电解池(B1)的阳极入口，电解池(B1)的阳极产物出口连接第一气水分离器(B2)的入口，第一气水分离器(B2)的气体出口连接N₂收集装置；第一气水分离器(B2)的液体出口连接回用水收集装置；第一气水分离器(B2)的液体出口连接电解池(B1)的阳极入口；新鲜碱液经过碱液储槽补充到电解池(B1)的电解液入口，电解池(B1)的阳极区设有一个排污口，富含K₂CO₃的电解液从电解池(B1)的排污口排出；新鲜水经过水箱补充到电解池(B1)的阴极入口，电解池(B1)的阴极出口连接第二气水分离器(B3)的入口，第二气水分离器(B3)的液体出口连接水箱的入口，第二气水分离器(B3)的气体出口连接电解制氢系统(B)的阴极氢气出口；

所述储氢系统包括相连接的氢气压缩机和氢气存储装置；

所述煤液化系统(D)包括依次连接的煤浆制备装置、加氢反应装置、产物分离和收集装置。

2.权利要求1所述的一种尿素电解用于废水处理和煤液化供氢的系统进行废水处理和煤液化供氢的方法，其特征在于：通过尿素电解的方法同时实现废水中尿素的氧化降解和高纯氢气的生产，并将获得的高纯氢气用于煤液化系统，实现煤炭的清洁利用；

具体包括如下步骤：

步骤1：将高含尿素废水在尿素补充系统中进行过滤预处理；

步骤2：将过滤后的高含尿素废水与KOH一起配成电解液，在电解池(B1)中通电发生如下尿素电解反应：

阴极：

6H₂O+6e^-→3H₂+6OH^- E°＝-0.83V vs SHE

阳极：

CO(NH₂)₂+6OH^-→N₂+5H₂O+CO₂+6e^- E°＝-0.46V vs SHE

总反应：

CO(NH₂)₂+H₂O→N₂+3H₂+CO₂ E＝0.37V

在电解池(B1)的阴极通过连通的第二气水分离器(B3)获得高纯氢气；在电解池(B1)的阳极获得去除尿素的气水混合物，在第一气水分离器(B2)的液体出口获得电解处理后的水，在第一气水分离器(B2)的气体出口获得电解处理后的氮气；

步骤3：将步骤2获得的高纯氢气存储在储氢系统中；

步骤4：储氢系统出口的氢气与煤浆制备装置中制备的煤浆在加氢反应装置中进行加氢液化反应，产生石脑油、航油和柴油，再通过产物分离和收集装置分别将石脑油、航油和柴油分离和收集，进而利用。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤1中，高含尿素废水来源于人或牲畜尿液或工厂废水。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤2中，电解液为碱性电解液，包含质量浓度为20-30％的KOH以及质量浓度为1-10％的尿素，根据尿素质量浓度的需要调整尿素废水的加入量。