褐煤微波熱解利用的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種褐煤微波熱解利用的方法，包括步驟：1）將褐煤進(jìn)行粉碎，形成粉末原料，并送入干燥裝置進(jìn)行干燥，得到干燥粉末原料；2）以微波為熱源，將步驟1）的干燥粉末原料加熱至400～600℃，并保持20～60min，得到半焦產(chǎn)品和油氣混合物；3）將步驟2）得到的油氣混合物經(jīng)冷凝器分離出焦油和熱解氣體，該熱解氣體送入燃燒裝置進(jìn)行燃燒產(chǎn)生煙氣，并將該煙氣送入步驟1）的干燥裝置作為干燥介質(zhì)。本發(fā)明具有工藝簡單、加工效率高、流程短、易于操作、可提高褐煤的綜合利用效率等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】褐煤微波熱解利用的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種褐煤利用的方法，特別是涉及一種褐煤微波熱解利用的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]褐煤，又名柴煤，是煤化程度最低的礦產(chǎn)煤，是一種介于泥炭與浙青煤之間的棕黑色、無光澤的低級煤，其特征為高水、高氧、高揮發(fā)份、中灰、低固定碳與低發(fā)熱量等。褐煤化學(xué)反應(yīng)性強(qiáng)，在空氣中容易風(fēng)化，不易儲存和遠(yuǎn)運(yùn)。
[0003]我國1995年探明褐煤保有儲量1303億噸，占全球探明煤炭保有儲量的15%左右，預(yù)測到2015年新增探明量為2600億噸，規(guī)劃2020年全國生產(chǎn)褐煤原煤21.5億噸，幾乎全部分布在工業(yè)不發(fā)達(dá)地區(qū)，以內(nèi)蒙古、東北與云南地區(qū)最多。
[0004]目前全球能源日趨緊張的形勢下，褐煤的成本低廉及其相關(guān)加工生產(chǎn)技術(shù)又逐步被世界能源界所重視。褐煤主要用作發(fā)電廠的燃料，既可作化工原料、吸附劑、催化劑載體和凈化污水等，也可直接用作工業(yè)熱源、氣化、低溫干餾等的原料。但由于褐煤干燥后，易龜裂粉化、熱穩(wěn)定性差、燃點(diǎn)低、反應(yīng)活性強(qiáng)、易氧化自燃等特定性質(zhì)，使得其加工應(yīng)用受到一定的局限性。
[0005]褐煤的提質(zhì)加工技術(shù)主要包括德國的Lurg1-Ruhrgas熱解工藝、前蘇聯(lián)的褐煤固體熱載體熱解(ETCH1-175)工藝、美國的溫和氣化(Encoal)技術(shù)、日本的煤炭快速熱解技術(shù)、大連理工大學(xué)研發(fā) 的褐煤固體熱載體干餾多聯(lián)產(chǎn)(DG)工藝以及北京煤化工分院研發(fā)的多段回轉(zhuǎn)爐熱解工藝等。由于褐煤粘結(jié)性差，熱解時(shí)不產(chǎn)生膠質(zhì)體，普通熱解裝置均采用內(nèi)熱式。目前主要采用的是同爐煤氣與空氣作為熱源或采用熱解半焦作為熱源的熱解爐型。其中，前者由于空氣中含有大量的氮?dú)?，出爐煤氣中氮含量較高，導(dǎo)致煤氣量大、熱值低，后續(xù)難以綜合利用，造成資源的極大浪費(fèi)；后者采用固體熱載體加熱方式，其系統(tǒng)本身傳熱傳質(zhì)過程比較復(fù)雜，過程控制比較困難。傳統(tǒng)熱解采用電熱或高溫介質(zhì)加熱方式，熱量從物料表面?zhèn)魅雰?nèi)部，氣相產(chǎn)物則從內(nèi)向外擴(kuò)散，其傳熱傳質(zhì)方向相反，易引起產(chǎn)物的二次裂解，而且加熱速率小，均勻性差，焦油回收率低，不能獲得具有較好利用價(jià)值的熱解爐氣。為克服以上缺點(diǎn)，研究人員提出了流化床、等離子體等快速熱解方法，但又存在物料需要破碎、耗電量大等缺點(diǎn)，且其根本的傳熱傳質(zhì)方式并沒有改變。
[0006]微波加熱是一種新的加熱方式，具有加熱速度快、熱量損失小、操作方便等特點(diǎn)，而碳是一種良好的微波吸收劑，能夠被選擇性加熱，且碳層表面在微波照射下能夠生成穩(wěn)定微波等離子體區(qū)，形成局部熱點(diǎn)，從而強(qiáng)化整體反應(yīng)的加熱過程。與傳統(tǒng)熱解相比，微波熱解具有獨(dú)特的傳熱傳質(zhì)規(guī)律和更好的加熱均勻性，能更容易地調(diào)控溫度與熱解過程。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種褐煤微波熱解利用的方法。本發(fā)明通過對褐煤進(jìn)行微波熱解，能解決現(xiàn)有技術(shù)存在的溫度高、能耗大、利用率低等缺點(diǎn)，而且具有工藝簡單、加工效率高、流程短、易于操作、可提高褐煤的綜合利用效率等優(yōu)點(diǎn)。[0008]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的褐煤微波熱解利用的方法，包括步驟:
[0009]1)將褐煤進(jìn)行粉碎，形成粉末原料，并送入干燥裝置進(jìn)行干燥，得到干燥粉末原料；
[0010]2)以微波為熱源，將步驟I)的干燥粉末原料加熱至400~600°C，并保持一定的停留時(shí)間，如保持20~60min，使原料完全熱解，得到半焦產(chǎn)品和油氣混合物；
[0011]3)將步驟2)得到的油氣混合物經(jīng)冷凝器分離出焦油和熱解氣體(即油氣混合物是由焦油和熱解氣體所構(gòu)成的)，該熱解氣體送入燃燒裝置進(jìn)行燃燒產(chǎn)生煙氣，并將該煙氣送入步驟I)的干燥裝置作為干燥介質(zhì)，即將熱解氣體回用于燃燒供熱。
[0012]所述步驟I)中，褐煤的含水量為20~60%(重量百分比);粉末原料的粒徑為0.5~2mm ;干燥的溫度為120~200°C ;干燥粉末原料的含水量為I~10% (重量百分比)。
[0013]所述步驟2)中，半焦產(chǎn)品和油氣混合物都是高碳含量(>80%)的半焦產(chǎn)品和油氣混合物。
[0014]所述步驟3)中，熱解氣體冷凝后的溫度控制在80°C以下；煙氣的溫度控制在120~200°C (即干燥裝置所使用的來自燃燒裝置的煙氣溫度為120~200°C)。
[0015]本發(fā)明中，半焦產(chǎn)品是高碳含量的煤質(zhì)混合物，焦油是酚與烴的混合物。
[0016]本發(fā)明是一種清潔、高效的褐煤利用方法，其具體的有益效果如下:
[0017]I)微波熱解能夠大大提高熱解速率，縮短反應(yīng)時(shí)間，提高設(shè)備效率。
[0018]2)微波等離子區(qū)的存在能夠降低熱解反應(yīng)溫度，氣體產(chǎn)物CO2在微波輻照下能夠在較低溫度下發(fā)生重整反應(yīng)，提高了 H2與CO等含量，增加了氣體熱值。
[0019]3)燃燒熱解氣體為褐煤干燥補(bǔ)充供熱，實(shí)現(xiàn)能量部分自給，同時(shí)水的干燥回收減少了熱解后廢水的排放。
[0020]4)本發(fā)明工藝簡單便捷、流程短易于操作、生產(chǎn)周期較短、環(huán)境友好、系統(tǒng)安全可
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【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明:
[0022]圖1是本發(fā)明的方法所采用的裝置示意圖。其中，I為粉碎器，2為干燥器，3為微波反應(yīng)器，4為半焦收集器，5為冷凝器，6為焦油收集器，7為燃燒裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0023]以下實(shí)施例中的操作過程如下:
[0024]褐煤原料由料倉輸送至粉碎器I中被粉碎為粒徑0.5~2_的顆粒，再輸送至干燥器2，在電加熱及由以下所產(chǎn)生的120~200°C煙氣加熱下干燥至水分含量為I~10%。干燥后的褐煤顆粒被送入微波反應(yīng)器3內(nèi)，微波加熱至所需熱解溫度，進(jìn)行熱解，得到半焦產(chǎn)品和油氣混合物。
[0025]其中，半焦產(chǎn)品進(jìn)入半焦收集器4 ;油氣混合物經(jīng)冷凝器5冷凝，分離出焦油產(chǎn)品和熱解氣體(可燃性熱解氣體)。焦油產(chǎn)品進(jìn)入焦油收集器6。熱解氣體冷凝后的溫度控制在800C以下，并將熱解氣體送入燃燒裝置7進(jìn)行燃燒產(chǎn)生煙氣，控制煙氣溫度為120~200°C，煙氣進(jìn)入干燥器2與褐煤接觸并帶走水分。計(jì)算熱解后的半焦及焦油收率，并測定熱解氣體組成。
[0026]現(xiàn)以具體的實(shí)施例來說明褐煤微波熱解利用的方法。
[0027]實(shí)施例1
[0028]將含水量為20% (重量百分比)的褐煤粉碎成0.5mm的粉末后，輸送至干燥器2，干燥至水分含量為5% (重量百分比)，以微波為熱源，將褐煤加熱至600°C，保持20min后，冷卻得到半焦產(chǎn)品和油氣混合物。該油氣混合物經(jīng)冷凝器5冷凝，分離出焦油產(chǎn)品和熱解氣體。用氣相色譜檢測該熱解氣體組成(島津2014C，T⑶檢測器，Ar為載氣，TDX-1填充柱，柱箱溫度為100°C)。
[0029]褐煤熱解后的結(jié)果見表1。
[0030]實(shí)施例2
[0031]將含水量為30%的褐煤粉碎成1.5mm的粉末后，輸送至干燥器2，干燥至水分含量為1%，以微波為熱源，將褐煤加熱至500°C，保持30min后，冷卻得到半焦產(chǎn)品和油氣混合物。該油氣混合物經(jīng)冷凝器5冷凝，分離出焦油產(chǎn)品和熱解氣體。用氣相色譜檢測該熱解氣體組成(島津2014C，T⑶檢測器，Ar為載氣，TDX-1填充柱，柱箱溫度為100°C)。
[0032]褐煤熱解后的結(jié)果見表1。
[0033]實(shí)施例3
[0034]將含水量為40%的褐煤粉碎成2.0mm的粉末后輸送至干燥器2，干燥至水分含量為10%,以微波為熱源，將褐煤加熱至400°C，保持60min后，冷卻得到半焦產(chǎn)品和油氣混合物。該油氣混合物經(jīng)冷凝器5冷凝，分離出焦油產(chǎn)品和熱解氣體。用氣相色譜檢測該熱解氣體組成(島津2014C，T⑶檢測器，Ar為載氣，TDX-1填充柱，柱箱溫度為100°C)。
[0035]褐煤熱解后的結(jié)果見表1。
[0036]實(shí)施例4
[0037]將含水量為40%的褐煤粉碎成1.0mm的粉末后輸送至干燥器2，干燥至水分含量為6%，以微波為熱源，將褐煤加熱至450°C，保持50min后，冷卻得到半焦產(chǎn)品和油氣混合物。該油氣混合物經(jīng)冷凝器5冷凝，分離出焦油產(chǎn)品和熱解氣體。用氣相色譜檢測該熱解氣體組成(島津2014C，T⑶檢測器，Ar為載氣，TDX-1填充柱，柱箱溫度為100°C)。
[0038]褐煤熱解后的結(jié)果見表1。
[0039]實(shí)施例5
[0040]將含水量為50%的褐煤粉碎成1.5mm的粉末后輸送至干燥器,干燥至水分含量為5%，以微波為熱源，將褐煤加熱至550°C，保持35min后，冷卻得到半焦產(chǎn)品和油氣混合物。該油氣混合物經(jīng)冷凝器5冷凝，分離出焦油產(chǎn)品和熱解氣體。用氣相色譜檢測該熱解氣體組成(島津2014C，T⑶檢測器，Ar為載氣，TDX-1填充柱，柱箱溫度為100°C)。
[0041]褐煤熱解后的結(jié)果見表1。
[0042]實(shí)施例6
[0043]將含水量為 60%的褐煤粉碎成1.0mm的粉末后輸送至干燥器，干燥至水分含量為10%，以微波為熱源，將褐煤加熱至500°C，保持40min后，冷卻得到半焦產(chǎn)品和油氣混合物。該油氣混合物經(jīng)冷凝器5冷凝，分離出焦油產(chǎn)品和熱解氣體。用氣相色譜檢測該熱解氣體組成(島津2014C，T⑶檢測器，Ar為載氣，TDX-1填充柱，柱箱溫度為100°C)。
[0044]褐煤熱解后的結(jié)果見表1。[0045]表1實(shí)施例的熱解反應(yīng)結(jié)果
[0046]
【權(quán)利要求】
1.一種褐煤微波熱解利用的方法，其特征在于，包括步驟: 1)將褐煤進(jìn)行粉碎，形成粉末原料，并送入干燥裝置進(jìn)行干燥，得到干燥粉末原料； 2)以微波為熱源，將步驟I)的干燥粉末原料加熱至400~600°C，并保持20~60min，得到半焦產(chǎn)品和油氣混合物； 3)將步驟2)得到的油氣混合物經(jīng)冷凝器分離出焦油和熱解氣體，該熱解氣體送入燃燒裝置進(jìn)行燃燒產(chǎn)生煙氣，并將該煙氣送入步驟I)的干燥裝置作為干燥介質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟I)中，褐煤的含水量為20~60%。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟I)中，粉末原料的粒徑為0.5~2mm .
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟I)中，干燥的溫度為120~200°C。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟I)中，干燥粉末原料的含水量為1 ~10%。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟3)中，熱解氣體冷凝后的溫度控制在80°C以下。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟3)中，煙氣的溫度控制在120~200°C。
【文檔編號】C10B57/10GK103788975SQ201410028331
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月22日
【發(fā)明者】孫予罕, 羅虎, 孔令照, 唐志永, 苗改, 尉慰奇, 李晉平, 肖亞寧, 劉斌 申請人:中國科學(xué)院上海高等研究院, 山西潞安環(huán)保能源開發(fā)股份有限公司