CN102517058A - 一种提高低阶煤微波热解速率的方法 - Google Patents

一种提高低阶煤微波热解速率的方法 Download PDF

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夏浩
马名杰
潘结南
刘松
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Abstract

一种提高低阶煤微波热解速率的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：将半焦作为微波吸收剂与低阶煤按照1/5、2/5或3/5的配比混合均匀后加入热解容器中，然后放入微波反应器中进行微波热解，加热终温为650℃-750℃，终温停留时间为20-40min，得固体产物；在热解过程中通入氮气作为保护气体；所述作为微波吸收剂的半焦是由低阶煤在热解终温为650℃-750℃的条件下所制备的固体产物构成。低阶煤微波热解后所得固体产物（半焦）可作为微波吸收剂循环利用，同样可以提高煤在微波场中的升温速率。本发明中作为微波吸收剂的半焦是热解过程的固体产物，因而不存在产物与微波吸收剂分离的问题。

Description

一种提高低阶煤微波热解速率的方法
技术领域
本发明属于煤炭热解技术领域，涉及一种提高低阶煤微波热解速率的方法，该方法可应用于低阶煤微波热解生产半焦、焦油以及热解煤气。
背景技术
在全球能源日趋紧张的形势下，低阶煤的经济价值及其相关加工技术日益被世界能源界所重视。在我国煤炭储量中，低阶煤占有较大比重，但其直接燃烧热效率较低，温室气体排放量大，易风化和自燃（如褐煤），并且单位能量的运输成本高，不利于长距离输送和贮存。因此，低阶煤提质利用已被煤炭企业提上日程。
低阶煤提质主要包括干燥脱水提质，成型提质、以及热解提质。经提质加工后的低阶煤，水分显著降低，发热量大幅度提高，既可防止自燃、便于运输和贮存，又有利于发电、化工等后续使用。
煤炭热解是指煤在惰性气氛中持续加热至较高温度时发生的一系列物理变化和化学反应，裂解为气态(干馏煤气)、液态(煤焦油)和固态(半焦)的复杂过程，是低阶煤提质的主要手段之一。目前我国低阶煤热解工艺研究总体处于研发应用阶段。比较典型的热解工艺，如北京煤化工研究分院开发的多段回转炉热解工艺、中国神华模块化固体热载体热解工艺以及北京煤化工研究分院的低阶煤内热式滚动床清洁热解提油工艺。加热方式采用常规加热，加热速率较慢，由于煤料受热不均匀，造成热解产物中半焦质量不稳定，焦油回收率低。
微波加热作为一种全新的加热方式，已经在煤炭加工转化过程中得到应用：煤的微波除湿干燥，微波脱硫，对煤可磨性的影响等方面，煤的微波热解目前也有报道。微波加热具有选择性加热物料，穿透性强，升温速率快，加热效率高，易于控制，安全卫生无污染等特点。
在微波场中，物质吸收微波的能力取决于物料本身的几个主要的固有特性：相对介电常数、介质损耗角正切tanδ（简称介质损耗）、比热容、含水量等。微波加热只针对那些对微波有响应的介电组分。不同种类的物质的介电常数ε′存在很大差别。而物质的微波加热依赖于它的介电常数ε′，它决定了该物质是否能在微波的作用下产生热量，当物质的ε′越大，越容易被微波加热。水的介电常数为78.54，所以水对微波能量的吸收能力很强。有些物质ε′很小，吸收微波能力较弱，因而需要很长的辐照时间才能引起热解，甚至辐照很长时间也不会发生热解。若要实现微波热解，需要添加吸收微波能力强的物质，这些物质称为微波吸收剂。煤的介电常数低（在4.7～5.3之间），加热过程取决于煤中矿物质和水分含量，并且微波加热具有选择性，并不是所有材料都能够吸收微波以达到热解所需温度，因而需要加入一定量的微波吸收剂，使物料能快速升温并发生热解，从而能够充分发挥微波热解煤的优越性。
微波吸收剂的种类很多，常见的微波吸收剂有碱基吸收剂、石墨吸收剂及金属氧化物。但是在煤的微波热解过程中选用这些物质作为吸收剂不但成本高，而且还增加了后续固体产物的分离成本，使得这类技术产业化困难。
发明内容
本发明的目的正是针对上述技术中所存在的不足之处而提供一种提高低阶煤微波热解速率的方法，该方法将半焦作为微波吸收剂，按一定比例与煤混合后，用微波进行热解，可以在极短的时间内达到煤中低温热解所需要的温度。由于作为微波吸收剂的半焦是热解过程的固体产物，因而不存在产物与微波吸收剂分离的问题。
本发明的目的可通过下述技术措施来实现：
本发明的提高低阶煤微波热解速率的方法包括以下步骤：将半焦作为微波吸收剂与低阶煤按照1/5、2/5或3/5的配比混合均匀后加入热解容器中，然后放入微波反应器中进行微波热解，加热终温为650℃-750℃，终温停留时间为20-40min，得固体产物；在热解过程中通入氮气作为保护气体；所述作为微波吸收剂的半焦是由低阶煤在热解终温为650℃-750℃的条件下所制备的固体产物构成。
所述的低阶煤微波热解所得固体产物可作为微波吸收剂循环利用，将其与煤按照1/5、2/5或3/5配比混合后进行微波热解实验，同样可以提高煤在微波场中的升温速率。
本发明中所述的低阶煤采用变质程度较低的煤，如褐煤、长焰煤等。
本发明方法可以有效加快低阶煤中低温热解过程，大幅缩短热解时间，提高处理效率，节约能耗，微波热解后的固体产物可以循环利用。本发明方法工艺简单、高效低成本，可推广性强。
具体实施方法
本发明以下将结合实施例作进一步描述：
实施例1
取由低阶煤在热解终温为750℃的条件下所制备的半焦3g与15g褐煤混合均匀后放入微波炉腔的石英反应器内，加热终温为750℃，终温停留时间为30min；在氮气气氛下煤达到微波热解终温750℃只需要一分钟多的时间。如果半焦与褐煤的配比为3/5时，热解时间缩短为30秒，进入终温焚烧阶段。微波热解所得固体产物也可以与煤按照比例混合后进行使用。
实施例2
将实施例1中低阶煤微波热解所得固体产物3g与15g褐煤混合均匀后放入微波炉腔的石英反应器内，加热终温为750℃，终温停留时间30min。在氮气气氛下煤达到微波热解终温750℃只需要一分半钟。如果微波热解固体产物与褐煤的配比为2/5时，热解时间缩短为45秒，进入终温焚烧阶段。所得固体产物也可以与煤按照比例混合后进行使用。
实施例3
取由低阶煤在热解终温为650℃的条件下所制备的半焦3g与15g长焰煤混合均匀后放入微波炉腔的石英反应器内，加热终温为650℃，终温停留时间为30min；在氮气气氛下煤达到微波热解终温650℃只需要两分钟的时间。如果半焦与长焰煤的配比为3/5时，热解时间缩短为一分钟，进入终温焚烧阶段。微波热解所得固体产物也可以与煤按照比例混合后进行使用。
实施例4
将实施例3中低阶煤微波热解所得固体产物3g与15g长焰煤混合均匀后放入微波炉腔的石英反应器内，加热终温为650℃，终温停留时间30min。在氮气气氛下煤达到微波热解终温650℃只需要两分二十秒的时间。如果微波热解固体产物与长焰煤的配比为2/5时，热解时间缩短为一分四十五秒，进入终温焚烧阶段。所得固体产物也可以与煤按照比例混合后进行使用。

Claims (2)

1.一种提高低阶煤微波热解速率的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：将半焦作为微波吸收剂与低阶煤按照1/5、2/5或3/5的配比混合均匀后加入热解容器中，然后放入微波反应器中进行微波热解，加热终温为650℃-750℃，终温停留时间为20-40min，得固体产物；在热解过程中通入氮气作为保护气体；所述作为微波吸收剂的半焦是由低阶煤在热解终温为650℃-750℃的条件下所制备的固体产物构成。
2.根据权利要求1所述的提高低阶煤微波热解速率的方法，其特征在于：所述的低阶煤采用变质程度较低的褐煤、长焰煤。
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