CN105062527A - 一种微波粉煤裂解干馏炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微波粉煤裂解干馏炉，包括上料提升机与限位密封储煤仓及限位密封给煤仓、预热干燥段炉体(2)、陶瓷翻板机(3)、升温段炉体(4)、裂解干馏段炉体(5)、冷却段炉体(6)、出料段炉体(7)、煤气上升通道(8)、耐火保温系统(9)、微波系统(10)、微波裂缝天线(11)、机架平台(12)、半焦冷却系统及煤气水封(13)、半焦收集系统(14)、荒煤气收集口(15)，炉体各部件对接处设有抑制微波及防爆装置。本发明基于微波加热基理与非热催化效应作用于粉煤的裂解干馏，所以较现行主导的气体热载体干馏工艺适应原料煤规格广、裂解速度快、产出效率高、产品品质好、无环境污染等方面均有明显优势。

Description

一种微波粉煤裂解干馏炉

技术领域

本发明涉及一种干馏炉，特别是涉及一种微波粉煤裂解干馏炉。

背景技术

(1)项目符合国家经济发展总体战略，促进区域经济的快速发展我国国民经济和社会发展十一五规划指出，支持西部地区“资源优势转化为产业优势，大力发展特色产业、加强清洁能源、优势矿产资源开发及加工”。本项目以当地丰富的煤炭资源为基础，生产优质的半焦(可作为冶金喷吹料及电厂喷吹煤)、优质的轻质组分煤焦油(可加氢制取柴、汽油)、高热值组分煤气(其大部分组分为氢及甲烷可提氢制油后甲烷化合成LNG)，实现了煤炭资源的清洁高效转化利用，项目的建设符合国家产业发展方向，具有优化我国能源结构，缓解清洁能源供应短缺的作用，更有利于推动地区经济发展。

(2)项目符合国家产业政策,国家鼓励通过煤炭的清洁利用发展能源和化工产业，国家“十一五”规划纲要中明确指出“加强煤炭清洁生产和利用”，“发展煤化工，促进煤炭深度加工转化”。另外国家利用外资政策也明确表示鼓励“大型煤化工产品生产”。

二〇〇六年七月七日，国家发展和改革委员会以发改工业[2006]1350号文件下发了“国家发展改革委关于加强煤化工项目建设管理促进产业健康发展的通知”。通知中确定的“十一五”煤化工产业发展方向是“在有条件的地区适当加快以石油替代产品为重点的煤化工产业的发展”，还强调以民用燃料和油品市场为导向，支持有条件的地区，建设大型煤化工项目。

本项目的建设可以起到推动我国替代能源产业发展和技术升级的目的。

(3)我国能源赋存结构的特点是煤多油少，从国家能源战略安全考虑，需要推进能源结构多元化，除了进一步通过多途径扩大国内外石油资源供给外，更应该充分利用我国的煤炭资源优势，大力发展煤基能源化工产业，缓解石油需求的压力，这对于促进国家能源战略结构调整，缓解石油资源短缺，保障我国能源运行的安全有着十分重大的意义。因此，保障能源安全具有重要意义。

(4)实现了清洁能源生产的新途径，使煤炭资源得到高效、清洁利用。本项目采用的利用粉煤进行低温干馏制油技术是煤化工领域的又一个重要突破，该技术根据煤质特点，利用现行主导气体热载体干馏工艺无法利用的粉煤干馏出国内短缺的石油制品，实现了煤炭的合理利用，提高了煤炭转化的附加值，实现了煤炭的清洁化，具有能源利用率高，循环经济特色鲜明的特点，符合国内外煤炭加工利用的发展方向。

(5)能量效率高，水耗低，是煤炭生产能源产品的最优方式。经计算，本项目综合能量效率达80％，大大高于其他煤制能源产品，充分体现了循环经济的特色，是依据煤炭的特点进行加工转化的最有效利用方式。目前国内将煤炭转化为能源产品的方式有发电，煤制油、甲醇、二甲醚等。不同利用方式的能量效率由低到高为间接煤制油(35％)<二甲醚(38％)<纯发电(38％)<甲醇(44％)<煤制天然气(55％)。

由于目前煤制油项目成本过高的原因还难以实施，以粉煤转化为半焦、焦油、煤气、后续煤气提氢进行煤焦油加氢制取燃油及精细化工产品、提氢后的煤气甲烷化合成天然气使企业效益最大化，也是一条煤转化的途径。微波能被誉为“人类第二团火焰”，微波能应用技术在世界发达国家已被定义为“二十一世纪新一代技术”、“新材料先进制备技术”、“未来太空加热技术”。基于微波加热机理与常规裂解机理不同，它是由极化粒子运动和受迫震荡导致的材料内耗及分子集聚耦合生热，材料本体直接作为发热体，微波裂解炉，裂解温度低、速度快、生产效率高，产品受热均匀，产品品质好，能量利用率高，较常规的固体热载体及气体热载体等裂解工艺相比从节能、产品品质好、产出率高等均有明显优势，因此微波粉煤裂解干馏工艺替代现行主导干馏工艺是时代发展的必然。

另外，微波连续、快速、低温粉煤裂解干馏工艺还可以应用于其它固体物料的裂解干馏，如油页岩干馏、垃圾处理等，有利于环境保护。因此，该工艺的适用范围十分广泛。

微波连续、快速、低温粉煤裂解干馏工业化开发的最终目的是在靠近低变质煤种矿区，与气化、燃烧、发电等配合，实现煤的综合利用，以形成大规模煤炭能源一体化工业。单套系统的年处理量可以达到100万吨。该系统可以分别处理不同的粒度的煤种。产品可直接应用于冶金、化工、碳素、发电等生产为主，形成规模化、集约化、循环发展的煤化工产业园区，形成煤→半焦→发电、高炉喷吹，煤→半焦→电石，煤→半焦→合成气→油或醇类燃料，煤→煤气→发电、天然气、甲醇或合成氨，煤→半焦→铁合金、煤→煤焦油→清洁燃料油等成熟的产业链。以低温干馏工艺为核心，结合化工、冶金、发电等工艺，可有效回收煤中含有的战略物资，最大程度的发掘低变质煤炭资源中蕴含的经济、环境及社会效益，是国家能源安全的重要保障。以年燃烧低变质煤100万吨的火电企业为例，如果采用不经过提质加工而直接燃烧的方式，每年将少回收5万吨以上具有极高市场价的值的焦油及数量相当可观的煤气，是对国家战略资源极大的浪费。

低温干馏工艺能以最简捷的途径与现行化工、冶金、电力等工艺实现可靠的衔接，不必对现行工艺进行大规模改造，投资节省、效益显著，是对该领域的扩展、优化和延伸。例如采用低温干馏-热电的联产模式，原料煤经低温干馏后产生的半焦可供发电，煤气也可用于发电或供工业与居民用气，焦油可深加工为高品质燃料油及精细化工产品，可实现电力、化工、市政的有机结合。

考虑目前我国电力紧缺，电网负荷波动，应用微波连续、快速、低温粉煤裂解干馏工艺与热电企业进行联产，利用多联产技术，可以有效的利用电厂资源，高峰负荷时多发电少生产其他产品，低谷时少发电多生产其他产品，这样就可大幅提高经济效益。

根据我国煤炭行业非焦煤储量丰富的特点，针对这些低变质煤种综合考虑我国国情和经济技术的发展现状，低温干馏仍是对其进行综合利用最合理、高效的手段。采用微波连续、快速、低温粉煤裂解干馏-热电联产工艺后，热电厂的销售收入可提高40％以上。

综上所述，微波连续、快速、低温粉煤裂解干馏工艺是目前解决我国低变质煤综合利用行业困境的最佳手段。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能连续生产、裂解快速、低温干馏的微波粉煤裂解干馏炉。

为了解决上述技术问题，本发明提供的微波粉煤裂解干馏炉，包括机架平台，所述的机架平台上设有上料提升机、限位密封储煤仓、限位密封给煤仓、预热干燥段炉体、升温段炉体、裂解段炉体、冷却段炉体、出料段炉体和微波系统，所述的上料提升机的出口端与所述的限位密封储煤仓进口端对接，所述的限位密封储煤仓的出口端与所述的限位密封给煤仓的进口端对接，所述的限位密封给煤仓的出口端与所述的预热干燥段炉体的进口端对接，所述的预热干燥段炉体的出口端与所述的升温段炉体的进口端对接且所述的预热干燥段炉体与所述的升温段炉体之间设有陶瓷翻板机；所述的升温段炉体的出口端与所述的裂解段炉体的进口端对接且所述的升温段炉体与所述的裂解段炉体之间设有所述的陶瓷翻板机，所述的裂解段炉体的出口端与所述的冷却段炉体的进口端对接且所述的裂解段炉体与冷却段炉体之间设有陶瓷翻板机，所述的煤气上升通道与所述的升温段炉体和所述的裂解段炉体对接；所述的冷却段炉体的出口端与所述的出料段炉体的进口端相连接，所述的冷却段炉体内设有冷却循环水管；所述的出料段炉体的出口端与半焦收集系统连接，所述的半焦收集系统设置在半焦冷却系统及煤气水封内；所述的预热干燥段炉体连接有荒煤气收集口；所述的预热干燥段炉体、升温段炉体和裂解段炉体内均设有与所述的微波系统连接的微波裂缝天线，所述的预热干燥段炉体、升温段炉体和裂解段炉体的外围设有耐火保温系统；各部件对接处均设有抑制微波及防爆装置。

所述的陶瓷翻板机的与炉体联接的联接轴装有石墨套。

所述的微波裂缝天线的密闭盲板处设计有吹扫气帘并设有压力变送器。

所述的微波裂缝天线与炉体之间采用双重密封，靠近所述的微波裂缝天线的一段端装有高纯陶瓷盲板进行密封，靠近所述的微波系统的一端采用聚四氟乙稀盲板进行密封。

多层所述的微波裂缝天线的层与层之间的布置成正交分布。

每个所述的微波裂缝天线上方装有导料板。

所述的升温段炉体为2层，每层之间以所述的陶瓷翻板机相隔，每层中间设有所述的微波裂缝天线。

所述的裂解段炉体为4段，每段之间以所述的陶瓷翻板机相隔，每段中间设有所述的微波裂缝天线，炉体外部设有煤气通道检修口、防爆口及外保温材料。

所述的煤气上升通道设在所述的耐火保温系统中。

所述的微波系统采用频率为915MHz的大功率磁控管。

采用上述技术方案的微波粉煤裂解干馏炉，物料从输送带进入上料提升机进入限位密封储煤仓及限位密封给煤仓。预热干燥段炉体与升温段炉体相连接，内设有陶瓷翻板机。升温段炉体与裂解段炉体相连接，内设有陶瓷翻板机及煤气上升通道。裂解段炉体与冷却段炉体相连接，内设有陶瓷翻板机及煤升气上通道。冷却段炉体与出料段炉体相连接，内设有冷却循环水。当物料裂解完成后通过出料段炉体进入半焦收集系统。煤气上升通道设在耐火保温系统中。耐火保温系统采用特制保温材料及耐火材料。微波系统采用频率为915MHz的大功率磁控管。微波裂缝天线采用特殊耐氧化石墨材料制作。

采用陶瓷翻板机保证微波的有效穿透同时不影响微波的均匀性，陶瓷翻板机与炉体联接轴装有石墨套，防止微波泄漏。微波裂缝天线与煤层的距离不低于200mm,既保证微波发散有效穿透，同时也形成了裂解气通道。

微波裂缝天线采用耐氧化石墨材料制作而成，避免采用金属材料制作因热变形后引起驻波比增大，造成微波馈能效率降低与反射功率加大，影响磁控管的使用寿命并且能效降低。采用裂缝天线馈能微波辐照面积大，微波均匀，反射功率小，对磁控管损坏小，同时对微波腔体的设计简易，不易产生微波偶合集聚而造成热失控现象。微波裂缝天线的密闭盲板处设计有吹扫气帘，通入裂解后的清洁气体，并设计有压力变送器，保持裂缝天线压力大于炉内压力，防止煤焦油凝结在盲板处，亦起到冷却裂缝天线的作用。微波源与连接炉体内的微波裂缝天线之间的密封采用双重密封，靠近微波裂缝天线的一段端装有高纯陶瓷盲板进行密封，靠近微波源的一端采用聚四氟乙稀盲板进行密封。微波裂缝天线的层与层之间的布置成正交分布，保证物料在下料过程中能够充分混合并能起到均匀布料的效果使得物料充分裂解。微波裂缝天线上方装有导料板防止物料下落时破坏裂缝天线。

冷却段炉体中间布有多层冷却水管，水管横跨炉体两端设置特制密封套，水管材质为耐热不锈钢，加热过的水通过冷却塔冷却循环使用。

煤气上升通道为特制的耐火材料，在有物料的各层炉墙内对立方向均设有通道，使得裂解出的煤气能够顺利上升导出的同时来自下层的高温裂解气经过此通道可对上部预热干燥段及升温段的入炉煤进行加热及干燥，干燥出的水蒸气随着荒煤气通过煤气上升通道一并进入荒煤气收集口，将热能有效利用。

综上所述，本发明利用了微波的整体均匀加热特性，原料煤规格适应性广、裂解速度快、生产效率高，产出效率高，产品品质好，无环境污染，解决了现行主导气体热载体干馏工艺无法对粉煤进行裂解干馏的技术空白，较现行主导气体热载体干馏工艺无论从节能、产能、产出效率及产品品质等方面均有明显优势。

附图说明

图1是本发明的主视图。

图2是本发明的左视图。

图3是本发明的截面图。

图4是本发明的煤气上升通道示意图。

图5是本发明的陶瓷翻板机侧面示意图。

图6是本发明的陶瓷翻板机示意图。

图7是本发明的微波裂缝天线示意图。

图8是本发明的裂解段炉体示意图。

图9是本发明的冷却段炉体示意图。

图10是本发明的石墨套示意图。

图11是本发明的吹扫气帘示意图。

图12是本发明的压力变送器示意图。

图13是本发明的陶瓷盲板示意图。

图14是本发明的四氟盲板示意图。

图15是本发明的导料板示意图。

图16是本发明的检修口示意图。

图17是本发明的防爆口示意图。

图18是本发明的外保温材料示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步详细说明。

参见图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图12、图13、图14、图15、图16、图17和图18，机架平台12上设有上料提升机1、限位密封储煤仓101、限位密封给煤仓102、预热干燥段炉体2、升温段炉体4、裂解段炉体5、冷却段炉体6、出料段炉体7和微波系统10，上料提升机1的出口端与限位密封储煤仓101进口端对接，限位密封储煤仓101的出口端与限位密封给煤仓102的进口端对接，限位密封给煤仓102的出口端与预热干燥段炉体2的进口端对接，预热干燥段炉体2的出口端与升温段炉体4的进口端对接且预热干燥段炉体2与升温段炉体4之间设有陶瓷翻板机3；升温段炉体4的出口端与裂解段炉体5的进口端对接且升温段炉体4与裂解段炉体5之间设有陶瓷翻板机3，裂解段炉体5的出口端与冷却段炉体6的进口端对接且裂解段炉体5与冷却段炉体6之间设有陶瓷翻板机3，煤气上升通道8与升温段炉体4和裂解段炉体5对接；冷却段炉体6的出口端与出料段炉体7的进口端相连接，冷却段炉体6内设有冷却循环管61；出料段炉体7的出口端与半焦收集系统14连接，半焦收集系统14设置在半焦冷却系统及煤气水封13内；预热干燥段炉体2连接有荒煤气收集口15；预热干燥段炉体2、升温段炉体4和裂解段炉体5内均设有与微波系统10连接的微波裂缝天线11，预热干燥段炉体2、升温段炉体4和裂解段炉体5的外围设有耐火保温系统9；各部件对接处均设有抑制微波及防爆装置。

参见图1和图2，物料从输送带进入上料提升机1进入限位密封储煤仓101及限位密封给煤仓102。预热干燥段炉体2与升温段炉体4相连接，内设有陶瓷翻板机3。升温段炉体4与裂解段炉体5相连接，内设有陶瓷翻板机3及煤气上升通道8。裂解段炉体5与冷却段炉体6相连接，内设有陶瓷翻板机3及煤气上升通道8。冷却段炉体6与出料段炉体7相连接，内设有冷却循环水61。出料段炉体7与半焦收集系统14相连接，当物料裂解完成后通过出料段炉体进入半焦收集系统14。煤气上升通道8设在耐火保温系统9中。耐火保温系统9采用特制保温材料及耐火材料。微波系统10采用频率为915MHz的大功率磁控管。微波裂缝天线11采用特殊耐氧化石墨材料制作。

采用陶瓷翻板机3保证微波的有效穿透同时不影响微波的均匀性，陶瓷翻板机3与炉体联接轴装有石墨套16，防止微波泄漏。微波裂缝天线11与煤层的距离不低于200mm,既保证微波发散有效穿透，同时也形成了裂解气通道，来自下层的高温裂解气经过此通道可对上部预热段及烘干段的入炉煤进行加热，将热能有效利用。

微波裂缝天线11采用耐氧化石墨材料制作而成，避免采用金属材料制作因热变形后引起驻波比增大，造成微波馈能效率降低与反射功率加大，影响磁控管的使用寿命并且能效降低。采用裂缝天线馈能微波辐照面积大，微波均匀，反射功率小，对磁控管损坏小，同时对微波腔体的设计简易，不易产生微波偶合集聚而造成热失控现象。微波裂缝天线11的密闭盲板处设计有吹扫气帘17，通入裂解后的清洁气体，并设计有压力变送器18，保持裂缝天线压力大于炉体压力，防止煤焦油凝结在盲板处，亦起到冷却裂缝天线的作用。微波源与连接炉体内的微波裂缝天线11之间的密封采用双重密封，靠近微波裂缝天线11的一段端装有高纯陶瓷盲板19进行密封，靠近微波源的一端采用聚四氟乙稀盲板20进行密封。微波裂缝天线11的层与层之间的布置成正交分布，保证物料在下料过程中能够充分混合并能起到均匀布料的效果使得物料充分裂解。微波裂缝天线11上方装有导料板21防止破坏裂缝天线。

升温段炉体4为2层，每层之间以陶瓷翻板机3相隔，每层中间设有微波裂缝天线(11)。

裂解段炉体5为4段，每段之间以陶瓷翻板机3相隔，每段中间设有微波裂缝天线11，炉体外部设有煤气通道检修口22、防爆口23及外保温材料24。

冷却段炉体6中间布有多层冷却循环管61，冷却循环管61横跨炉体两端设置密封套，冷却循环管61材质为耐热不锈钢，加热过的水通过冷却塔冷却循环使用。

煤气上升通道8为耐火材料，在有物料的各层炉墙内对立方向均设有通道，使得裂解出的煤气能够顺利上升导出。

微波系统10采用频率为915MHz的大功率磁控管。微波系统10与微波波导管相连接，微波波导管与微波裂缝天线11相连接。

本发明裂解速度快、温度低、生产效率高、较常现行主导裂解干馏炉节能优势明显。以上发明仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域技术人员根据本发明所揭示内容所做的等效修饰或变化，皆纳入权利要求书中所记载的保护范围内。

Claims (10)

1.一种微波粉煤裂解干馏炉，包括机架平台(12)，其特征是：所述的机架平台(12)上设有上料提升机(1)、限位密封储煤仓(101)、限位密封给煤仓(102)、预热干燥段炉体(2)、升温段炉体(4)、裂解段炉体(5)、冷却段炉体(6)、出料段炉体(7)和微波系统(10)，所述的上料提升机(1)的出口端与所述的限位密封储煤仓(101)进口端对接，所述的限位密封储煤仓(101)的出口端与所述的限位密封给煤仓(102)的进口端对接，所述的限位密封给煤仓(102)的出口端与所述的预热干燥段炉体(2)的进口端对接，所述的预热干燥段炉体(2)的出口端与所述的升温段炉体(4)的进口端对接且所述的预热干燥段炉体(2)与所述的升温段炉体(4)之间设有陶瓷翻板机(3)；所述的升温段炉体(4)的出口端与所述的裂解段炉体(5)的进口端对接且所述的升温段炉体(4)与所述的裂解段炉体(5)之间设有所述的陶瓷翻板机(3)，所述的裂解段炉体(5)的出口端与所述的冷却段炉体(6)的进口端对接且所述的裂解段炉体(5)与冷却段炉体(6)之间设有陶瓷翻板机(3)，所述的煤气上升通道(8)与所述的升温段炉体(4)和所述的裂解段炉体(5)对接；所述的冷却段炉体(6)的出口端与所述的出料段炉体(7)的进口端相连接，所述的冷却段炉体(6)内设有冷却循环水管(61)；所述的出料段炉体(7)的出口端与半焦收集系统(14)连接，所述的半焦收集系统(14)设置在半焦冷却系统及煤气水封(13)内；所述的预热干燥段炉体(2)连接有荒煤气收集口(15)；所述的预热干燥段炉体(2)、升温段炉体(4)和裂解段炉体(5)内均设有与所述的微波系统(10)连接的微波裂缝天线(11)，所述的预热干燥段炉体(2)、升温段炉体(4)和裂解段炉体(5)的外围设有耐火保温系统(9)；各部件对接处均设有抑制微波及防爆装置。

2.根据权利要求1所述的微波粉煤裂解干馏炉，其特征在于：所述的陶瓷翻板机(3)与炉体联接的联接轴装有石墨套(16)。

3.根据权利要求1或2所述的微波粉煤裂解干馏炉，其特征在于：所述的微波裂缝天线(11)的密闭盲板处设计有吹扫气帘(17)并设有压力变送器(18)。

4.根据权利要求1或2所述的微波粉煤裂解干馏炉，其特征在于：所述的微波裂缝天线(11)与炉体之间采用双重密封，靠近所述的微波裂缝天线(11)的一端装有高纯陶瓷盲板(19)进行密封，靠近所述的微波源一端采用聚四氟乙烯盲板(20)进行密封。

5.根据权利要求1或2所述的微波粉煤裂解干馏炉，其特征在于：多层所述的微波裂缝天线(11)的层与层之间的布置成正交分布。

6.根据权利要求1或2所述的微波粉煤裂解干馏炉，其特征在于：每个所述的微波裂缝天线(11)上方装有导料板(21)。

7.根据权利要求1或2所述的微波粉煤裂解干馏炉，其特征在于：所述的升温段炉体(4)为2层，每层之间以所述的陶瓷翻板机(3)相隔，每层中间设有所述的微波裂缝天线(11)，炉体外部设有煤气通道检修口(22)、防爆口(23)及外保温材料(24)。

8.根据权利要求1或2所述的微波粉煤裂解干馏炉，其特征在于：所述的裂解段炉体(5)为4层，每层之间以所述的陶瓷翻板机(3)相隔，每层中间设有所述的微波裂缝天线(11)，炉体外部设有煤气通道检修口(22)、防爆口(23)及外保温材料(24)。

9.根据权利要求1或2所述的微波粉煤裂解干馏炉，其特征在于：所述的煤气上升通道(8)设在所述的耐火保温系统(9)中。

10.根据权利要求1或2所述的微波粉煤裂解干馏炉，其特征在于：所述的微波系统(10)采用频率为915MHz的大功率磁控管。