CN107880970A - 一种微波辐射式煤炭低温热解脱汞系统及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微波辐射式煤炭低温热解脱汞系统，所述脱汞系统在换热器的上方和下方分别设置有第一保护气进口和保护气出口，在微波辐射器的下方和上方分别设置有第二保护气进口和混合气出口；储气罐和气体分离净化器管道连接第一保护气进口，经气体分离净化器净化后的保护气与储气罐内保护气混合后通过第一保护气进口进入换热器，保护气出口管道连接第二保护气进口，保护气从保护气出口排出通过第二保护气进口进入微波辐射器，微波辐射器连接进料控制器，混合气出口管道连接气体分离净化器，气体分离净化器管道连接回收罐；本发明公开的微波辐射式煤炭低温热解脱汞系统汞析出率大、气体处理量小、汞浓度相对高、处理成本低、升温快和受热均匀。
Description
技术领域
本发明涉及煤炭脱汞技术领域，特别是涉及煤炭低温热解脱汞系统及使用方法。
背景技术
中国是世界上最大的煤炭生产和消费国，煤炭在燃烧过程中产生大量有毒有害物质，汞是煤中最有害的微量重金属元素之一，尽管其含量很低，但因其具有易挥发性和高度的生物富集性，目前很难被有效脱除，其污染及危害问题已引起国际环境和卫生界的极大关注。
对燃煤汞排放的控制方法主要分为燃烧前控制、燃烧中控制和燃烧后控制三大类。可在燃烧中控制汞排放的手段较少，目前大多数的汞排放控制技术为燃烧后的控制技术，燃烧后烟气中的汞以气态元素汞(Hg0)、气态氧化汞(Hg2+)和颗粒态汞(HgP)的形式存在，不同形态的汞具有不同物理化学性质，烟气脱汞技术主要集中在吸附剂喷射技术和利用现有的空气污染控制装置协同脱汞方法。煤中汞在高温燃烧环境下，主要以Hg0的形式存在，由于Hg0具有不溶于水，易挥发，易迁移难富集的特征很难被脱除，并且目前燃烧后脱汞技术还有成本高，增加了系统复杂性，容易形成二次污染，占地面积大等缺点。总之，煤燃烧后烟气量大、汞浓度很低，其排放控制难度较大。
燃烧前汞污染控制技术主要是煤的洗选和低温热解技术。煤的洗选是将矿物质与煤分离，该方法只能将赋存于不可燃矿物中的那部分汞去除，而对与有机组分中的汞无能为力。煤炭低温热解是指在无氧或缺氧的惰性气氛中，在低于650℃的温度下加热。传统煤炭低温热解技术主要用于生成煤气、焦油、半焦或焦炭等产品，该技术同样可用于煤炭脱汞，但相关研究较少，利用汞的低熔点、易挥发的特性，在一定的热解条件下，可使煤种的汞析出，有利于减少煤炭后续利用过程中汞的排放。同时还能有效降低煤种汞含量，强化了源头控制，能有效降低后续污染物控制单元的负荷。但由于采用传统“面加热”方式，仍存在传热慢，加热不均匀，能耗大，产率低等缺陷。
因此希望有一种煤炭低温热解脱汞系统及使用方法可以克服或至少减轻现有技术中传热速度慢，受热不均匀，具有二次污染，脱除效率低的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种汞析出率大、气体处理量小、汞浓度相对高、处理成本低、升温快、受热均匀的微波辐射式煤炭低温热解脱汞系统及使用方法，以解决现有技术中存在的问题。
本发明提供了一种微波辐射式煤炭低温热解脱汞系统包括：进料控制器，微波辐射器、换热器、气体分离净化器、储气罐，回收罐、连续波磁控管、馈能口和微波腔，在换热器的上方和下方分别设置有第一保护气进口和保护气出口，在微波辐射器的下方和上方分别设置有第二保护气进口和混合气出口；储气罐和气体分离净化器管道连接第一保护气进口，经气体分离净化器净化后的保护气与储气罐内保护气混合后通过第一保护气进口进入换热器，保护气出口管道连接第二保护气进口，保护气从保护气出口排出通过第二保护气进口进入微波辐射器，微波辐射器连接进料控制器，混合气出口管道连接气体分离净化器，气体分离净化器管道连接回收罐。
优选地，所述气体分离净化器的数量为3个，所述气体分离净化器由吸湿层和活性炭吸附层组成。
优选地，所述保护气为氮气。
优选地，所述微波腔的数量大于等于1，所述微波腔的数量由所述微波辐射器内的煤炭种类和处理速率分类设定。
优选地，在所述微波腔的上方分别设置连续波磁控管和馈能口，磁控管产生的微波通过馈能口进入微波腔。
本发明还提供了一种使用微波辐射式煤炭低温热解脱汞系统的方法，包括以下步骤：
①所述进料控制器将粒径控制在1mm至10mm之间，厚度小于8cm的煤炭运送至所述微波辐射器内；
②所述连续波磁控管频率为2000MHz至2500MHz，产生300W至1300W功率的微波通过所述馈能口进入所述微波腔；
③进入所述微波辐射器的煤炭根据煤炭种类和处理速率在微波腔内总停留时间为2-15min，使煤炭发生低温热解，析出汞气体；
④所述气体分离净化器净化后的保护气与所述储气罐内的保护气经所述第一保护气进口进入所述换热器；
⑤经步骤③的煤炭进入所述换热器，在所述换热器内煤炭将部分热能传递给进入所述换热器的保护气，从而充分利用煤炭余热；
⑥经过步骤⑤预热的保护气由所述第二保护气进口进入所述微波辐射器，降低保护气对所述微波腔内温度的影响；
⑦步骤③析出的含汞气体与步骤⑥中的保护气形成混合气体，该混合气体经所述混合气出口交替进入所述3个气体分离净化器；
⑧所述3个气体分离净化器内的活性炭吸附床交替进行吸附、备用和再生操作，使气流保持连续；
⑨所述活性炭吸附剂床吸附混合气体中的汞废气，使混合气体仅保留保护气，该保护气通过所述第一保护气进口进入所述换热器进行重复利用；
⑩步骤⑧中再生操作状态下的活性炭吸附床中的活性炭解吸，单质汞通过管道回收至所述回收罐。
本发明公开了一种微波辐射式煤炭低温热解脱汞系统使用方法，所述系统以“体加热”的方式，有效克服现有技术中的“面加热”问题，所述系统具有能量利用率高，汞脱除率高，环保无污染，加热速度快，受热均匀且无滞后效应的优点，微波选择性的将煤炭中汞元素快速加热并析出，热解前后煤样热值无显著变化，有效地解决了煤炭中汞脱除的问题，汞的脱除效率可达到80％左右。由于水分是强极性分子，本发明还具有一定的脱水效果，对煤炭具有提质作用。
附图说明
图1是微波辐射式煤炭低温热解脱汞系统的结构图。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
如图1所示，微波辐射式煤炭低温热解脱汞系统包括:进料控制器1，微波辐射器2、换热器3、气体分离净化器4、储气罐5，回收罐6、第一保护气进口14、保护气出口15、第二保护气进口7、混合气出口8、连续波磁控管9、馈能口10和微波腔11。
储气罐5和气体分离净化器4管道连接换热器3的第一保护气进口14，第一保护气进口14设置在换热器3的上方，经气体分离净化器4净化后的保护气与储气罐5内保护气混合后通过第一保护气进口14进入换热器3，在换热器3的下方设置有保护气出口15，保护气出口15通过管道连接位于微波辐射器2的下方的第二保护气进口7，微波辐射器2连接进料控制器1，在微波辐射器2的上方设置混合气出口8，微波辐射器2内装置有两个由隔板分离的微波腔11，在每个微波腔11的上方都分别设置有连续波磁控管9和馈能口10，混合气出口8管道连接气体分离净化器4，其中气体分离净化器4由吸湿层12和活性炭吸附层13组成，气体分离净化器4管道连接回收罐6。
进料控制器1将进入微波辐射器2的煤炭厚度控制在小于8cm，粒径为1mm至10mm之间。微波辐射器2内根据煤炭种类和处理速率设有一个或多个微波腔11，保护气从第二保护气进口7进入并充满整个微波腔11，连续波磁控管9的频率范围为2000MW至2500MW，功率范围为300W至1300W，连续波磁控管9的微波能量通过馈能口10进入微波腔11，煤炭在微波腔11内停留4min至7min，发生低温热解，因汞具有易挥发性从煤炭中析出，析出的汞气体与保护气混合经混合气出口8被携带进入气体分离净化器4。经热解升温的煤炭在换热器3内将部分热能传递给保护气，从而充分利用煤炭余热，经系统出口输送出去。
储气罐5内存储有大量N2作为保护气，为了降低保护气对微波腔11内温度的影响，保护气首先在换热器3内初步升温，然后从微波辐射器2底端的第二保护气进口7进入并充满整个微波腔11，为热解反应提供N2气氛，析出的含汞气体与保护气混合从微波腔11顶端的混合气出口8沿管道进入气体分离净化器4中，气体分离净化器4内包含三个活性炭吸附床，每个吸附床交替进行吸附、备用和再生操作，以使气流保持连续，每个活性炭吸附床均包含吸湿层12和活性炭吸附层13。活性炭吸附剂可吸附混合气体中的含汞废气，净化后的保护气可进行重复利用，再生操作状态下的活性炭吸附床中的活性炭解吸，单质汞作为再生气体通过管道回收到回收罐6中，此设计能降低运行成本，不产生二次污染。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种微波辐射式煤炭低温热解脱汞系统，其特征在于，包括：进料控制器，微波辐射器、换热器、气体分离净化器、储气罐，回收罐、连续波磁控管、馈能口和微波腔，在换热器的上方和下方分别设置有第一保护气进口和保护气出口，在微波辐射器的下方和上方分别设置有第二保护气进口和混合气出口；储气罐和气体分离净化器管道连接第一保护气进口，经气体分离净化器净化后的保护气与储气罐内保护气混合后通过第一保护气进口进入换热器，保护气出口管道连接第二保护气进口，保护气从保护气出口排出通过第二保护气进口进入微波辐射器，微波辐射器连接进料控制器，混合气出口管道连接气体分离净化器，气体分离净化器管道连接回收罐。
2.如权利要求1所述的微波辐射式煤炭低温热解脱汞系统，其特征在于：所述气体分离净化器的数量为3个，所述气体分离净化器由吸湿层和活性炭吸附层组成。
3.如权利要求2所述的微波辐射式煤炭低温热解脱汞系统，其特征在于：所述保护气为氮气。
4.如权利要求3所述的微波辐射式煤炭低温热解脱汞系统，其特征在于：所述微波腔的数量大于等于1，所述微波腔的数量由所述微波辐射器内的煤炭种类和处理速率分类设定。
5.如权利要求4所述的微波辐射式煤炭低温热解脱汞系统，其特征在于：在所述微波腔的上方分别设置连续波磁控管和馈能口，磁控管产生的微波通过馈能口进入微波腔。
6.一种使用如权利要求5所述的微波辐射式煤炭低温热解脱汞系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：
①所述进料控制器将粒径控制在1mm至10mm之间，厚度小于8cm的煤炭运送至所述微波辐射器内；
②所述连续波磁控管频率为2000MHz至2500MHz，产生300W至1300W功率的微波通过所述馈能口进入所述微波腔；
③进入所述微波辐射器的煤炭根据煤炭种类和处理量在微波腔内总停留时间为2-15min，使煤炭发生低温热解，析出汞气体；
④所述气体分离净化器净化后的保护气与所述储气罐内的保护气经所述第一保护气进口进入所述换热器；
⑤经步骤③的煤炭进入所述换热器，在所述换热器内煤炭将部分热能传递给进入所述换热器的保护气，从而充分利用煤炭余热；
⑥经过步骤⑤预热的保护气由所述第二保护气进口进入所述微波辐射器，降低保护气对所述微波腔内温度的影响；
⑦步骤③析出的含汞气体与步骤⑥中的保护气形成混合气体，该混合气体经所述混合气出口交替进入所述3个气体分离净化器；
⑧所述3个气体分离净化器内的活性炭吸附床交替进行吸附、备用和再生操作，使气流保持连续；
⑨所述活性炭吸附剂床吸附混合气体中的汞废气，使混合气体仅保留保护气，该保护气通过所述第一保护气进口进入所述换热器进行重复利用；
⑩步骤⑧中再生操作状态下的活性炭吸附床中的活性炭解吸，单质汞通过管道回收至所述回收罐。
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