CN103788975B - 褐煤微波热解利用的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种褐煤微波热解利用的方法，包括步骤：1）将褐煤进行粉碎，形成粉末原料，并送入干燥装置进行干燥，得到干燥粉末原料；2）以微波为热源，将步骤1）的干燥粉末原料加热至400～600℃，并保持20～60min，得到半焦产品和油气混合物；3）将步骤2）得到的油气混合物经冷凝器分离出焦油和热解气体，该热解气体送入燃烧装置进行燃烧产生烟气，并将该烟气送入步骤1）的干燥装置作为干燥介质。本发明具有工艺简单、加工效率高、流程短、易于操作、可提高褐煤的综合利用效率等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种褐煤利用的方法，特别是涉及一种褐煤微波热解利用的方法。
背景技术
褐煤，又名柴煤，是煤化程度最低的矿产煤，是一种介于泥炭与沥青煤之间的棕黑色、无光泽的低级煤，其特征为高水、高氧、高挥发份、中灰、低固定碳与低发热量等。褐煤化学反应性强，在空气中容易风化，不易储存和远运。
我国1995年探明褐煤保有储量1303亿吨，占全球探明煤炭保有储量的15%左右，预测到2015年新增探明量为2600亿吨，规划2020年全国生产褐煤原煤21.5亿吨，几乎全部分布在工业不发达地区，以内蒙古、东北与云南地区最多。
目前全球能源日趋紧张的形势下，褐煤的成本低廉及其相关加工生产技术又逐步被世界能源界所重视。褐煤主要用作发电厂的燃料，既可作化工原料、吸附剂、催化剂载体和净化污水等，也可直接用作工业热源、气化、低温干馏等的原料。但由于褐煤干燥后，易龟裂粉化、热稳定性差、燃点低、反应活性强、易氧化自燃等特定性质，使得其加工应用受到一定的局限性。
褐煤的提质加工技术主要包括德国的Lurgi-Ruhrgas热解工艺、前苏联的褐煤固体热载体热解（ETCH1-175）工艺、美国的温和气化（Encoal）技术、日本的煤炭快速热解技术、大连理工大学研发的褐煤固体热载体干馏多联产（DG）工艺以及北京煤化工分院研发的多段回转炉热解工艺等。由于褐煤粘结性差，热解时不产生胶质体，普通热解装置均采用内热式。目前主要采用的是同炉煤气与空气作为热源或采用热解半焦作为热源的热解炉型。其中，前者由于空气中含有大量的氮气，出炉煤气中氮含量较高，导致煤气量大、热值低，后续难以综合利用，造成资源的极大浪费；后者采用固体热载体加热方式，其***本身传热传质过程比较复杂，过程控制比较困难。传统热解采用电热或高温介质加热方式，热量从物料表面传入内部，气相产物则从内向外扩散，其传热传质方向相反，易引起产物的二次裂解，而且加热速率小，均匀性差，焦油回收率低，不能获得具有较好利用价值的热解炉气。为克服以上缺点，研究人员提出了流化床、等离子体等快速热解方法，但又存在物料需要破碎、耗电量大等缺点，且其根本的传热传质方式并没有改变。
微波加热是一种新的加热方式，具有加热速度快、热量损失小、操作方便等特点，而碳是一种良好的微波吸收剂，能够被选择性加热，且碳层表面在微波照射下能够生成稳定微波等离子体区，形成局部热点，从而强化整体反应的加热过程。与传统热解相比，微波热解具有独特的传热传质规律和更好的加热均匀性，能更容易地调控温度与热解过程。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种褐煤微波热解利用的方法。本发明通过对褐煤进行微波热解，能解决现有技术存在的温度高、能耗大、利用率低等缺点，而且具有工艺简单、加工效率高、流程短、易于操作、可提高褐煤的综合利用效率等优点。
为解决上述技术问题，本发明的褐煤微波热解利用的方法，包括步骤：
1）将褐煤进行粉碎，形成粉末原料，并送入干燥装置进行干燥，得到干燥粉末原料；
2）以微波为热源，将步骤1）的干燥粉末原料加热至400～600℃，并保持一定的停留时间，如保持20～60min，使原料完全热解，得到半焦产品和油气混合物；
3）将步骤2）得到的油气混合物经冷凝器分离出焦油和热解气体（即油气混合物是由焦油和热解气体所构成的），该热解气体送入燃烧装置进行燃烧产生烟气，并将该烟气送入步骤1）的干燥装置作为干燥介质，即将热解气体回用于燃烧供热。
所述步骤1）中，褐煤的含水量为20～60%（重量百分比）；粉末原料的粒径为0.5～2mm；干燥的温度为120～200℃；干燥粉末原料的含水量为1～10%（重量百分比）。
所述步骤2）中，半焦产品和油气混合物都是高碳含量(>80%)的半焦产品和油气混合物。
所述步骤3）中，热解气体冷凝后的温度控制在80℃以下；烟气的温度控制在120～200℃（即干燥装置所使用的来自燃烧装置的烟气温度为120～200℃）。
本发明中，半焦产品是高碳含量的煤质混合物，焦油是酚与烃的混合物。
本发明是一种清洁、高效的褐煤利用方法，其具体的有益效果如下：
1）微波热解能够大大提高热解速率，缩短反应时间，提高设备效率。
2）微波等离子区的存在能够降低热解反应温度，气体产物CO2在微波辐照下能够在较低温度下发生重整反应，提高了H2与CO等含量，增加了气体热值。
3）燃烧热解气体为褐煤干燥补充供热，实现能量部分自给，同时水的干燥回收减少了热解后废水的排放。
4）本发明工艺简单便捷、流程短易于操作、生产周期较短、环境友好、***安全可靠。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是本发明的方法所采用的装置示意图。其中，1为粉碎器，2为干燥器，3为微波反应器，4为半焦收集器，5为冷凝器，6为焦油收集器，7为燃烧装置。
具体实施方式
以下实施例中的操作过程如下：
褐煤原料由料仓输送至粉碎器1中被粉碎为粒径0.5～2mm的颗粒，再输送至干燥器2，在电加热及由以下所产生的120～200℃烟气加热下干燥至水分含量为1～10%。干燥后的褐煤颗粒被送入微波反应器3内，微波加热至所需热解温度，进行热解，得到半焦产品和油气混合物。
其中，半焦产品进入半焦收集器4；油气混合物经冷凝器5冷凝，分离出焦油产品和热解气体（可燃性热解气体）。焦油产品进入焦油收集器6。热解气体冷凝后的温度控制在80℃以下，并将热解气体送入燃烧装置7进行燃烧产生烟气，控制烟气温度为120～200℃，烟气进入干燥器2与褐煤接触并带走水分。计算热解后的半焦及焦油收率，并测定热解气体组成。
现以具体的实施例来说明褐煤微波热解利用的方法。
实施例1
将含水量为20%（重量百分比）的褐煤粉碎成0.5mm的粉末后，输送至干燥器2，干燥至水分含量为5%（重量百分比），以微波为热源，将褐煤加热至600℃，保持20min后，冷却得到半焦产品和油气混合物。该油气混合物经冷凝器5冷凝，分离出焦油产品和热解气体。用气相色谱检测该热解气体组成（岛津2014C，TCD检测器，Ar为载气，TDX-1填充柱，柱箱温度为100℃）。
褐煤热解后的结果见表1。
实施例2
将含水量为30%的褐煤粉碎成1.5mm的粉末后，输送至干燥器2，干燥至水分含量为1%，以微波为热源，将褐煤加热至500℃，保持30min后，冷却得到半焦产品和油气混合物。该油气混合物经冷凝器5冷凝，分离出焦油产品和热解气体。用气相色谱检测该热解气体组成（岛津2014C，TCD检测器，Ar为载气，TDX-1填充柱，柱箱温度为100℃）。
褐煤热解后的结果见表1。
实施例3
将含水量为40%的褐煤粉碎成2.0mm的粉末后输送至干燥器2，干燥至水分含量为10%，以微波为热源，将褐煤加热至400℃，保持60min后，冷却得到半焦产品和油气混合物。该油气混合物经冷凝器5冷凝，分离出焦油产品和热解气体。用气相色谱检测该热解气体组成（岛津2014C，TCD检测器，Ar为载气，TDX-1填充柱，柱箱温度为100℃）。
褐煤热解后的结果见表1。
实施例4
将含水量为40%的褐煤粉碎成1.0mm的粉末后输送至干燥器2，干燥至水分含量为6%，以微波为热源，将褐煤加热至450℃，保持50min后，冷却得到半焦产品和油气混合物。该油气混合物经冷凝器5冷凝，分离出焦油产品和热解气体。用气相色谱检测该热解气体组成（岛津2014C，TCD检测器，Ar为载气，TDX-1填充柱，柱箱温度为100℃）。
褐煤热解后的结果见表1。
实施例5
将含水量为50%的褐煤粉碎成1.5mm的粉末后输送至干燥器，干燥至水分含量为5%，以微波为热源，将褐煤加热至550℃，保持35min后，冷却得到半焦产品和油气混合物。该油气混合物经冷凝器5冷凝，分离出焦油产品和热解气体。用气相色谱检测该热解气体组成（岛津2014C，TCD检测器，Ar为载气，TDX-1填充柱，柱箱温度为100℃）。
褐煤热解后的结果见表1。
实施例6
将含水量为60%的褐煤粉碎成1.0mm的粉末后输送至干燥器，干燥至水分含量为10%，以微波为热源，将褐煤加热至500℃，保持40min后，冷却得到半焦产品和油气混合物。该油气混合物经冷凝器5冷凝，分离出焦油产品和热解气体。用气相色谱检测该热解气体组成（岛津2014C，TCD检测器，Ar为载气，TDX-1填充柱，柱箱温度为100℃）。
褐煤热解后的结果见表1。
表1实施例的热解反应结果
经上述实施例可知，褐煤微波热解后所得半焦为原料的65%左右（质量百分比），焦油为原料的10～15%左右（质量百分比），热解气体中的H2与CO之和占总气量的66～80%（摩尔百分比），褐煤的整体利用率较高。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种褐煤微波热解利用的方法，其特征在于，包括步骤：
1)将褐煤进行粉碎，形成粉末原料，并送入干燥装置进行干燥,得到干燥粉末原料；
其中，褐煤的含水量为20～60％；
粉末原料的粒径为0.5～2mm；
干燥的温度为120～200℃；
2)以微波为热源，将步骤1)的干燥粉末原料快速加热至大于等于400℃、小于500℃，并保持20～60min，得到半焦产品和油气混合物；
3)将步骤2)得到的油气混合物经冷凝器分离出焦油和热解气体，该热解气体送入燃烧装置进行燃烧产生烟气，并将该烟气送入步骤1)的干燥装置作为干燥介质。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤1)中，干燥粉末原料的含水量为1～10％。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤3)中，热解气体冷凝后的温度控制在80℃以下。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤3)中，烟气的温度控制在120～200℃。
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