專利名稱：一種提高低階煤微波熱解速率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于煤炭熱解技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種提高低階煤微波熱解速率的方法，該方法可應(yīng)用于低階煤微波熱解生產(chǎn)半焦、焦油以及熱解煤氣。
背景技術(shù)：
在全球能源日趨緊張的形勢(shì)下，低階煤的經(jīng)濟(jì)價(jià)值及其相關(guān)加工技術(shù)日益被世界能源界所重視。在我國(guó)煤炭?jī)?chǔ)量中，低階煤占有較大比重，但其直接燃燒熱效率較低，溫室氣體排放量大，易風(fēng)化和自燃(如褐煤)，并且單位能量的運(yùn)輸成本高，不利于長(zhǎng)距離輸送和貯存。因此，低階煤提質(zhì)利用已被煤炭企業(yè)提上日程。低階煤提質(zhì)主要包括干燥脫水提質(zhì)，成型提質(zhì)、以及熱解提質(zhì)。經(jīng)提質(zhì)加工后的低階煤，水分顯著降低，發(fā)熱量大幅度提高，既可防止自燃、便于運(yùn)輸和貯存，又有利于發(fā)電、 化工等后續(xù)使用。煤炭熱解是指煤在惰性氣氛中持續(xù)加熱至較高溫度時(shí)發(fā)生的一系列物理變化和化學(xué)反應(yīng)，裂解為氣態(tài)(干餾煤氣)、液態(tài)(煤焦油)和固態(tài)(半焦)的復(fù)雜過(guò)程，是低階煤提質(zhì)的主要手段之一。目前我國(guó)低階煤熱解工藝研究總體處于研發(fā)應(yīng)用階段。比較典型的熱解工藝，如北京煤化工研究分院開(kāi)發(fā)的多段回轉(zhuǎn)爐熱解工藝、中國(guó)神華模塊化固體熱載體熱解工藝以及北京煤化工研究分院的低階煤內(nèi)熱式滾動(dòng)床清潔熱解提油工藝。加熱方式采用常規(guī)加熱，加熱速率較慢，由于煤料受熱不均勻，造成熱解產(chǎn)物中半焦質(zhì)量不穩(wěn)定，焦油回收率低。微波加熱作為一種全新的加熱方式，已經(jīng)在煤炭加工轉(zhuǎn)化過(guò)程中得到應(yīng)用煤的微波除濕干燥，微波脫硫，對(duì)煤可磨性的影響等方面，煤的微波熱解目前也有報(bào)道。微波加熱具有選擇性加熱物料，穿透性強(qiáng)，升溫速率快，加熱效率高，易于控制，安全衛(wèi)生無(wú)污染等特點(diǎn)。在微波場(chǎng)中，物質(zhì)吸收微波的能力取決于物料本身的幾個(gè)主要的固有特性相對(duì)介電常數(shù)、介質(zhì)損耗角正切tan δ (簡(jiǎn)稱介質(zhì)損耗)、比熱容、含水量等。微波加熱只針對(duì)那些對(duì)微波有響應(yīng)的介電組分。不同種類的物質(zhì)的介電常數(shù)ε ‘存在很大差別。而物質(zhì)的微波加熱依賴于它的介電常數(shù)ε ‘，它決定了該物質(zhì)是否能在微波的作用下產(chǎn)生熱量，當(dāng)物質(zhì)的ε ‘越大，越容易被微波加熱。水的介電常數(shù)為78. 54，所以水對(duì)微波能量的吸收能力很強(qiáng)。有些物質(zhì)ε'很小，吸收微波能力較弱，因而需要很長(zhǎng)的輻照時(shí)間才能引起熱解，甚至輻照很長(zhǎng)時(shí)間也不會(huì)發(fā)生熱解。若要實(shí)現(xiàn)微波熱解，需要添加吸收微波能力強(qiáng)的物質(zhì)，這些物質(zhì)稱為微波吸收劑。煤的介電常數(shù)低(在4. 7 5. 3之間)，加熱過(guò)程取決于煤中礦物質(zhì)和水分含量，并且微波加熱具有選擇性，并不是所有材料都能夠吸收微波以達(dá)到熱解所需溫度，因而需要加入一定量的微波吸收劑，使物料能快速升溫并發(fā)生熱解，從而能夠充分發(fā)揮微波熱解煤的優(yōu)越性。微波吸收劑的種類很多，常見(jiàn)的微波吸收劑有堿基吸收劑、石墨吸收劑及金屬氧化物。但是在煤的微波熱解過(guò)程中選用這些物質(zhì)作為吸收劑不但成本高，而且還增加了后續(xù)固體產(chǎn)物的分離成本，使得這類技術(shù)產(chǎn)業(yè)化困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的正是針對(duì)上述技術(shù)中所存在的不足之處而提供一種提高低階煤微波熱解速率的方法，該方法將半焦作為微波吸收劑，按一定比例與煤混合后，用微波進(jìn)行熱解，可以在極短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到煤中低溫?zé)峤馑枰臏囟?。由于作為微波吸收劑的半焦是熱解過(guò)程的固體產(chǎn)物，因而不存在產(chǎn)物與微波吸收劑分離的問(wèn)題。本發(fā)明的目的可通過(guò)下述技術(shù)措施來(lái)實(shí)現(xiàn)
本發(fā)明的提高低階煤微波熱解速率的方法包括以下步驟將半焦作為微波吸收劑與低階煤按照1/5、2/5或3/5的配比混合均勻后加入熱解容器中，然后放入微波反應(yīng)器中進(jìn)行微波熱解，加熱終溫為650°C -750°C，終溫停留時(shí)間為20-40min，得固體產(chǎn)物；在熱解過(guò)程中通入氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣體；所述作為微波吸收劑的半焦是由低階煤在熱解終溫為 6500C _750°C的條件下所制備的固體產(chǎn)物構(gòu)成。所述的低階煤微波熱解所得固體產(chǎn)物可作為微波吸收劑循環(huán)利用，將其與煤按照 1/5,2/5或3/5配比混合后進(jìn)行微波熱解實(shí)驗(yàn)，同樣可以提高煤在微波場(chǎng)中的升溫速率。本發(fā)明中所述的低階煤采用變質(zhì)程度較低的煤，如褐煤、長(zhǎng)焰煤等。本發(fā)明方法可以有效加快低階煤中低溫?zé)峤膺^(guò)程，大幅縮短熱解時(shí)間，提高處理效率，節(jié)約能耗，微波熱解后的固體產(chǎn)物可以循環(huán)利用。本發(fā)明方法工藝簡(jiǎn)單、高效低成本， 可推廣性強(qiáng)。具體實(shí)施方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明以下將結(jié)合實(shí)施例作進(jìn)一步描述 實(shí)施例1
取由低階煤在熱解終溫為750°C的條件下所制備的半焦3g與15g褐煤混合均勻后放入微波爐腔的石英反應(yīng)器內(nèi)，加熱終溫為750°C，終溫停留時(shí)間為30min ；在氮?dú)鈿夥障旅哼_(dá)到微波熱解終溫750°C只需要一分鐘多的時(shí)間。如果半焦與褐煤的配比為3/5時(shí)，熱解時(shí)間縮短為30秒，進(jìn)入終溫焚燒階段。微波熱解所得固體產(chǎn)物也可以與煤按照比例混合后進(jìn)行使用。實(shí)施例2
將實(shí)施例1中低階煤微波熱解所得固體產(chǎn)物3g與15g褐煤混合均勻后放入微波爐腔的石英反應(yīng)器內(nèi)，加熱終溫為750°C，終溫停留時(shí)間30min。在氮?dú)鈿夥障旅哼_(dá)到微波熱解終溫750°C只需要一分半鐘。如果微波熱解固體產(chǎn)物與褐煤的配比為2/5時(shí)，熱解時(shí)間縮短為45秒，進(jìn)入終溫焚燒階段。所得固體產(chǎn)物也可以與煤按照比例混合后進(jìn)行使用。實(shí)施例3
取由低階煤在熱解終溫為650°C的條件下所制備的半焦3g與15g長(zhǎng)焰煤混合均勻后放入微波爐腔的石英反應(yīng)器內(nèi)，加熱終溫為650°C，終溫停留時(shí)間為30min ；在氮?dú)鈿夥障旅哼_(dá)到微波熱解終溫650°C只需要兩分鐘的時(shí)間。如果半焦與長(zhǎng)焰煤的配比為3/5時(shí)，熱解時(shí)間縮短為一分鐘，進(jìn)入終溫焚燒階段。微波熱解所得固體產(chǎn)物也可以與煤按照比例混合后進(jìn)行使用。實(shí)施例4將實(shí)施例3中低階煤微波熱解所得固體產(chǎn)物3g與15g長(zhǎng)焰煤混合均勻后放入微波爐腔的石英反應(yīng)器內(nèi)，加熱終溫為650°C，終溫停留時(shí)間30min。在氮?dú)鈿夥障旅哼_(dá)到微波熱解終溫650°C只需要兩分二十秒的時(shí)間。如果微波熱解固體產(chǎn)物與長(zhǎng)焰煤的配比為2/5時(shí)， 熱解時(shí)間縮短為一分四十五秒，進(jìn)入終溫焚燒階段。所得固體產(chǎn)物也可以與煤按照比例混合后進(jìn)行使用。
權(quán)利要求
1.一種提高低階煤微波熱解速率的方法，其特征在于該方法包括以下步驟將半焦作為微波吸收劑與低階煤按照1/5、2/5或3/5的配比混合均勻后加入熱解容器中，然后放入微波反應(yīng)器中進(jìn)行微波熱解，加熱終溫為650°C -750°C，終溫停留時(shí)間為20-40min，得固體產(chǎn)物；在熱解過(guò)程中通入氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣體；所述作為微波吸收劑的半焦是由低階煤在熱解終溫為650°C _750°C的條件下所制備的固體產(chǎn)物構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高低階煤微波熱解速率的方法，其特征在于所述的低階煤采用變質(zhì)程度較低的褐煤、長(zhǎng)焰煤。
全文摘要
一種提高低階煤微波熱解速率的方法，其特征在于該方法包括以下步驟將半焦作為微波吸收劑與低階煤按照1/5、2/5或3/5的配比混合均勻后加入熱解容器中，然后放入微波反應(yīng)器中進(jìn)行微波熱解，加熱終溫為650℃-750℃，終溫停留時(shí)間為20-40min，得固體產(chǎn)物；在熱解過(guò)程中通入氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣體；所述作為微波吸收劑的半焦是由低階煤在熱解終溫為650℃-750℃的條件下所制備的固體產(chǎn)物構(gòu)成。低階煤微波熱解后所得固體產(chǎn)物(半焦)可作為微波吸收劑循環(huán)利用，同樣可以提高煤在微波場(chǎng)中的升溫速率。本發(fā)明中作為微波吸收劑的半焦是熱解過(guò)程的固體產(chǎn)物，因而不存在產(chǎn)物與微波吸收劑分離的問(wèn)題。
文檔編號(hào)C10B57/00GK102517058SQ20121000397
公開(kāi)日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2012年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月9日
發(fā)明者劉全潤(rùn), 劉松, 夏浩, 潘結(jié)南, 馬名杰 申請(qǐng)人:河南理工大學(xué)