專利名稱：采用煤-煤氣微波共熱解生產(chǎn)蘭炭、焦油和煤氣的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于能源技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種采用煤-煤氣微波共熱解生產(chǎn)蘭炭、焦油和煤氣的方法。
背景技術(shù)：
我國是一個(gè)富煤、缺油、少氣的國家，煤炭產(chǎn)量約占總能源產(chǎn)量的70%左右；而在煤炭資源中，低變質(zhì)煤占40%以上。低變質(zhì)煤通過中低溫干餾工藝生產(chǎn)蘭炭、煤焦油和干餾煤氣等產(chǎn)品，可使煤炭增值3倍以上。蘭炭生產(chǎn)工業(yè)從70年代末發(fā)展至今，已有30多年的歷史，相繼經(jīng)歷了由小到大、由亂散到集中、由土辦法到機(jī)械化、由污染嚴(yán)重到清潔生產(chǎn)、由單一產(chǎn)業(yè)鏈到循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈初具規(guī)模的發(fā)展過程。由于蘭炭產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品用途廣泛，市場前 景廣闊，截止“十一五”末，我國蘭炭產(chǎn)業(yè)產(chǎn)能已達(dá)到4500萬噸，“十二五”期間規(guī)劃產(chǎn)能將達(dá)到6000-8000萬噸，工業(yè)總產(chǎn)值將達(dá)1500-2000億元。低變質(zhì)煤是指從煤化角度分類，變質(zhì)程度較低、成煤年代較晚的煤，其揮發(fā)分含量一般較高，包括長焰煤、不粘煤和弱粘煤等。目前，國內(nèi)以侏羅紀(jì)不粘結(jié)煤、弱粘結(jié)煤、長焰煤等低變質(zhì)煤熱解生產(chǎn)蘭炭，已發(fā)展了多種類型的熱解工藝，例如多段回轉(zhuǎn)爐(MRF)熱解工藝、固體熱載體快速熱解工藝、以流化床熱解為基礎(chǔ)的循環(huán)流化床熱電多聯(lián)產(chǎn)工藝、焦載熱流化床熱解及半焦連續(xù)氣化工藝、SJ內(nèi)熱式低溫干懼工藝等。當(dāng)前，低變質(zhì)煤熱解主流工藝采用的是煤氣與空氣混合燃燒直接加熱的傳統(tǒng)方法，存在的主要問題是生產(chǎn)周期長，原料受限，煤焦油產(chǎn)率低，煤耗高，煤氣中氮含量高、有價(jià)成分含量低、熱值低，難以高效利用，環(huán)境污染嚴(yán)重。為此，煤熱解生產(chǎn)蘭炭技術(shù)必須向高效、節(jié)能降耗、環(huán)境友好、循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈方向發(fā)展。煤的加氫熱解技術(shù)是煤炭資源高效、潔凈轉(zhuǎn)化利用的一條重要途徑，它可使煤炭中多組分得到合理利用，增加液體燃料的收率，提高煤炭的綜合經(jīng)濟(jì)效益。但傳統(tǒng)的加氫熱解工藝模式是將氫氣作為循環(huán)熱載體與煤共熱解，由于制H2過程價(jià)格昂貴，成本高，加之氣體凈化、分離及循環(huán)過程設(shè)備費(fèi)用高，投資大，使煤加氫熱解工藝在經(jīng)濟(jì)上阻力很大，尋求廉價(jià)氫源是煤加氫熱解工藝發(fā)展的基礎(chǔ)。微波加熱是目前研究開發(fā)的一種新型加熱技術(shù)，其原理主要是利用頻率在300-3000千兆赫的電波在快速變化的高頻電磁場作用下，被加熱介質(zhì)物料中的水分子極性取向?qū)㈦S著外電場的變化而變化，造成分子的運(yùn)動(dòng)相互摩擦效應(yīng)，此時(shí)微波場的場能轉(zhuǎn)化為介質(zhì)內(nèi)的熱能，使物料溫度迅速升高。微波加熱由于加熱速度快、加熱均勻、節(jié)能高效的特點(diǎn)，目前已經(jīng)在工農(nóng)業(yè)和高科技領(lǐng)域內(nèi)得到越來越廣泛的應(yīng)用。采用微波加熱對低變質(zhì)煤進(jìn)行熱解已有研究報(bào)道，其加熱效率高、反應(yīng)速度快，煤氣熱值高，氫含量高，氮含量低，煤處理過程清潔、無污染等突出優(yōu)勢，已引起蘭炭產(chǎn)業(yè)升級換代新技術(shù)研究開發(fā)人員的普遍關(guān)注O

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種采用煤-煤氣微波共熱解生產(chǎn)蘭炭、焦油和煤氣的方法，該方法極大地降低了加氫熱解的成本，生產(chǎn)蘭炭速度快，蘭炭質(zhì)量好，焦油收率高，特別是焦油中輕質(zhì)油含量高，煤氣成分較優(yōu)，是一種低變質(zhì)煤高效分級利用的新技術(shù)。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種采用煤-煤氣微波共熱解生產(chǎn)蘭炭、焦油和煤氣的方法，利用防爆氣泵將微波熱解煤產(chǎn)生的富氫煤氣部分循環(huán)通入熱解反應(yīng)器中，與低變質(zhì)煤在微波熱解爐中共熱解，其反應(yīng)條件是微波頻率是O. 3 300GHz，溫度300 800°C，壓力O. I 2. OMPa，煤氣空速10 10000mL/g -h,反應(yīng)時(shí)間5 60min，整個(gè)熱解過程中，煤氣分別經(jīng)過一級和二級吸收冷卻器，得到大部分焦油，后通入電捕焦油收塵器中進(jìn)一步分離出其中的焦油，煤氣再進(jìn)入集氣柜中，其中一部分循環(huán)返回參與共熱解反應(yīng)，一部分輸送出本系統(tǒng)供其他系統(tǒng)利用，熱解反應(yīng)完成后，殘留在熱解反應(yīng)器中的固體即蘭炭產(chǎn)品。
所述富氫煤氣是微波熱解煤時(shí)自身生成的富氫煤氣。所述的與低變質(zhì)煤共熱解時(shí)的煤氣，可以是微波熱解煤時(shí)自身生成的富氫煤氣，也可以利用其他富氫或者富含甲烷的混合氣，例如焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣、煤層氣、天然氣、液化石油氣、油頁巖熱解煤氣、煤液化殘?jiān)贌峤饷簹獾取Ｋ鰺峤夥磻?yīng)器為間歇式熱解反應(yīng)器或者連續(xù)式熱解反應(yīng)器。本發(fā)明可采用單臺微波熱解裝置進(jìn)行生產(chǎn)，或者采用多臺微波熱解裝置并聯(lián)生產(chǎn)。為進(jìn)一步提高焦油產(chǎn)率，在熱解中使用包含有Mo、La、Ni、Zn、Co、Fe、W和Cr中的其中一種或多種活性物質(zhì)組成的催化劑。本發(fā)明同時(shí)提供了一種實(shí)現(xiàn)所述生產(chǎn)蘭炭、焦油和煤氣方法的裝置，其包括帶反應(yīng)器3的微波熱解爐1，反應(yīng)器3中通過管道接一級吸收冷卻器4，一級吸收冷卻器4頂端出口接位于循環(huán)冷卻器5中的二級吸收冷卻器6，二級吸收冷卻器6的頂端出口接電捕焦油收塵器7，電捕焦油收塵器7出口接三通管8，三通管8的一個(gè)出口豎直朝下，為焦油出口，另一個(gè)出口水平接入集氣柜9，集氣柜9頂端出口通過循環(huán)煤氣進(jìn)氣管12回接至反應(yīng)器3中，集氣柜9頂端出口另接單獨(dú)的煤氣出口管16。所述反應(yīng)器3中設(shè)置有熱電偶11，熱電偶11接程序控溫儀10。所述循環(huán)煤氣進(jìn)氣管12上設(shè)置有回路閥門13和防爆氣泵14。所述反應(yīng)器3外設(shè)置有陶瓷保溫套2。相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果是充分利用了煤氣中的富氫(或者甲烷)成分，與煤在微波加熱條件下產(chǎn)生共熱解反應(yīng)，得到了高質(zhì)量、高收率焦油，高質(zhì)量煤氣，質(zhì)量穩(wěn)定的蘭炭產(chǎn)品。該過程不僅大大降低了加氫熱解的成本，同時(shí)不需要通入空氣，極大地減少了熱解煤氣中的氮含量，煤氣利用價(jià)值大為增加；而且采用微波加熱，速度快，效率高，充分實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排，提高了煤的分級利用率。


附圖是本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明采用附圖所示裝置，該裝置包括帶反應(yīng)器3的微波熱解爐1，反應(yīng)器3中通過管道接一級吸收冷卻器4，一級吸收冷卻器4頂端出口接位于循環(huán)冷卻器5中的二級吸收冷卻器6，二級吸收冷卻器6的頂端出口接電捕焦油收塵器7，電捕焦油收塵器7出口接三通管8，三通管8的一個(gè)出口豎直朝下，為焦油出口，另一個(gè)出口水平接入集氣柜9，集氣柜9頂端出口通過循環(huán)煤氣進(jìn)氣管12回接至反應(yīng)器3中，集氣柜9頂端出口另接單獨(dú)的煤氣出口管16，反應(yīng)器3中設(shè)置有熱電偶11，熱電偶11接程序控溫儀10，反應(yīng)器3外設(shè)置有陶瓷保溫套2。循環(huán)煤氣進(jìn)氣管12上設(shè)置有回路閥門13和防爆氣泵14，而煤氣出口管16上設(shè)置出氣閥門15。實(shí)施例一
所選煤種為陜西神木煤，其工業(yè)分析和元素分析見表I。稱取粒度為I 3cm的煤樣40g，置于反應(yīng)器3中，利用程序控溫儀10控制熱電偶11加熱，反應(yīng)條件為微波頻率是
O.3 300GHz，終溫700°C，壓力O. 12MPa，循環(huán)煤氣流速lOmL/min，反應(yīng)時(shí)間40min。反應(yīng)結(jié)束后，蘭炭產(chǎn)率57. 9%，焦油產(chǎn)率12. 7%，蘭炭產(chǎn)品分析結(jié)果見2。表I神木煤分析結(jié)果(％ )
權(quán)利要求
1.一種采用煤-煤氣微波共熱解生產(chǎn)蘭炭、焦油和煤氣的方法，其特征在于，利用防爆氣泵將微波熱解煤產(chǎn)生的富氫煤氣部分循環(huán)通入熱解反應(yīng)器中，與低變質(zhì)煤在微波熱解爐中共熱解，其反應(yīng)條件是微波頻率是O. 3 300GHz，溫度300 800°C，壓力O. I 2. OMPa,煤氣空速10 10000mL/g · h，反應(yīng)時(shí)間5 60min，整個(gè)熱解過程中，煤氣分別經(jīng)過一級和二級吸收冷卻器，得到大部分焦油，后通入電捕焦油收塵器中進(jìn)一步分離出其中的焦油，煤氣再進(jìn)入集氣柜中，其中一部分循環(huán)返回參與共熱解反應(yīng)，一部分輸送出本系統(tǒng)供其他系統(tǒng)利用，熱解反應(yīng)完成后，殘留在熱解反應(yīng)器中的固體即蘭炭產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的生產(chǎn)蘭炭、焦油和煤氣的方法，其特征在于，所述富氫煤氣是微波熱解煤時(shí)自身生成的富氫煤氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的生產(chǎn)蘭炭、焦油和煤氣的方法，其特征在于，所述富氫煤氣以焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣、煤層氣、天然氣、液化石油氣、油頁巖熱解煤氣或者煤液化殘?jiān)贌峤饷簹馓娲?br> 4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的生產(chǎn)蘭炭、焦油和煤氣的方法，其特征在于，所述熱解反應(yīng)器為間歇式熱解反應(yīng)器或者連續(xù)式熱解反應(yīng)器。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的生產(chǎn)蘭炭、焦油和煤氣的方法，其特征在于，采用單臺微波熱解裝置進(jìn)行生產(chǎn)，或者采用多臺微波熱解裝置并聯(lián)生產(chǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的生產(chǎn)蘭炭、焦油和煤氣的方法，其特征在于，為進(jìn)一步提高焦油產(chǎn)率，在熱解中使用包含有Mo、La、Ni、Zn、Co、Fe、W和Cr中的其中一種或多種活性物質(zhì)組成的催化劑。
全文摘要
一種采用煤-煤氣微波共熱解生產(chǎn)蘭炭、焦油和煤氣的方法，利用防爆氣泵將微波熱解煤產(chǎn)生的富氫煤氣部分循環(huán)通入熱解反應(yīng)器中，與低變質(zhì)煤在微波熱解爐中共熱解反應(yīng)，熱解過程中，煤氣分別經(jīng)過多級吸收冷卻器，得到大部分焦油，后通入電捕焦油收塵器中進(jìn)一步分離出其中的焦油，煤氣再進(jìn)入集氣柜中，其中一部分循環(huán)返回參與共熱解反應(yīng)，一部分輸送出本系統(tǒng)供其他系統(tǒng)利用，熱解反應(yīng)完成后，熱解反應(yīng)器中的固體產(chǎn)物就是蘭炭產(chǎn)品，本發(fā)明方法工藝簡單，裝置易實(shí)現(xiàn)，極大地降低了加氫熱解的成本，蘭炭質(zhì)量、焦油質(zhì)量、產(chǎn)量高，煤氣成分較優(yōu)，生產(chǎn)速度快，煤分級利用率高。
文檔編號C10B47/02GK102827621SQ20121031553
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月30日
發(fā)明者周軍, 蘭新哲, 趙西成, 宋永輝, 張秋利, 吳雷 申請人:西安建筑科技大學(xué)