一種褐煤微波脫水耦合氣化的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種褐煤利用技術(shù)領(lǐng)域。特別是涉及一種褐煤微波脫水耦合氣化的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]中國是世界煤炭消費(fèi)第一大國，約占全球的50.6%。多年來我國能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，煤炭約占70%，而且預(yù)計(jì)在未來的很長時(shí)間內(nèi)，煤炭仍將繼續(xù)保持主導(dǎo)地位。由于煤炭資源的高碳含量和利用技術(shù)的落后，其作為主要能源和化工原料的同時(shí)，也是造成環(huán)境污染的主要物質(zhì)來源。目前，我國大氣污染狀況十分嚴(yán)重，霧霾頻發(fā)，已成為全球PM2.5污染最為嚴(yán)重的地區(qū)之一。煤炭資源的利用在我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展中的作用和影響已成為一種兩難的選擇。因此，發(fā)展清潔煤化工，研究和開發(fā)潔凈煤技術(shù)越來越受到人們的重視。
[0003]褐煤又名柴煤，是煤化程度最低的礦產(chǎn)煤，是一種介于泥炭與瀝青煤之間的棕黑色、無光澤的低級煤。據(jù)統(tǒng)計(jì)，至2013年底，全球褐煤可開采儲量約2011億噸，約占全球煤炭全部可開采儲量的22.5%。我國埋深2000m以內(nèi)的褐煤資源總量約3194億噸，探明儲量約1291億噸，占全國煤炭探明儲量的13%。褐煤不僅具有高揮發(fā)份、髙灰分和固定碳與低發(fā)熱量的特點(diǎn)，而且最重要的特點(diǎn)便是水分含量高。新采褐煤的水分含量通常在30?60%，這一特點(diǎn)已成為褐煤高效利用的主要障礙。將褐煤脫水提質(zhì)，不僅能耗大，脫水過程冷凝下來大量難以處理的有機(jī)廢水，而且脫水后的褐煤易風(fēng)化碎裂、易氧化自燃、難以洗滌和儲存。因此，褐煤單位能量的運(yùn)輸成本較高，不適合長距離運(yùn)輸和貯存。長期以來，褐煤主要作為一種廉價(jià)的低階燃料，在產(chǎn)地附近燃燒發(fā)電。燃燒發(fā)電不僅熱效率低、資源利用效率低和經(jīng)濟(jì)性差，且溫室氣體和PM2.5排放量大。人們一直在尋求開發(fā)一種針對褐煤的能耗低、資源利用率高的潔凈煤技術(shù)。
[0004]氣化是煤炭化學(xué)加工的一種重要方法，也是潔凈煤利用的關(guān)鍵技術(shù)之一。煤炭在高溫條件下與氣化劑進(jìn)行熱化學(xué)反應(yīng)制得煤氣的過程稱為煤炭氣化。常用的氣化劑包括氧氣(或空氣、富氧空氣)、水蒸氣、二氧化碳、氫氣以及這些氣體的混合物。與原料煤炭相比，氣化后的煤氣燃燒穩(wěn)定，無環(huán)境污染，便于輸送和凈化，原料的組成和投料量都容易調(diào)節(jié)控制;氣態(tài)原料還特別適于非均相催化的化工合成過程。因此，氣化后的煤氣既可以直接用做燃料氣，也可以經(jīng)凈化、變換和精制等工藝過程后用于城市煤氣、冶煉過程還原氣、聯(lián)合循環(huán)發(fā)電、合成化學(xué)品和液體燃料等。
[0005]目前，國內(nèi)外煤炭氣化方法主要有干煤粉加壓兩段氣化方法、灰融聚煤氣化方法、水煤漿氣化方法、非熔渣-熔渣分級氣化方法、航天爐氣化方法和多元料漿氣化方法等。這些方法均是以常規(guī)加熱方式使煤炭達(dá)到較高溫度條件，然后進(jìn)行氣化，雖然可以用于褐煤的氣化，但仍不能解決由于褐煤水分含量高造成的能耗大和廢水量大的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，目的是提供一種能耗低、廢水量小、加熱效率高、工藝簡單、易于操作和能提高綜合利用效率的褐煤微波脫水耦合氣化的方法。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案的步驟是:
步驟一、將褐煤破碎至粒徑為0.5mm?50mm的褐煤顆粒，再將所述褐煤顆粒置入微波加熱脫水裝置，脫水至含水量小于10wt%，得到水蒸氣和脫水褐煤顆粒。
[0008]步驟二、將步驟一得到的脫水褐煤顆粒置入微波加熱裝置，然后在600?1500°C條件下，將步驟一得到的水蒸氣從微波加熱裝置的底部通入，通入的水蒸氣與加熱的脫水褐煤顆粒進(jìn)行氣化反應(yīng)，得到氣化煤氣。
[0009]所述褐煤的含水量為10?60wt%。
[0010]由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下有益效果:
1、本發(fā)明將褐煤破碎后采用微波加熱進(jìn)行脫水，由于微波加熱具有選擇性，褐煤中的水分被優(yōu)先加熱，加熱效率高，能提高脫水速率和縮短脫水時(shí)間；本發(fā)明與常規(guī)脫水方法相比，褐煤中有機(jī)質(zhì)相對溫度較低，揮發(fā)較少，脫出的水分清潔度較高，便于后續(xù)利用。
[0011]2、本發(fā)明將褐煤微波脫出的自身含有的水分作為氣化劑進(jìn)行褐煤微波耦合氣化，解決了褐煤提質(zhì)利用中的廢水問題，將褐煤所含的水分轉(zhuǎn)化為氣化煤氣，提高了出與0)氣體產(chǎn)量。
[0012]3、本發(fā)明以微波為熱源對褐煤進(jìn)行氣化，氣化產(chǎn)物CO2在微波輻照下能夠在較低溫度下與水和碳發(fā)生重整反應(yīng)，生成出與⑶，提高了氣化煤氣中出與⑶含量，使褐煤資源進(jìn)一步得到充分利用。
[0013]4、本發(fā)明將褐煤微波脫水出的自身含有的水分直接以水蒸氣形式進(jìn)行褐煤微波耦合氣化，與常規(guī)加熱方式的褐煤氣化相比，節(jié)約了水由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)水蒸氣所消耗的潛熱，節(jié)能效果顯著。
[0014]5、本發(fā)明將褐煤微波脫水后得到的脫水褐煤顆粒采用微波作為熱源進(jìn)行氣化，加熱效率高，加熱速度快，易于操作，且能在脫水褐煤顆粒形成局部高溫?zé)狳c(diǎn)，從而強(qiáng)化褐煤氣化反應(yīng)。
[0015]因此，本發(fā)明具有能耗低、廢水量小、加熱效率高、工藝簡單、易于操作和能提高褐煤綜合利用效率的特點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，并非對其保護(hù)范圍的限制:
實(shí)施例1
一種褐煤微波脫水耦合氣化的方法。所述方法的具體步驟是:
步驟一、將含水量為10?20wt%的褐煤破碎至粒徑為0.5?1mm的褐煤顆粒，再將所述褐煤顆粒置入微波加熱脫水裝置，脫水至含水量為I?5wt%，得到水蒸氣和脫水褐煤顆粒；
步驟二、將步驟一得到的脫水褐煤顆粒置入微波加熱裝置，然后在800?1200°C條件下，將步驟一得到的水蒸氣從微波加熱裝置的底部通入，通入的水蒸氣與加熱的脫水褐煤顆粒進(jìn)行氣化反應(yīng)，得到氣化煤氣。
[0017]實(shí)施例2
一種褐煤微波脫水耦合氣化的方法。所述方法的具體步驟是: 步驟一、將含水量為20~30wt%的褐煤破碎至粒徑為8?20mm的褐煤顆粒，再將所述褐煤顆粒置入微波加熱脫水裝置，脫水至含水量為2?6wt%，得到水蒸氣和脫水褐煤顆粒；
步驟二、將步驟一得到的脫水褐煤顆粒置入微波加熱裝置，然后在900?1300°C條件下，將步驟一得到的水蒸氣從微波加熱裝置的底部通入，通入的水蒸氣與加熱的脫水褐煤顆粒進(jìn)行氣化反應(yīng)，得到氣化煤氣。
[0018]實(shí)施例3
一種褐煤微波脫水耦合氣化的方法。所述方法的具體步驟是:
步驟一、將含水量為25?40wt%的褐煤破碎至粒徑為5?30mm的褐煤顆粒，再將所述褐煤顆粒置入微波加熱脫水裝置，脫水至含水量3~7wt%，得到水蒸氣和脫水褐煤顆粒；
步驟二、將步驟一得到的脫水褐煤顆粒置入微波加熱裝置，然后在600?900°C條件下，將步驟一得到的水蒸氣從微波加熱裝置的底部通入，通入的水蒸氣與加熱的脫水褐煤顆粒進(jìn)行氣化反應(yīng)，得到氣化煤氣。
[0019]實(shí)施例4
一種褐煤微波脫水耦合氣化的方法。所述方法的具體步驟是:
步驟一、將含水量為40?55wt%的褐煤破碎至粒徑為1?45mm的褐煤顆粒，再將所述褐煤顆粒置入微波加熱脫水裝置，脫水至含水量4?8wt%，得到水蒸氣和脫水褐煤顆粒；
步驟二、將步驟一得到的脫水褐煤顆粒置入微波加熱裝置，然后在1300?1500°C條件下，將步驟一得到的水蒸氣從微波加熱裝置的底部通入，通入的水蒸氣與加熱的脫水褐煤顆粒進(jìn)行氣化反應(yīng)，得到氣化煤氣。
[0020]實(shí)施例5
一種褐煤微波脫水耦合氣化的方法。所述方法的具體步驟是:
步驟一、將含水量為45?60wt%的褐煤破碎至粒徑為35?50mm的褐煤顆粒，再將所述褐煤顆粒置入微波加熱脫水裝置，脫水至含水量5?10wt%，得到水蒸氣和脫水褐煤顆粒；
步驟二、將步驟一得到的脫水褐煤顆粒置入微波加熱裝置，然后在850?1150°C條件下，將步驟一得到的水蒸氣從微波加熱裝置的底部通入，通入的水蒸氣與加熱的脫水褐煤顆粒進(jìn)行氣化反應(yīng)，得到氣化煤氣。
[0021]
本【具體實(shí)施方式】具有如下有益效果:
1、本【具體實(shí)施方式】將褐煤破碎后采用微波加熱進(jìn)行脫水，由于微波加熱具有選擇性，褐煤中的水分被優(yōu)先加熱，加熱效率高，能提高脫水速率和縮短脫水時(shí)間;本【具體實(shí)施方式】與常規(guī)脫水方法相比，褐煤中有機(jī)質(zhì)相對溫度較低，揮發(fā)較少，脫出的水分清潔度較高，便于后續(xù)利用。
[0022]2、本【具體實(shí)施方式】將褐煤微波脫出的自身含有的水分作為氣化劑進(jìn)行褐煤微波耦合氣化，解決了褐煤提質(zhì)利用中的廢水問題，將褐煤所含的水分轉(zhuǎn)化為氣化煤氣，提高了H2與CO氣體產(chǎn)量。
[0023]3、本【具體實(shí)施方式】以微波為熱源對褐煤進(jìn)行氣化，氣化產(chǎn)物CO2在微波輻照下能夠在較低溫度下與水和碳發(fā)生重整反應(yīng)，生成出與0)，提高了氣化煤氣中出與0)含量，使褐煤資源進(jìn)一步得到充分利用。
[0024]4、本【具體實(shí)施方式】將褐煤微波脫水出的自身含有的水分直接以水蒸氣形式進(jìn)行褐煤微波耦合氣化，與常規(guī)加熱方式的褐煤氣化相比，節(jié)約了水由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)水蒸氣所消耗的潛熱，節(jié)能效果顯著。
[0025]5、本【具體實(shí)施方式】將褐煤微波脫水后得到的脫水褐煤顆粒采用微波作為熱源進(jìn)行氣化，加熱效率高，加熱速度快，易于操作，且能在脫水褐煤顆粒形成局部高溫?zé)狳c(diǎn)，從而強(qiáng)化褐煤氣化反應(yīng)。
[0026]因此，本【具體實(shí)施方式】具有能耗低、廢水量小、加熱效率高、工藝簡單、易于操作和能提1?掲煤綜合利用效率的特點(diǎn)D
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種褐煤微波脫水耦合氣化的方法，其特征在于所述方法的步驟是: 步驟一、將褐煤破碎至粒徑為0.5mm~50mm的褐煤顆粒，再將所述褐煤顆粒置入微波加熱脫水裝置，脫水至含水量小于10wt%，得到水蒸氣和脫水褐煤顆粒； 步驟二、將步驟一得到的脫水褐煤顆粒置入微波加熱裝置，然后在600?1500°C條件下，將步驟一得到的水蒸氣從微波加熱裝置的底部通入，通入的水蒸氣與加熱的脫水褐煤顆粒進(jìn)行氣化反應(yīng)，得到氣化煤氣。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的褐煤微波脫水耦合氣化的方法，其特征在于所述褐煤的含水量為10?60wt%。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種褐煤微波脫水耦合氣化的方法。其技術(shù)方案是：將褐煤破碎至粒徑為0.5mm~50mm的褐煤顆粒，再將所述褐煤顆粒置入微波加熱脫水裝置，脫水至含水量小于10wt%，得到水蒸氣和脫水褐煤顆粒。然后將所述的脫水褐煤顆粒置入微波加熱裝置，在600~1500℃條件下，將所述的水蒸氣從微波加熱裝置的底部通入，通入的水蒸氣與加熱的脫水褐煤顆粒進(jìn)行氣化反應(yīng)，得到氣化煤氣。本發(fā)明具有能耗低、廢水量小、加熱效率高、工藝簡單、易于操作和能提高褐煤綜合利用效率的特點(diǎn)。
【IPC分類】C10J3/46, C10J3/72
【公開號】CN105670697
【申請?zhí)枴緾N201610049274
【發(fā)明人】王晴東, 陳彪, 王光華, 劉陽, 李文兵, 萬棟
【申請人】武漢科技大學(xué)
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年1月26日