专利名称：采用煤-煤气微波共热解生产兰炭、焦油和煤气的方法
技术领域：
本发明属于能源技术领域，具体涉及一种采用煤-煤气微波共热解生产兰炭、焦油和煤气的方法。
背景技术：
我国是一个富煤、缺油、少气的国家，煤炭产量约占总能源产量的70%左右；而在煤炭资源中，低变质煤占40%以上。低变质煤通过中低温干馏工艺生产兰炭、煤焦油和干馏煤气等产品，可使煤炭增值3倍以上。兰炭生产工业从70年代末发展至今，已有30多年的历史，相继经历了由小到大、由乱散到集中、由土办法到机械化、由污染严重到清洁生产、由单一产业链到循环经济产业链初具规模的发展过程。由于兰炭产业产品用途广泛，市场前 景广阔，截止“十一五”末，我国兰炭产业产能已达到4500万吨，“十二五”期间规划产能将达到6000-8000万吨，工业总产值将达1500-2000亿元。低变质煤是指从煤化角度分类，变质程度较低、成煤年代较晚的煤，其挥发分含量一般较高，包括长焰煤、不粘煤和弱粘煤等。目前，国内以侏罗纪不粘结煤、弱粘结煤、长焰煤等低变质煤热解生产兰炭，已发展了多种类型的热解工艺，例如多段回转炉(MRF)热解工艺、固体热载体快速热解工艺、以流化床热解为基础的循环流化床热电多联产工艺、焦载热流化床热解及半焦连续气化工艺、SJ内热式低温干懼工艺等。当前，低变质煤热解主流工艺采用的是煤气与空气混合燃烧直接加热的传统方法，存在的主要问题是生产周期长，原料受限，煤焦油产率低，煤耗高，煤气中氮含量高、有价成分含量低、热值低，难以高效利用，环境污染严重。为此，煤热解生产兰炭技术必须向高效、节能降耗、环境友好、循环经济产业链方向发展。煤的加氢热解技术是煤炭资源高效、洁净转化利用的一条重要途径，它可使煤炭中多组分得到合理利用，增加液体燃料的收率，提高煤炭的综合经济效益。但传统的加氢热解工艺模式是将氢气作为循环热载体与煤共热解，由于制H2过程价格昂贵，成本高，加之气体净化、分离及循环过程设备费用高，投资大，使煤加氢热解工艺在经济上阻力很大，寻求廉价氢源是煤加氢热解工艺发展的基础。微波加热是目前研究开发的一种新型加热技术，其原理主要是利用频率在300-3000千兆赫的电波在快速变化的高频电磁场作用下，被加热介质物料中的水分子极性取向将随着外电场的变化而变化，造成分子的运动相互摩擦效应，此时微波场的场能转化为介质内的热能，使物料温度迅速升高。微波加热由于加热速度快、加热均匀、节能高效的特点，目前已经在工农业和高科技领域内得到越来越广泛的应用。采用微波加热对低变质煤进行热解已有研究报道，其加热效率高、反应速度快，煤气热值高，氢含量高，氮含量低，煤处理过程清洁、无污染等突出优势，已引起兰炭产业升级换代新技术研究开发人员的普遍关注O
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种采用煤-煤气微波共热解生产兰炭、焦油和煤气的方法，该方法极大地降低了加氢热解的成本，生产兰炭速度快，兰炭质量好，焦油收率高，特别是焦油中轻质油含量高，煤气成分较优，是一种低变质煤高效分级利用的新技术。为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为一种采用煤-煤气微波共热解生产兰炭、焦油和煤气的方法，利用防爆气泵将微波热解煤产生的富氢煤气部分循环通入热解反应器中，与低变质煤在微波热解炉中共热解，其反应条件是微波频率是O. 3 300GHz，温度300 800°C，压力O. I 2. OMPa，煤气空速10 10000mL/g -h,反应时间5 60min，整个热解过程中，煤气分别经过一级和二级吸收冷却器，得到大部分焦油，后通入电捕焦油收尘器中进一步分离出其中的焦油，煤气再进入集气柜中，其中一部分循环返回参与共热解反应，一部分输送出本系统供其他系统利用，热解反应完成后，残留在热解反应器中的固体即兰炭产品。
所述富氢煤气是微波热解煤时自身生成的富氢煤气。所述的与低变质煤共热解时的煤气，可以是微波热解煤时自身生成的富氢煤气，也可以利用其他富氢或者富含甲烷的混合气，例如焦炉煤气、高炉煤气、煤层气、天然气、液化石油气、油页岩热解煤气、煤液化残渣再热解煤气等。所述热解反应器为间歇式热解反应器或者连续式热解反应器。本发明可采用单台微波热解装置进行生产，或者采用多台微波热解装置并联生产。为进一步提高焦油产率，在热解中使用包含有Mo、La、Ni、Zn、Co、Fe、W和Cr中的其中一种或多种活性物质组成的催化剂。本发明同时提供了一种实现所述生产兰炭、焦油和煤气方法的装置，其包括带反应器3的微波热解炉1，反应器3中通过管道接一级吸收冷却器4，一级吸收冷却器4顶端出口接位于循环冷却器5中的二级吸收冷却器6，二级吸收冷却器6的顶端出口接电捕焦油收尘器7，电捕焦油收尘器7出口接三通管8，三通管8的一个出口竖直朝下，为焦油出口，另一个出口水平接入集气柜9，集气柜9顶端出口通过循环煤气进气管12回接至反应器3中，集气柜9顶端出口另接单独的煤气出口管16。所述反应器3中设置有热电偶11，热电偶11接程序控温仪10。所述循环煤气进气管12上设置有回路阀门13和防爆气泵14。所述反应器3外设置有陶瓷保温套2。相比于现有技术，本发明的有益效果是充分利用了煤气中的富氢(或者甲烷)成分，与煤在微波加热条件下产生共热解反应，得到了高质量、高收率焦油，高质量煤气，质量稳定的兰炭产品。该过程不仅大大降低了加氢热解的成本，同时不需要通入空气，极大地减少了热解煤气中的氮含量，煤气利用价值大为增加；而且采用微波加热，速度快，效率高，充分实现了节能减排，提高了煤的分级利用率。
附图是本发明装置结构示意图。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。本发明采用附图所示装置，该装置包括带反应器3的微波热解炉1，反应器3中通过管道接一级吸收冷却器4，一级吸收冷却器4顶端出口接位于循环冷却器5中的二级吸收冷却器6，二级吸收冷却器6的顶端出口接电捕焦油收尘器7，电捕焦油收尘器7出口接三通管8，三通管8的一个出口竖直朝下，为焦油出口，另一个出口水平接入集气柜9，集气柜9顶端出口通过循环煤气进气管12回接至反应器3中，集气柜9顶端出口另接单独的煤气出口管16，反应器3中设置有热电偶11，热电偶11接程序控温仪10，反应器3外设置有陶瓷保温套2。循环煤气进气管12上设置有回路阀门13和防爆气泵14，而煤气出口管16上设置出气阀门15。实施例一
所选煤种为陕西神木煤，其工业分析和元素分析见表I。称取粒度为I 3cm的煤样40g，置于反应器3中，利用程序控温仪10控制热电偶11加热，反应条件为微波频率是
O.3 300GHz，终温700°C，压力O. 12MPa，循环煤气流速lOmL/min，反应时间40min。反应结束后，兰炭产率57. 9%，焦油产率12. 7%，兰炭产品分析结果见2。表I神木煤分析结果(％ )
权利要求
1.一种采用煤-煤气微波共热解生产兰炭、焦油和煤气的方法，其特征在于，利用防爆气泵将微波热解煤产生的富氢煤气部分循环通入热解反应器中，与低变质煤在微波热解炉中共热解，其反应条件是微波频率是O. 3 300GHz，温度300 800°C，压力O. I 2. OMPa,煤气空速10 10000mL/g · h，反应时间5 60min，整个热解过程中，煤气分别经过一级和二级吸收冷却器，得到大部分焦油，后通入电捕焦油收尘器中进一步分离出其中的焦油，煤气再进入集气柜中，其中一部分循环返回参与共热解反应，一部分输送出本系统供其他系统利用，热解反应完成后，残留在热解反应器中的固体即兰炭产品。
2.根据权利要求I所述的生产兰炭、焦油和煤气的方法，其特征在于，所述富氢煤气是微波热解煤时自身生成的富氢煤气。
3.根据权利要求I所述的生产兰炭、焦油和煤气的方法，其特征在于，所述富氢煤气以焦炉煤气、高炉煤气、煤层气、天然气、液化石油气、油页岩热解煤气或者煤液化残渣再热解煤气替代。
4.根据权利要求I所述的生产兰炭、焦油和煤气的方法，其特征在于，所述热解反应器为间歇式热解反应器或者连续式热解反应器。
5.根据权利要求I所述的生产兰炭、焦油和煤气的方法，其特征在于，采用单台微波热解装置进行生产，或者采用多台微波热解装置并联生产。
6.根据权利要求I所述的生产兰炭、焦油和煤气的方法，其特征在于，为进一步提高焦油产率，在热解中使用包含有Mo、La、Ni、Zn、Co、Fe、W和Cr中的其中一种或多种活性物质组成的催化剂。
全文摘要
一种采用煤-煤气微波共热解生产兰炭、焦油和煤气的方法，利用防爆气泵将微波热解煤产生的富氢煤气部分循环通入热解反应器中，与低变质煤在微波热解炉中共热解反应，热解过程中，煤气分别经过多级吸收冷却器，得到大部分焦油，后通入电捕焦油收尘器中进一步分离出其中的焦油，煤气再进入集气柜中，其中一部分循环返回参与共热解反应，一部分输送出本系统供其他系统利用，热解反应完成后，热解反应器中的固体产物就是兰炭产品，本发明方法工艺简单，装置易实现，极大地降低了加氢热解的成本，兰炭质量、焦油质量、产量高，煤气成分较优，生产速度快，煤分级利用率高。
文档编号C10B47/02GK102827621SQ20121031553
公开日2012年12月19日 申请日期2012年8月30日 优先权日2012年8月30日
发明者周军, 兰新哲, 赵西成, 宋永辉, 张秋利, 吴雷 申请人:西安建筑科技大学