微波技術(shù)在煤化工行業(yè)的應(yīng)用教材

1、不顛覆，無突破-微波技術(shù)在煤化工行業(yè)的應(yīng)用西安龍華微波冶金有限責(zé)任公司西安龍華微波化工有限責(zé)任公司2017年6月 目 錄n一、西安龍華公司及其三大原創(chuàng)性微波冶金創(chuàng)新技術(shù)簡(jiǎn)介n二、微波冶金技術(shù)介紹：原理、突出特點(diǎn)和能效n三、組合創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)工業(yè)微波的大型化和工程化n四、微波技術(shù)在煤化工產(chǎn)業(yè)鏈上的應(yīng)用 -微波中溫干餾技術(shù)實(shí)現(xiàn)煤炭分質(zhì)分級(jí)梯級(jí)綜合利用 -微波高溫干餾技術(shù)實(shí)現(xiàn)微波型焦生產(chǎn) -微波催化加熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)應(yīng)用在化學(xué)合成 -微波技術(shù)應(yīng)用于固廢危廢廢處置工程中的應(yīng)用n五、微波冶金化工爐窯的部分設(shè)計(jì)n六、微波冶金技術(shù)開發(fā)規(guī)劃與合作n七、微波爐窯設(shè)備照片一、公司簡(jiǎn)介-公司價(jià)值定位n公司名稱：西安龍華微

2、波化工有限責(zé)任公司西安龍華微波化工有限責(zé)任公司 西安龍華微波冶金有限責(zé)任公司西安龍華微波冶金有限責(zé)任公司 n成立時(shí)間：2015年6月n注冊(cè)地點(diǎn)：西安市高新區(qū)錦業(yè)路69號(hào)創(chuàng)業(yè)研發(fā)園n企業(yè)價(jià)值定位： 微波全面替代常規(guī)工業(yè)加熱的工程服務(wù)商和裝備提供商微波全面替代常規(guī)工業(yè)加熱的工程服務(wù)商和裝備提供商n企業(yè)戰(zhàn)略： 通過不斷組合創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)原創(chuàng)性技術(shù)創(chuàng)造通過不斷組合創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)原創(chuàng)性技術(shù)創(chuàng)造 一、公司簡(jiǎn)介-三大微波應(yīng)用原創(chuàng)性技術(shù)創(chuàng)新密閉微波干餾技術(shù)真空微波冶煉技術(shù)密閉微波冶煉技術(shù)密閉微波分解技術(shù) 煤炭熱解提質(zhì) 微波蘭炭型焦生產(chǎn) 低沸點(diǎn)金屬單質(zhì)升華 加熱、燒結(jié)、還原 氣相沉積、 蒸餾、分溫冷凝 碘化物氯化物分解

3、 電解渣分解燒結(jié)處理 脫硫石膏低溫分解微波技術(shù)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)冶金化工全產(chǎn)業(yè)鏈上微波全面替代常規(guī)加熱模式實(shí)現(xiàn)節(jié)能50%以上，在爐冶煉時(shí)間縮短至60分鐘以內(nèi)一、公司簡(jiǎn)介-技術(shù)應(yīng)用研發(fā)團(tuán)隊(duì)n總設(shè)計(jì)：由西安龍華公司主持和組織設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)研究院、 高校專業(yè)研究機(jī)構(gòu)共同參與的總體設(shè)計(jì)。并由西安龍華公司獨(dú)享知識(shí)產(chǎn)權(quán)n總圖設(shè)計(jì)：西安船舶工程研究院，或其他設(shè)計(jì)院合作n冶金工藝及熱工設(shè)計(jì)：西安建筑科技大學(xué)、西安交通大學(xué)n核心裝備主體設(shè)計(jì)：西安瑞馳公司，西安龍華公司n設(shè)計(jì)人員： 工藝設(shè)計(jì)人員：白玉龍（高級(jí)能源師）、王昀睿（教授）、 楊 楚（工程師）、周小兵（工程師）、孫德勝（高工） 熱工設(shè)計(jì)人員：蘇曉輝 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員：

4、陶立平（工程師）、尚曉輝（工程師） 電氣設(shè)計(jì)人員：葛勇、劉凱頻率：300MHz3000MHz波長(zhǎng)：1000mm100mm 民用頻率（MHz）： 340 915 2450 對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)（mm）： 909 327 122 可穿透物料厚度（mm）：909 327 122二、微波技術(shù)介紹-微波加熱技術(shù)是開啟傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)新未來的鑰匙透熱式整體加熱熱心效應(yīng) 急速加熱 選擇性加熱 催化效益二、微波技術(shù)介紹-微波能加熱的特點(diǎn)1 1選擇性加選擇性加熱物料，熱物料，升溫速率升溫速率快，加熱快，加熱效率高。效率高。內(nèi)部加熱內(nèi)部加熱2對(duì)氧化還原對(duì)氧化還原反應(yīng)具有催反應(yīng)具有催化作用，能化作用，能降低反應(yīng)溫降低反應(yīng)溫度，縮短反度

5、，縮短反應(yīng)時(shí)間。應(yīng)時(shí)間。催化作用催化作用3其本身不產(chǎn)其本身不產(chǎn)生任何氣體，生任何氣體，沒有氧氣氮沒有氧氣氮?dú)馐菍?shí)現(xiàn)清氣是實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)的有潔生產(chǎn)的有效途徑之一效途徑之一。 清潔生產(chǎn)清潔生產(chǎn)4使物料在瞬使物料在瞬間得到或失間得到或失去熱量來源，去熱量來源，易于自動(dòng)控易于自動(dòng)控制。制。 自動(dòng)控制自動(dòng)控制二、微波技術(shù)介紹-突出特點(diǎn)和能效微波作為一種新型綠色加熱方法，可用于改進(jìn)微波作為一種新型綠色加熱方法，可用于改進(jìn)部分高能耗、高污染冶金工藝，開發(fā)冶金新技術(shù)。部分高能耗、高污染冶金工藝，開發(fā)冶金新技術(shù)。n 微波輻射會(huì)具有加快冶金化學(xué)反應(yīng)等效應(yīng)。在微波加熱中，微波不僅僅只是作為一種加熱能源，微波加熱本身也

6、是一種活化過程。n 美國(guó)的M.A.Janny教授首先對(duì)微波促進(jìn)結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象進(jìn)行了分析，測(cè)定了高純Al2O3燒結(jié)過程中的表觀活化能Ea，發(fā)現(xiàn)微波燒結(jié)中Ea僅為170KJ/mol，而在常規(guī)電阻加熱燒結(jié)中Ea=575KJ/mol，由此可推測(cè)微波促進(jìn)了原子的擴(kuò)散。n M.A.Janny等進(jìn)一步用18O示蹤法測(cè)量了Al2O3單晶的擴(kuò)散過程，也證明微波加熱條件下擴(kuò)散系數(shù)高于常規(guī)加熱時(shí)的擴(kuò)散系數(shù)。n S.A.Freeman等的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，微波場(chǎng)具有增強(qiáng)離子電導(dǎo)的效應(yīng)。認(rèn)為高頻電場(chǎng)能促進(jìn)晶粒表層帶電空位的遷移，從而使晶粒產(chǎn)生類似于擴(kuò)散蠕動(dòng)的塑性變形，從而促進(jìn)了燒結(jié)的進(jìn)行二、微波技術(shù)介紹-能級(jí)測(cè)定和節(jié)能原理較常

7、規(guī)加熱方法節(jié)能40%70%以上4070%環(huán)保節(jié)能高效產(chǎn)品質(zhì)量提高材料加熱/加工效率數(shù)倍至數(shù)百倍XX倍優(yōu) 大幅提高加工材料品質(zhì)（整體均勻加熱）7090%微波加熱可大幅度減少煙氣處理量至10%、沒有NOx排放二、微波技術(shù)介紹-微波加熱的節(jié)能減排二、微波技術(shù)介紹 -微波能加熱的升溫曲線二、微波技術(shù)介紹 -2450MHz微波源及其組成最大2KW-2450MHz微波源二、微波技術(shù)介紹 -915MHz微波源及其組成南京三樂大型微波源數(shù)十年昆工非常規(guī)冶金國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，二十年西安龍華大型冶金爐窯和冶金節(jié)能工程十五年4MW10MW三、微波的發(fā)展、微波的團(tuán)隊(duì)三、組合創(chuàng)新技術(shù)創(chuàng)建大型微波反應(yīng)器n微波化工技術(shù)、大型

8、冶金爐窯，已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的技術(shù)，組合實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新，開發(fā)適合微波加熱特性的大型化微波爐窯，還需要有想象力、創(chuàng)造力。n密閉環(huán)形微波干餾窯：微波煤炭熱解提質(zhì)、蘭炭生產(chǎn)、油泥油頁巖油砂處理n密閉微波冶煉爐：多種金屬氧化物加熱完成氧化還原燒結(jié)冶煉等冶金過程n真空微波冶煉爐：多種金屬及氧化物加熱，完成蒸餾、還原等冶金化工過程n密閉微波分解爐：適用于碳酸鹽、硫酸鹽、碘化物、氯化物、硝酸鹽、硫化物等冶金化工過程微波加熱真空 冶煉爐密閉 加熱爐密閉 環(huán)形窯三、微波工業(yè)爐窯工程介紹 -微波燒結(jié)爐和烘干爐裝機(jī)容量達(dá)到300KW的915MHz干燥裝置三、微波技術(shù)介紹 -1000KW 915MHz微波烘干裝置三、微波技術(shù)介

9、紹 -450KW 微波中溫干餾中試生產(chǎn)線三、75KW微波實(shí)驗(yàn)爐簡(jiǎn)介-技術(shù)參數(shù)和圖紙n設(shè)備型號(hào)：VMSK-75KWn微波裝機(jī)容量：75KWn生產(chǎn)能力：鎂5Kg/h； 物料100Kg/h。n物料處理能力：70Kgn在爐時(shí)間：60分鐘n冶煉溫度：1200n真空度：10Pan還原爐直徑：1950mmn工況屬性：間歇式、人工進(jìn)出料三、75KW實(shí)驗(yàn)爐簡(jiǎn)介-功能介紹n在真空狀態(tài)下是一套以還原金屬鎂、金屬鈣還原為主的真空微波冶煉爐，具有使用微波加熱、爐內(nèi)坩堝旋轉(zhuǎn)、真空冶煉、在線冷卻收集金屬蒸汽、在線監(jiān)測(cè)重量、在線測(cè)量溫度、提供爐內(nèi)實(shí)時(shí)影像、在線計(jì)量能耗等功能，復(fù)制、模擬和優(yōu)化了現(xiàn)有的“皮江法”冶煉金屬鎂鈣的工

10、藝和設(shè)備。n在非真空狀態(tài)時(shí)又是一套密閉微波冶煉爐，可以完成密閉熱解、分解、氧化還原、燒結(jié)、爐內(nèi)氣體置換等功能，可以加熱煤炭、合金、金屬非金屬氧化物、以及各種混合物。n實(shí)驗(yàn)爐的設(shè)備和生產(chǎn)工藝在性能與技術(shù)上處于國(guó)際首創(chuàng)的水平，可以給出定性和量化的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，特別是能在線給出能耗、反應(yīng)起始終結(jié)溫度、失重率、反應(yīng)時(shí)間、吸波特性等數(shù)據(jù)，可以協(xié)助實(shí)驗(yàn)人員作出實(shí)驗(yàn)的各種曲線。n在有導(dǎo)師參與的情況下作出微波應(yīng)用的數(shù)學(xué)物理化學(xué)模型。三、75KW微波實(shí)驗(yàn)爐簡(jiǎn)介自動(dòng)控制界面二、微波技術(shù)介紹 -915MHz微波實(shí)驗(yàn)裝置產(chǎn)品高附加值，可再開發(fā)短流程清潔生產(chǎn)新工藝，產(chǎn)品高附加值，可再開發(fā)短流程清潔生產(chǎn)新工藝，體現(xiàn)微波冶金化

11、工爐窯價(jià)值體現(xiàn)微波冶金化工爐窯價(jià)值產(chǎn)量小、微波工業(yè)爐窯設(shè)計(jì)制造難度小產(chǎn)量小、微波工業(yè)爐窯設(shè)計(jì)制造難度小在爐時(shí)間極大幅度縮短，幾十小時(shí)在爐時(shí)間極大幅度縮短，幾十小時(shí) 45分鐘分鐘煤炭及其中間生成物很吸波，升溫煤炭及其中間生成物很吸波，升溫100/分鐘分鐘覆蓋全產(chǎn)業(yè)鏈，體現(xiàn)環(huán)保節(jié)能和資源化覆蓋全產(chǎn)業(yè)鏈，體現(xiàn)環(huán)保節(jié)能和資源化四、微波技術(shù)在煤化工產(chǎn)業(yè)鏈上的應(yīng)用 -具有六大獨(dú)特的優(yōu)勢(shì) 微波工業(yè)爐窯容易實(shí)現(xiàn)密閉、真空和高壓，微波工業(yè)爐窯容易實(shí)現(xiàn)密閉、真空和高壓，產(chǎn)品無泄漏、無氧氣氮?dú)膺M(jìn)入，產(chǎn)品純度高產(chǎn)品無泄漏、無氧氣氮?dú)膺M(jìn)入，產(chǎn)品純度高 催化劑的再生和回收 冶煉渣處置煤化工固廢危廢處置： 靜態(tài)的分段分溫分

12、組分熱解工藝，氣固油分離簡(jiǎn)單 蘭炭生產(chǎn)；褐煤、煤泥等低階煤的分級(jí)分質(zhì)利用；微波煤炭熱解提質(zhì)：微波極速催化裂解 降低反應(yīng)溫度300，電耗降低50%，成本節(jié)約40% 微波冶煉、微波真空還原、微波催化合成轉(zhuǎn)化微波冶金化工：微波催化加熱還原合成轉(zhuǎn)化四、三大創(chuàng)造性的組合創(chuàng)新技術(shù) -應(yīng)用于煤+電+冶金化工循環(huán)經(jīng)濟(jì)工業(yè)園四、微波干餾煤炭理論和實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介 -傳統(tǒng)煤炭熱解提質(zhì)行業(yè)遭遇的困境n產(chǎn)能?。簢?guó)內(nèi)外煤炭熱解提質(zhì)技術(shù)已達(dá)數(shù)十種。依據(jù)不同加熱方式、載體形式、床型結(jié)構(gòu)，不同程度地存在安全、環(huán)保、節(jié)能、穩(wěn)定、投資高、運(yùn)行成本高等問題，不斷進(jìn)行幾十萬噸級(jí)甚至百萬噸級(jí)的工業(yè)化實(shí)驗(yàn)。n“三八塊”煤作為原料，煤種指標(biāo)變化更

13、難適合；n焦油收得率低，最高10%左右且油品中帶灰，后處理困難；n產(chǎn)品質(zhì)量差異大，提質(zhì)煤產(chǎn)品存在易氧化、易碎等問題n環(huán)保不過關(guān)，廢氣排放強(qiáng)度高，污染物超標(biāo)；n受困于各種因素影響，安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)周期運(yùn)行困難，經(jīng)濟(jì)性較差。n蘭炭、褐煤提質(zhì)等行業(yè)處于全面虧損狀態(tài)，僅僅依靠煤焦油的部分利潤(rùn)勉強(qiáng)維持。四、微波干餾煤炭理論和實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介 -微波能加熱煤炭的優(yōu)勢(shì)n升溫速率高：室溫650用時(shí)25分鐘，其中室溫180用時(shí)17，升溫速率達(dá)到11/分鐘；180650用時(shí)8分鐘，升溫速率達(dá)到58/分鐘。一般熱解在30分鐘內(nèi)完成。n可以使用煤泥、粉煤、“三八塊”煤作為原料，根據(jù)熱解提質(zhì)的需要選擇原料和煤種；n焦油收得率高達(dá)

14、18%以上（哈密的45%揮發(fā)份的煤炭實(shí)驗(yàn)室加催化劑后焦油收得率達(dá)到22%），且油品中帶灰塵含量降低到原有的10%左右，后加工簡(jiǎn)單；n大料、中料、粉末產(chǎn)品質(zhì)量相同并穩(wěn)定，強(qiáng)度提高、不易燃，在空氣中自然堆放不復(fù)吸水n環(huán)保好處理過關(guān)，能安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)周期運(yùn)行。n使蘭炭、褐煤提質(zhì)等行業(yè)扭虧為盈，甚至是很好的盈利項(xiàng)目。比較項(xiàng)目比較項(xiàng)目筒式窯筒式窯外熱滾筒外熱滾筒流化床流化床鏈板窯鏈板窯微波熱解微波熱解能源消耗110110110120150KWH+50成品率55%60%60%60%65%焦油收得率 6%10%10%10%18%尾氣綜合利用N250%CO25%CH410%H210%CH435%H225%CO

15、12%CH435%H225%CO12%CH435%H225%CO12%CH455%H230%CO10%尾氣數(shù)量1000400400400250原料粒度三八塊粉料粉料三八塊均可產(chǎn)品蘭炭提質(zhì)煤粉提質(zhì)煤粉提質(zhì)煤粉蘭炭提質(zhì)煤粉綜合差一般一般一般優(yōu)四、微波干餾煤炭理論和實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介 -幾種新工藝比較四、微波干餾煤炭理論和實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介 -焦油收得率的理論計(jì)算n煤炭的揮發(fā)份的定義：把煤在隔絕空氣條件下，于一定的溫度下加熱一定時(shí)間，煤中分解出來的液體（蒸氣狀態(tài)）和氣體產(chǎn)物減去煤中所含的水分，即為揮發(fā)份n密閉干餾蘭炭尾氣的加權(quán)分子量不超過12，(CH4 55%、H230%、CO10%)，蘭炭尾氣的質(zhì)量約為134Kg，陜

16、北的煤炭平均揮發(fā)份為35%，焦油質(zhì)量約為216Kg，即可以回收21.6%n其他加熱模式對(duì)焦油收得率是減法：焦油分解，氣體產(chǎn)量高n微波加熱模式對(duì)焦油收得率是加法，有催化作用，增加收得率。（可以發(fā)生費(fèi)托合成FT反應(yīng)，它以合成氣(CO和H2)為原料在催化劑(主要是鐵系) 和適當(dāng)反應(yīng)條件下合成以石蠟烴為主的液體燃料的工藝過程）。n還可以增加催化劑，再發(fā)生費(fèi)托合成，增加收得率五、微波冶金化工爐窯的部分設(shè)計(jì) -環(huán)形真空微波干餾窯原理介紹n環(huán)形窯是窯體呈環(huán)形結(jié)構(gòu)的爐窯，外墻、內(nèi)墻、窯頂及安裝在內(nèi)外墻上的微波裝置固定不動(dòng)，呈正圓的環(huán)形窯底轉(zhuǎn)動(dòng)。窯底盤裝載需要干餾的物料，微波能通過電磁波穿透物料。n需要干餾的原

17、煤，由密閉裝料裝置裝入勻速旋轉(zhuǎn)的底盤上，均勻地鋪放在底盤上。爐底連續(xù)旋轉(zhuǎn)，由真空進(jìn)料裝置將預(yù)熱至200 的煤炭依次運(yùn)送經(jīng)過環(huán)形窯的焦油段、甲烷段、氫氣段真空冷卻出爐裝置，在真空冷卻出爐裝置內(nèi)使用蒸汽冷卻后到120 以下并完成出料。由于有預(yù)熱和冷卻，并可將其他工序的低溫余熱作為烘干能源使用，能耗大幅度降低。n在整個(gè)加熱、保溫、冷卻的干餾過程中，可準(zhǔn)確控制干餾過程的溫度、時(shí)間和干餾氣流量。n使用雙級(jí)水環(huán)真空泵串聯(lián)使用，運(yùn)行在4000Pa。五、微波冶金化工爐窯的部分設(shè)計(jì) -窯體結(jié)構(gòu)示意圖五、微波冶金化工爐窯的部分設(shè)計(jì) -微波窯體結(jié)構(gòu)示意圖六、微波在煤化工行業(yè)的其他應(yīng)用六、微波在煤化工行業(yè)的其他應(yīng)用n微波低溫煤炭熱解提質(zhì)（微波蘭炭、微波處理褐煤、微波處理鍋爐燃燒前煤粉）n微波高溫煤炭熱解提質(zhì)（微波焦炭）n微波固堿生產(chǎn)、濃硫酸生產(chǎn)及其復(fù)濃、鹽酸脫水及其復(fù)濃n微波活性炭碳化、再生n微波煤炭催化液化（微波煤制油）n微波煤炭催化氣化（微波煤制天然氣）n微波煤制水煤氣（微波煤制CO、H2）n微波煤炭地下氣化n微波催化合成、微波催化劑再生n生物質(zhì)微波處理生產(chǎn)木炭、木醋液、木煤氣六、微波應(yīng)用褐煤堆積溫升試驗(yàn)(1)褐煤堆積試驗(yàn)(