一种微波热解系统及其使用方法与流程

本发明属于能源化工技术领域，具体涉及一种微波热解系统及其使用方法。

背景技术：

我国的能源结构特点是富煤、贫油、少气，作为世界上最大的煤炭生产和消费大国，在相当长的一段时间内，煤炭资源作为我国主导能源的地位是不可动摇的。据统计，我国已经探明煤炭储量为1145亿吨，其中中低阶煤占全国保有资源量的55.15％。随着现代化采煤综合技术的广泛使用，使得块煤产率下降(由目前的40％下降至10～20％)，粉煤产率升高(由目前的60％上升至80～90％)。粉煤存在易于扬尘、易爆、易燃，综合利用难度大等问题，煤热解技术被认为是煤炭高效清洁利用最为有效的途径。

由于低阶煤具有水分含量高，容易风化自燃、难以分选、不易长途运输和储存等特点，使得其综合利用受到很大限制。目前，为了低变质煤提质增效应用途径主要为中低温热解生产半角、煤焦油和荒煤气。在现有技术中，不论是西德考伯斯炉型还是连续化直立炉型，为了使炭化室中煤料具有一定的透气性，在生产中都只能用大于30mm的块煤作为原料，对于直径小于6mm的粉煤，由于料层透气性差而引起炉压过高，造成不能生产，同时，低变质煤中低温热解过程中产生的煤气在经过料层时，将煤料中的粉煤带到荒煤气中，使得后续的煤焦油中含有大量的粉煤，不易分离处理。生产过程中，由于炉顶和水熄焦的原因，产生了大量的voc和粉尘。目前，普遍采用空气作为助燃剂，内热式热解技术，使得荒煤气中氮气含量超过40％，大大降低了荒煤气的热值，限制了荒煤气高附加值的利用。粉煤热解是世界性行业难题，备受国内外行业界广泛关注。

技术实现要素：

针对现有技术中的技术问题，本发明提供了一种微波热解系统及其使用方法，其目的在于在粉煤热解过程，不易产生粉尘，多次分离粉尘，降低荒煤气氮气含量。

为解决上述问题，本发明通过以下技术方案予以解决：

一种微波热解系统，包括微波热解段、活性炭段和石墨段，所述微波热解段的进料口与粉煤送料机构连接，所述微波热解段的出料口与所述活性炭段的进料口连接，所述活性炭段的出料口与所述石墨段的进料口连接，所述石墨段的出料口与石墨存储段连接；所述微波热解段、活性炭段和石墨段上均设置有微波发生器，所述微波热解段内从下至上依次设置有挡板和防尘罩，所述挡板上开设有通气缝。

进一步地，所述微波热解段的顶部开设有第一气体出口，所述第一气体出口上连接有耐高温除尘布袋，所述耐高温除尘布袋上设置有第二气体出口；所述活性炭段的底部设置有气体入口，所述活性炭段的顶部设置有第三气体出口，所述活性炭段内从下至上依次设置有挡板和防尘罩。

进一步地，所述微波热解段内设置有若干层挡板，每层挡板上均布开设有若干通气缝，每个所述通气缝的间隙为1～2mm；所述防尘罩为网状结构，网孔的直径小于0.1mm。

进一步地，还包括预热段和冷却段，所述预热段的进料口与粉煤送料机构连接，所述预热段的出料口与所述微波热解段的进料口连接；所述冷却段的进料口与所述石墨段的出料口连接，所述冷却段的出料口与石墨存储段连接。

进一步地，所述预热段上设置有第一换热管，所述冷却段上设置有第二换热管，所述第一换热管与所述第二换热管通过管道连通形成循环回路。

进一步地，所述粉煤送料机构包括台阶式皮带传送机构和升降机构，所述台阶式皮带传送机构与所述升降机构对接，所述升降机构与所述预热段的进料口对接，所述台阶式皮带传送机构的台阶上放置有粉煤托盘。

进一步地，所述粉煤托盘包括粉煤托盘底和设置在所述粉煤托盘底底部的粉煤托盘架，所述粉煤托盘底为网状结构，网格的口径小于1mm。

进一步地，所述微波热解段的进料口端设置有第一微波屏蔽器，所述石墨段的出料口端设置有第二微波屏蔽器。

一种微波热解系统的使用方法为：将粉煤送至所述微波热解段，开启设置在所述微波热解段上的微波发生器，在第一温度下加热得到粉焦，将得到的粉焦送至所述活性炭段，开启所述活性炭段上的微波发生器，在第二温度下降粉焦加热得到活性炭，将得到的活性炭送至所述石墨段，开启所述石墨段上的微波发生器，在第三温度下加热得到石墨，将得到的石墨送至石墨存储段。

进一步地，所述第一温度为650～750℃，所述第二温度为900～1000℃，所述第三温度为1500～1800℃；开启所述活性炭段上的微波发生器时，从所述气体入口通入水蒸气和/或二氧化碳气体。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：本发明在微波热解段、活性炭段和石墨段上均设置有微波发生器，在微波热解段内从下至上依次设置有挡板和防尘罩，挡板上开设有通气缝，通气缝用于是气体通过，过滤粉尘。粉煤在微波热解段热解，同时产生了荒煤气和少量的粉尘，荒煤气携带粉尘上升，经过设置在微波热解段内的多层挡板时，气体通过通气缝继续上升，大量的粉尘被挡板挡住并在重力的作用下下沉，少量的粉尘继续被荒煤气携带上升至防尘罩，粉尘进一步被隔离，通过微波发生器加热，微波热解具有独特的热传导规律、整体内外加热均匀、升温速率快、选择加热的特点，可对生物质、污泥、煤炭、油泥和油页岩等材料进行热解，提高热解效率，增加热解产物收率和提升产品质量，得到的荒煤气氮气含量得到了控制，可得到高质量的荒煤气。综上，本发明设计了多重抑制粉尘产生，以及粉尘隔离的系统，多次分离粉尘，使得不易产生粉尘，同时通过微波加热降低荒煤气中的氮气含量。

进一步地，微波热解段的顶部开设有第一气体出口，第一气体出口上连接有耐高温除尘布袋，耐高温除尘布袋上设置有第二气体出口，极少量的粉尘继续与荒煤气通过第一气体出口进入耐高温除尘布袋，耐高温除尘布袋进一步将粉尘与荒煤气分离，基本不含粉尘的荒煤气通过第二气体出口进入荒煤气的冷却段，进行常规处理，更好地去除了粉尘。

进一步地，通气缝的间隙为1～2mm，网孔的直径小于0.1mm，能够有效的除尘。

进一步地，预热段上设置有第一换热管，冷却段上设置有第二换热管，第一换热管与所述第二换热管通过管道连通形成循环回路，冷的导热油通过导热油入口进入第二换热管，冷的导热油与高温的石墨进行热交换，将石墨冷却的同时，导热油被加热，热的导热油通过导管进入预热段上的第一换热管，通过第一换热管将冷却的粉煤预热，导热油同时被冷却，冷却的导热油通过循环冷却油出口继续循环利用，从冷却油入口进入热循环系统，将热能循环利用。

进一步地，在台阶式皮带传送机构的台阶上放置有粉煤托盘，利用台阶式皮带传送机构与升降机构对接，以及升降机构与预热段的进料口对接，能够尽可能地减少扬尘。

进一步地，粉煤托盘包括粉煤托盘底和设置在粉煤托盘底底部的粉煤托盘架，粉煤托盘底为网状结构，网格的口径小于1mm，有利于在活性炭段气体的均匀进入，粉煤托盘架保证了粉煤托盘底部的安全运行。

一种微波热解系统的使用方法，将粉煤送至微波热解段，开启设置在微波热解段上的微波发生器，在第一温度下加热得到粉焦，将得到的粉焦送至活性炭段，开启活性炭段上的微波发生器，在第二温度下降粉焦加热得到活性炭，将得到的活性炭送至石墨段，开启石墨段上的微波发生器，在第三温度下加热得到石墨，将得到的石墨送至石墨存储段。可见采用了连续进料，连续生产的工艺，可选择性地在粉煤热解后，继续进入活性炭工段、石墨工段。可连续生产，得到高品质的粉焦、活性炭、石墨烯，整个系统密封，没有voc和粉尘的产生，环保节能。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的系统结构示意图；

图2为本发明微波热阶段的结构示意图(主视图)；

图3为本发明微波热阶段的结构示意图(左视图)；

图4为本发明挡板的结构示意图；

图5为本发明防尘罩的结构示意图；

图6为本发明粉煤托盘的结构示意图。

图中：1-带轮；2-第二换热管；3-冷却段；4-石墨段；5-活性炭段；7-微波热解段；8-防尘罩；81-导轨；82-防尘网；83-拉伸钩；9-微波发生器；10-第一换热管；11-预热段；12-台阶式皮带传送机构；13-粉煤托盘；131-粉煤托盘底；132-粉煤托盘架；14-铲斗；15-粉煤堆；16-升降机构；17-第一微波屏蔽器；18-挡板；181-通气缝；19-第二微波屏蔽器；20-耐高温除尘布袋；21-第一气体出口；22-第二气体出口；23-气体入口；24-第三气体出口。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

作为本发明的某一优选实施例，如图1所示，一种微波热解系统，包括预热段11、微波热解段7、活性炭段5、石墨段4和冷却段3，预热段11的进料口与粉煤送料机构连接，具体的，粉煤送料机构包括一台台阶式皮带传送机构12和一台升降机构16，台阶式皮带传送机构12上放置有粉煤托盘13，台阶式皮带传送机构12的低端前面堆放有粉煤堆15，利用工具将粉煤装进粉煤托盘13内，本发明优先选用铲斗14，且铲斗14为自动铲斗；如图6所示为粉煤托盘，本发明的粉煤托盘13包括粉煤托盘底131和设置在粉煤托盘底131底部的粉煤托盘架132，粉煤托盘底131为网状结构，网格的口径小于1mm，有利于在活性炭段5气体的均匀进入，为了保证粉煤托盘底部的安全运行，在粉煤托盘底加上有一定强度的粉煤托盘架132。

台阶式皮带传送机构12高端与升降机构16对接，本发明优先选用自动升降机，升降机构16与预热段11的进料口对接。预热段11的出料口与微波热解段7的进料口连接，微波热解段7的出料口与活性炭段5的进料口连接，活性炭段5的出料口与石墨段4的进料口连接，石墨段4的出料口与冷却段3的进料口连接，冷却段3的出料口与石墨存储段连接。具体的，预热段11的出料口与微波热解段7的进料口之间、微波热解段7的出料口与活性炭段5的进料口之间、活性炭段5的出料口与石墨段4的进料口之间、石墨段4的出料口与冷却段3的进料口之间以及墨冷却段3的出料口与石墨存储段之间的粉煤均是通过平皮带输送机运送的，如图1所示，在带轮1的带动下，平皮带运输机将粉煤进行连续的运送。

如图1和图2所示，在微波热解段7、活性炭段5和石墨段4上均设置有微波发生器9，且在微波热解段7的进料口端设置有第一微波屏蔽器17，石墨段4的出料口端设置有第二微波屏蔽器19。微波热解段7的顶部开设有第一气体出口21，第一气体出口21上连接有耐高温除尘布袋20，耐高温除尘布袋20上设置有第二气体出口22，微波热解段7内从下至上依次设置有若干层挡板18和多层叠加的防尘罩8，挡板18上均布开设有若干用于气体通过的通气缝181。本发明为防止大量粉尘的产生，通过粉煤托盘13装入粉煤，然后移动粉煤托盘13，使得粉煤相对静止，避免了扬尘；粉煤在微波热解段7热解，同时产生了荒煤气和少量的粉尘，荒煤气携带粉尘上升，经过设置在微波热解段7内的多层挡板18时，大量的粉尘被挡住并在重力的作用下下沉；少量的粉尘继续被荒煤气携带上升至防尘罩8，粉尘进一步被隔离；还有极少量的粉尘继续与荒煤气通过第一气体出口21进入耐高温除尘布袋20，耐高温除尘布袋20进一步将粉尘与荒煤气分离，基本不含粉尘的荒煤气通过第二气体出口22进入荒煤气的冷却段，进行常规处理。通过上述的隔离除尘装置，荒煤气中基本不含粉尘，可以彻底解决粉煤热解过程中粉尘难以分离的问题，该问题是目前粉煤热解难以克服的技术问题，也是影响粉煤热解工业化进程的瓶颈问题。

如图1所示，活性炭段5的底部设置有气体入口23，活性炭段5的顶部设置有第三气体出口24，活性炭段5内从下至上依次设置有挡板18和防尘罩8。在活性炭段，水蒸气或(和)二氧化碳气体通过气体入口23进入活性炭段5，将粉焦活化，并在高温的条件，将粉焦转化为活性炭，产生的废气通过第三气体出口24进入气体回收段，利用挡板18和防尘罩8对废弃中的粉尘进行清除。

如图3和图4所示，本发明的优选实施例中，挡板18上均布开设有若干通气缝181，具体的，通气缝181的形状类似于舌形，即在挡板18上切割出类似于舌形状的缝隙，并将切割部分向挡板18的一端面顶出，进而形成通气缝181，因为粉煤的粒径为3～6mm，所产生的粉尘一般是1mm左右，将通气缝181的孔径设计为1～2mm，能够防止粉煤的损失，有利于粉焦的形成。如图2所示，挡板18设置有若干层，可以更好地阻挡粉尘。如图5所示，本发明的优选实施例中，防尘罩8选用金属海绵类的防尘罩，防尘罩8包括导轨81、防尘网82和拉伸钩83，防尘网82为网状结构，网孔的直径小于0.1mm，孔径越小，对粉尘的隔离效果越好，但是，同时也容易被堵塞，故需要反吹，以除去粘附在孔道的粉尘，导轨81连接在微波热解段7内，当防尘网82被粉尘堵塞时，可以自动更换，拉伸机的拉钩与防尘罩的拉伸钩83相连，在拉伸机的作用下，防尘网82沿着导轨81被拉出来，新的防尘网82同时沿着导轨81被安装到防尘网原来的位置。

如图1所示，在预热段11上设置有第一换热管10，在冷却段3上设置有第二换热管2，第一换热管10与第二换热管2之间通过管道连通，且管道为循环管道，冷却的导热油从冷却油入口进入，流经第二换热管2进行热量交换后，通过管道继续流经第一换热管10，进行热量交换后，又继续通过循环管道流经第一换热管10，如此循环进行热量交换。

本发明的使用方法为：用自动铲斗14轻轻地将粉煤堆15中的粉煤装满粉煤托盘13，经过台阶式皮带传送机构12，将装有粉煤的粉煤托盘13传输至自动升降机构16上，自动升降机构16将粉煤盘轻轻地降至预热段11；在预热段，第一换热管10中有来自第二换热管2的导热油，通过来自第二换热管2中的导热油，将粉煤预热，预热后，开启微波屏蔽器17，通过带轮1将粉煤托盘3送入粉煤微波热阶段7，开启微波发生器9，温度在650～750℃使粉煤热解，热解后粉煤变成粉焦；粉焦继续在带轮1的作用下，进入活性炭段5，开启该段的微波发生器9，在900～1000℃时，进一步将粉焦加热为活性炭；然后再在带轮1的作用下，将粉煤托盘3送至石墨段4，开启微波屏蔽器19，开启该段的微波发生器9，在1500～1800℃时，进一步将活性炭热变为石墨，然后将石墨段4中的石墨通过皮带机送至冷却段3，从冷却油入口给第二换热管2内通入导热油，在导热油的作用下，通过第二换热管2将石墨冷却，冷却后的石墨通过石墨出口送入石墨储存段。

冷的导热油通过导热油入口进入第二换热管2，冷的导热油与高温的石墨进行热交换，将石墨冷却的同时，导热油被加热，热的导热油通过导管进入预热段11上的第一换热管10，通过第一换热管10将冷却的粉煤预热，导热油同时被冷却，冷却的导热油通过循环冷却油出口继续循环利用，从冷却油入口进入热循环系统，将热能循环利用。

当然，本发明的使用方法中，根据实际需求，还可以只开启微波热阶段7，开启微波发生器9，温度在650～750℃使粉煤热解，热解后粉煤变成粉焦，然后直接将粉焦粉焦送入冷却段3，冷却后进行储存。或者还可以选择开启微波热阶段7，开启微波发生器9，温度在650～750℃使粉煤热解，热解后粉煤变成粉焦，粉焦进入活性炭段5，开启该段的微波发生器9，在900～1000℃时，将粉焦加热为活性炭，然后直接将粉焦粉焦送入冷却段3，冷却后进行储存。综上可见，本发明采用了连续进料，连续生产的工艺，可选择性地在粉煤热解后，继续进入活性炭工段、石墨工段。

最后应说明的是：以上实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。