微波技术在煤化工行业的应用教材

二、微波技术介绍---能级测定和节能原理
微波辐射会具有加快冶金化学反应等效应。在微波加热中，微 波不仅仅只是作为一种加热能源，微波加热本身也是一种活化 过程。
美国的M.A.Janny教授首先对微波促进结构的现象进行了分析， 测定了高纯Al2O3烧结过程中的表观活化能Ea，发现微波烧结中 Ea仅为170KJ/mol，而在常规电阻加热烧结中Ea=575KJ/mol， 由此可推测微波促进了原子的扩散。
• 降低反应温度300℃，电耗降低50%，成本节约40% • 微波冶炼、微波真空还原、微波催化合成转化 煤化工固废危废处置：
• 催化剂的再生和回收 • 冶炼渣处置
四、微波干馏煤炭理论和实验简介
---传统煤炭热解提质行业遭遇的困境
产能小：国内外煤炭热解提质技术已达数十种。依据不同加 热方式、载体形式、床型结构，不同程度地存在安全、环保 、节能、稳定、投资高、运行成本高等问题，不断进行几十 万吨级甚至百万吨级的工业化实验。
• 脱硫石膏低温分解
一、公司简介---技术应用研发团队
总设计：由西安龙华公司主持和组织设计，设计研究院、 高校专业研究机构共同参与的总体设计。并由西安龙华公司 独享知识产权
总图设计：西安船舶工程研究院，或其他设计院合作 冶金工艺及热工设计：西安建筑科技大学、西安交通大学 核心装备主体设计：西安瑞驰公司，西安龙华公司 设计人员：
其他加热模式对焦油收得率是减法：焦油分解，气体产量高
微波加热模式对焦油收得率是加法，有催化作用，增加收得 率。（可以发生费·托合成FT反应，它以合成气(CO和H2)为 原料在催化剂(主要是铁系) 和适当反应条件下合成以石蜡烃 为主的液体燃料的工艺过程）。
还可以增加催化剂，再发生费·托合成，增加收得率
四、微波干馏煤炭理论和实验简介
---焦油收得率的理论计算
煤炭的挥发份的定义：把煤在隔绝空气条件下，于一定的温 度下加热一定时间，煤中分解出来的液体（蒸气状态）和气 体产物减去煤中所含的水分，即为挥发份
密闭干馏兰炭尾气的加权分子量不超过12，(CH4 55%、 H230%、CO10%)，兰炭尾气的质量约为134Kg，陕北的煤炭 平均挥发份为35%，焦油质量约为216Kg，即可以回收 21.6%
二、微波技术介绍 ---2450MHz微波源及其组成
最大2KW-2450MHz微波源
二、微波技术介绍 ---915MHz微波源及其组成
三、微波的发展、微波的团队
<4MW
＞10MW
西安龙华
昆工
大型冶金
非常规冶
炉窑和冶 金节能工
南京三乐 大型微波 源数十年
金国家重 点实验室，
程十五年
二十年
三、组合创新技术创建大型微波反应器
在整个加热、保温、冷却的干馏过程中，可准确控制干馏过 程的温度、时间和干馏气流量。
使用双级水环真空泵串联使用，运行在4000Pa。
五、微波冶金化工炉窑的部分设计
---窑体结构示意图
五、微波冶金化工炉窑的部分设计
---微波窑体结构示意图
六、微波在煤化工行业的其他应用
微波低温煤炭热解提质（微波兰炭、微波处理褐煤、微波 处理锅炉燃烧前煤粉）
工艺设计人员：白玉龙（高级能源师）、王昀睿（教授）、 杨 楚（工程师）、周小兵（工程师）、孙德胜（高工） 热工设计人员：苏晓辉 机械结构设计人员：陶立平（工程师）、尚晓辉（工程师） 电气设计人员：葛勇、刘凯
二、微波技术介绍 ---微波加热技术是开启传统产业新未来的钥匙
频率：300MHz～3000MHz 民用频率（MHz）：
二、微波技术介绍---微波加热的节能减排
环
保 节能
70～90% 40～70%
微波加热可大幅度 减少烟气处理量至 10%、没有NOx排放
较常规加热方法节 能40%～70%以上
高效
XX倍
提高材料加热/加工 效率数倍至数百倍
产品质量
优
大幅提高加工材料 品质（整体均匀加
热）
二、微波技术介绍 ---微波能加热的升温曲线
四、微波干馏煤炭理论和实验简介
---几种新工艺比较
比较项目 筒式窑 外热滚筒 流化床 链板窑 微波热解
能源消耗 110
成品率
55%
焦油收得率 6%
尾气综合利 N250%
用
CO25%
CH410% H210%
尾气数量
1000
原料粒度
三八块
110 60% 10% CH435% H225% CO12%
400 粉料
在非真空状态时又是一套密闭微波冶炼炉，可以完成密闭热解 、分解、氧化还原、烧结、炉内气体置换等功能，可以加热煤 炭、合金、金属非金属氧化物、以及各种混合物。
实验炉的设备和生产工艺在性能与技术上处于国际首创的水平 ，可以给出定性和量化的实验数据，特别是能在线给出能耗、 反应起始终结温度、失重率、反应时间、吸波特性等数据，可 以协助实验人员作出实验的各种曲线。
内部加热
2
对氧化还原 反应具有催 化作用，能 降低反应温 度，缩短反 应时间。
3
4
其本身不产 使物料在瞬 生任何气体， 间得到或失 没有氧气氮 去热量来源， 气是实现清 易于自动控 洁生产的有 制。 效途径之一。
催化作用
清洁生产 自动控制
微波作为一种新型绿色加热方法，可用于改进 部分高能耗、高污染冶金工艺，开发冶金新技术。
产品高附加值，可再开发短流程清洁生产新工艺， 体现微波冶金化工炉窑价值
四、三大创造性的组合创新技术 ---应用于煤+电+冶金化工循环经济工业园
微波煤炭热解提质：微波极速催化裂解
• 静态的分段分温分组分热解工艺，气固油分离简单 • 兰炭生产；褐煤、煤泥等低阶煤的分级分质利用；
微波冶金化工：微波催化加热还原合成转化
340 915 2450
波长：1000mm～100mm 对应波长（mm）：
909 327 122
可穿透物料厚度（mm）：909 327 122
二、微波技术介绍---微波能加热的特点
透热式整体加热—热心效应 急速加热 选择性加热 催化效益
二、微波技术介绍---突出特点和能效
1 选择性加 热物料， 升温速率 快，加热 效率高。
微波技术应用
实现冶金化工全产业链上微波全面替代常规加热模式 实现节能50%以上，在炉冶炼时间缩短至60分钟以内
• 煤炭热解提质
密闭微波干馏技术 • 微波兰炭型焦生产
• 低沸点金属单质升华
真空微波冶炼技术 加热、烧结、还原
气相沉积、
密闭微波冶炼技术 蒸馏、分温冷凝
密闭微波分解技术
• 碘化物氯化物分解 • 电解渣分解烧结处理
三、微波技术介绍
---450KW 微波中温干馏中试生产线
三、75KW微波实验炉简介--技术参数和图纸
设备型号：VMSK-75KW 微波装机容量：75KW 生产能力：镁5Kg/h；
物料100Kg/h。 物料处理能力：70Kg 在炉时间：60分钟 冶炼温度：1200℃ 真空度：10Pa 还原炉直径：1950mm 工况属性：间歇式、人工
公司名称：西安龙华微波化工有限责任公ห้องสมุดไป่ตู้ 西安龙华微波冶金有限责任公司
成立时间：2015年6月 注册地点：西安市高新区锦业路69号创业研发园 企业价值定位：
微波全面替代常规工业加热的工程服务商和装备提供商
企业战略：
通过不断组合创新，实现原创性技术创造
一、公司简介---三大微波应用原创性技术创新
五、微波冶金化工炉窑的部分设计
---环形真空微波干馏窑原理介绍
环形窑是窑体呈环形结构的炉窑，外墙、内墙、窑顶及安装 在内外墙上的微波装置固定不动，呈正圆的环形窑底转动。 窑底盘装载需要干馏的物料，微波能通过电磁波穿透物料。
需要干馏的原煤，由密闭装料装置装入匀速旋转的底盘上， 均匀地铺放在底盘上。炉底连续旋转，由真空进料装置将预 热至200 ℃的煤炭依次运送经过环形窑的焦油段、甲烷段、 氢气段真空冷却出炉装置，在真空冷却出炉装置内使用蒸汽 冷却后到120℃ 以下并完成出料。由于有预热和冷却，并可 将其他工序的低温余热作为烘干能源使用，能耗大幅度降低。
在有导师参与的情况下作出微波应用的数学物理化学模型。
三、75KW微波实验炉简介—自动控制界面
二、微波技术介绍 ---915MHz微波实验装置
四、微波技术在煤化工产业链上的应用
---具有六大独特的优势
覆盖全产业链，体现环保节能和资源化
煤炭及其中间生成物很吸波，升温100℃/分钟
在炉时间极大幅度缩短，几十小时 45分钟 微波工业炉窑容易实现密闭、真空和高压， 产品无泄漏、无氧气氮气进入，产品纯度高 产量小、微波工业炉窑设计制造难度小
M.A.Janny等进一步用18O示踪法测量了Al2O3单晶的扩散过程， 也证明微波加热条件下扩散系数高于常规加热时的扩散系数。
S.A.Freeman等的实验结果表明，微波场具有增强离子电导的 效应。认为高频电场能促进晶粒表层带电空位的迁移，从而使 晶粒产生类似于扩散蠕动的塑性变形，从而促进了烧结的进行
微波化工技术、大型冶金炉窑，已经产
微波加热
业化应用的技术，组合实现创新，开发 适合微波加热特性的大型化微波炉窑，
还需要有想象力、创造力。
环 形 窑
密 闭
冶 炼 炉
真 空
密闭环形微波干馏窑：微波煤炭热解提 质、兰炭生产、油泥油页岩油砂处理
密闭
密闭微波冶炼炉：多种金属氧化物加热 完成氧化还原烧结冶炼等冶金过程
四、微波干馏煤炭理论和实验简介
---微波能加热煤炭的优势
升温速率高：室温～650℃用时25分钟，其中室温～180℃ 用时17，升温速率达到11℃/分钟；180℃～650℃用时8分 钟，升温速率达到58℃/分钟。一般热解在30分钟内完成。
可以使用煤泥、粉煤、“三八块”煤作为原料，根据热解提 质的需要选择原料和煤种；
焦油收得率高达18%以上（哈密的45%挥发份的煤炭实验室 加催化剂后焦油收得率达到22%），且油品中带灰尘含量降 低到原有的10%左右，后加工简单；
大料、中料、粉末产品质量相同并稳定，强度提高、不易燃 ，在空气中自然堆放不复吸水
环保好处理过关，能安全、稳定、长周期运行。
使兰炭、褐煤提质等行业扭亏为盈，甚至是很好的盈利项目
“三八块”煤作为原料，煤种指标变化更难适合； 焦油收得率低，最高10%左右且油品中带灰，后处理困难； 产品质量差异大，提质煤产品存在易氧化、易碎等问题 环保不过关，废气排放强度高，污染物超标；
受困于各种因素影响，安全、稳定、长周期运行困难，经济 性较差。
兰炭、褐煤提质等行业处于全面亏损状态，仅仅依靠煤焦油 的部分利润勉强维持。
加热炉
真空微波冶炼炉：多种金属及氧化物加
热，完成蒸馏、还原等冶金化工过程
密闭微波分解炉：适用于碳酸盐、硫酸 盐、碘化物、氯化物、硝酸盐、硫化物 等冶金化工过程
三、微波工业炉窑工程介绍
---微波烧结炉和烘干炉
装机容量达到300KW 的915MHz干燥装置
三、微波技术介绍
---1000KW 915MHz微波烘干装置
微波高温煤炭热解提质（微波焦炭） 微波固碱生产、浓硫酸生产及其复浓、盐酸脱水及其复浓 微波活性炭碳化、再生 微波煤炭催化液化（微波煤制油） 微波煤炭催化气化（微波煤制天然气） 微波煤制水煤气（微波煤制CO、H2） 微波煤炭地下气化 微波催化合成、微波催化剂再生 生物质微波处理生产木炭、木醋液、木煤气
110 60% 10% CH435% H225% CO12%
400 粉料
120 60% 10% CH435% H225% CO12%
400 三八块
150KWH+50 65% 18% CH455% H230% CO10%
250 均可
产品
兰炭
提质煤粉 提质煤粉 提质煤粉 兰炭提质煤粉
综合
差
一般
一般
一般
优
---微波中温干馏技术实现煤炭分质分级梯级综合利用 ---微波高温干馏技术实现微波型焦生产 ---微波催化加热效应和非热效应应用在化学合成 ---微波技术应用于固废危废废处置工程中的应用 五、微波冶金化工炉窑的部分设计 六、微波冶金技术开发规划与合作 七、微波炉窑设备照片
一、公司简介---公司价值定位
不颠覆，无突破
---微波技术在煤化工行业的应用
西安龙华微波冶金有限责任公司 西安龙华微波化工有限责任公司 2017年6月
目录
一、西安龙华公司及其三大原创性微波冶金创新技术简介 二、微波冶金技术介绍：原理、突出特点和能效 三、组合创新实现工业微波的大型化和工程化 四、微波技术在煤化工产业链上的应用
进出料
三、75KW实验炉简介---功能介绍
在真空状态下是一套以还原金属镁、金属钙还原为主的真空微 波冶炼炉，具有使用微波加热、炉内坩埚旋转、真空冶炼、在 线冷却收集金属蒸汽、在线监测重量、在线测量温度、提供炉 内实时影像、在线计量能耗等功能，复制、模拟和优化了现有 的“皮江法”冶炼金属镁钙的工艺和设备。