微波技术在煤化工行业的应用教材

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微波技术在煤炭加工利用过程中的应用

微波技术在煤炭加工利用过程中的应用摘要:随着经济的迅速发展，环境污染问题愈加严峻，人们因此对环境治理和保护的注重程度不断提升。

我国北方的发电主力是火力发电，其燃料就是煤，其造成的污染就是煤不充分燃烧以及劣质煤燃烧造成的气体污染、煤渣处理不当造成的空气污染。

对此，人们对煤处理加工的要求进一步提升，增加科研力度，着重提升煤质量，微波技术在煤炭加工利用中进行应用就是在这种情况下诞生的。

本文就微波技术在煤炭加工利用过程中的应用进行具体分析。

关键词:微波技术；煤炭加工利用；技术应用微波是一种高效无污染的能源，微波技术在煤炭加工利用过程进行应用主要出现在20世纪70年代，在此之前则是应用在工业、农业以及生物化学等领域中，在煤炭加工利用中进行应用不得不说着实是一次胆大的尝试。

在煤炭加工过程中，相比于普通脱水剂的脱水性质，使用微波技术进行脱水能够更加彻底，将其内部的水分全部析出，此外，微波技术还具备着高能的优点，具有良好处理杂质的优点。

因此，微波技术在煤炭加工利用过程中进行应用具有诱人的前景。

1 微波技术的原理和特点微波是处于红外线与无线电频段之间的一种电磁波，能够作为一种特殊的资源作为信息承载者或者能量产生者，其在各方面都优于常见的各种能量产生条件。

1.1微波技术的原理微波是在无线电技术应用之后新发现的一种频率非常高的电磁波，其波长范围大致可以划分为分米波、厘米波以及毫米波，由于其频率相当高又被称作超高频电磁波。

微波技术是一门需要高强度实践技能得到专业知识，其原理基础是经典的电磁场理论。

由于微波是电磁波的一种，因此，电磁波的一些特性也符合微波的特性，比如反射、透射、衍射、偏振以及电磁热能等，这也是其不同于并优于一般无线电与交流电的原因。

由于微波技术所形成的系统并没有导线进行连接，对其进行分析时通常借鉴场域的概念、类比电磁场，并采用功率、频率以及阻抗和驻波等作为微波测量的分析数据量。

在原理分析当中，微波技术的作用原理还没有进行明确的划定，但是认为微波具有高能制热性质的人数更多一些；另一种想法是认为微波是非热效应。

微波技术在食品及化学工业中的应用

微波技术在食品及化学工业中的应用微波技术在食品及化学工业中的应用微波是频率在300hz～300ghz之间，位于电磁波谱的红外辐射和无线电波之间的一种非电离电磁能。

微波技术起源于20世纪30年代，最初应用于电视、播送、通讯技术中。

1945年，美国人首先发现了微波的又一特性热效应，并首次将微波作为一种非通讯的能源应用于工业、农业乃至科学研究中。

微波工业应用就是指利用微波的能量作用于物体实现需要的目标。

微波能应用的特点在于一是以能量转换为根底，即微波所产生的热量是被加热物体的分子通过偶极回转、分子极化后转化成的，并非热传导；二是具有很高的传热效率，相当于对流传热的5倍。

微波能的作用原理是当物体被置于超高频电流的交变电场中受到微波作用时，物体中的极性分子处于剧烈、快速的震荡和回转中，产生自感应，使物体获得热量，进而发生物理的、化学的或者生物的变化。

目前用于工业应用的微波有两个频率：2450hz和915hz，产生微波的核心部件是磁控管，磁控管是组成微波源的主要部件。

微波工业应用主要在替代传统工艺、产品附加值高及适用于微波〔吸收微波能力比较强〕的领域取得快速开展，主要是茶叶加工、橡胶脱硫、活性炭和竹炭高温烧制、陶瓷材料、能源材料〔磁性材料、锂电池材料〕的烧结和环保〔生物质能、水处理、有机物处理〔工业废水、废料除毒〕〕等领域。

1.微波技术应用于茶叶杀青、枯燥微波杀青、枯燥是微波发生器将微波辐射到杀青、枯燥的物料并穿透到物料内部时,诱使物料的水等极性分子随之同步旋转，例如采用915hz微波枯燥物料,其体内极性分子每秒钟旋转9.15亿次,如此的高速旋转使物料瞬时产生摩擦热,导致物料外表与内部同时升温,且内部温度高于物料外表温度,使大量的水分子从物料中逸出而被蒸发带走,这样到达杀青、枯燥的目的。

这种杀青、枯燥方法的特点是加热时间短,内外温度一致,其热传递方向从内向外与湿传递方向也一致,不同于常规加热方式需要一定时间才能将热量从外部加热到内部,存在内外温度差和湿、热传递方向相反的问题。

微波能在工业方面的应用

微波能在工业方面的应用济南鑫弘微波设备有限公司根据物理理论可知，介质分子可分为有极分子和无极分子两大类．有极分子的正、负电荷的中心不重合，其间有一段距离，可等效为一个电偶极子．在外电场的作用下，使原来杂乱无章的有极分子沿着外电场的方向转向，产生转向极化（无极分子的正、负电荷中心重合，在外电场的作用下使分子中的正负电荷中心沿电场方向只产生位移极化）．如果外电场是交变的，那末有极分子的转向也要随电场的变化而不断改变方向．在这个过程中，由于分子间的相互碰撞，将使电能转化为分子的动能，然后再转化为热能，使物体的温度升高．由此可见，对于有极分子组成的物体（如被烹调的食物），交变电场就容易对它进行加热．表征介质在外电场作用下极化程度的物理量叫介电常数．（在交变电场作用下，介质的介电常数是复数，虚数部分反映了介质的损耗）．实际上，介电常数并不是一个不变的数，在不同的条件下，其介电常数也不相同．例如水在微波条件下的介电常数和损耗比一般物质大很多，因此较容易吸收微波能量而被加热．微波是一种频率极高的电磁波，照射在理想导电金属表面上将被全反射．照射在介质表面则有一小部分被反射，而大部分能穿透到介质内部，并在内部逐渐被介质吸收而转变为热能，其穿透深度主要决定于介质的介电常数和电磁波的频率．在微波频率下对一般物体其穿透深度可达几厘米．微波对生物体还有一种生物效应，在一定条件下对细胞、细菌具有抑制和杀伤作用．我国在70年代开始微波能应用研究工作，于1973年开始微波加热应用技术的研究和微波加热用磁控管的研制。

1974年和1980年电子工业部召开了“全国微波能推广应用技术交流会”，交流微波学术及应用技术问题。

81年3月经四机部批准，抽调部属单位的科技力量，成立了——中国电子器件工业总公司微波能推广应用站，负责全国微波能推广应用的组织、设计研究工作。

1983年10月中国电子学会召开了首届“全国微波能应用学术交流会”。

嗣后每二年在全国选择推广应用好的地区轮流举办微波应用技术交流，以推动国内微波事业的发展。

微波技术原理及其在化学化工领域的应用

HUNAN UNIVERSITY题目：微波技术原理及其在化学化工领域的应用微波技术原理及其在化学化工领域的应用摘要：本文介绍了微波技术原理以及其发展背景，并针对微波技术在化学化工领域的应用概况进行了总结和介绍，也提出了应用中的问题以及展望。

关键词：微波技术，化学，化工1.引言微波是一种波长很短的电磁波，其频率介于300 MHz-300 GHz，波长介于1 mm-1 m之间。

因其波长介于远红外线和短波之间，故称之为微波。

微波具有的特点为高频性、波动性、热特性和非热特性[1]。

随着科学的发展，微波技术得到了广泛的应用，尤其是在通信行业，如微波卫星通信、微波散射通信、模拟微波通信和数字微波通信等。

近年来，微波以其高效、均匀、节能、环保等诸多优点受到广泛关注，并逐渐成为一种新型能源得到越来越广泛的应用[2]。

2.微波技术的发展微波技术兴起于20世纪30年代，在电视、广播、通讯等相关技术领域中得到了广泛的应用。

经过长期发展后，美国于 1945 年率先发现了微波的又一特性，即热效应，并创新性的将其作为一种非通讯能源开始应用于工业、农业以及相关科学研究中。

微波技术的发展主要取决于微波器件的应用和发展。

早在20世纪初，就有研究人员开始了对微波理论的探索，并进行了相关的实验研究。

但由于当时信号发生器功率较小，加之信号接收器灵敏度较差，实验未能取得实质性的进展[3]。

1936年，波导技术的进一步发展为微波技术的研究提供了可靠的理论及实验条件。

美国电话电报公司的George C. Southworth.将波导用作宽带传输线并申请了专利，同时，美国麻省理工学院的M.L Barrow 完成了空管传输电磁波的实验，这些工作为规则波导奠定了理论基础，推动了微波技术进一步向前发展[4]。

20世纪40年代，第二次世界大战期间，雷达的出现和使用引起了人们对微波理论和技术的高度重视，并研制了很多微波器件，在此期间，微波技术迅速发展并在实际应用中得到认可。

微波技术在煤转化中的应用

微波技术在煤转化中的应用关键字：煤气化微波高温分解摘要：本文提出了小型微波辅助的初步结果，温度和压力较低在甲烷存在下的煤与重质烃（热解油）的转化。

这些重型液压碳原子可以升级为液体运输燃料，包括汽油、喷气和柴油。

基准测试以建立一个基准的热解油的常规方法进行煤炭生产。

设计并建造了一台微波反应器。

甲烷在反应器中直接加入到煤中，微波在此应用。

测试与pittsburgh-8煤显示了微波和甲烷条件下的最大油量高于40%，比基准测试的油产量增加了100%以上。

试验结果还表明，在微波和甲烷条件下的油产率黑色雷煤几乎增加了四倍达到25%at～800℃炭收集分析。

微波测试表明，炭中碳含量80%，使焦炭成为一种宝贵的燃料。

1．引言鉴于美国煤炭储量丰富，这是合理的假定煤衍生燃料可以起到增加的作用满足未来美国能源需求。

液体燃料的主要技术从煤燃料生产（也被称为煤制液体或CTL）间接和直接液化。

间接液化，煤炭气化产生CO和H2的合成气，然后采用费托合成工艺生产液体燃料。

世界各地都有各种商业设施利用间接液化，包括南非行政区将超过4000万吨煤利用沙索技术转换为液体燃料。

直接液化，燃料是直接从煤中产生的，需要加入氢的相对温度，但压力的要求非常高，因此会造成高的转换成本。

煤直接液化在德国被开发作为一个商业过程。

德国的七个直接液化工厂在二战前就开始了运作。

在二十世纪八十年代发展的最直接的过程是在德国开发的原始过程上的修改。

这两种方法用于煤炭生产烃类燃料是资本密集型技术，需消耗大量的水，并产生大量的二氧化碳和其他污染物。

有需要新的开发，更少的资本密集型技术主要从煤具有低CO2散发形式，不需要大量的水的液体燃料的生产。

一个有前途的替代目前状态的工艺技术依赖于使用微波和微波产生的等离子体。

过程中的第一步是微波辅助煤天然气在天然气中的重烃转化。

天然气，其中包括25%的氢的重量，在提高煤的产量使用的过程中。

在二次工艺步骤中，通过催化裂化蒸馏装置，使重质烃（热解油）升级到液体燃料。

微波空气加热技术在化工催化剂活化中的应用

在化工生产工艺中存在着用热空气干燥或活化催化剂的操作单元。

巨化集团股份公司硫酸厂食添２号生产装置具有２０００ｔ／ａ的生产能力，共有１２台固定床反应器，装置的生产工艺中必须采用３５０℃的医用热空气对催化剂进行活化。

但空气加热的原有传统方法是利用电加热管或电阻炉来加热，利用这种方法将电能转化为热能的效率仅为４０％左右，而且能耗较大，温度既不均匀也不稳定，相应指标达不到技术标准。

因此如何对现有生产装置空气加热工艺系统进行技术改造是一项迫切需要解决的技术问题。

通过对加热工艺技术改造方案的研讨认证，公司采用了可编程微波源加热控制技术来加热空气，取得了较好的效果。

１空气加热工艺１．１传统加热工艺及存在的问题原生产工艺中采用的加热方式为：第一级通过蒸汽加热器将空气加热到１５０℃；第二级由电加热器将空气从１５０℃加热到３５０℃。

主要存在的问题：①采用的低压蒸汽温度Ｔ≤２００℃，热源受到限制；②第二级电加热装置共用电加热管３６支，分成３组，功率分别为３６ｋＷ、２４ｋＷ和１２ｋＷ，运行时电流约为２７０Ａ，电能转化为热能的效率仅有４０％左右，不仅能耗较大，而且温度不能达到活化一次需要７２ｈ的要求，生产效率低下。

另外，空气不能将电加热管热量及时移走，经常造成接线柱或电热丝烧毁，甚至不能使用。

１．２微波源加热工艺通过调研对原加热工艺进行了技术改进，选用４套可编程微波源加热装置替换原有的电加热装置。

每套微波源加热装置，运行时电流仅为６０Ａ左右，与常规电加热装置相比，具有加热速度快、温度均匀、全自动化控制、操作简便等优势。

微波源系统工艺流程图如图１所示。

由图１可知，新的工艺流程中取消了原蒸汽加热器和电加热器，只需要用一级微波空气加热器就能把空气从常温加热到３５０℃，能够满足催化剂活化工艺的要求。

文章编号：１００９－１８３１（２００７）０４－００３７－０２微波空气加热技术在化工催化剂活化中的应用杨子鸣１，王伯林２，沈平２，贝胜利３（１．浙江工业大学浙西分校，浙江衢州３２４０００；２．巨化股份公司硫酸厂生产部，浙江衢州３２４００４；３．华电望亭发电厂，江苏苏州２１５１５５）ＵｔｉｌｉｔｙｏｆｍｉｃｒｏｗａｖｅａｉｒｈｅａｔｉｎｇｏｆｃａｔａｌｙｓｔａｃｔｉｖａｔｉｏｎｉｎｃｈｅｍｉｃａｌｉｎｄｕｓｔｒｙＹＡＮＧＺｉ－ｍｉｎｇ１，ＷＡＮＧＢｏ－ｌｉｎ２，ＳＨＥＮＰｉｎｇ２，ＢＥＩＳｈｅｎｇ－ｌｉ３（１．ＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｑｕｚｈｏｕ３２４０００，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｕｌｐｈｕｒｉｃＡｃｉｄＰｌａｎｔｏｆＺｈｅｊｉａｎｇＪｕｈｕａＳｔｏｃｋＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｑｕｚｈｏｕ３２４００４，Ｃｈｉｎａ；３．ＨｕａｄｉａｎＷａｎｇｔｉｎｇＰｏｗｅｒＰｌａｎｔ，Ｓｕｚｈｏｕ２１５１５５，Ｃｈｉｎａ）收稿日期：２００７－０２－０９基金项目：２００６年度浙江省衢州市科技局立项的科研项目（２００６１０３９）作者简介：杨子鸣（１９５２—），女，浙江杭州人，副教授，主要研究方向为电力需求侧管理。

微波技术在化学领域的应用

微波技术在化学领域的应用周维磊;白锁柱;王锐【摘要】微波是一项能促进化学反应的新技术，对化学过程有非常独特的影响。

本文主要从三个方面概括了微波辐射技术在化学领域中的应用，并阐述了微波加热的机理。

利用微波技术不仅具有条件温和、能耗低和加热速度快，而且还具有热能利用率高以及产品质量高等优点，因此将技术应用在化工、环境和生物等领域具有更为广阔的应用前景。

%Microwave speeding up chemistry reaction is a new technology that microwave energy may have a unique ability to influence chemical processes. the application of microwave in chemistry from there aspects was summaried and its reaction mechanism of microwave heating was explored. There were not only mild conditions, low energy consumption and heating speed for using microwave technology, but also advantages of high heat energy utilization rate and high product quality, so the technology can be applied to chemical industry, environment and biology, and other fields with a wider application prospect.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2015(000)020【总页数】2页(P20-21)【关键词】微波;化学;微波加热机理【作者】周维磊;白锁柱;王锐【作者单位】内蒙古民族大学化学化工学院，内蒙古通辽 028000;内蒙古民族大学化学化工学院，内蒙古通辽 028000;辽宁石油化工大学化学化工与环境学部，辽宁抚顺 113001; 大连理工大学化工学院精细化工国家重点实验室，辽宁大连116024【正文语种】中文【中图分类】O614.121微波是一种电磁波，波长1～1000 mm，频率为0.3～300 GHz。

微波技术及在化学化工中的应用

1991年D. Michael P.Mingos 等人设计了可以调节反应釜内压力的密封罐式反应器;它可以有效控制反应体系的压
力,从而达到控制温度的目的,但它只能粗略的控温。
1992年Kevin D. Raner 等人成功地运用计算机技
术实现了对微波反应温度的监测;
1995年Kevin D. Raner等人发展了密闭体系下
微波的杀菌作用

微波杀菌是利用了电磁场的热效应和生物效应的共同作用的结果。微波对细菌的热效应是使蛋白质变化，使细菌失去营养，繁殖和生存的条件而死亡。微波对细菌的生物效应是微波电场改变细胞膜断面的电位分布，影响细胞膜周围电子和离子浓度，从而改变细胞膜的通透性能，细菌因此营养不良，不能正常新陈代谢，细胞结构功能紊乱，生长发育受到抑制而死亡。此外，微波能使细菌正常生长和稳定遗传繁殖的核糖核酸[RNA]和脱氧核糖核酸[DNA]，是由若干氢键松弛，断裂和重组，从而诱发遗传基因突变，或染色体畸变甚至断裂。医疗垃圾具有毒性，一般的处理方法难以杀菌。医疗废物在转移运输前会对医疗废物进行粉碎，再用微波进行处理。不仅可以起到杀菌的作用还可以将废物的体积减小60%到90%。用微波处理的垃圾比焚烧更方便，时间更短。

微波是频率在300MHz到3000GHz的电波，被加热介质物料中的水分子是极性分子。它在快速变化的高频电磁场（微波）作用下，其极性取向将随着外电场的变化而变化。造成水分子的自旋运动的效应，此时微波场的场能转化为介质内的热能，使物料温度升高，产生热化等一系列物化过程而达到微波加热干燥的目的。
微波发射器
微波的热效应

微波对生物体的热效应是指由微波引起的生物组织或系统受热而对生物体产生的生理影响。热效应主要是生物体内有极分子在微波高频电场的作用下反复快速取向转动而摩擦生热；体内离子在微波作用下振动也会将振动能量转化为热量；一般分子也会吸收微波能量后使热运动能量增加。

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书名《煤化工基础》《现代煤化工新技术》《现代煤化工技术手册》《煤化工安全与环保》《化工生产安全技术》《炼焦工艺》《炼焦化学产品回收与加工》《甲醇生产技术》《硝酸铵制造技术》《安全生产技术》《安全生产管理知识》《安全生产法及相关法律知识》《安全生产事故案例分析》作者李玉林唐宏青贺永德谢全安葛晓军王晓琴何建平张子峰刘金银集体编集体编集体编集体编出版社化学工业出版社化学工业出版社化学工业出版社化学工业出版社化学工业出版社化学工业出版社化学工业出版社化学工业出版社化学工业出版社中国大百科全书出版社中国大百科全书出版社中国大百科全书出版社中国大百科全书出版社出版日期 2006.9 2005.2 2011.3 2005.2 2008.7 2005.5 2005.5 2010.1 2010.7 20015 20015 20015 20015
Hale Waihona Puke

微波技术在煤炭加工利用过程中的应用

微波技术在煤炭加工利用过程中的应用夏浩;刘全润;马名杰;潘结南【摘要】从微波加热对煤的除湿干燥,微波辐照对煤可磨性的影响,微波在煤炭脱硫领域的应用和煤的微波热解等方面对微波技术在煤炭加工利用过程中的应用情况进行了综述,指出微波技术具有选择性加热材料、穿透性强、升温速率快、加热效率高、易于控制和安全卫生无污染等特点,使其在煤炭领域中的应用具有广阔前景.%The Ni/Al2O3 catalyst coated in the inner wall of micro-channel prepared by precipitation method was employed to conduct experiments of methane-wet air catalytic refor ming. The influence of catalytic temperature, air/CH) mole rate of the raw gases and the CH4 volume flow rate on CH4 conversion were investigated and compared by the simulation results. The ex periment results show that CH4 conversion was increasing by the catalytic temperature increased, and also increased by increasing the air/CH4 mole rate; but with the increase of CH4 volume flow rate of the reaction gases, CH4 conversion increased first and then decreased. When the tempera ture was 1 023 K, CH4 volume flow rate was 20 mL/min, CH4 conversion got a maximum value 61.3%.【期刊名称】《煤炭转化》【年(卷),期】2012(035)001【总页数】4页(P86-89)【关键词】微波;干燥除湿;可磨性;脱硫;热解【作者】夏浩;刘全润;马名杰;潘结南【作者单位】河南理工大学材料科学与工程学院,454003 河南焦作;河南理工大学材料科学与工程学院,454003 河南焦作;河南理工大学材料科学与工程学院,454003 河南焦作;河南理工大学资源环境学院,454003 河南焦作【正文语种】中文【中图分类】TD8490 引言煤炭是地球上最丰富的化石燃料，目前约占世界一次能源消耗的28%.随着石油和天然气资源的日趋紧张与煤炭资源的进一步开发利用，洁净煤技术的发展逐渐成为我国能源研究开发的重心.随着科学技术的发展，煤炭企业不断寻求新工艺与新设备，以实现生产工艺的简化、生产成本的减低及生产设备的高效运转，降低对环境的危害.微波是波长在1 mm～1 m之间，频率在3.0×102 MHz～3.0×105 MHz 范围内的电磁波.微波因其独特的选择性加热、加热均匀、热效率高、能耗低和易于控制等特点，正日益引起人们的重视.微波经过多年在工业、农业、医学以及家庭等领域的应用，已逐步进入生物、化学及高科技领域.在此背景下，微波在煤炭转化中的应用具有巨大的潜力和广阔的发展前景.1 微波加热煤除湿干燥经洗选处理后的煤炭水分含量高，导致煤燃烧过程中热损失增大.焦化过程中，水分含量高的煤送入焦炉后，对焦炭质量有一定影响，而且水分汽化要耗费较多的能量.水分含量高，对煤炭的后续利用会产生不利的影响，因此必须对湿煤进行除湿干燥.由水分子结构模型可以看出，水分子为强极性分子，很容易在微波场中极化产生热运动，与相邻分子间相互作用，使水分子温度快速升高.由于水的介电损耗因子是煤的100倍，煤中的水分能够被微波优先选择加热，煤中的碳原子紧密地绑定在有机基质中，不容易受到电磁场的变化而发生振动，升温速率很慢.煤的内在水分吸附在煤的有机基质上，这些水分子同样可以通过微波电磁场的诱导产生振动，使水温度升高，从而脱离有机基质的吸附力从煤中蒸发出去.［1］但要控制微波场中的煤炭温度，在脱水干燥的同时防止煤中的短链碳氢化合物从煤有机基质中挥发出去，影响煤的结焦性.赵庆玲等［2］通过总结微波干燥煤的情况得出：随着煤炭等级的上升，其介电常数和介电损耗下降，这是因为煤中固有水分随煤等级的升高而下降的结果.董平等［3］通过实验确定了影响微波干燥浮选精煤的主要因素为微波输出功率、浮选精煤的外在水分、微波干燥的处理能力及干燥时间等.研究中发现与热力干燥相比，微波干燥时间短，效率高，易于控制且污染低.崔平等［4］认为微波加热脱水是指煤饼中的极性分子水在微波场的作用下快速摆动，产生类似于摩擦的作用，而以热的形式表现出来，使水分蒸发.随着微波加热时间的延长，煤饼的最终含湿量趋于一致，基本不受煤种和粒度的影响.利用微波加热能缩短脱水时间，降能增效.崔平等［5］还探讨了在微波加热条件下加入表面活性剂和溶剂油等有机溶剂对脱水效果的影响.微波的选择性加热有效地除去了煤炭中的水分而没有影响到煤炭中的有机组成部分.微波加热干燥煤时，对物料进行“体”加热，在某种程度上克服了热传导的限制.因此，与传统干燥方式相比，微波能有效干燥煤而且能量利用率高，具有干燥速率大、节能、生产效率高、干燥均匀和易实现自动化控制等优点.2 微波对煤可磨性的影响在煤炭利用过程中，一般都要对煤进行破碎，以便后续工艺顺利完成.在这个过程中能耗很高，能效却很低.根据微波选择性加热的特点，可以在磨煤前对煤进行预处理，以减低粉磨过程的能耗.Kingman等［6］研究发现了微波辐射后煤的可磨性可得到一定程度的提高.Marland等［7］研究发现不同煤阶的煤在微波辐射下可磨性均会提高，并提出煤炭内部存在两个明显的断裂机制，煤炭基质中的灰分和黄铁矿在微波辐射下温度升高体积膨胀，引起煤炭的基质破裂；煤中的内在水分在微波辐射下温度升高后，汽化产生相变，引起煤炭基质内外压差致使煤炭基质断裂.微波辐射对煤的作用除了加热除湿之外，还会改变煤的内部结构，增强煤的可磨性，有利于煤样的破碎与分裂.微波加热只针对于那些对微波有响应的介电组分.在同一微波场中，不同的矿物组分由于其介电性的不同而被不同程度地加热，这种差异常常很大，由于不同的矿物组分有着不同的热膨胀系数，因此又会导致不同矿物组分界面间产生热应变，进而产生裂隙.［8］水分和煤中其他矿物（黄铁矿等）的介电常数比煤炭高，吸收微波能量的速率快，温度快速升高，产生相变使煤炭内部发生断裂，从而使煤炭的可磨性得到了提高.3 微波在煤炭脱硫方面的应用煤炭在转化和燃烧利用过程中会产生SO2和H 2 S气体，造成严重的环境污染；煤中的硫还会影响焦炭、合成气以及钢铁产品的质量和产量.因此，开发经济有效的煤炭脱硫技术已成为目前研究的重点.煤中硫的赋存形式主要以硫酸盐硫、硫化物硫、有机硫和单质硫等形式存在，煤的总硫分中硫铁矿硫（主要是黄铁矿）占58.33%.［9］微波脱硫主要是利用煤中的不同成分具有不同的介电性质、吸收微波能力有差异这一物理性质来达到选择性加热的目的.研究表明，在0.6 GHz～8.3 GHz频率范围内，黄铁矿吸收微波的能力比煤高10倍以上.［10］因此当硫化物的温度达到活化温度时，煤基质的温度仍然很低.用微波辐射的方法不仅能脱硫，还能避免煤的特性变异.1978年，Zavitsanos等［11］获得了第一项微波脱硫专利.专利指出，当原煤经微波照射后，煤中的无机硫分解，释放出H 2 S和SO2气体，能够脱除50%的无机硫.尹义斌［12］通过实验得出：微波脱硫效果比较显著，无机硫的脱除率为31.98%，有机硫的脱除率为6.96%.这种脱硫方法操作简单，但是微波在照射煤样时有H 2 S和SO2等气体析出，可能造成二次污染.1979年，Zavitsanos等［13］发表了新的微波脱硫专利，这个专利将碱与原煤混合后再进行微波辐射脱硫.在微波照射30 s～60 s后，经过水洗，大约有97%的黄铁矿硫和部分有机硫被脱除.1990年Rowson等［14］研究了将粉煤用强碱性溶液（KOH或NaOH）浸润，再用微波照射，可除去95%以上的黄铁矿硫和约60%的有机硫.1992年，Weng等［15］将原煤在惰性气氛下通过微波辐射100 s 后，再用盐酸洗后，97%的无机硫得到脱除.赵景联等［16］采用微波辐射下冰醋酸和过氧化氢氧化法联合，可脱除细粒煤中60.2%的有机硫脱.Jorjani等［17］将原煤通过微波照射后，采用氧乙酸进行酸洗，提高了煤的脱硫率.赵爱武［8］通过实验得出：采用微波苛性碱浸出法，可达到较理想的脱硫效果，能够脱除一定的有机硫，但操作复杂，易造成煤的氧化.直到现在，微波辐射联合碱浸渍或酸洗仍然是研究者关注的提高微波脱硫效果的主要方法.微波预处理磁选脱硫法是利用微波能有选择地加热煤中的黄铁矿的特性.在微波的照射下煤中固有的FeS2转换成了顺磁性更强的磁黄铁矿（Fe1－x S）和陨硫铁（FeS）两种形式，利用磁选的方法就可以比较简单地将其从煤炭中分选出来.［9］在这种转化中煤的挥发分没有明显损耗，因此将微波预处理与磁选法结合可有效脱除煤中的黄铁矿硫，从而达到脱除无机硫的目的.微波磁选脱硫方法简单易实现，对煤的损害较小，适合于以含黄铁矿为主的煤种.综上所述，微波脱硫的技术主要有微波辐射直接脱硫与微波辐射联合碱浸渍或酸洗脱硫，微波预处理磁选脱硫.因此，采用何种微波脱硫方案，应根据不同煤种中硫的存在形式来决定；另外，微波脱硫还需要在脱硫机理上做进一步的研究，逐步改善试验条件，优化试验工艺.4 煤的微波热解国内外研究者将微波加热应用到热解领域，并进行了大量研究，研究显示微波热解是一种替代常规热解很好的选择.目前，微波热解的原料主要是生物质、油页岩、污泥和废弃物等，但对微波用于煤的热解报道还很少.在此背景下，研究微波在低阶煤热解中的应用具有巨大的潜力和广阔的发展前景.煤在隔绝空气条件下，受热发生的一系列物理变化和化学反应，裂解为气态、液态和固态的复杂过程称为煤的热解.马红周等［18］采用微波加热的方式对褐煤进行了热解实验研究.结果表明，用微波进行煤的热解，热解速度较快，对煤可以加热到800℃左右，是一种中低温热解煤的有效方法.实验所得热解的炉气，其有效成分浓度高，可进一步作为化工原料，并且热解后的煤成分达到兰炭的要求.兰新哲等［19，20］研究了微波加热条件下原煤粒度变化对热解产品质量和收率的影响，公开了一种低变质煤种的低温干馏方法，并申请专利.赵西成等［21］发明了一种间歇式微波低温干馏装置，并申请了专利.该装置利用微波辐射型的加热方法，煤料加热均匀，使煤热解速度加快，大大缩短了干馏时间，生产效率高，焦炭和半焦产率高，焦油收率高，煤气有价值成分含量高且热值高，有效提高了焦油回收率.Lester等［22］初步研究了采用微波能加热高挥发分烟煤制取焦炭的工艺，主要分析了停留时间对焦炭性能的影响.由于微波加热只针对那些对微波有响应的介电组分，Menendez等［23］研究发现大部分的炭材料（煤除外）电介质损耗参数比蒸馏水还要高，焦炭呈一定石墨化形态，自身即是很好的微波吸收剂.Monsef －Mirzai等［24］采用Cu O，Fe3 O4和冶金焦炭作为微波吸收剂对煤粉进行微波热解试验.焦炭作为吸收剂时，可凝焦油产量达到20%；Fe3 O4作吸收剂时产量达到27%；某些实验中用CuO作为吸收剂甚至高达49%.综上所述，可以看出微波加热用于热解低阶煤具有很大的研究空间.煤作为一种微波弱吸收物质，对于微波吸收剂的选择是至关重要的.可以通过研究微波场中煤的升温特性与热解产物分布等，为微波技术应用于煤热解提供有益的探索.5 结束语微波加热是一种深入到物料内部由内向外的加热方式，具有传统加热方式无法比拟的优点，选择性加热物料，升温速率快，加热效率高，易于控制，安全卫生无污染.微波在煤炭转化中的应用涉及方面很多，在工业生产中的应用也有报道，但大规模应用还没有展开.要想扩大微波在煤炭转化上的应用，应该深化研究微波与煤炭间的相互作用机理，了解煤中各种成分对微波的响应程度，优化微波加热工艺，加强微波生产设备的研究与开发.目前，国内外均在开展将微波技术应用于煤炭加工利用的研究，相信在不远的将来，高效、优质、低成本、无污染的微波技术会在煤炭行业得到大规模的推广.参考文献［1］吴海勇，曾加庆.微波加热在煤除湿中的应用研究［J］.工业加热，2009，38（2）：12－15.［2］赵庆玲，段滋华，刘宝等.微波能在煤炭加工中的应用前景［J］.煤炭转化，1993，16（4）：35－39.［3］董平，高振森.微波干燥浮选精煤［J］.洁净煤技术，1997，3（1）：22－24.［4］崔平，王知彩，胡政平等.微波作用下的细粉煤脱水研究［J］.燃料化学学报，2002，30（2）：178－181.［5］崔平，朱静，王知彩.微波作用下化学助剂在细粉煤脱水中的应用研究［J］.矿物学报，2002，22（4）：375－378.［6］ Kingman S W，Rowson N A.Microwave Treatment of Minerals－aReview［J］.Minerals Engineering，1998（11）：1081－1087.［7］ Marland S，Han B，Merchant A.The Effect of Microwave Radiationon Coal Grindability［J］.Fuel，2000，79：1283－1288.［8］赵爱武.煤的微波辅助脱硫试验研究［J］.煤炭科学技术，2002，30（3）：45－46.［9］郝振佳，曹新鑫，焦红光.微波技术在煤脱硫领域中的应用及发展［J］.上海化工，2009，34（11）：28－31.［10］张军，解强，李兰亭等.微波技术用于煤炭燃前脱硫的综述［J］.煤炭加工与综合利用，2007，25：43－46.［11］ Zavitsanos P D，Bleiler K W.Process for Coal Desu1 ：Patent，4076607［P］.1978.［12］尹义斌.浅谈煤炭的微波脱硫［J］.选煤技术，2003，3（4）：54－55. ［13］ Zavitsanos P D，Bleiler K W，Golden J A.Coal Desulphurization Using Alkali Metal or Alkaline Earth Compounds and Electromagnetic ：4152120［P］.1979.［14］ Rowson N A，Rice N M.Magnetic Enhancement of Pyrite by Caustic Microwave Treatment［J］.Minerals Engineering，1990，3（3－4）：355－361.［15］ Weng S，Wang J.Exploration on the Mechanism of Coal Desulphurization Using Microwave Irradiation／acid Washing Method ［J］.Fuel Processing Technology，1992，31：233－240.［16］赵景联，张银元，陈庆云等.微波辐射氧化法联合脱除煤中有机硫的研究［J］.微波学报，2002，18（2）：79－84.［17］ Jorjani E，Rezai B，Vossoughi M etal.Desulphurization of TabasCoal with Microwave Irradiation／peroxyacetic Acid Washing at 25℃，55℃and 85℃［J］.Fue1，2004，83：943－949.［18］马红周，王耀宁，兰新哲.微波热解煤的实验研究［J］.洁净煤技术，2009，15（4）：54－55.［19］兰新哲，裴建军，宋永辉等.一种低变质煤微波热解过程分析［J］.煤炭转化，2010，33（3）：15－18.［20］兰新哲，赵西成，马红周等.一种微波快速中低温干馏煤的方法.CN：200810232680.4［P］.2008－12－25.［21］赵西成，兰新哲，宋永辉等.间歇式微波低温干馏装置.CN：200920034690.7［P］.2009－09－22.［22］ Lester E，Kingman S，Dodds C etal.The Potential for Rapid Coke Making Using Microwave Energy［J］.Fuel，2006，85：2057－2063. ［23］ Menendez J A，Arenillas A，Fidalgo B etal.Microwave Heating Processes Involving Carbon Materials［J］.Fuel Processing Technology，2010，91：1－8.［24］ Monsef－Mirzai P，Ravindran M，Mcwhinnie W R etal.Rapid Microwave Pyrolysis of Coal：Methodology and Examination of the Residual and Volatile Phases［J］.Fuel，1995，74（1）：20－27.。

微波技术原理及其在化学化工领域的应用

关键词：微波技术，化学，化工1.引言微波是一种波长很短的电磁波，其频率介于300 MHz-300 GHz，波长介于1 mm-1 m之间。

因其波长介于远红外线和短波之间，故称之为微波。

微波具有的特点为高频性、波动性、热特性和非热特性[1]。

随着科学的发展，微波技术得到了广泛的应用，尤其是在通信行业，如微波卫星通信、微波散射通信、模拟微波通信和数字微波通信等。

近年来，微波以其高效、均匀、节能、环保等诸多优点受到广泛关注，并逐渐成为一种新型能源得到越来越广泛的应用[2]。

2.微波技术的发展微波技术兴起于20世纪30年代，在电视、广播、通讯等相关技术领域中得到了广泛的应用。

微波技术的发展主要取决于微波器件的应用和发展。

早在20世纪初，就有研究人员开始了对微波理论的探索，并进行了相关的实验研究。

但由于当时信号发生器功率较小，加之信号接收器灵敏度较差，实验未能取得实质性的进展[3]。

1936年，波导技术的进一步发展为微波技术的研究提供了可靠的理论及实验条件。

微波技术在处理煤化工污水中难降解有机物的工程化设计探索

ｏｆＣｈｉｎａ，Ｔａｉｙｕａｎ０３００５１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＣｈｅｍｉｃａｌｐｏｌｌｕｔｉｏｎｃａｕｓｅｄｂｙｐｏｌｙｃｙｃｌｉｃＢｅｎｚｅｎｅｉｓｖｅｒｙｄｉｆｆｉｃｕｌｔｔｏｄｅａｌｗｉｔｈｉｎｃｏａｌｃｈｅｍｉｃａｌ
・
应用工艺研究
・
微波技术在处理煤化工污水中难降解有机物的工程化设计探索
于兴智，石灵，张学军，李季，刘金营，郭振库。，高建峰
（１．北京真空电子技术研究所，北京１０００１５；２．中北大学，山西太原０３００５１）
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｍｉｃｒｏｗａｖｅｉｎｄｕｃｔｉｏｎ，Ｐｏｌｙｃｙｃｌｉｃｂｅｎｚｅｎｅ，Ｈｉｇｈｐｏｗｅｒａｎｔｅｎｎａａｒｒａｙ，Ｒｅｓｏｎａｎｔｃａｖｉｔｙ
关键词：微波诱导；多环苯；大功率天线阵；谐振腔体中图分类号：Ｘ７０３文献标识码：Ａ文章编号：１００２－８９３５（２０１３）Ｏ６一ＯＯ８６ —０３
煤化工废水引起的化学性水污ｏｎａｎｔｃａｖｉｔｙｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｗｈｉｃｈｉｓｅｘｃｉｔｅｄｂｙｆｏｕｒｈｉｇｈ — ｐｏｗｅｒｃｏａｘｉａｌａｎｔｅｎｎａａｒｒａｙ．

微波技术在化学领域中的应用及其机理研究

微波技术在化学领域中的应用及其机理研究摘要微波对物质的作用机理及微波合成反应技术是目前微波化学研究的重点。

主要从有机化学、高分子化学及其它化学领域中对微波这一新型合成技术的应用进行了综述，并探讨了微波对物质的内加热效应及非热效应的作用机理。

关键词微波技术辐射化学反应机理自从Gedye[1]和Giguere[2]报道了利用微波辐射技术（MicrowaveIrradiationTechnology，简称MIT）促进有机化学反应的研究，才使得微波辐射技术真正应用于化学反应中，成为用于加速化学反应的一项重要技术；同时也成为不同于传统加热方法而应用于化学领域中的一项新兴的有机合成技术。

利用微波使化学物质进行反应，其反应速度较传统加热方法快十倍乃至千倍。

这种化学反应的加速是一种催化过程，完全不同于那些通常使用特定的化学物质作催化剂的过程。

微波辐射技术用于有机合成以其反应速度快、操作方便、产率高、产品易纯化等特点而发展很快，成为继热、光、电、声、磁效应以后开发的一种新型合成技术[3]。

随着微波合成技术的不断提高，对传统的化学领域，特别是有机合成领域带来了冲击，成为化学领域中一门引人注目的新课题。

本文就微波技术在化学领域中的应用进行了综述，并简述了其可能的作用机理。

1微波技术在有机化学中的应用1．１在有机合成中的应用由于极性有机化合物分子受微波作用后可以通过偶极旋转被加热，所以许多有机反应在微波辐射下可以高效率地完成。

目前，催化有机合成反应的方法有三种：（1）物理催化（2）化学催化（3）生物催化。

利用微波技术，通过控制反应条件，可以使许多有机反应的速度提高数倍，一些反应甚至比传统加热方法快上千倍。

目前，已发现利用微波辐射加热进行的有机合成反应主要有Diels-Alder反应、、酯化反应、重排反应、Knoevenagel反应、Perkin 反应、Reformatsky反应、Deckmann反应、缩醛（酮）反应、、Witting 反应、羟醛缩合、开环、烷基化、水解、氧化、烯烃加成、消除反应、取代、成环、环反转、酯交换、酰胺化、脱羧、聚合、主体选择性反应、自由基反应及糖类反应等，几乎涉及了有机合成反应的各个主要领域[4]。

微波在矿业中的应用

微波在矿业中的应用能源作为一种力量是世界运行的基础。

在当时当地有效地应用能源是建立优质工程的要求，矿业领域也不例外。

正确地利用能源用于ROM矿业对于粉碎工序是关键。

使用能源用于过滤水分直到水分蒸发进入下一道工序，从而降低整个的运行费用。

通过查阅所有的研究和开发利用当地的热能用于矿业及其冶炼，人们能看到很多在矿业中应用的优势。

微波在矿业粉碎加工中存在的潜在降低能源消耗优势，表现在改变了矿物的表面化学和推进了在更多的可控环境中形成新的冶炼方法。

如果能完全应用微波技术，让每种矿物都能用微波加工将减少整个矿业的运行费用。

在研磨传送过程中增加或直接用微波将很容易地高效地减少25％研磨能源费用。

微波技术最初应用在远距离通信，最后发展应用到微波炉，有些人叫“雷达”炉。

家庭拥有微波炉用于煮饭的人认为用微波炉煮饭仅需几分钟而使用其他的热源像气体炉子要花一个小时或更多，有关产品质量和速度的平衡现在还在辩论。

虽然食品行业更多的人应用微波技术但它仍需继续发展，有效地应用微波加工矿物的研究已开展多年了。

微波是一种电磁波，波长介入红外与无线电波之间——1～1×103mm，频率0.3～300GHz。

电波与磁波形成电磁波，以一定的角度沿直线传播。

微波能穿透一些像玻璃、纸和塑料的材料，一般没有反射，微波能直接通过这些材料表面。

相反地，微波能被金属表面反射，微波炉使用金属制成反应器。

炉内的金属架使微波能均匀分散避免能谱的非均匀分布。

市场上应用的微波炉频率为2450MHz，微波热是微波与介电材料的交互作用形成的。

在每端有不同的电荷极性分子（H2O是最常见的用于食品加热的极性分子）排列在磁场中，当磁场发生变化时，极性分子发生振动而产生热。

用于材料加热时在表面有大量的热源，拥有大量的分子级的“微小加热器”。

内部加热的深度与材料有关。

举例来说，被加热的材料是香肠，微波将穿透玻璃而在材料的表面或下面产生热，因为通过香肠的微波作用与极性分子的原因。

微波在化工生产中的应用

微波在化工生产中的应用作者：毕永胜陈晓平邓涛覃建华张丽丽来源：《中国科技博览》2013年第26期[摘要]本文对微波技术在化工生产中不同领域的应用进行了综述分析，并比较了各自的优缺点[关键词]微波化工应用中图分类号：TG333.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）26-215-021 微波在有机合成中的应用1969年，美国科学家Vanderhoff利用家用微波炉进行了丙烯酸酯，丙烯酸和α-甲基丙烯酸的乳液聚合，与常规相比，微波条件下聚合速度有明显增加[1]，但在当时没有引起人们太大的注意。

1986年，首次报道了微波技术在合成有机小分子的成功应用后，便引起了有关科学家们的极大兴趣和关注[2]。

微波作用下的有机反应的速度较传统的加热方法快数倍甚至上千倍，而且具有操作方便、产率高及产品易纯化等特点，因此微波有机合成发展迅速，以涉及到有机化学方方面面，成功地应用于多种有机反应，并展示了广泛的应用前景。

1）酯化反应在微波加热下酯化反应产率高，副反应少，选择性强，反应速率快，反应时间可以从数小时缩短到几分钟。

羧酸与醇生成羧酸酯的反应是最早应用于微波的有机反应之一。

1986年Gedye[2]将密封的反应器置于微波中首先研究了苯甲酸与醇的酯化反应，并与传统的加热方法进行比较，结果发现，微波对酯化反应有明显的加速作用，反应在几分钟内完成，比传统的加热提高反应速率96倍。

李耀先[3]等报道了微波常压条件下由L-噻唑烷-4-甲酸和甲醇合成L-噻唑烷-4-甲酸甲酯的实验结果。

微波作用下，反应10min产率达90%以上，反应比传统的加热方法20倍。

微波作用下的二元羧酸甲酯化反应也取得了成功。

刘福安[4]等研究了方式-丁烯二酸与甲醇的双酯化反应。

微波条件下仅回流了50min，产率为82%，若达到相近的产率传统加热法需480min，减少反应时间7h。

尼伯金酯类防腐剂由于毒性低、无刺激性，广泛应用于食品、化妆品、医药工业。