不颠覆无突破微波在煤化工生产中的应用（PPT40页)

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---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公司名称：西安龙华微波化工有限责任公司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密闭微波干馏技术真空微波冶炼技术密闭微波冶炼技术密闭微波分解技术•煤炭热解提质•微波兰炭型焦生产•低沸点金属单质升华•加热、烧结、还原•气相沉积、•蒸馏、分温冷凝•碘化物氯化物分解•电解渣分解烧结处理•脱硫石膏低温分解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：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、刘凯频率：300MHz～3000MHz波长：1000mm～100mm民用频率（MHz）：3409152450对应波长（mm）：909327122可穿透物料厚度（mm）：909327122二、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---微波能加热的特点1选择性加热物料，升温速率快，加热效率高。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。催化作用3其本身不产生任何气体，没有氧气氮气是实现清洁生产的有效途径之一。清洁生产4使物料在瞬间得到或失去热量来源，易于自动控制。自动控制二、微波技术介绍---突出特点和能效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。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。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二、微波技术介绍---能级测定和节能原理较常规加热方法节能40%～70%以上40～70%环保节能高效产品质量提高材料加热/加工效率数倍至数百倍XX倍优大幅提高加工材料品质（整体均匀加热）70～90%微波加热可大幅度减少烟气处理量至10%、没有NOx排放二、微波技术介绍---微波加热的节能减排二、微波技术介绍---微波能加热的升温曲线二、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微波源及其组成南京三乐大型微波源数十年昆工非常规冶金国家重点实验室，二十年西安龙华大型冶金炉窑和冶金节能工程十五年4MW＞10MW三、微波的发展、微波的团队三、组合创新技术创建大型微波反应器微波化工技术、大型冶金炉窑，已经产业化应用的技术，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。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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微波加热真空冶炼炉密闭加热炉密闭环形窑三、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---1000KW915MHz微波烘干装置三、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。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。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产量小、微波工业炉窑设计制造难度小在炉时间极大幅度缩短，几十小时45分钟煤炭及其中间生成物很吸波，升温100℃/分钟覆盖全产业链，体现环保节能和资源化四、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•催化剂的再生和回收•冶炼渣处置煤化工固废危废处置：•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；微波煤炭热解提质：微波极速催化裂解•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、微波催化合成转化微波冶金化工：微波催化加热还原合成转化四、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。“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。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。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110110110120150KWH+50成品率55%60%60%60%65%焦油收得率6%10%10%10%18%尾气综合利用N250%CO25%CH410%H210%CH435%H225%CO12%CH435%H225%CO12%CH435%H225%CO12%CH455%H230%CO10%尾气数量1000400400400250原料粒度三八块粉料粉料三八块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四、微波干馏煤炭理论和实验简介---几种新工艺比较四、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，(CH455%、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%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）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、木煤气六、微波应用褐煤堆积温升试验(1)褐煤堆积试验(2)六、微波应用---相关试验褐煤原样孔隙结构扫描电镜图干燥后褐煤孔隙结构扫描电镜图六、微波应用---相关照片六、微波应用---设备图片：9KW微波烧结炉设备