[发明专利]一种微波辐射实现褐煤催化提质的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种褐煤改性的方法，特别是一种通过微波辐照实现褐煤催化提质的方法。

背景技术

褐煤是一种煤化程度介于泥炭与沥青煤之间的低级煤，是由泥炭经成岩作用所形成，呈褐色、黑褐色或黑色，不具粘结性。

我国的褐煤储量约占全国煤炭总储量的13%，但由于其含氧量高，亲水性强，造成开采出来的褐煤热值低，含水量高，易于风化和自燃（Osman, H.; Jangam, S. V.; Lease, J. D.; Mujumdar, A. S., Drying of Low-Rank Coal (LRC)—A Review of Recent Patents and Innovations. Drying Technology 2011, 29 (15), 1763-1783.），不宜长途运输，开发利用受到很大的限制。

提质加工是一种从源头上提高原煤质量，改善原煤品质，减少运力消耗，降低碳排放的低碳能源技术（ Katalambula, H.; Gupta, R., Low-Grade Coals: A Review of Some Prospective Upgrading Technologies. Energy & Fuels 2009, 23 (7), 3392-3405.）。随着我国经济的持续快速发展，能源需求特别是煤炭的需求量与日俱增，国内优质煤炭资源供应已日趋紧张。因而，适时发展褐煤提质及综合利用产业，将有效缓解我国优质动力煤供应紧张的局面，同时还可利用低品位煤炭扩宽优质动力煤的资源渠道，延伸煤炭工业的产业链，提高煤炭资源的综合利用效率和煤炭利用的环境效益，更好地满足我国能源需求，为我国国民经济发展提供强有力的安全保障。

所述褐煤提质是指通过物理的或化学的方法使褐煤品质获得提高的过程。褐煤在一定温度下经过脱水和热裂解作用后，可将其中的水分和含氧官能团脱除或部分脱除，同时去除其中过多的灰分，使其成为具有类似烟煤的提质煤，从而降低褐煤在燃烧过程中由于水汽蒸发而消耗的热量，同时提高褐煤的发热量。褐煤经过提质后，组成和结构发生改变，品质得到明显提高，既可防止煤炭自燃、便于运输和贮存，又有利于发电、造气、化工应用，应用范围显著扩大。因此，研究褐煤的提质加工技术，对于充分利用我国褐煤资源，提高褐煤利用的附加值具有重要的现实意义（梁永煌; 游伟; 章卫星, 关于我国褐煤提质技术的应用现状及存在问题的解决方案. 化肥设计 2012, 50 (06), 1-9.）。

按照褐煤提质程度划分，目前国内外褐煤提质技术主要分为采用物理法的干燥脱水提质技术和采用化学法的热解提质技术两大类（屈进州; 陶秀祥; 刘金艳; 张舒洁; 张博; 盛宇航, 褐煤提质技术研究进展. 煤炭科学技术 2011, 39 (11), 121-125.）。

褐煤干燥脱水提质技术的基本原理是将褐煤加热或与高温物质（热烟气、过热蒸汽等）进行换热，脱除其中的水分和部分挥发分，提质过程中煤体不发生焦化和热分解等化学变化（孟顺; 孙绍增; 赵广播, 褐煤干燥脱水技术. 热能动力工程 2013,  28(02), 115-120+213.）。褐煤干燥脱水提质技术存在诸多问题：

（1）存在燃烧爆炸危险。当采用烟气作为热源对褐煤进行干燥时，容易产生局部过热，而且由于褐煤的高挥发性，燃烧爆炸的风险很高。

（2）提质煤存放过程中容易回吸水分。当采用蒸汽作为热源进行干燥时，一般只能脱除褐煤表面的水分，难以脱除结合水等内水，而且提质后的褐煤容易回吸水分，难以满足后续的运输和燃烧使用要求。

（3） 设备磨损严重。对于带有内加热装置的干燥工艺，普遍存在设备磨损问题。如采用滚筒式干燥工艺时，干燥机滚筒在长时间的干燥过程中，筒壁会被煤粒严重磨损，而采用管式干燥工艺的管式干燥器也存在类似的问题。

（4）干燥提质煤比原煤活性更高，更易自燃，不适宜长途运输。

褐煤热解提质技术又称褐煤干馏技术，其基本原理是褐煤在隔绝空气或在非氧化气氛条件下，在较高的温度下发生热解反应和结焦，同时脱除水分，生成煤气、焦油、粗苯和焦炭或半焦的过程。热解提质过程中，褐煤煤体发生了焦化和热分解等化学变化（关珺; 何德民; 张秋民, 褐煤热解提质技术与多联产构想. 煤化工 2011,  (06), 1-4+9.）。

褐煤热解提质技术也存在很多弊端。最主要的有三点：