微波技术在煤热解工艺中的应用现状

周军^1,2，吴雷¹，梁坤¹，宋永辉^1,2，张秋利^1,2

1. 西安建筑科技大学冶金工程学院2. 陕西省冶金工程技术研究中心

摘 要：中国能源的分布主要呈现"富煤、贫油、少气"的特点。作为储量最丰富的一次能源,煤炭资源在我国能源结构中占据举足轻重的地位。我国煤炭资源的主要利用方式为直接燃烧后供热和发电,然而直接燃烧是一种最粗放的利用方式,将造成严重的环境污染。因此,大力发展煤炭清洁生产,将煤炭转化为能效更高、更环保的二次能源,是未来长时间内煤炭资源利用可持续发展的主要方向。将微波技术与煤热解技术结合而成的煤微波热解技术是基于微波辐照过程中煤炭中的极性官能团、固定碳和灰分等的介电损耗和磁损耗,使微波能被快速吸收,转化为热能,生成固、气和液三种形态产物的一种新型煤热解技术,具有反应时间短、化学反应速率快、热解液体产物收率高以及产品质量好等显著优点。同时,煤微波热解技术由于与传统煤热解工艺不同,可极大地降低环境污染,大幅提高煤炭资源利用率,为煤的清洁高效利用和分级提质利用提供了一种有效的新思路。国内外该领域的研究主要集中在煤微波热解工艺条件、热解环境和热解混合物等对热解产品分布规律及组分逸出机制的影响等方面,旨在更进一步提高煤热解效率、煤焦油收率和产品质量。大量研究发现,煤样的形状和大小、煤样中的水分、热解反应温度、微波输出功率等因素都会对煤微波热解产物分布、产物收率以及产物质量产生影响。此外,在煤微波热解过程中,添加活性炭、焦炭等碳材料或Fe3O4、CuO等金属材料作为吸波剂,可提高整体吸波性能,使煤样升温更快、温度分布更均匀,从而显著提高煤焦油收率和质量;通入甲烷或氢气,或其他工业"富氢"尾气,或采用煤与废塑料、生物质、油页岩和液化残渣等"富氢"物质的共热解均能为煤微波热解反应提供充足的氢,使加氢反应更充分。微波场中的加氢协同作用可有效提高煤的热解效率和煤焦油收率,提升煤焦油中轻质组分的含量。本文主要归纳了微波技术在煤热解工艺中的应用现状,分析总结了煤微波热解工艺的主要影响因素以及煤强化微波热解、煤加氢热解、煤与其他"富氢"物质微波共热解三种现有工艺的研究进展,并以煤微波热解技术应用过程中急需解决的关键问题为落脚点,提出了未来煤微波热解技术的研究方向,为加速煤微波热解技术的工业化应用奠定坚实的基础。

关键词：煤;微波热解;影响因素;强化热解;加氢热解;共热解;