微波技术在煤热解工艺中的应用现状

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。

低阶煤微波辅助热提质研究进展

微波热处理技术具有快速均匀、选择性加热和操作灵活、安全环保的优势,为实现低阶煤的清洁高效利用提供了新途径。从低阶煤的微波辅助干燥提质和热解提质出发,综述了低阶煤对微波的介电响应特性,梳理了影响低阶煤微波干燥提质过程的因素,阐述了微波干燥提质对低阶煤品质和理化性质的作用规律,不同工艺条件对低阶煤微波热解提质的影响以及引入吸波剂和催化剂对强化低阶煤微波热解提质的作用特性。结果表明:低阶煤中的水分和矿物含量是影响其介电损耗能力的主要因素,内在水分对微波的快速响应有利于实现微波对低阶煤的快速干燥提质。微波加热干燥有效提升了低阶煤固定碳含量和燃烧热值,内在水分被优先加热发生快速迁移可促进孔隙结构形成进而增强了其可磨性,极性含氧官能团在微波诱导下易发生分解有助于抑制低阶煤的自燃倾向。相比常规热解,微波辅助低阶煤热解提质表现出加热速率快、热解效率高、焦油轻质组分丰富以及合成气产量高的优势。微波功率、辐射时间、热解终温和反应气氛是影响低阶煤微波热解提质的主要因素,基于目标导向的热解工艺参数优化是实现低阶煤高效分级分质利用的核心。利用吸波剂和催化剂充分强化低阶煤微波热解提质,有利于提高微波能利用率、加深煤热解程度、定向调控产物分布以及改善热解产物品质。此外,微波辅助低阶煤和生物质、油页岩和废塑料等富氢物质进行共热解,能够增强焦油向轻质化的转变以及提升有效气体收率,是实现低阶煤清洁高效梯级利用的重要发展方向。

Experimental investigation of anodized/spray pyrolysed nanoporous structure on heat transfer augmentation

This paper analyzes the effects of nanoporous surface on heat transfer temperaments of assorted thermal conductingmaterials. A phenomenal proposal of wielding the surface roughness to ameliorate the heat transfer ratehas been discovered. The maximum increase of heat transfer rate procured by nanoporous layers is 133.3% higherthan the polished bare metals of surface roughness 0.2μm. This plays an imperative role in designing compact refrigerationsystems, chemical and thermal power plants. Experimental results picture a formidable upswing of58.3% heat transfer in chemically etched metals of surface roughness 3 μm, 133.3% in nanoporous surface of porosity75-95 nm formed by electrochemical anodization, and porosity of 40-50 nm formed by spray pyrolysis increasesthe heat transfer by 130%. Effects of porosity, flow velocity and scaling on the energy transfer are alsoscrutinized. This paper also analyzes the multifarious modes of nanoporous fabrication, to contrive both prodigiousand provident system.