微波脫硫?qū)捊姑好嘿|(zhì)影響的研究.pdf

1、我國煉焦煤資源十分緊缺，而且有相當一部分煉焦煤因含硫量高而難以有效利用。微波作為一種新型煤炭脫硫技術(shù)手段受到國內(nèi)外專家的高度關(guān)注和廣泛研究，但是將其應(yīng)用到煉焦煤脫硫領(lǐng)域并對脫硫后引起的煤質(zhì)變化進行研究的報道非常少。本文以高硫煉焦精煤為對象，重點開展微波脫硫前后對煤中硫分和煤質(zhì)影響的研究工作，找出了相對合適的脫硫助劑，優(yōu)化了反應(yīng)條件，分析了煤樣的脫硫機理和煤質(zhì)變化原因，為煉焦煤微波脫硫工業(yè)化應(yīng)用提供了理論支撐。本文所進行的研究工作和得到主

2、要結(jié)論如下：
　　（1）煤質(zhì)分析表明所選的新峪（XY）、圪堆（GD）煤樣均為強粘結(jié)性中高硫焦精煤。煤中硫分以有機硫為主，分別占總硫分的91.27％和81.63%，硫鐵礦硫分別占煤樣中總硫分的6.18%和17.14%，硫酸鹽硫含量小于總硫分的3%。粒度分析發(fā)現(xiàn)，+0.074-0.125mm粒級煤樣產(chǎn)率最高，不同粒度煤樣中硫分的分布總體比較均衡，灰分隨著粒度增加而上升。兩煤樣密度均主要分布于小于1.4g·cm-3的范圍內(nèi)，灰分隨密度增

3、加而增加。發(fā)熱量分析發(fā)現(xiàn)兩煤樣均屬特高熱值煤，且煤樣的熱值隨粒度增加而減小。
　　（2）在微波助劑的選擇過程中發(fā)現(xiàn)，HCl對煤中硫分的微波脫除效果甚微。NaOH助劑只有在熔融的條件下，對煤中的有機硫才有較好的脫硫效果，冷凝條件下對煤中硫分的脫除效果較差。HAc+H2O2混合助劑和HI助劑在微波條件下都能夠快速脫除煤中硫分，一般在反應(yīng)的前2min即可達到較好脫硫效果。其中HAc+H2O2混合助劑可以分別使煤中硫分下降13.16%和2

4、4.11%，HI助劑可分別使硫分下降20.72%和36.76%。有機類助劑在較短時間內(nèi)脫硫效果均不理想，硫分下降最多在10%左右，HAc+H2O2混合助劑在各類助劑中表現(xiàn)出較好的脫硫效果，具有深入研究價值。
　?。?）煤樣的脫硫率隨助劑中兩試劑體積的平衡而提高，配比為1:1時脫硫效果最好。微波輻照時間在0～40s時脫硫率隨時間延長而提高明顯。微波輻照功率在100～600W之間對脫硫效果影響較大，煤中各形態(tài)硫含量在功率增大時都有不同

5、程度減小。固液比過大或過小都不利于煤中硫分的脫除，兩煤樣最大脫硫率分別出現(xiàn)在固液比為1:5和1:3時。助劑的小幅稀釋有助于提高煤樣的脫硫效果，濃度為83.3%時脫硫效果最強。煤樣粒度越小脫硫效果越好。
　?。?）煤樣的粘結(jié)性指數(shù) G隨助劑配比的逐漸均衡而大幅度減小，全H2O2條件下的G值要比全HAc條件下小，配比為1:1時G值最小。隨著輻照時間和輻照功率的增加煤樣的G值都出現(xiàn)不同程度的下降。煤樣G值在輻照時間為0～60s時下降最多

6、，之后平緩。功率為100～300W時，G值變化較大之后平緩直到600W以后G值又出現(xiàn)顯著下降。煤樣的粘結(jié)性在固液比為1:5時降到最低，之后隨著反應(yīng)體系中助劑體積的增大G值又開始上升。助劑稀釋后G值先降低然后再增加，助劑為全水時煤樣的G值基本不變。煤樣粒度越大，在脫硫過程中粘結(jié)性下降越小，對煤質(zhì)保護越好。
　　（5）煤樣灰分隨脫硫率增加出現(xiàn)一定程度地降低。煤樣的空氣干燥基發(fā)熱量隨脫硫條件不同呈波動狀變化，總體上脫硫后煤樣空氣干燥基發(fā)

7、熱量大于原煤樣，但是當選取干燥無灰基為基準時煤樣的發(fā)熱量分別降低0.35%和0.69%煤樣空干基發(fā)熱量與灰分關(guān)系擬合結(jié)果顯示，煤樣的空干基發(fā)熱量隨著灰分的降低而升高，但當灰分過低時煤樣的空干基發(fā)熱量因煤樣的氧化而下降。
　?。?）煤樣的形態(tài)硫分析發(fā)現(xiàn)，不同條件下當煤中脫硫率最大時，脫除的硫分都以有機硫為主，但煤中無機硫的脫除要比有機硫的脫除容易，取得最大脫硫率時煤中無機硫基本被脫盡。煤中含氧官能團含量的變化趨勢與粘結(jié)性的變化趨勢相

8、反，G值越大時煤中的含氧官能團含量越小，G值越小時煤中含氧官能團的含量相對來說越大。通過對粘結(jié)性指數(shù)G與含氧官能團含量進行擬合發(fā)現(xiàn)，羧基基團含量對G值的影響最大。
　　（7）通過正交試驗得到最優(yōu)的反應(yīng)條件為：混合助劑配比為1:5、輻照功率為500W、固液比為1:3、助劑濃度為全助劑、微波輻照時間為40s。在方差分析中發(fā)現(xiàn)各因素對脫硫和煤質(zhì)影響的強弱順序為：助劑配比>微波輻照功率>固液比>濃度>時間，在最優(yōu)條件下XY和GD煤樣的脫硫

9、率分別為11.31%和24.62%，粘結(jié)性指數(shù)G分別可達63和61，分別下降了17.12%和15.34%。
　?。?）通過XANES、XPS和FT-IR分析發(fā)現(xiàn)，有機硫中硫醇和硫醚類硫最容易被脫除，其次是噻吩類硫，脫硫過程砜和亞砜類硫的相對含量增加。這解釋了相同含量的高有機硫煤，脫硫效果卻不同的原因。煤中一部分有機硫經(jīng)氧化生成鹽類和氣體，但大部分有機硫或是未參與反應(yīng)，或是只是由一種有機硫形態(tài)轉(zhuǎn)為另一種形態(tài)（如砜和亞砜），這使得煤中