煤炭微波脫硫影響因素的試驗(yàn)研究＊

盛宇航 陶秀祥 許 寧

（中國(guó)礦業(yè)大學(xué)化工學(xué)院，江蘇省徐州市，221116）

在我國(guó)，隨著對(duì)低硫煤資源的不斷開(kāi)采，高硫低品質(zhì)煤在煤炭資源中所占的比重相對(duì)增加。另一方面，我國(guó)的煤炭資源主要用于燃燒發(fā)電，由煤炭燃燒產(chǎn)生的硫氧化物不僅降低其熱效率、帶來(lái)嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題，而且還會(huì)對(duì)人體造成傷害。因此，積極探索和創(chuàng)新脫硫工藝是發(fā)展煤炭高效清潔利用技術(shù)、提高社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益的有效途徑。

伴隨著研究的不斷深入，由于微波能具有改善反應(yīng)條件、加快反應(yīng)速度、均勻與選擇性加熱等特性，已廣泛應(yīng)用于礦物助浸、廢水處理和環(huán)境工程等領(lǐng)域。以重慶某礦煤樣作為研究對(duì)象，從微波因素、煤樣粒度和浸提劑3個(gè)層面探索微波脫硫技術(shù)，研究微波脫硫的最佳工藝條件，為今后微波脫硫技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ)。

1 試驗(yàn)研究

1.1 煤樣

根據(jù)國(guó)標(biāo)相關(guān)規(guī)定對(duì)煤樣進(jìn)行工業(yè)分析，全硫、形態(tài)硫的檢測(cè)和發(fā)熱量的測(cè)定，結(jié)果如表1所示。

1.2 試驗(yàn)藥品與設(shè)備

試驗(yàn)所用藥品為市售分析純。

試驗(yàn)主要設(shè)備有SANYO民用微波爐（2.45GHz，最大功率800W）、友欣YX－DL8300一體化定硫儀和CT5000自動(dòng)量熱儀。

表1 煤相關(guān)性質(zhì)分析

1.3 試驗(yàn)方法

煤樣破碎到一定粒度，用標(biāo)準(zhǔn)篩將煤樣分成0.5～0.25mm、0.25～0.125mm和－0.125mm 3個(gè)粒級(jí)并分別制樣。稱(chēng)量5g經(jīng)干燥箱干燥的煤樣，加入一定量的浸提劑溶液充分混合，放入反應(yīng)容器中，在常溫、常壓下微波輻照一定時(shí)間。過(guò)濾、沖洗殘留在煤上的浸提劑，在105℃的干燥箱中干燥2h。干燥稱(chēng)重測(cè)定煤中全硫含量，計(jì)算降硫率。

2 結(jié)果與討論

2.1 輻照時(shí)間對(duì)脫硫效果的影響

取5g粒度范圍為－0.125mm的煤樣放入容器中，加入15g濃度為300g／L的NaOH溶液作浸提劑，在微波率功率700W的條件下，輻照不同的時(shí)間，試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 微波輻照時(shí)間對(duì)降硫率的影響

由圖1可知，隨著輻照時(shí)間的增加，煤樣的降硫率呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，當(dāng)輻照時(shí)間超過(guò)7min時(shí)，微波脫硫效果就變得不顯著，甚至開(kāi)始出現(xiàn)降硫率減小的現(xiàn)象。這是因?yàn)樵诜磻?yīng)過(guò)程中生成物不斷增加，產(chǎn)生了生成效應(yīng)。因此，選取最佳輻照時(shí)間為7min。

2.2 微波功率對(duì)脫硫效果的影響

加入15g濃度為300g／L的NaOH溶液作浸提劑，將－0.125mm的煤樣分別在微波功率為800W、700W和450W的條件下輻照7min。試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

從圖2可以看出，煤炭降硫率隨微波功率的增加而增加，但由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，微波功率選取800W。

圖2 微波功率對(duì)降硫率的影響

2.3 煤炭粒度對(duì)脫硫效果的影響

在上述最佳的試驗(yàn)條件下改變煤樣的粒度，研究煤樣粒度對(duì)脫硫效果的影響，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 煤炭粒度對(duì)降硫率的影響

煤中硫的主要成分為黃鐵礦硫（占74.67%），粒度的減小有利于煤中黃鐵礦的解離，從而促進(jìn)黃鐵礦與浸提劑接觸，增加降硫率。對(duì)于0.5～0.25 mm粒度范圍的原煤，經(jīng)微波輻照處理后煤中硫分出現(xiàn)增加現(xiàn)象，除由于試驗(yàn)造成的誤差外，煤樣相應(yīng)的也發(fā)生了一些變化，致使出現(xiàn)硫分增加現(xiàn)象，需要更進(jìn)一步的研究。

2.4 浸提劑濃度對(duì)脫硫效果的影響

試驗(yàn)方法同上，在最佳粒度范圍－0.125mm的條件下，改變浸提劑的濃度（0、100g／L、300 g／L、500g／L），觀察脫硫效果。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。

由圖3可知，在一定濃度范圍內(nèi)，隨著浸提劑濃度的增加，降硫率也有所增加。當(dāng)超過(guò)一定濃度后，浸提劑的增加并未能增加煤炭的脫硫效果，所以選擇浸提劑的濃度為300g／L。

2.5 液固比對(duì)脫硫效果的影響

試驗(yàn)方法同上，不同的是向溶液中加入浸提劑的量，分別取10g、15g、20g和30g加入容器中，試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，浸提劑的加入能顯著提高煤炭的降硫效果，浸提劑的作用可從以下兩方面說(shuō)明。

（1）在煤中加入一定量的浸提劑，可使煤中硫化物的復(fù)介電常數(shù)虛部ε″增大，促進(jìn)煤樣中硫化物對(duì)微波能的吸收，誘使硫化物發(fā)生相應(yīng)的化學(xué)變化，有利于煤中硫的脫除。

（2）NaOH還起著脫硫作用，微波可以促進(jìn)NaOH溶液與煤中含硫化合物接觸，但當(dāng)液固比超過(guò)一定范圍后，煤脫硫效果就急劇下降。因此，選取NaOH溶液的加入量為20g，此時(shí)對(duì)－0.125 mm煤發(fā)熱量進(jìn)行檢測(cè)，Q為19.52MJ／kg，其損失率僅為4.29%。

3 結(jié)論

煤炭微波脫硫技術(shù)是將微波或微波能應(yīng)用于煤炭脫硫領(lǐng)域的技術(shù)，該技術(shù)不僅與所采用的方法、研究條件有關(guān)，而且與煤中硫化物的物理、化學(xué)性質(zhì)有著密切關(guān)系。

研究結(jié)果表明，在常溫、常壓的條件下，微波聯(lián)合堿液能夠顯著提高降硫效果，以NaOH溶液作為浸提劑，在優(yōu)化的工藝條件下：微波功率800 W，輻照時(shí)間7min，煤炭粒度－0.125mm，浸提劑300g／L，液固比為4∶1，取得了52.85%的降硫率，發(fā)熱量損失率僅為4.29%，是一種有效的脫硫方式。

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