煤炭微波脫硫影響因素的試驗研究＊

盛宇航 陶秀祥 許 寧

（中國礦業大學化工學院，江蘇省徐州市，221116）

在我國，隨著對低硫煤資源的不斷開采，高硫低品質煤在煤炭資源中所占的比重相對增加。另一方面，我國的煤炭資源主要用于燃燒發電，由煤炭燃燒產生的硫氧化物不僅降低其熱效率、帶來嚴重的環境污染問題，而且還會對人體造成傷害。因此，積極探索和創新脫硫工藝是發展煤炭高效清潔利用技術、提高社會效益和經濟效益的有效途徑。

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

1 試驗研究

1.1 煤樣

根據國標相關規定對煤樣進行工業分析，全硫、形態硫的檢測和發熱量的測定，結果如表1所示。

1.2 試驗藥品與設備

試驗所用藥品為市售分析純。

試驗主要設備有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自動量熱儀。

表1 煤相關性質分析

1.3 試驗方法

煤樣破碎到一定粒度，用標準篩將煤樣分成0.5～0.25mm、0.25～0.125mm和－0.125mm 3個粒級并分別制樣。稱量5g經干燥箱干燥的煤樣，加入一定量的浸提劑溶液充分混合，放入反應容器中，在常溫、常壓下微波輻照一定時間。過濾、沖洗殘留在煤上的浸提劑，在105℃的干燥箱中干燥2h。干燥稱重測定煤中全硫含量，計算降硫率。

2 結果與討論

2.1 輻照時間對脫硫效果的影響

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，輻照不同的時間，試驗結果如圖1所示。

圖1 微波輻照時間對降硫率的影響

由圖1可知，隨著輻照時間的增加，煤樣的降硫率呈現增加的趨勢，當輻照時間超過7min時，微波脫硫效果就變得不顯著，甚至開始出現降硫率減小的現象。這是因為在反應過程中生成物不斷增加，產生了生成效應。因此，選取最佳輻照時間為7min。

2.2 微波功率對脫硫效果的影響

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。試驗結果如圖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，但由于實驗條件的限制，微波功率選取800W。

圖2 微波功率對降硫率的影響

2.3 煤炭粒度對脫硫效果的影響

在上述最佳的試驗條件下改變煤樣的粒度，研究煤樣粒度對脫硫效果的影響，試驗結果如表2所示。

表2 煤炭粒度對降硫率的影響

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，從而促進黃鐵礦與浸提劑接觸，增加降硫率。對于0.5～0.25 mm粒度范圍的原煤，經微波輻照處理后煤中硫分出現增加現象，除由于試驗造成的誤差外，煤樣相應的也發生了一些變化，致使出現硫分增加現象，需要更進一步的研究。

2.4 浸提劑濃度對脫硫效果的影響

試驗方法同上，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。試驗結果見圖3。

由圖3可知，在一定濃度范圍內，隨著浸提劑濃度的增加，降硫率也有所增加。當超過一定濃度后，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 液固比對脫硫效果的影響

試驗方法同上，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，試驗結果如圖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明。

（1）在煤中加入一定量的浸提劑，可使煤中硫化物的復介電常數虛部ε″增大，促進煤樣中硫化物對微波能的吸收，誘使硫化物發生相應的化學變化，有利于煤中硫的脫除。

（2）NaOH還起著脫硫作用，微波可以促進NaOH溶液與煤中含硫化合物接觸，但當液固比超過一定范圍后，煤脫硫效果就急劇下降。因此，選取NaOH溶液的加入量為20g，此時對－0.125 mm煤發熱量進行檢測，Q為19.52MJ／kg，其損失率僅為4.29%。

3 結論

煤炭微波脫硫技術是將微波或微波能應用于煤炭脫硫領域的技術，該技術不僅與所采用的方法、研究條件有關，而且與煤中硫化物的物理、化學性質有著密切關系。

研究結果表明，在常溫、常壓的條件下，微波聯合堿液能夠顯著提高降硫效果，以NaOH溶液作為浸提劑，在優化的工藝條件下：微波功率800 W，輻照時間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，發熱量損失率僅為4.29%，是一種有效的脫硫方式。

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