微波輻射高硫煤炭直接脫硫的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種微波輻射高硫煤炭直接脫硫的方法，包括步驟：1)將高硫煤炭置于反應(yīng)裝置中，并將該反應(yīng)裝置置于微波輻射反應(yīng)爐內(nèi)；2)通入載氣，待氣流平穩(wěn)后，打開微波輻射反應(yīng)爐開關(guān)，對(duì)高硫煤炭進(jìn)行微波輻射，然后，關(guān)閉微波輻射反應(yīng)爐開關(guān)。本發(fā)明的脫硫率在50％左右，微波輻射高硫煤炭脫硫過(guò)程對(duì)煤質(zhì)的主體結(jié)構(gòu)影響較小，煤炭的發(fā)熱量、粘結(jié)性、內(nèi)在結(jié)構(gòu)特性、結(jié)晶度、穩(wěn)定性、熱化學(xué)性等保持穩(wěn)定，煤炭的損失率極低，且微波輻射高硫煤炭直接脫硫生產(chǎn)周期短、設(shè)備投資低，反應(yīng)速度快、能耗低、易于控制且可實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)。
【專利說(shuō)明】微波輻射高硫煤炭直接脫硫的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種煤炭脫硫的方法，特別是涉及一種微波輻射高硫煤炭直接脫硫的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]煤炭在我國(guó)能源消耗結(jié)構(gòu)中占有70%左右的比例，是經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展的重要保證。但煤炭中的硫在燃燒與煉焦過(guò)程中生成SO2，造成嚴(yán)重的空氣污染并引發(fā)一系列環(huán)境問(wèn)題。因此，煤炭脫硫?qū)μ岣呙禾抠Y源利用效率和環(huán)境保護(hù)有重要的意義。煤中硫依照存在狀態(tài)可分為無(wú)機(jī)硫和有機(jī)硫，其中，無(wú)機(jī)硫主要包括黃鐵礦、白鐵礦、重晶石、石膏類化合物及一些含鐵類硫酸鹽，有機(jī)硫主要以噻吩類芳香化合物、硫醇、硫醚、二硫化物和硫醌等形式存在于有機(jī)質(zhì)結(jié)構(gòu)中。煤中的無(wú)機(jī)硫可以通過(guò)重選和浮選等物理方法脫除，但物理法僅能脫除部分黃鐵礦，而且對(duì)細(xì)粒嵌布的如硫酸鹽等無(wú)機(jī)礦物質(zhì)的脫除并不適用。有機(jī)硫脫除比較困難，通常采用熱堿浸出法和氧化法等化學(xué)方法，化學(xué)法一般需在強(qiáng)酸/堿或在高壓條件下反應(yīng)，可能會(huì)降低煤炭的黏結(jié)性、膨脹性以及熱值。微生物脫硫能耗低，對(duì)煤質(zhì)沒(méi)有影響，但現(xiàn)有脫硫菌種單一，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，設(shè)備投資高，微生物產(chǎn)生變異的情況無(wú)法避免，脫硫工藝尚不成熟，僅適用于脫除微細(xì)粒的黃鐵礦硫。
[0003]微波是頻率在0.3-300GHZ，波長(zhǎng)在Imm-1OOcm的電磁波，不同物質(zhì)吸收微波能的頻率不同。煤中FeS2和灰分的吸熱速率比煤質(zhì)高，當(dāng)硫化物被迅速加熱到反應(yīng)溫度時(shí)，煤質(zhì)并未明顯發(fā)熱，煤質(zhì)溫度的提高有待預(yù)熱傳導(dǎo)過(guò)程的進(jìn)行。因此，微波輻射可能實(shí)現(xiàn)既脫除了硫分又不破壞煤質(zhì)的物理結(jié)構(gòu)。微波直接脫硫法就是將煤直接在微波下照射，利用微波優(yōu)異快速的加熱作用，使煤中的含硫礦物受熱分解，從而達(dá)到脫硫的目的。當(dāng)原煤在2.45GHz頻率、功率在500W或更高時(shí)，經(jīng)微波照射一段時(shí)間后，煤中的有機(jī)硫分解，釋放出H2S和SO2氣體，在煤表面生成單質(zhì)硫。此外，煤中黃鐵礦等無(wú)機(jī)硫在微波的照射下可轉(zhuǎn)化為可溶于酸的磁黃鐵礦和隕硫鐵，這為無(wú)機(jī)硫在后續(xù)脫除創(chuàng)造了條件。
[0004]使用微波輻射直接脫硫技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是脫硫過(guò)程對(duì)煤質(zhì)的主體結(jié)構(gòu)影響較小，脫硫反應(yīng)速度快、條件溫和、能耗低、易于控制，該技術(shù)在煤炭脫硫方面的應(yīng)用潛力巨大、前景廣闊。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種微波輻射高硫煤炭直接脫硫的方法。該方法能解決煤炭含硫量高且現(xiàn)有脫硫工藝不能滿足對(duì)煤炭質(zhì)量的需要的現(xiàn)狀，而且我國(guó)煤炭消費(fèi)量大，因此，具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的微波輻射高硫煤炭直接脫硫的方法，包括步驟:
[0007]I)將高硫煤炭置于反應(yīng)裝置中，并將該反應(yīng)裝置置于微波輻射反應(yīng)爐內(nèi)；
[0008]2)通入載氣，待氣流平穩(wěn)后，打開微波輻射反應(yīng)爐開關(guān)，對(duì)高硫煤炭進(jìn)行微波輻射(以直接進(jìn)行脫硫處理)，然后，關(guān)閉微波輻射反應(yīng)爐開關(guān)(即停止微波輻射)。
[0009]所述方法，還包括步驟:將微波輻射(即脫硫處理)后的煤炭冷卻至室溫，取樣保存并分析。
[0010]所述步驟I)中，高硫煤炭是硫含量為2.0wt %?6.0wt % (重量百分比)的高硫煤炭；
[0011]反應(yīng)裝置包括:石英反應(yīng)器和石英導(dǎo)氣管等。
[0012]將高硫煤炭置于反應(yīng)裝置的優(yōu)選條件為:高硫煤炭的煤層厚度為2?10cm(如高硫煤炭的煤層占反應(yīng)裝置中的石英反應(yīng)器總體積的1/5?3/5)，高硫煤炭的煤粒徑為
0.1 ?5cm。
[0013]所述步驟2)中，通入載氣的方法可為通過(guò)上述反應(yīng)裝置的石英導(dǎo)氣管進(jìn)行載氣的通入。載氣包括:空氣或惰性氣體中的一種或多種；其中，惰性氣體包括:氮?dú)饣蚝猓惠d氣的流速為O?300ml/min。
[0014]步驟2)中，微波輻射的優(yōu)選條件如下:
[0015]微波輻射頻率為2450±50MHz，微波輻射功率為500?1000W，微波輻射時(shí)間為2?15min，微波輻射溫度為100?250°C。
[0016]本發(fā)明是針對(duì)我國(guó)煤炭含硫量普遍偏高、脫硫工藝繁瑣、效率低下的現(xiàn)狀而提出的，而且與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0017]I)微波輻射高硫煤炭脫硫可以在脫出無(wú)機(jī)硫硫鐵礦的同時(shí)脫出有機(jī)硫中的亞砜類、砜類和硫醇/醚，脫硫率在50%左右；
[0018]2)相對(duì)于化學(xué)法脫硫，微波輻射高硫煤炭脫硫過(guò)程對(duì)煤質(zhì)的主體結(jié)構(gòu)影響較小，煤炭的發(fā)熱量、粘結(jié)性、內(nèi)在結(jié)構(gòu)特性、結(jié)晶度、穩(wěn)定性、熱化學(xué)性等保持穩(wěn)定，煤炭的損失率極低；
[0019]3)微波輻射高硫煤炭直接脫硫生產(chǎn)周期短、設(shè)備投資低，反應(yīng)速度快、能耗低、易于控制且可實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)。

【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。其他任何在未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、結(jié)合、簡(jiǎn)化，均為等效形式，同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0021]實(shí)施例1
[0022]精確稱取30g山西高硫煤炭于200ml石英反應(yīng)器中，將石英反應(yīng)器固定于微波輻射反應(yīng)爐內(nèi)，經(jīng)石英導(dǎo)氣管通入流量為100ml/min的空氣，等氣流穩(wěn)定后，打開電源開關(guān)，設(shè)定微波處理的相關(guān)工藝參數(shù)，具體參數(shù)條件如下:
[0023]微波輻射頻率2.45GHz，微波功率600W，微波照射時(shí)間lOmin，輻射溫度120°C，煤層厚度6cm(占石英反應(yīng)器總體積的1/5)，煤粒徑2cm。
[0024]打開微波輻射反應(yīng)爐開關(guān)(即啟動(dòng)微波輻射)進(jìn)行微波輻射脫硫，反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫，收集微波處理后的煤炭在德國(guó)FLASH-2000型有機(jī)元素分析儀上進(jìn)行元素分析，元素分析時(shí)以氦氣為載氣，爐溫設(shè)置為950°C。由元素分析可知:微波輻射后煤炭的硫含量% 2.73%,脫硫率為 35.36%。
[0025]另外，通過(guò)紅外、熱失重、X射線衍射儀及掃描電鏡分析可知，山西慈林山高硫煤炭經(jīng)微波輻射處理，除脫硫外，煤樣的內(nèi)在結(jié)構(gòu)特性、結(jié)晶度、穩(wěn)定性、發(fā)熱量等保持穩(wěn)定。
[0026]實(shí)施例2
[0027]精確稱取50g山西高硫煤炭于200ml石英反應(yīng)器中，將石英反應(yīng)器固定于微波輻射反應(yīng)爐內(nèi)，經(jīng)石英導(dǎo)氣管通入流量為50ml/min的空氣，等氣流穩(wěn)定后，打開電源開關(guān)，設(shè)定微波處理的相關(guān)工藝參數(shù)，具體參數(shù)條件如下:
[0028]微波輻射頻率2.45GHz，微波功率800W，微波照射時(shí)間6min，輻射溫度150°C，煤層厚度3cm(占石英反應(yīng)器總體積的3/5),煤粒徑0.5cm。
[0029]打開微波輻射反應(yīng)爐開關(guān)(即啟動(dòng)微波輻射)進(jìn)行微波輻射脫硫，反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫，收集微波處理后的煤炭在德國(guó)FLASH-2000型有機(jī)元素分析儀上進(jìn)行元素分析，元素分析時(shí)以氦氣為載氣，爐溫設(shè)置為950°C。由元素分析可知:微波輻射后煤炭的硫含量% 2.65%,脫硫率為 37.20%。
[0030]另外，通過(guò)紅外、熱失重、X射線衍射儀及掃描電鏡分析可知，山西慈林山高硫煤炭經(jīng)微波輻射處理，除脫硫外，煤樣的內(nèi)在結(jié)構(gòu)特性、結(jié)晶度、穩(wěn)定性、發(fā)熱量等保持穩(wěn)定。
[0031]實(shí)施例3
[0032]精確稱取50g山西高硫煤炭于200ml石英反應(yīng)器中，將石英反應(yīng)器固定于微波輻射反應(yīng)爐內(nèi)，無(wú)載氣通入，打開電源開關(guān)，設(shè)定微波處理的相關(guān)工藝參數(shù)，具體參數(shù)條件如下:
[0033]微波輻射頻率2.45GHz，微波功率800W，微波照射時(shí)間8min，輻射溫度180°C，煤層厚度4cm(占石英反應(yīng)器總體積的3/5)，煤粒徑3cm(未粉碎的原煤)。
[0034]打開微波輻射反應(yīng)爐開關(guān)(即啟動(dòng)微波輻射)進(jìn)行微波輻射脫硫，反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫，收集微波處理后的煤炭在德國(guó)FLASH-2000型有機(jī)元素分析儀上進(jìn)行元素分析，元素分析時(shí)以氦氣為載氣，爐溫設(shè)置為950°C。由元素分析可知:微波輻射后煤炭的硫含量為2.19 %，脫硫率為47.66 %。
[0035]另外，通過(guò)紅外、熱失重、X射線衍射儀及掃描電鏡分析可知，山西慈林山高硫煤炭經(jīng)微波輻射處理，除脫硫外，煤樣的內(nèi)在結(jié)構(gòu)特性、結(jié)晶度、穩(wěn)定性、發(fā)熱量等保持穩(wěn)定。
[0036]實(shí)施例4
[0037]精確稱取40g山西高硫煤炭于200ml石英反應(yīng)器中，將石英反應(yīng)器固定于微波輻射反應(yīng)爐內(nèi)，經(jīng)石英導(dǎo)氣管通入流量為50ml/min的氮?dú)?，等氣流穩(wěn)定后，打開電源開關(guān)，設(shè)定微波處理的相關(guān)工藝參數(shù)，具體參數(shù)條件如下:
[0038]微波輻射頻率2.45GHz，微波功率1000W，微波照射時(shí)間6min，輻射溫度160°C，煤層厚度5cm(占石英反應(yīng)器總體積的2/5)，煤粒徑1cm。
[0039]打開微波輻射反應(yīng)爐開關(guān)(即啟動(dòng)微波輻射)進(jìn)行微波輻射脫硫，反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫，收集微波處理后的煤炭在德國(guó)FLASH-2000型有機(jī)元素分析儀上進(jìn)行元素分析，元素分析時(shí)以氦氣為載氣，爐溫設(shè)置為950°C。由元素分析可知:微波輻射后煤炭的硫含量為2.33 %，脫硫率為44.79 %。
[0040]另外，通過(guò)紅外、熱失重、X射線衍射儀及掃描電鏡分析可知，山西慈林山高硫煤炭經(jīng)微波輻射處理，除脫硫外，煤樣的內(nèi)在結(jié)構(gòu)特性、結(jié)晶度、穩(wěn)定性、發(fā)熱量等保持穩(wěn)定。
[0041]實(shí)施例5
[0042]精確稱取50g山西高硫煤炭于200ml石英反應(yīng)器中，將石英反應(yīng)器固定于微波輻射反應(yīng)爐內(nèi)，無(wú)載氣通入，打開電源開關(guān)，設(shè)定微波處理的相關(guān)工藝參數(shù)，具體參數(shù)條件如下:
[0043]微波輻射頻率2.45GHz，微波功率800W，微波照射時(shí)間8min，輻射溫度190°C，煤層厚度3cm(占石英反應(yīng)器總體積的3/5)，煤粒徑3cm(原煤未粉碎)。
[0044]打開微波輻射反應(yīng)爐開關(guān)(即啟動(dòng)微波輻射)進(jìn)行微波輻射脫硫，反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫，收集微波處理后的煤炭在德國(guó)FLASH-2000型有機(jī)元素分析儀上進(jìn)行元素分析，元素分析時(shí)以氦氣為載氣，爐溫設(shè)置為950°C。由元素分析可知:微波輻射后煤炭的硫含量為2.05 %，脫硫率為50.19 %。
[0045]另外，通過(guò)紅外、熱失重、X射線衍射儀及掃描電鏡分析可知，山西慈林山高硫煤炭經(jīng)微波輻射處理，除脫硫外，煤樣的內(nèi)在結(jié)構(gòu)特性、結(jié)晶度、穩(wěn)定性、發(fā)熱量等保持穩(wěn)定。
[0046]由上述可知，微波輻射高硫煤炭脫硫可以脫出煤炭中的無(wú)機(jī)硫和有機(jī)硫，脫硫率在50 %左右，而且脫硫前后煤炭的性能指標(biāo)保持穩(wěn)定且損失率極低，本發(fā)明能耗低、易于控制且可實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)，可用于高硫煤炭的脫硫提質(zhì)。
【權(quán)利要求】
1.一種微波輻射高硫煤炭直接脫硫的方法，其特征在于，包括步驟: 1)將高硫煤炭置于反應(yīng)裝置中，并將該反應(yīng)裝置置于微波輻射反應(yīng)爐內(nèi)； 2)通入載氣，待氣流平穩(wěn)后，打開微波輻射反應(yīng)爐開關(guān)，對(duì)高硫煤炭進(jìn)行微波輻射，然后，關(guān)閉微波輻射反應(yīng)爐開關(guān)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述方法，還包括步驟:將微波輻射處理后的煤炭冷卻至室溫，取樣保存并分析。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟I)中，高硫煤炭是硫含量為2.0wt %?6.0wt %的高硫煤炭； 反應(yīng)裝置包括:石英反應(yīng)器和石英導(dǎo)氣管。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟I)中，將高硫煤炭置于反應(yīng)裝置的條件為: 高硫煤炭的煤層厚度為2?1cm,高硫煤炭的煤粒徑為0.1?5cm。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于:所述步驟I)中，將高硫煤炭置于反應(yīng)裝置的條件為: 高硫煤炭的煤層占反應(yīng)裝置中的石英反應(yīng)器總體積的1/5?3/5。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟2)中，通入載氣的方法為通過(guò)石英導(dǎo)氣管進(jìn)行載氣的通入； 載氣包括:空氣或惰性氣體中的一種或多種；其中，惰性氣體包括:氮?dú)饣蚝?；載氣的流速為O?300ml/min。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟2)中，微波輻射的條件如下: 微波輻射頻率為2450±50MHz，微波輻射功率為500?1000W，微波輻射時(shí)間為2?15min，微波輻射溫度為100?250°C。
【文檔編號(hào)】C10L9/00GK104327900SQ201410663747
【公開日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月19日
【發(fā)明者】孫予罕, 李晉平, 孔令照, 尉慰奇, 唐志永, 肖亞寧, 王東飛, 韓強(qiáng), 楊萬(wàn)海, 田晉 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海高等研究院, 山西潞安環(huán)保能源開發(fā)股份有限公司