微波辐射高硫煤炭直接脱硫的方法
【专利摘要】本发明公开了一种微波辐射高硫煤炭直接脱硫的方法，包括步骤：1)将高硫煤炭置于反应装置中，并将该反应装置置于微波辐射反应炉内；2)通入载气，待气流平稳后，打开微波辐射反应炉开关，对高硫煤炭进行微波辐射，然后，关闭微波辐射反应炉开关。本发明的脱硫率在50％左右，微波辐射高硫煤炭脱硫过程对煤质的主体结构影响较小，煤炭的发热量、粘结性、内在结构特性、结晶度、稳定性、热化学性等保持稳定，煤炭的损失率极低，且微波辐射高硫煤炭直接脱硫生产周期短、设备投资低，反应速度快、能耗低、易于控制且可实现连续化生产。
【专利说明】微波辐射高硫煤炭直接脱硫的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种煤炭脱硫的方法，特别是涉及一种微波辐射高硫煤炭直接脱硫的方法。
【背景技术】
[0002]煤炭在我国能源消耗结构中占有70%左右的比例，是经济持续快速发展的重要保证。但煤炭中的硫在燃烧与炼焦过程中生成SO2，造成严重的空气污染并引发一系列环境问题。因此，煤炭脱硫对提高煤炭资源利用效率和环境保护有重要的意义。煤中硫依照存在状态可分为无机硫和有机硫，其中，无机硫主要包括黄铁矿、白铁矿、重晶石、石膏类化合物及一些含铁类硫酸盐，有机硫主要以噻吩类芳香化合物、硫醇、硫醚、二硫化物和硫醌等形式存在于有机质结构中。煤中的无机硫可以通过重选和浮选等物理方法脱除，但物理法仅能脱除部分黄铁矿，而且对细粒嵌布的如硫酸盐等无机矿物质的脱除并不适用。有机硫脱除比较困难，通常采用热碱浸出法和氧化法等化学方法，化学法一般需在强酸/碱或在高压条件下反应，可能会降低煤炭的黏结性、膨胀性以及热值。微生物脱硫能耗低，对煤质没有影响，但现有脱硫菌种单一，生产周期长，设备投资高，微生物产生变异的情况无法避免，脱硫工艺尚不成熟，仅适用于脱除微细粒的黄铁矿硫。
[0003]微波是频率在0.3-300GHZ，波长在Imm-1OOcm的电磁波，不同物质吸收微波能的频率不同。煤中FeS2和灰分的吸热速率比煤质高，当硫化物被迅速加热到反应温度时，煤质并未明显发热，煤质温度的提高有待预热传导过程的进行。因此，微波辐射可能实现既脱除了硫分又不破坏煤质的物理结构。微波直接脱硫法就是将煤直接在微波下照射，利用微波优异快速的加热作用，使煤中的含硫矿物受热分解，从而达到脱硫的目的。当原煤在2.45GHz频率、功率在500W或更高时，经微波照射一段时间后，煤中的有机硫分解，释放出H2S和SO2气体，在煤表面生成单质硫。此外，煤中黄铁矿等无机硫在微波的照射下可转化为可溶于酸的磁黄铁矿和陨硫铁，这为无机硫在后续脱除创造了条件。
[0004]使用微波辐射直接脱硫技术的优势是脱硫过程对煤质的主体结构影响较小，脱硫反应速度快、条件温和、能耗低、易于控制，该技术在煤炭脱硫方面的应用潜力巨大、前景广阔。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是提供一种微波辐射高硫煤炭直接脱硫的方法。该方法能解决煤炭含硫量高且现有脱硫工艺不能满足对煤炭质量的需要的现状，而且我国煤炭消费量大，因此，具有广泛的应用前景。
[0006]为解决上述技术问题，本发明的微波辐射高硫煤炭直接脱硫的方法，包括步骤:
[0007]I)将高硫煤炭置于反应装置中，并将该反应装置置于微波辐射反应炉内；
[0008]2)通入载气，待气流平稳后，打开微波辐射反应炉开关，对高硫煤炭进行微波辐射(以直接进行脱硫处理)，然后，关闭微波辐射反应炉开关(即停止微波辐射)。
[0009]所述方法，还包括步骤:将微波辐射(即脱硫处理)后的煤炭冷却至室温，取样保存并分析。
[0010]所述步骤I)中，高硫煤炭是硫含量为2.0wt %?6.0wt % (重量百分比)的高硫煤炭；
[0011]反应装置包括:石英反应器和石英导气管等。
[0012]将高硫煤炭置于反应装置的优选条件为:高硫煤炭的煤层厚度为2?10cm(如高硫煤炭的煤层占反应装置中的石英反应器总体积的1/5?3/5)，高硫煤炭的煤粒径为
0.1 ?5cm。
[0013]所述步骤2)中，通入载气的方法可为通过上述反应装置的石英导气管进行载气的通入。载气包括:空气或惰性气体中的一种或多种；其中，惰性气体包括:氮气或氦气；载气的流速为O?300ml/min。
[0014]步骤2)中，微波辐射的优选条件如下:
[0015]微波辐射频率为2450±50MHz，微波辐射功率为500?1000W，微波辐射时间为2?15min，微波辐射温度为100?250°C。
[0016]本发明是针对我国煤炭含硫量普遍偏高、脱硫工艺繁琐、效率低下的现状而提出的，而且与现有技术相比，本发明具有以下优点:
[0017]I)微波辐射高硫煤炭脱硫可以在脱出无机硫硫铁矿的同时脱出有机硫中的亚砜类、砜类和硫醇/醚，脱硫率在50%左右；
[0018]2)相对于化学法脱硫，微波辐射高硫煤炭脱硫过程对煤质的主体结构影响较小，煤炭的发热量、粘结性、内在结构特性、结晶度、稳定性、热化学性等保持稳定，煤炭的损失率极低；
[0019]3)微波辐射高硫煤炭直接脱硫生产周期短、设备投资低，反应速度快、能耗低、易于控制且可实现连续化生产。
【具体实施方式】
[0020]下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述，但仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。其他任何在未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、结合、简化，均为等效形式，同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
[0021]实施例1
[0022]精确称取30g山西高硫煤炭于200ml石英反应器中，将石英反应器固定于微波辐射反应炉内，经石英导气管通入流量为100ml/min的空气，等气流稳定后，打开电源开关，设定微波处理的相关工艺参数，具体参数条件如下:
[0023]微波辐射频率2.45GHz，微波功率600W，微波照射时间lOmin，辐射温度120°C，煤层厚度6cm(占石英反应器总体积的1/5)，煤粒径2cm。
[0024]打开微波辐射反应炉开关(即启动微波辐射)进行微波辐射脱硫，反应结束后，冷却至室温，收集微波处理后的煤炭在德国FLASH-2000型有机元素分析仪上进行元素分析，元素分析时以氦气为载气，炉温设置为950°C。由元素分析可知:微波辐射后煤炭的硫含量% 2.73%,脱硫率为 35.36%。
[0025]另外，通过红外、热失重、X射线衍射仪及扫描电镜分析可知，山西慈林山高硫煤炭经微波辐射处理，除脱硫外，煤样的内在结构特性、结晶度、稳定性、发热量等保持稳定。
[0026]实施例2
[0027]精确称取50g山西高硫煤炭于200ml石英反应器中，将石英反应器固定于微波辐射反应炉内，经石英导气管通入流量为50ml/min的空气，等气流稳定后，打开电源开关，设定微波处理的相关工艺参数，具体参数条件如下:
[0028]微波辐射频率2.45GHz，微波功率800W，微波照射时间6min，辐射温度150°C，煤层厚度3cm(占石英反应器总体积的3/5),煤粒径0.5cm。
[0029]打开微波辐射反应炉开关(即启动微波辐射)进行微波辐射脱硫，反应结束后，冷却至室温，收集微波处理后的煤炭在德国FLASH-2000型有机元素分析仪上进行元素分析，元素分析时以氦气为载气，炉温设置为950°C。由元素分析可知:微波辐射后煤炭的硫含量% 2.65%,脱硫率为 37.20%。
[0030]另外，通过红外、热失重、X射线衍射仪及扫描电镜分析可知，山西慈林山高硫煤炭经微波辐射处理，除脱硫外，煤样的内在结构特性、结晶度、稳定性、发热量等保持稳定。
[0031]实施例3
[0032]精确称取50g山西高硫煤炭于200ml石英反应器中，将石英反应器固定于微波辐射反应炉内，无载气通入，打开电源开关，设定微波处理的相关工艺参数，具体参数条件如下:
[0033]微波辐射频率2.45GHz，微波功率800W，微波照射时间8min，辐射温度180°C，煤层厚度4cm(占石英反应器总体积的3/5)，煤粒径3cm(未粉碎的原煤)。
[0034]打开微波辐射反应炉开关(即启动微波辐射)进行微波辐射脱硫，反应结束后，冷却至室温，收集微波处理后的煤炭在德国FLASH-2000型有机元素分析仪上进行元素分析，元素分析时以氦气为载气，炉温设置为950°C。由元素分析可知:微波辐射后煤炭的硫含量为2.19 %，脱硫率为47.66 %。
[0035]另外，通过红外、热失重、X射线衍射仪及扫描电镜分析可知，山西慈林山高硫煤炭经微波辐射处理，除脱硫外，煤样的内在结构特性、结晶度、稳定性、发热量等保持稳定。
[0036]实施例4
[0037]精确称取40g山西高硫煤炭于200ml石英反应器中，将石英反应器固定于微波辐射反应炉内，经石英导气管通入流量为50ml/min的氮气，等气流稳定后，打开电源开关，设定微波处理的相关工艺参数，具体参数条件如下:
[0038]微波辐射频率2.45GHz，微波功率1000W，微波照射时间6min，辐射温度160°C，煤层厚度5cm(占石英反应器总体积的2/5)，煤粒径1cm。
[0039]打开微波辐射反应炉开关(即启动微波辐射)进行微波辐射脱硫，反应结束后，冷却至室温，收集微波处理后的煤炭在德国FLASH-2000型有机元素分析仪上进行元素分析，元素分析时以氦气为载气，炉温设置为950°C。由元素分析可知:微波辐射后煤炭的硫含量为2.33 %，脱硫率为44.79 %。
[0040]另外，通过红外、热失重、X射线衍射仪及扫描电镜分析可知，山西慈林山高硫煤炭经微波辐射处理，除脱硫外，煤样的内在结构特性、结晶度、稳定性、发热量等保持稳定。
[0041]实施例5
[0042]精确称取50g山西高硫煤炭于200ml石英反应器中，将石英反应器固定于微波辐射反应炉内，无载气通入，打开电源开关，设定微波处理的相关工艺参数，具体参数条件如下:
[0043]微波辐射频率2.45GHz，微波功率800W，微波照射时间8min，辐射温度190°C，煤层厚度3cm(占石英反应器总体积的3/5)，煤粒径3cm(原煤未粉碎)。
[0044]打开微波辐射反应炉开关(即启动微波辐射)进行微波辐射脱硫，反应结束后，冷却至室温，收集微波处理后的煤炭在德国FLASH-2000型有机元素分析仪上进行元素分析，元素分析时以氦气为载气，炉温设置为950°C。由元素分析可知:微波辐射后煤炭的硫含量为2.05 %，脱硫率为50.19 %。
[0045]另外，通过红外、热失重、X射线衍射仪及扫描电镜分析可知，山西慈林山高硫煤炭经微波辐射处理，除脱硫外，煤样的内在结构特性、结晶度、稳定性、发热量等保持稳定。
[0046]由上述可知，微波辐射高硫煤炭脱硫可以脱出煤炭中的无机硫和有机硫，脱硫率在50 %左右，而且脱硫前后煤炭的性能指标保持稳定且损失率极低，本发明能耗低、易于控制且可实现连续化生产，可用于高硫煤炭的脱硫提质。
【权利要求】
1.一种微波辐射高硫煤炭直接脱硫的方法，其特征在于，包括步骤: 1)将高硫煤炭置于反应装置中，并将该反应装置置于微波辐射反应炉内； 2)通入载气，待气流平稳后，打开微波辐射反应炉开关，对高硫煤炭进行微波辐射，然后，关闭微波辐射反应炉开关。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于:所述方法，还包括步骤:将微波辐射处理后的煤炭冷却至室温，取样保存并分析。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于:所述步骤I)中，高硫煤炭是硫含量为2.0wt %?6.0wt %的高硫煤炭； 反应装置包括:石英反应器和石英导气管。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于:所述步骤I)中，将高硫煤炭置于反应装置的条件为: 高硫煤炭的煤层厚度为2?1cm,高硫煤炭的煤粒径为0.1?5cm。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于:所述步骤I)中，将高硫煤炭置于反应装置的条件为: 高硫煤炭的煤层占反应装置中的石英反应器总体积的1/5?3/5。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于:所述步骤2)中，通入载气的方法为通过石英导气管进行载气的通入； 载气包括:空气或惰性气体中的一种或多种；其中，惰性气体包括:氮气或氦气；载气的流速为O?300ml/min。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于:所述步骤2)中，微波辐射的条件如下: 微波辐射频率为2450±50MHz，微波辐射功率为500?1000W，微波辐射时间为2?15min，微波辐射温度为100?250°C。
【文档编号】C10L9/00GK104327900SQ201410663747
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年11月19日 优先权日:2014年11月19日
【发明者】孙予罕, 李晋平, 孔令照, 尉慰奇, 唐志永, 肖亚宁, 王东飞, 韩强, 杨万海, 田晋 申请人:中国科学院上海高等研究院, 山西潞安环保能源开发股份有限公司