微波联合超声波强化氧化脱除煤中硫

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我国是一个煤炭生产和消费大国,也是世界上仅有的几个以煤炭为主要能源的国家之一。目前,我国煤炭的利用形式主要是直接燃烧发电,这种方法不仅能源利用效率低下,而且污染十分严重。煤中硫的存在使煤炭在利用过程中会释放H2S、SO2、COS等有害气体,严重制约了煤炭的清洁利用及转化。原煤脱硫可以降低煤中硫的含量,是一种很好的减少硫污染的方法。同时,煤中硫的脱除以及其赋存形态、分布特征等问题也一直是备受关注的研究课题之一。因此,开发新型的经济有效的脱硫方法和洁净煤技术具有重要的意义。在所有的脱硫方法中,微波脱硫是一种既简单又有效的方法之一。这种方法脱硫有两方面的意义:第一,可以有效分离煤中的硫化物单体;第加强辅助脱硫。微波采用的是一种非传统的加热方式,在脱硫过程中可以改善其反应条件,加快反应速率,提高脱硫率。现有研究表明微波辅助脱硫是一种有效可行的新方法,同时联合超声波的组合技术,配合氧化脱硫剂的使用,对脱煤中有机硫有极好的效果。本论文采用微波联合超声波技术,分别对潞安煤、西山煤、云南煤和阳泉煤等进行了脱硫研究。考察了煤的粒度、煤的密度、VHAc:VH2O2的配比、微波辐照时间、微波辐照功率、超声波辐照时间和超声波联合微波等条件对煤中硫的脱除效果的影响。通过XPS等分析手段,探讨了煤中硫的赋存形态。同时,也对煤样脱硫前后的XPS图谱进行了对比分析。论文的主要研究结果为:1.考察了各种因素对脱硫效果的影响,结果表明不同因素对脱硫效果有不同的影响。具体结果如下:不同的氧化剂配比有不同的脱有机硫效果,其中VHAc:VH2O2=1:1时脱硫效果最佳;微波和超声波辐照时间对脱硫率有明显的影响,随着微波辐照时间的延长,有机硫脱除率在增加;先超声波后微波比先微波后超声波脱有机硫效果要好;在不同的密度级,有不同的脱硫率,脱硫率随着密度级的增加而增大;当煤的密度ρ>1.45时,潞安煤的有机硫脱硫率比西山煤大,可以推断:潞安煤中硫醇、硫醚等容易脱除的有机硫比较多,而西山煤中噻吩等难脱的有机硫较多;煤的粒度大小对脱硫效果有一定影响,煤的粒度越小,煤与有机溶剂接触的面积越大,脱硫效果越好2.通过对潞安煤、西山煤、云南煤和阳泉煤的硫形态分析和脱硫研究,发现云南煤为高有机硫煤,经微波和超声波联合强化过氧乙酸后,有机硫脱除率比较高,而阳泉煤则相反,其有机硫脱除率比较低。研究认为这与煤中有机硫的结构及赋存形态有很大关系。3.通过对四种煤样脱有机硫前后的XPS图谱分析,发现煤中有机硫的主要存在形态为硫醇、硫醚、噻吩、硫氧化物、烷基硫化物、亚砜、硫砜、醚砜等。通过对比分析,发现硫醇和硫醚类硫基本上被全部脱除,噻吩类硫则很难被脱除。4.微波联合超声波强化过氧乙酸氧化脱硫后,对比脱硫前后的XPS图谱发现,脱硫后煤中砜类硫的含量提高,说明亚砜、硫砜、醚砜应该是氧化反应过程中生成的含硫化物。5.煤中硫的脱除机理:由于在冰醋酸与双氧水混合体系中离子大都是极性分子,在微波的长时间照射下,与煤中有机硫发生反应的OH+的生成速度加快,同时又能使煤中有机硫的硫键断裂,使其更易于与OH+进行反应,达到脱除硫的效果。
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