微波聯(lián)合超聲波在萃取和氧化過程中對(duì)煤中硫的脫除以及溶脹機(jī)理的研究.pdf

1、煤炭伴隨改革開放30多年來，為中國(guó)經(jīng)濟(jì)的騰飛做出了巨大的貢獻(xiàn)，但是在煤炭產(chǎn)業(yè)發(fā)展的同時(shí)也帶來諸多環(huán)境問題，嚴(yán)重制約著我國(guó)經(jīng)濟(jì)健康向上發(fā)展。其中煤中硫的危害更是不容忽視，煤在利用過程中會(huì)產(chǎn)生H2S、SO2、COS等有害氣體，從而對(duì)人們的生產(chǎn)和生活產(chǎn)生影響。如果煤在利用前加以脫除其中的硫，可以有效減少含硫氣體的排放從而達(dá)到清潔生產(chǎn)的目的，同時(shí)，我國(guó)煤炭中高硫煤所占比例較大，因此，尋找行之有效的燃前脫硫技術(shù)就成為當(dāng)務(wù)之急。
　　 在所

2、有脫硫方法中，微波脫硫是近些年較熱的脫硫方法之一，且微波輻照具有加熱速度快、選擇性加熱、高效無污染，操作過程簡(jiǎn)單，在正常工作溫度下就能進(jìn)行等優(yōu)點(diǎn)，而煤中的硫更易吸收微波輻照而發(fā)生改變，且煤基質(zhì)基本不吸收，不易對(duì)煤結(jié)構(gòu)產(chǎn)生大范圍的損壞;超聲波輻照可以產(chǎn)生高溫、高壓，在部分條件下，能夠使煤中部分較弱的（如碳硫鍵）鍵斷裂，同時(shí)還具有降低反應(yīng)的活化能的功效，同時(shí)超聲波的空化作用能夠提高煤中含硫基團(tuán)與溶劑之間的相互作用。
　　 本文分別采

3、用萃取方法、氧化方法配合微波和超聲波輻照技術(shù)，對(duì)沁源、雄山兩種高硫煤中的硫進(jìn)行脫除實(shí)驗(yàn)。其中分別考察了微波輻照時(shí)間、功率，超聲波輻照時(shí)間、功率，氧化劑的配比以及微波聯(lián)合超聲波對(duì)煤中硫的脫除效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn):兩種煤的脫硫率有較大差異，雄山煤在萃取過程中微波輻照100min，490w，超聲波輻照30min，500w下脫硫率最大，分別達(dá)到10.36％和3.10％，而在氧化過程中的最優(yōu)條件為:微波輻照50min，490w，n冰乙酸∶n雙氧水=1∶

4、1，脫硫率達(dá)到21.04％，超聲波輻照30min，500w，n冰乙酸∶n雙氧水=1∶1，脫硫率達(dá)到18.42％;沁源煤在萃取過程中微波輻照60min，490w，超聲波輻照50min，400w下脫硫率最大，分別達(dá)到22.10％和19.88％，在氧化過程中的最優(yōu)條件為:微波輻照30min，490w，n冰乙酸∶n雙氧水=1∶3，脫硫率達(dá)到32.75％，超聲波輻照50min，400w，n冰乙酸∶n雙氧水=1∶3，脫硫率達(dá)到33.98％，甲醇的加

5、入沒有對(duì)脫硫產(chǎn)生顯著效果;兩種煤在不同方法下隨微波、超聲波的輻照時(shí)間、功率的增加脫硫率增大，說明延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間能夠增加煤與溶液直接的接觸時(shí)間，而功率的增加能夠單位時(shí)間內(nèi)提供反應(yīng)更多的能量從而增大脫硫率;先超聲波后微波的效果要好于先微波后超聲波的效果，同時(shí)要好于單獨(dú)條件下的脫硫效果;說明超聲波確實(shí)能夠輔助微波脫硫;先氧化后萃取的脫硫效果要優(yōu)于先萃取后氧化，沁源煤最大脫除率達(dá)41.78％，雄山煤達(dá)到23.31％，說明氧化過程中使得更多不易脫除

6、的有機(jī)硫的鍵被打開，從而能夠更好的溶入四氯乙烯中被脫除。
　　 本文通過XPS能譜對(duì)兩種煤脫硫前后的硫形態(tài)進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，兩種煤中的主要硫形態(tài)都是噻吩和黃鐵礦硫，超聲波、微波輻照對(duì)煤中的噻吩都有很好的脫除，但是噻吩一部分會(huì)轉(zhuǎn)化為硫砜、二硫氧化物繼續(xù)存在于煤中，萃取過程對(duì)無機(jī)硫的脫除效果不是很明顯，但對(duì)有機(jī)硫有一定的效果;而氧化過程幾乎脫除了所有的無機(jī)硫和部分有機(jī)硫。
　　 為了對(duì)脫硫作進(jìn)一步的探討，還對(duì)兩種煤的溶脹機(jī)理進(jìn)行

7、了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn):兩種煤隨溫度的升高，平衡溶脹度也在增加，且各種煤在超聲波輻照條件下的平衡溶脹度要高于在常規(guī)條件下的平衡溶脹度，說明超聲波的加入能夠使得兩種煤更快達(dá)到溶脹平衡，沁源煤的平衡溶脹度要高于雄山煤的，對(duì)比脫硫率說明溶脹度可能與脫硫率存在著一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系;在超聲波條件下表觀活化能要低于常規(guī)條件下的表觀活化能，說明超聲波的輻照有益于降低兩種煤的溶脹活化能的功效，從而更容易改變兩種煤的結(jié)構(gòu)，一部分含硫的結(jié)構(gòu)更容易發(fā)生改變，因此也更易