中国矿业大学
《学科前沿讲座》结课论文
煤微波脱硫技术概述
学院：化工学院
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2013年1月
煤微波脱硫技术概述
摘要：本文主要从对煤微波脱硫技术的原理进行了阐述，对微波脱硫技术的分类进行了介绍，简要叙述了煤微波脱硫的研究现状。
关键词：微波脱硫，原理，分类，发展现状，燃前脱硫，微波照射，化学法脱硫1、概述
煤炭是地球上最丰富的化石燃料, 目前约占世界一次能源消耗的28%。但是煤炭在转化和燃烧利用过程中, 会产生SO2和H2 S气体, 造成严重的环境污染; 煤中的硫还会影响焦炭、合成气以及钢铁产品的质量和产量。我国是高硫煤储量较多的国家, 据统计, 我国煤炭资源中约有30%的煤含硫量在2%以上, 西南地区的个别煤田含硫量高达10%。因此开发经济有效的煤炭脱硫技术成为研究的重点。
现有的煤炭脱硫技术总体上可以分为煤燃烧前脱硫、燃烧中脱硫和燃烧后脱硫三种。
（1）燃烧后脱硫技术又称烟气脱硫技术，该技术发达国家研究的比较多。烟气脱硫的效率较高，脱硫效果较好，但其一次性投资运行费用较高，为电厂的1/3左右。由于成本高，所以我国目前使用较少。
（2）燃烧中脱硫技术主要指向炉内喷入钙系脱硫剂的煤炭燃烧技术和添加固硫剂的型煤技术。其中沸腾燃烧固硫方法主要是利用脱硫剂如CaO在床层温度下热解进行固硫反应。利用该方法脱硫，要达到较高脱硫效果Ca/S的摩尔比必须大于10，因此如何提高脱硫剂的利用率，降低Ca/S比，同时又达到较高的脱硫效果，是沸腾燃烧脱硫的研究课题而流化床燃烧固硫是用于煤炭脱硫的又一种燃烧技术，它能实现炉内固硫和低温燃烧，从而降低SO2的排放量。燃烧中脱硫普遍存在效率不高，且有易结渣、磨损和堵塞等问题。
（3）燃前脱硫技术主要包括通过洗选减少硫分、灰分，以降低SO2的排放的选煤技术、水煤浆技术、型煤技术和动力煤配煤技术等。对于我国这样的发展中国家来说，煤的燃前脱硫，尤其是通过选煤来降低煤的含硫量具有非常重要的意义。选煤是洁净煤技术的源头技术，既能脱硫又能降灰，同时还可以提高热能利用效率，并且选煤的费用又远远低于燃中和燃后脱硫。
而现有的脱硫技术常用的方法包括物理脱硫法化学脱硫法、生物脱硫法。物理方法只能脱除煤中的无机硫而无法脱除有机硫；化学方法虽都可脱除，但要使用到强酸、强碱、高温等条件，易破坏煤中有机质；生物方法稳定性差，实际操作不易控制。而微波作为一种新能源不仅可以改变反应条件，加快反应速度, 提高反应产率, 还可促进一些难以进行的反应发生, 已在很多领域得到广泛研究和使用。而利用微波脱硫是一个有前途的脱硫新方法, 其优点是反应条件温和, 反应时间快, 易于控制, 特别是对煤的有机质破坏程度较小。
2、原理
煤中的硫根据其存在形态, 通常分为有机硫和无机硫两大类。有机硫包含硫醇类(R - SH)、硫醚类(R - S - R)、含噻吩环的芳香体系、硫醌类和二硫化合物或硫蒽等。无机硫以黄铁矿( FeS2 )为主, 有时含有少量的白铁矿、砷铁矿、石膏、绿矾等。
煤微波脱硫的原理是煤和浸提剂组成的试样在微波电磁场作用下，产生极化效应，从而削弱煤中硫原子和其他原子之间的化学亲和力，促进煤中硫和浸提剂发生化学反应生成可溶性硫化物，通过洗涤从煤中除去。微波能照射煤时，煤中黄铁矿中的硫最容易吸收微波，有机硫次之，煤基质基本上不吸收微波，量子物理学观点认为：物质受到微波能电子作用后，分子受到一定程度的激发，发生一
系列微观效应，如电子自旋共振、核白族、大分子结构的转动和振动等。换而言之高硫煤在微波频率的电磁场作用下，硫键（Fe－S或C－S）可选择性地吸收大量能量而产生高活性的硫，但微波能量不能加热媒质本身，因此既不能破坏媒质又可在50-150℃之间使硫键断裂。其总的结果是使分子具有较大的化学活性，有利于化学反应的进行。
3、分类
微波脱硫技术归纳起来主要有微波直接脱硫法、微波预处理磁选脱硫法以及微波化学脱硫法三类。
（1）微波直接脱硫法
微波直接脱硫法是最初采用的方法，也是Zavitsanos和Bleiler的专利法(1)。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。
（2）微波预处理磁选脱硫法
微波预处理磁选脱硫法是利用微波能有选择地加热煤中的黄铁矿的特性从而激励黄铁矿快速热解，转化成磁黄铁矿和陨硫铁，以增强黄铁矿的磁性，再通过磁选脱除。
（3）微波化学脱硫法
微波化学脱硫法是将微波照射和化学处理结合起来以得到最佳的脱硫效果，所用的化学试剂有强酸、强碱和过氧化物。
微波照射和酸洗处理相结合的脱硫法原理：这种方法是采用微波照射和酸洗处理来研究煤中固有的Fe-S化合物的转变。经微波照射可以诱发贮存在煤中的二硫化铁(黄铁矿)和其周围组分之间进行热脱硫反应，并且能把黄铁矿转换成盐酸溶液可溶的磁黄铁矿Fe1-x S和陨硫铁，微波照射100s后，经酸洗处理可使煤中无机硫含量减少97％。
微波照射熔融烧碱煤脱硫原理：原煤和碱的混合物在微波照射下发生脱硫反应，首先是水分挥发，然后煤碱混合物的温度迅速上升，煤中的含硫化合物(包括黄铁矿、元素硫及有机硫化合物)和苛性碱发生化学反应，将煤中硫转化为可溶性的碱金属硫化物，再通过稀酸溶或水洗除去这些町溶性硫化物，达到脱硫的目的。同时微波照射提高了熔融烧碱进入煤基体的传质速率，从而提高了脱硫速
率（2）。
微波照射和过氧化物联合的脱硫方法是最近几年才展开的研究。在微波的照射下，促使可和煤中有机硫发生反应的OH+的生成速度加快，同时又可能促使煤中有机硫的硫键断裂，使其更易于和OH+进行反应，由此而加快了氧化剂的脱硫速度，从而大大缩短了反应时间、提高了煤中有机硫的脱除率。
4、研究现状
微波脱硫技术最早出现于上世纪80年代，至今已有30多年的发展。1979 年，Zavitsanos 等发表了新的微波脱硫专利，这个专利将碱和原煤混合后再进行微波辐射脱硫。1990年Rowson等研究将粉煤用强碱性溶液(KOH或NaO H )浸润，再用微波照射，可除去95%以上的黄铁矿硫和约60%的有机硫。1992 年，Weng等将原煤在惰性气氛下通过微波辐100S后，再用盐酸洗后，脱除97%的无机硫。赵景联等采用微波辐射下冰醋酸和过氧化氢氧化法联合，可脱除细粒煤中60.2 %的有机硫。Jorjani等将原煤通过微波照射后，采用氧乙酸进行酸洗，提高了煤的脱硫率(4)。赵爱武(3)通过实验得出：采用微波苛性碱浸出法，可达到较理想的脱硫效果，能够脱除一定的有机硫，但操作复杂，易造成煤的氧化。5、总结
国内外许多研究表明，在微波辐射条件下，可强化碱脱硫、热解脱硫等化学脱硫过程，从而提高煤的脱硫率。但关于微波辐射脱硫机理上存在某些不同认识，有关微波强化脱硫的研究有待进一步深入。
煤微波技术自从诞生30多年以来，发展是十分迅速的。但是，其成本特别是微波化学法的成本较高，微波在照射煤样时有H2S、SO2等气体析出，可能造成二次污染及微波泄露等问题还有待解决。且采用何种微波脱硫方案，应根据不同煤种中硫的存在形式来决定，微波脱硫还需要在脱硫机理上做进一步的研究，逐步改善试验条件，优化试验工艺。因此，大部分方法还只处于实验室阶段，离工业使用还有一定的距离。但是煤微波脱硫技术以其有效性、高效性和全面性等众多优势，随着技术的进步以及人们对环境问题的重视，在将来的煤脱硫领域一定会大展身手的。
参考文献：
（1）ZavitionPnBlriler KW．Process for coaldesulphurizafion；US，4076607[P]．1978．
