發布時間：2018-06-26所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 由于原煤中含有大量的硫化物，使得在燃燒過程中產生二氧化硫對環境造成污染，因此，原煤脫硫是煤化工中重要工序。下面文章以氧化劑脫硫工藝為研究對象，通過實驗方法驗證了 HAC 氧化劑法為最佳的脫硫方法，并重點分析了HAC 脫硫工藝中氧化劑濃度、反應時間、
由于原煤中含有大量的硫化物，使得在燃燒過程中產生二氧化硫對環境造成污染，因此，原煤脫硫是煤化工中重要工序。下面文章以氧化劑脫硫工藝為研究對象，通過實驗方法驗證了 HAC 氧化劑法為最佳的脫硫方法，并重點分析了HAC 脫硫工藝中氧化劑濃度、反應時間、原煤加入量以及反應溫度對脫硫率的影響，希望本篇文章可以為煤化工脫硫工藝的優化提供了參考。
【關鍵詞】煤化工,氧化劑,脫硫率
1 引言
在我國豐富的煤炭資源儲備中，有將近 32% 原煤中的含硫量大于 2.3%，高含硫量的煤炭在燃燒過程對環境會造成嚴重的污染。據統計，我國每年排入大氣中的 2000萬噸二氧化硫中，其 90% 以上的都來自于煤炭燃燒，所以，對煤炭進行脫硫處理，降低煤炭燃燒中硫化物的產生對我國生態環境保護具有一定的重要意義。
相對于煤的物理脫硫工藝來說，化學脫硫技術還處于發展階段，但化學工藝能夠同時去除煤炭中的有機硫和無機硫，因此，被煤化工研究領域視為重點課題。本文主要以常用的氧化劑為基礎，用開灤集團煤炭作為試樣，進行了脫硫工藝實驗，研究了有機硫和全硫在不同反應條件下的硫脫除率影響。
2 實驗材料及方法
2.1 實驗材料
選用開灤唐山礦 2 號井 7350 采煤工作面的原煤，研磨至顆粒度小于 50 目后作為試樣。采用 GB/T300-2010 和GB/T301-2010 標準分析煤試樣中的形態硫和全硫。研究經過化學工藝脫硫后，試樣中的形態硫含量和全硫含量，脫硫率計算公式為：Rds=(Sd-Sd')Sd×100%。
2.2 實驗方法
(1)Meyer 脫硫法
將 100mL0.5mol/L 的 H2SO4 和 1mol/L 的 FeCl3 混合溶液加入到 400mL 燒杯中，加熱并攪拌至 96℃，待攪拌均勻后加入10克原煤試樣并反應5小時，反應完畢后抽濾，用 50mL 熱的甲苯溶液對反應物進行洗滌，并以離子水沖洗至濾液呈中性，烘干備用。
(2)H2O2 氧化脫硫
將 100mL0.1mol/L 的 H2SO4 和 25% 的 H2O2 混合溶液加入到 400mL 燒杯中，在室溫 20℃下加入 10 可原煤試樣，攪拌均勻后反應 5 小時，完成后抽濾并以離子水沖洗至濾液呈中性，烘干備用。
(3)HNO3-HAC 氧化脫硫
將 100mL0.3mol/L 的 HAC 和 1mol/L 的 HNO3 混合溶液加入到 400mL 燒杯中，加熱并攪拌至 96℃，待攪拌均勻后加入 10 克原煤試樣并反應 3 小時，完成后抽濾并以離子水沖洗至濾液呈中性，烘干備用。
3 實驗結果及分析
原煤試樣經過 Meyer 脫硫法處理后，經過檢測煤樣的脫硫率為 32% ～ 41% 之間。觀察表明，在實驗的前兩個小時，原煤試樣中的硫含量迅速降低，此后兩小時原煤試樣中的全硫含量變化比較緩慢，當反應時間超過 4 小時候，原煤試樣中的硫含量基本不變，即脫硫率不變;相對于Meyer 脫硫法來說，H2O2 氧化脫硫效果較好，隨著反應時間和 H2O2 濃度的增加，脫硫率逐漸上升，峰值為 49.6%。
當 H2O2 濃度大于某個值后，原煤試樣中的有機質開始氧化分解，降低了脫硫率，所以，H2O2 氧化脫硫法要適當控制H2O2 濃度，控制范圍視反應時間和原煤量而定;相比前兩種脫硫工藝來說，HNO3-HAC氧化脫硫工藝的脫硫效果最好，原煤試樣中全硫的有效脫除率達到了 69%。因此，本文討論部分將以 HNO3-HAC 氧化脫硫法為重點，研究反應條件對原煤脫硫率的影響。
4 HNO3-HAC氧化脫硫法討論
4.1 氧化劑濃度對脫硫率的影響
脫硫體系在不同 HNO3 濃度條件下，加入和不加入 HAC對原煤中有機硫和全硫的脫除率效果曲線。由此看出，加入 HAC 的硝酸溶液對原煤中有機硫和全硫的脫除率明顯高于未加 HAC 的硝酸溶液。將 HAC 加入 1mol/L 硝酸溶液中并增加含量至 0.3mol/L 后，有機硫脫除率從 17.9% 增加
到 51.8%，全硫脫除率由 43.5% 增加至 60.2%。當硝酸溶液濃度大于 1mol/L 后，原煤中全硫的脫除率上升緩慢，而有機硫脫除率穩定不變。因此，提高 HAC 氧化劑濃度能夠提高硫鐵礦硫的脫除率，而對有機硫的脫除率影響甚微。過大的硝酸溶液濃度在脫硫反應中會嚴重的污染環境，而且會加劇原煤中有機質的分解，所以，在實際化學脫硫工藝中，要將硝酸溶液的濃度控制在 1mol/L 以下。
4.2 原煤加入量對硫脫除率的影響
其他條件不變，脫硫率隨著原煤加入量的增加而降低，同時，原煤加入量對全硫脫除率的影響要小于對有機硫脫除率的影響。實驗表明，當原煤加入量增加到 5 倍時，全硫脫除率只降低了 12.9%，而有機硫的脫除率從 54.8% 降低到 33.6%。因此，HNO3-HAC 氧化脫硫法對全硫的單位處理能力較強。在煤化工中，對于處理后有機硫含量要求不高的情況下，利用該方法能夠得到比較滿意的脫硫效果。
4.3 反應時間對脫硫率的影響
固定反應條件：0.3mol/L的HAC、1mol/L的HNO3 溶液，反應溫度為 96℃，加入原煤試樣量為 10 克，由于部分可被氧化的有機硫和全硫還原電位相對較低，在反應開始的 1.5小時內，試樣的脫硫率較高，之后1.5小時～2.5小時之間，煤樣的脫硫率基本不變。表明，反應 1.5 小時后，脫硫反應趨于完成。在反應2.5小時候，煤樣中的有機質開始分解，造成了硫含量的升高。因此，在煤化工實際HAC脫硫工藝中，最佳的脫硫時間應設定在 1.5 小時～ 2 小時之間。
4.4 反應溫度對脫硫率的影響
固定反應條件：0.3mol/L的HAC、1mol/L的HNO3 溶液，反應 2 小時，加入原煤試樣量為 10 克。整個反應過程中，脫硫率隨著溫度的上升而升高，全硫的脫除率上升平穩，有機硫的脫除率在 50℃的反應溫度之前上升速度較慢，超過 50℃上升速率明顯加快。這是因為，和無機硫相比，像二硫化物、硫醚、硫醇等能夠被反應體系氧化的有機硫需要更高的反應溫度才能脫除。
5 結語
相比不加入 HAC 氧化劑的脫硫反應體系來說，加入HAC 氧化劑的脫硫體系更有助于全硫的脫除，且原煤中的有機硫脫除率也得到了提高。筆者認為，加入 HAC 后該溶液與硝酸反應生成中間體過氧化醋酸，該物質具有極強的氧化脫硫反應活性。可將溶液中不能夠稀硝酸反應的芳基
硫、烷基硫以及全硫轉變為可溶性硫酸鹽，隨著離子水的沖洗而達到脫硫目的。本實驗中，由于采用了 50 目的煤炭顆粒作為試樣，部分包裹在煤顆粒中的形態硫不能和氧化劑接觸，在實際煤化工脫硫工藝中，應降低煤炭顆粒的尺寸以達到更好的脫硫效果。
推薦期刊：《煤炭技術》于1982年創刊，曾用名《國外煤炭》，1995年改現名。是經國家科技部和國家新聞出版總署批準的國家級期刊，是集技術性、實用性、導向性和服務性于一體的頗具影響力的綜合性煤炭技術類月刊，全國中文核心期刊(2008，2011)。
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