高硫炼焦煤脱硫技术的研究
2011-06-10 13:43 来源： 我的钢铁网
随着我国钢铁工业的快速发展，炼焦行业的规模不断扩大，2008年我国焦炭产量达到了3.3亿吨，优质炼焦煤资源短缺的问题日益突出，为应对此局面，相当多的焦化企业开始使用高硫炼焦煤，导致配煤中的硫含量增加。这不仅增加了化产回收中脱硫装置的负荷，影响了脱硫效率，而且严重影响了焦炭质量，从而限制了高硫煤的大量使用。因此，对高硫煤进行脱硫是十分必要的，本文研究了一种低成本高硫炼焦煤的脱硫技术。
1 试验部分
1.1 试验原料
（1） 煤样。试验煤种选用炼焦高硫肥煤，取自莱钢焦化厂，其主要性质见表1。
表1 煤样的主要性质（％）
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项目
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元素分析
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工业分析
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|||||
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C
|
H
|
N
|
S
|
O
|
Ad
|
Mad
|
|
|
指标
|
70.42
|
4.50
|
1.35
|
1.96
|
4.01
|
17.76
|
1.55
|
（2） 试剂。试验使用的试剂有氧气：纯度99%；过氧化氢：分析纯，浓度为30% ；混合指示剂：0.125g甲基红与0.083g次甲基蓝分别溶于10 mL 95％的酒精中，贮存于棕色瓶中，使用前按等体积混合。混合溶液放置时间不得超过7天；氢氧化钠标准溶液，C (NaOH)=0.03mol/L； 饱和羟基氰化汞溶液；过氧化氢吸收液。
1.2 试验仪器
试验过程中使用的主要试验仪器见表2.
表2 试验用主要仪器一览表
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名称
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型号
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厂家
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数控超声波清洗器
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KQ-250DE
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昆山市超声仪器有限公司
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美的微波炉
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EG238-DC(F)
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广东美的微波炉制造有限公司
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电热鼓风恒温干燥箱
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DHG-9101-ISA
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上海三发科学仪器有限公司
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真空干燥箱
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DZF-250
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郑州长城科工贸有限公司
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循环水式多用真空泵
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SHB-III
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郑州长城科工贸有限公司
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电子天平
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FC204
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上海精科天平
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微电脑温度调节仪
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WT-10C-ZK
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东南大学自动化仪表研究所
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可编程电动控温仪
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LCS-1
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镇江市科瑞制样设备有限公司
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红外光谱仪
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Spectrum One
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美国埃尔默
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元素分析仪
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Vario EL III
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德国生产
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压片机
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YP-2
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上海山岳科学仪器有限公司
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1.3 试验方法
取该高硫煤样约16g，用研钵磨碎，选取其中粒径0.45～0.6mm的煤粉，置于烧杯中。配制不同浓度的氢氧化钠溶液120mL左右。将该溶液倒出约80mL于置有煤样的烧杯中，搅拌煤样，使其与氢氧化钠溶液充分混合，并静置15min。搅拌静置后所得的混合样，用循环水式多用真空泵进行抽滤，取出滤纸上的煤样，将煤样一分为四，每份4g左右。调节微波炉的不同辐照功率，依次将4份煤样分别处理 30s、60s、 90s、120s。然后用蒸馏水将微波处理后的煤样洗涤至中性。密封保存煤样，放入真空干燥箱烘干12h 。
1.4 试验原理
根据微波脱硫原理，微波照射煤中的碱混合物，水分挥发，煤碱混合物的温度迅速上升，煤中的含硫化合物（黄铁矿、元素硫及有机硫化合物）和苛性碱发生化学反应，将硫转化为可溶性的碱金属硫化物，通过稀酸溶液和水洗除，达到脱硫的目的。主要化学反应如下：
FeS2+NaOH → NaFeO2+Na2S+H2O
O2R-SH+NaOH → R+Na2S+ H2O
R1-S-R2+NaOH → R1OH+R2OH+Na2S
微波照射的另一个作用是提高了熔融烧碱进入煤基体的传质速率，从而提高脱硫效率。OH－具有极强的亲电子性，可有选择地与煤中负电中心的硫原子反应，使煤中的硫醇硫、硫化物硫及噻吩硫部分地被氧化为可溶形态，煤中黄铁矿硫也能被OH－氧化为硫酸盐和甲基磺酸，从而达到脱除有机硫和无机硫的目的。
2 试验结果与讨论
2.1 微波直接辐照对原煤脱硫的影响
（1）辐照时间对原煤脱硫的影响。辐照功率采用700W，煤粉粒径为0.45～0.6mm，改变微波辐照时间，对原煤进行直接辐照，不同辐照时间对原煤脱硫的影响见图1。
图1 不同辐照时间对原煤脱硫的影响
由图1可清晰地观察到，在辐照时间8min时，脱硫率可达到7.62%。辐照时间越长，能耗越大，脱硫成本也越高。
（2）辐照功率对原煤脱硫的影响。为分析原煤脱硫率随着微波辐照功率的变化规律，辐照时间统一定为30s，试验结果见表3。
表3 不同辐照功率对原煤脱硫的影响
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煤样
|
功率，W
|
含硫量，％
|
脱硫率，％
|
|
原煤
|
－
|
2.1
|
－
|
|
原煤
|
700
|
2.02
|
3.96
|
|
原煤
|
900
|
1.96
|
7.14
|
|
原煤
|
1200
|
1.91
|
8.92
|
|
原煤
|
1800
|
1.88
|
11.70
|
由表3可见，随着微波辐照功率的不断增大，脱硫率也呈增大趋势。当辐照功率达到1800W时，脱硫率可达到11.7%。究其原因可能是因为微波辐照功率的增大，提高了煤样中矿物质的反应性，使脱硫效果有所增加。但是从整体来看，脱硫效果仍不理想。
2.2 原煤浸渍NaOH溶液后微波辐照脱硫
（1）NaOH溶液对脱硫效果的影响。在辐照功率700W、辐照时间60s时，采用4种不同浓度的NaOH溶液浸渍煤样，其脱硫效果见表4。
表4 NaOH溶液浸渍对煤样脱硫效果的影响
|
编号
|
NaOH溶液浓度，mol/L
|
含硫量，％
|
脱硫率，％
|
|
1
|
饱和
|
1.43
|
28.5
|
|
2
|
12.5
|
1.21
|
39.5
|
|
3
|
2
|
1.15
|
42.5
|
|
4
|
1
|
1.38
|
31.01
|
由表4可知，不同浓度的NaOH溶液均对原煤的脱硫起到了积极作用，经2mo1/L的NaOH溶液处理后的煤样,其脱硫率可达到42.5%，脱硫效果最佳。
（2）煤的粒度对微波脱硫效率的影响。试验所用煤样的粒度分别为0.45～0.6mm和0.6～1.0 mm，采用700W微波辐射功率，经不同浓度的NaOH浸渍，以及不同辐照时间的微波处理后，其煤样脱硫效果见表5。
表5 不同粒度煤样微波处理后脱硫效果比较
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编号
|
粒度
mm
|
时间
s
|
NaOH浓度
mol/L
|
含硫量
％
|
脱硫率
％
|
|
1
|
0.45～0.60
|
60
|
1
|
1.38
|
31.01
|
|
2
|
0.60～1.0
|
60
|
1
|
1.81
|
8.58
|
|
3
|
0.45～0.60
|
60
|
2
|
1.17
|
41.5
|
|
4
|
0.60～1.0
|
60
|
2
|
1.78
|
10.1
|
|
5
|
0.45～0.60
|
90
|
1
|
1.56
|
21.21
|
|
6
|
0.60～1.0
|
90
|
1
|
1.82
|
8.08
|
|
7
|
0.45～0.60
|
90
|
2
|
1.68
|
15.15
|
|
8
|
0.60～1.0
|
90
|
2
|
1.80
|
9.09
|
由表5可看出，增加煤样粒度至0.6～1.0mm后，其脱硫率明显降低，仅为10％左右，而微波处理时间以及浸渍碱的浓度对脱硫效果的影响不大。可见，处理煤样的粒度应小于0.60mm 。
2.3 原煤微波处理前后的性质变化
（1）高硫煤在微波辐照前后粘结指数的变化。原煤粒径为0.45～0.60mm，微波辐照时间为1 min，采用2mo1/L的NaOH溶液浸提剂，辐照功率为700W，测定原煤及微波辐照处理后煤样的粘结指数。煤样在微波辐照处理后，粘结指数不但没有降低，反而增加了0.5。由此可知，微波辐照没有破坏煤样的内部结构。
（2）原煤与处理后煤样的坩埚焦试验。对试验原煤与处理后煤样进行坩埚焦试验，其成焦率变化见表6。由表6可知，煤样经过处理后，由于脱硫率的提高，成焦率略有降低，但变化很小。
（3）原煤与处理后煤样的红外光谱图。图2为碱浸渍后微波处理煤样与原煤的红外光
谱比较。由图2可观察到，高硫煤在微波照射后，煤样中的官能团基本上没有变化，说明微波处理对煤的结构没有明显改变，这也解释了该煤在微波处理前后粘结指数以及成焦率变化不大的原因。
表6 原煤与处理后煤样的成焦率
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煤样
|
煤样质量，g
|
焦样质量，g
|
成焦率，％
|
|
原煤
|
5.0084
|
3.4967
|
69.82
|
|
处理后煤样
|
5.0023
|
3.4465
|
68.90
|
图2 原煤与处理后煤样的红外光谱图
3 结语
炼焦高硫煤经NaOH溶液浸渍后，微波照射时间和功率均对脱硫效率有一定影响。当煤粉粒径为0.45～0.60mm、辐照功率为700W、微波辐照时间为1 min 、NaOH浸提剂的浓度为2mol/L时，脱硫率最高，可达到42.5%。
目前，高硫煤的价格比低硫煤约低290元/t。以试验结果为基准，处理1吨高硫煤，需消耗NaOH 80kg，耗电21.4 kWh，耗水0.5吨，则高硫煤吨煤的处理成本为236.8元，经济效益十分显著，并可提高焦炭质量，扩大炼焦煤源。该技术作为一种实用技术，具有良好的应用前景。
