CN110835571A - 基于离子液体-非极性超临界流体体系的原煤脱硫方法 - Google Patents

基于离子液体-非极性超临界流体体系的原煤脱硫方法 Download PDF

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彭垠
刘晋芳
赵刚强
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China University of Mining and Technology CUMT
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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Abstract

本发明属于离子液体微波催化以及非极性流体对煤燃前脱硫领域，具体为基于离子液体‑非极性超临界流体体系的原煤脱硫方法，解决了原煤燃前脱硫的问题。本发明所述方法是将离子液体和非极性超临界流体混合作为绿色化学溶剂，进入到原煤的孔隙中与原煤中的硫发生反应，并再将原煤中的硫带出来，结合微波辅助，脱硫效果好。本发明所述方法使用易分离、低污染、低能耗、高效率的绿色溶剂体系进行脱硫，为煤炭燃前脱硫提供一种环保、高效的脱硫方法。

Description

基于离子液体-非极性超临界流体体系的原煤脱硫方法
技术领域
本发明属于离子液体微波催化以及非极性流体对煤燃前脱硫领域，具体为基于离子液体-非极性超临界流体体系的原煤脱硫方法。
背景技术
煤中的硫是主要的煤系有害元素之一，高硫煤的燃烧、焦化及其它利用过程都会使煤中的硫分逸出，造成严重的环境影响。煤中的硫不仅对后续的工业产品质量有恶化效应，其燃烧产生的硫氧化物和高毒的羟基硫化物也会对大气造成严重污染。鉴于此，大力发展洁净煤技术，落实煤炭燃前脱硫措施已是刻不容缓。
发明内容
本发明的目的在于解决原煤燃前脱硫问题，提供了基于离子液体-非极性超临界流体体系的原煤脱硫方法。
本发明解决其技术问题的技术方案是：基于离子液体-非极性超临界流体体系的原煤脱硫方法，包括以下步骤：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE002
、原煤预处理：选定原煤后将其粉碎，制得煤样进行工业分析、元素分析、全硫含量、有机硫含量以及粘结指数的规定；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE004
、制备离子液体-非极性超临界流体体系：选定离子液体，所述离子液体为[brim]BF4或[brim]PF6，选定非极性超临界流体作为溶剂，所述非极性超临界流体为二氧化碳、正己烷或甲苯，将离子液体和溶剂按照0.05~0.25：1mol/L的比例混合；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE006
、通入物料：将步骤
Figure 821545DEST_PATH_IMAGE002
中得到的煤样投入萃取釜，并密封萃取釜，再将离子液体-非极性超临界流体体系加压通入萃取釜，煤样与离子液体-非极性超临界流体体系的比为0.5~2:1；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE008
、加热萃取釜：先利用微波加热装置对萃取釜进行加热，微波加热至100℃后水浴保温，煤样在离子液体-非极性超临界流体体系中进行脱硫反应，反应过程中进行机械搅拌；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE010
、煤样解析：脱硫反应后得到萃取物，将萃取物从非极性超临界流体中解析出来，然后收集煤样进行分析检测。
最终，步骤
Figure 754997DEST_PATH_IMAGE010
得出的反应之后的煤样分析结果与步骤
Figure 675680DEST_PATH_IMAGE002
中原煤预处理时的分析结果对比，能够得知脱硫效果以及本发明所述方法是否对原煤的结构产生改变等影响。最终分析结构对比，本发明所述方法脱硫效果好，而且不会对原煤结构造成改变。所述方法是一种环保、高效的脱硫方法。
离子液体是指在室温或接近室温下呈现液态的、完全由阴阳离子所组成的盐，也称为低温熔融盐。对大多数无机物、有机物和高分子材料来说，离子液体是一种优良的溶剂；表现出酸性及超强酸性质，使得它不仅可以作为溶剂使用，而且还可以作为某些反应的催化剂使用，这些催化活性的溶剂避免了额外的可能有毒的催化剂或可能产生大量废弃物的缺点；它有效地避免了传统有机溶剂的使用所造成严重的环境、健康、安全以及设备腐蚀等问题，为名副其实的、环境友好的绿色溶剂。研究表明，微波可以将加入少量离子液体的有机溶剂迅速加热到远高于纯有机溶剂沸点的温度。非极性超临界流体具有优异的溶解和传质性能，同时还具有低的粘度和高的扩散系数，其溶解和传质能力强。另外，非极性超临界流体还具有无毒、化学惰性、阻燃和价格低廉等优点。选择[brim]BF4或[brim]PF6作为离子液体可以避免离子液体对溶剂的污染，使得离子液体成为一个非常有效的微波反应助剂。
本发明将离子液体与非极性超临界流体两种绿色化学溶剂结合形成离子液体-非极性超临界流体体系，并辅以微波进行脱硫反应，为煤炭有机硫的部分脱除提供一种可行的试验方法。
本发明的有益效果是：该方法使用易分离、低污染、低能耗、高效率的绿色溶剂体系进行脱硫，为煤炭燃前脱硫提供一种环保、高效的脱硫方法；通过本方法实现了对原煤中不同组分的有机硫针对性脱除，超临界萃取脱除原煤中的硫醇、硫醚类，砜类物质，化学助剂将噻吩类转化为砜类或小分子类有机硫，进一步利用萃取方法脱除，故通过本发明所述方法脱硫效果好，而且脱硫前后煤样本身性质变化不大，粘结性、发热量等指标未遭到破坏；本发明所述方法反应条件易达到，反应成本低，容易工业化。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其他实施方式，都属于本发明所保护的范围。
现对本发明提供的基于离子液体-非极性超临界流体体系的原煤脱硫方法进行说明。
实施例1：选定原煤后将其粉碎至0.5mm，制得煤样进行工业分析、元素分析、全硫含量、有机硫含量以及粘结指数的规定；选定离子液体[brim]BF4，选定非极性超临界流体二氧化碳作为溶剂，二氧化碳经过制冷机冷却为液态二氧化碳，将离子液体和溶剂按照0.05：1mol/L的比例混合制备得到离子液体-非极性超临界流体体系；萃取釜在加入物料之前先用非极性超临界流体清洗并进行密封性检测，密封性检测合格之后，再将步骤
Figure 208905DEST_PATH_IMAGE002
中得到的煤样投入萃取釜，再将离子液体-非极性超临界流体体系通过增压机加压至7.5MPa后通入萃取釜，流体流量设置为25L/h；煤样与离子液体-非极性超临界流体体系的比为2:1，物料全部加入后，密封萃取釜；利用微波加热装置对萃取釜进行加热，设置微波参数为频率2.45GHz，输出功率800W，微波辐照时间为60s后加热至100℃，然后停止微波加热，将萃取釜进行水浴保温，反应时间12h，搅拌器每20min搅拌一次，搅拌速率80r/min，每次搅拌时间3min；脱硫反应后得到萃取物，将萃取物从非极性超临界流体中解析出来，然后收集煤样进行分析检测，之后再将萃取釜中的非极性超临界流体流至冷却机循环使用。最终脱硫反应之后取出的煤样得到的分析结果和原煤预处理时的分析结果对比，能够得知脱硫效果以及本发明所述方法是否对原煤的结构产生改变等影响。
实施例2：选定原煤后将其粉碎至1mm，制得煤样进行工业分析、元素分析、全硫含量、有机硫含量以及粘结指数的规定；选定离子液体[brim]BF4，选定非极性超临界流体正己烷作为溶剂，将离子液体和溶剂按照0.15：1mol/L的比例混合制备得到离子液体-非极性超临界流体体系；萃取釜在加入物料之前先用非极性超临界流体清洗并进行密封性检测，密封性检测合格之后，再将步骤
Figure 164222DEST_PATH_IMAGE002
中得到的煤样投入萃取釜；再将离子液体-非极性超临界流体体系通过增压机加压至4.5MPa后通入萃取釜，流体流量设置为30L/h；煤样与离子液体-非极性超临界流体体系的比1:1，物料全部加入后，密封萃取釜；利用微波加热装置对萃取釜进行加热，设置微波参数为频率2.45GHz，输出功率600W，微波辐照时间为150s后加热至100℃，然后停止微波加热，将萃取釜进行水浴保温，反应时间24h，搅拌器30min搅拌一次，搅拌速率60r/min，每次搅拌时间4min；脱硫反应后得到萃取物，将萃取物从非极性超临界流体中解析出来，然后收集煤样进行分析检测，之后再将萃取釜中的非极性超临界流体流至冷却机循环使用。最终脱硫反应之后取出的煤样得到的分析结果和原煤预处理时的分析结果对比，能够得知脱硫效果以及本发明所述方法是否对原煤的结构产生改变等影响。
实施例3：选定原煤后将其粉碎至0.8mm，制得煤样进行工业分析、元素分析、全硫含量、有机硫含量以及粘结指数的规定；选定离子液体[brim]PF6，选定非极性超临界流体甲苯作为溶剂，将离子液体和溶剂按照0.25：1mol/L的比例混合制备得到离子液体-非极性超临界流体体系；萃取釜在加入物料之前先用非极性超临界流体清洗并进行密封性检测，密封性检测合格之后，再将步骤
Figure 658789DEST_PATH_IMAGE002
中得到的煤样投入萃取釜；再将离子液体-非极性超临界流体体系通过增压机加压至4.5MPa后通入萃取釜，流体流量设置为18L/h；煤样与离子液体-非极性超临界流体体系的比0.5：1，物料全部加入后，密封萃取釜；利用微波加热装置对萃取釜进行加热，设置微波参数为频率2.45GHz，输出功率:500W，微波辐照时间为300s后加热至100℃，然后停止微波加热，将萃取釜进行水浴保温，反应时间1h，搅拌器10min搅拌一次，搅拌速率40r/min，每次搅拌时间5min；脱硫反应后得到萃取物，将萃取物从非极性超临界流体中解析出来，然后收集煤样进行分析检测，之后再将萃取釜中的非极性超临界流体流至冷却机循环使用。最终脱硫反应之后取出的煤样得到的分析结果和原煤预处理时的分析结果对比，能够得知脱硫效果以及本发明所述方法是否对原煤的结构产生改变等影响。
上面对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (7)

1.基于离子液体-非极性超临界流体体系的原煤脱硫方法，其特征在于，包括以下步骤：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
、原煤预处理：选定原煤后将其粉碎，制得煤样进行工业分析、元素分析、全硫含量、有机硫含量以及粘结指数的规定；
Figure DEST_PATH_IMAGE004
、制备离子液体-非极性超临界流体体系：选定离子液体，所述离子液体为[brim]BF4或[brim]PF6，选定非极性超临界流体作为溶剂，所述非极性超临界流体为二氧化碳、正己烷或甲苯，将离子液体和溶剂按照0.05~0.25：1mol/L的比例混合；
Figure DEST_PATH_IMAGE006
、通入物料：将步骤中得到的煤样投入萃取釜，并密封萃取釜，再将离子液体-非极性超临界流体体系加压通入萃取釜，流体流量设置在18-30L/h之间，煤样与离子液体-非极性超临界流体体系的比为0.5~2:1；
Figure DEST_PATH_IMAGE008
、加热萃取釜：先利用微波加热装置对萃取釜进行加热，微波加热至100℃后水浴保温，煤样在离子液体-非极性超临界流体体系中进行脱硫反应，反应过程中进行机械搅拌；
Figure DEST_PATH_IMAGE010
、煤样解析：脱硫反应后得到萃取物，将萃取物从非极性超临界流体中解析出来，然后收集煤样进行分析检测。
2.根据权利要求1所述的基于离子液体-非极性超临界流体体系的原煤脱硫方法，其特征在于，步骤
Figure 824917DEST_PATH_IMAGE002
中将原煤粒度粉碎至0.5~1mm。
3.根据权利要求2所述的基于离子液体-非极性超临界流体体系的原煤脱硫方法，其特征在于，步骤
Figure 431479DEST_PATH_IMAGE006
中萃取釜在加入物料之前先用非极性超临界流体清洗并进行密封性检测。
4.根据权利要求3所述的基于离子液体-非极性超临界流体体系的原煤脱硫方法，其特征在于，步骤
Figure 628105DEST_PATH_IMAGE008
中微波加热装置的微波频率设置为2.45GHz，输出功率为500-800W，微波辐照时间为60-300s。
5.根据权利要求4所述的基于离子液体-非极性超临界流体体系的原煤脱硫方法，其特征在于，步骤
Figure 320118DEST_PATH_IMAGE008
中通过搅拌器进行机械搅拌，搅拌器每10-30min搅拌一次，搅拌速率40-80r/min，每次搅拌时间3-5min。
6.根据权利要求5所述的基于离子液体-非极性超临界流体体系的原煤脱硫方法，其特征在于，步骤
Figure 994813DEST_PATH_IMAGE008
中催化反应的时间为1~24h。
7.根据权利要求6所述的基于离子液体-非极性超临界流体体系的原煤脱硫方法，其特征在于，步骤
Figure 458811DEST_PATH_IMAGE010
之后再将将萃取釜中的非极性超临界流体流至冷却机循环使用。
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