石油焦具有高碳含量(>85wt%)、低挥发分(<12wt%)、低灰分(<0.5wt%)和高热值等优点,被广泛应用于冶金、化工、水泥、电力等行业。然而,石油焦中的高硫含量和高金属杂质(主要是Ni和V)含量极大地限制了石油焦的应用。本文采用碱催化煅烧、湿化学氧化和碱催化煅烧联合超声氧化的方法对高硫石油焦进行深度脱硫处理,选择合适的脱硫剂对石油焦脱硫工艺进行优化,并研究了脱硫前后石油焦的化学结构、热稳定性、微观形貌、微晶结构等性能,主要结论如下:(1)石油焦在H2气氛下以Na2C03作为脱硫剂煅烧脱硫的最佳工艺条件为:煅烧温度700℃,反应时间120min,Na2CO3添加量25wt%,石油焦颗粒粒度80μm,最大脱硫率达到89.3%。通过对石油焦的FT-IR分析得到,在863 cm-1和744 cm-1处,经过煅烧处理后的石油焦的特征吸收峰明显减弱甚至几乎消失,说明高硫焦在H2气氛下煅烧具有良好的脱硫效果。通过对石油焦的热重分析和微晶结构分析得到,经过煅烧处理后的石油焦的热稳定性更好,取向度有所增加,结晶度有所提高。(2)采用H202、HN03、KMnO4三种常用的氧化剂对石油焦进行脱硫处理,研究结果发现,KMn04对石油焦的脱硫效果最好,脱硫率达到了 70.2%;HNO3脱硫效果次之,脱硫率可达40%左右;而H2O2的脱硫效果最差,脱硫率仅为20%。高硫石油焦在中性条件以KMn04作为脱硫剂湿化学氧化脱硫的最佳工艺条件为:氧化温度80℃,KMnO4溶液浓度15wt%,反应时间120 min,液固比20 mL/g,颗粒粒度80μm,最大脱硫率达到95%。通过对脱硫前后石油焦的FT-IR光谱分析得到,在863 cm-1和744 cm-1处,经过KMn04化学氧化处理后的石油焦的特征吸收峰明显减弱甚至几乎没有;通过对脱硫前后石油焦的XPS能谱分析得到,噻吩类硫含量下降最为明显(由5.03%下降到0.160%),亚砜类硫含量则从2.54%下降到0.156%,亚砜硫和噻吩硫的脱硫率分别为96.8%和 93.9%。(3)采用碱催化和超声辅助氧化相结合的方法对高硫石油焦进行脱硫处理,并利用傅里叶红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等表征手段对石油焦脱硫前后的化学结构、表面微观形貌、微晶结构进行比较分析。实验结果表明:碱催化工段的优化条件为煅烧温度为900℃、Na2C03的添加比例为25%(质量分数)、反应时间为2h、石油焦粒径为80μm以下,升温速率为1℃/min,在此条件下的石油焦脱硫率为67.2%;超声氧化工段的优化条件为氧化温度为80℃、HNO3溶液浓度为65%(质量分数)、反应时间为12 h、石油焦粒径为80μm以下,液固比为20 mL/g,在优化条件下石油焦的总脱硫率为93.5%。在碱催化煅烧工段中,噻吩类硫含量下降最为明显(由5.03%下降到1.34%),亚砜类硫含量则从2.54%下降到1.02%,亚砜硫和噻吩硫的脱硫率分别为73.4和59.8%;经过后续的超声辅助氧化,噻吩硫和亚砜硫的总脱除率分别为93.6%和 93.3%。