我国炼焦煤资源十分紧缺,而且有相当一部分炼焦煤因含硫量高而难以有效利用。微波作为一种新型煤炭脱硫技术手段受到国内外专家的高度关注和广泛研究,但是将其应用到炼焦煤脱硫领域并对脱硫后引起的煤质变化进行研究的报道非常少。本文以高硫炼焦精煤为对象,重点开展微波脱硫前后对煤中硫分和煤质影响的研究工作,找出了相对合适的脱硫助剂,优化了反应条件,分析了煤样的脱硫机理和煤质变化原因,为炼焦煤微波脱硫工业化应用提供了理论支撑。本文所进行的研究工作和得到主要结论如下:(1)煤质分析表明所选的新峪(XY)、圪堆(GD)煤样均为强粘结性中高硫焦精煤。煤中硫分以有机硫为主,分别占总硫分的91.27%和81.63%,硫铁矿硫分别占煤样中总硫分的6.18%和17.14%,硫酸盐硫含量小于总硫分的3%。粒度分析发现,+0.074-0.125 mm粒级煤样产率最高,不同粒度煤样中硫分的分布总体比较均衡,灰分随着粒度增加而上升。两煤样密度均主要分布于小于1.4 g·cm-3的范围内,灰分随密度增加而增加。发热量分析发现两煤样均属特高热值煤,且煤样的热值随粒度增加而减小。(2)在微波助剂的选择过程中发现,HCl对煤中硫分的微波脱除效果甚微。Na OH助剂只有在熔融的条件下,对煤中的有机硫才有较好的脱硫效果,冷凝条件下对煤中硫分的脱除效果较差。HAc+H2O2混合助剂和HI助剂在微波条件下都能够快速脱除煤中硫分,一般在反应的前2 min即可达到较好脱硫效果。其中HAc+H2O2混合助剂可以分别使煤中硫分下降13.16%和24.11%,HI助剂可分别使硫分下降20.72%和36.76%。有机类助剂在较短时间内脱硫效果均不理想,硫分下降最多在10%左右,HAc+H2O2混合助剂在各类助剂中表现出较好的脱硫效果,具有深入研究价值。(3)煤样的脱硫率随助剂中两试剂体积的平衡而提高,配比为1:1时脱硫效果最好。微波辐照时间在0~40 s时脱硫率随时间延长而提高明显。微波辐照功率在100~600 W之间对脱硫效果影响较大,煤中各形态硫含量在功率增大时都有不同程度减小。固液比过大或过小都不利于煤中硫分的脱除,两煤样最大脱硫率分别出现在固液比为1:5和1:3时。助剂的小幅稀释有助于提高煤样的脱硫效果,浓度为83.3%时脱硫效果最强。煤样粒度越小脱硫效果越好。(4)煤样的粘结性指数G随助剂配比的逐渐均衡而大幅度减小,全H2O2条件下的G值要比全HAc条件下小,配比为1:1时G值最小。随着辐照时间和辐照功率的增加煤样的G值都出现不同程度的下降。煤样G值在辐照时间为0~60 s时下降最多,之后平缓。功率为100~300 W时,G值变化较大之后平缓直到600 W以后G值又出现显著下降。煤样的粘结性在固液比为1:5时降到最低,之后随着反应体系中助剂体积的增大G值又开始上升。助剂稀释后G值先降低然后再增加,助剂为全水时煤样的G值基本不变。煤样粒度越大,在脱硫过程中粘结性下降越小,对煤质保护越好。(5)煤样灰分随脱硫率增加出现一定程度地降低。煤样的空气干燥基发热量随脱硫条件不同呈波动状变化,总体上脱硫后煤样空气干燥基发热量大于原煤样,但是当选取干燥无灰基为基准时煤样的发热量分别降低0.35%和0.69%煤样空干基发热量与灰分关系拟合结果显示,煤样的空干基发热量随着灰分的降低而升高,但当灰分过低时煤样的空干基发热量因煤样的氧化而下降。(6)煤样的形态硫分析发现,不同条件下当煤中脱硫率最大时,脱除的硫分都以有机硫为主,但煤中无机硫的脱除要比有机硫的脱除容易,取得最大脱硫率时煤中无机硫基本被脱尽。煤中含氧官能团含量的变化趋势与粘结性的变化趋势相反,G值越大时煤中的含氧官能团含量越小,G值越小时煤中含氧官能团的含量相对来说越大。通过对粘结性指数G与含氧官能团含量进行拟合发现,羧基基团含量对G值的影响最大。(7)通过正交试验得到最优的反应条件为:混合助剂配比为1:5、辐照功率为500 W、固液比为1:3、助剂浓度为全助剂、微波辐照时间为40 s。在方差分析中发现各因素对脱硫和煤质影响的强弱顺序为:助剂配比>微波辐照功率>固液比>浓度>时间,在最优条件下XY和GD煤样的脱硫率分别为11.31%和24.62%,粘结性指数G分别可达63和61,分别下降了17.12%和15.34%。(8)通过XANES、XPS和FT-IR分析发现,有机硫中硫醇和硫醚类硫最容易被脱除,其次是噻吩类硫,脱硫过程砜和亚砜类硫的相对含量增加。这解释了相同含量的高有机硫煤,脱硫效果却不同的原因。煤中一部分有机硫经氧化生成盐类和气体,但大部分有机硫或是未参与反应,或是只是由一种有机硫形态转为另一种形态(如砜和亚砜),这使得煤中有机硫难以脱除。XPS分析和FT-IR分析可知,脱硫后煤样中C-C键、C-H键和C-O键含量都降低,C=O键和COO键含量相对增加,煤的粘结性指数G也随之降低。