高有機(jī)硫煉焦煤對微波響應(yīng)規(guī)律研究.pdf

1、煉焦煤是我國稀缺煤種，煉焦時殘留在焦中的硫會使鋼鐵熱脆;同時降低高爐生產(chǎn)能力;焦化過程產(chǎn)生的SO2腐蝕設(shè)備，污染環(huán)境;從而限制了高硫煉焦煤的使用。有效脫除煉焦煤含硫組份對充分利用煉焦煤資源、保護(hù)環(huán)境具有重大意義。
　　對典型山西高硫煉焦煤開展研究，系統(tǒng)地分析煤樣含硫組分賦存狀態(tài)，各形態(tài)硫相對含量，確定有機(jī)硫賦存規(guī)律，篩選合適的含硫模型化合物;對典型高硫煤樣及模型化合物開展介電性質(zhì)測試，明確其微波響應(yīng)頻率;結(jié)合微觀量子力學(xué)理論，計算

2、含硫鍵基本性質(zhì)，研究外加能量場對含硫組分脫除反應(yīng)過程的影響;選擇典型高硫煤種，開展微波脫硫試驗，建立微波輻照條件與微波脫硫反應(yīng)的匹配關(guān)系，為微波脫硫工業(yè)化試驗開展提供技術(shù)支持和理論指導(dǎo)。論文具體的研究內(nèi)容和取得的主要研究結(jié)果包括:
　　1.典型高硫煤樣含硫組分賦存狀態(tài):高硫煤種無機(jī)硫含量較低;有機(jī)硫賦存類型為硫醇硫醚類、噻吩類、（亞）砜類，以噻吩硫為主;隨著密度增大，煤樣中硫醇硫醚類含量下降，噻吩類含量呈增加趨勢，（亞）砜類含量先

3、降低后增大;通過硝酸酸洗和微波輻照處理，無機(jī)硫全部脫除，有機(jī)硫部分脫除，有機(jī)硫中硫醇硫醚類硫脫除效果最好，亞砜類次之，噻吩類硫脫除效果最差。
　　2.典型高硫煤樣介電性質(zhì)測試結(jié)果:在0.2-18GHz頻段范圍，不同煤樣在1.357GHz、2.581GHz、13.728GHz、15.8GHz等多個頻率點出現(xiàn)介電響應(yīng)峰值:高嶺石含量增加使得ε'、ε"均增大，方解石對介電性質(zhì)基本沒有影響，石英介于二者之間;ε"隨煤樣粒度增大而降低;高密

4、度煤樣ε'高于低密度級煤樣;ε"隨煤樣含水量增加迅速增大;高硫煤介電實部大于低硫煤。
　　3.模型化合物介電性質(zhì)測試結(jié)果:含硫模型化合物介電常數(shù)實部隨頻率變化趨勢基本一致，在0-3GHz內(nèi)出現(xiàn)吸收峰，3-8GHz范圍保持平穩(wěn)，10-18GHz出現(xiàn)若干明顯的吸收峰;模型化合物對微波的最強(qiáng)吸收頻段在9-11GHz;同時在0.5-2GHz頻段，也有較為明顯的損耗;模型化合物介電常數(shù)實部大小對比:二苯亞砜＞二苯砜＞二苯硫醚＞二苯并噻吩＞正

5、十八硫醇;含硫模型化合物的加入提高了煤樣的介電極化能力;含有硫鍵的模型化合物和不含硫鍵的模型化合物對微波有明顯的響應(yīng)差異。
　　4.量子化學(xué)模擬計算:含硫模型化合物結(jié)構(gòu)優(yōu)化結(jié)果表明C-S鍵鍵長較長，脂肪族模型化合物C-S鍵鍵長大于芳香族模型化合物，處于環(huán)結(jié)構(gòu)中的C-S鍵長度小于支鏈中的C-S鍵;處于噻吩環(huán)結(jié)構(gòu)中的C-S鍵鍵級和C-C鍵鍵級相等，噻吩環(huán)中的C-S鍵鍵級大于非環(huán)中的C-S鍵鍵級;預(yù)測噻吩中C-S鍵更難斷裂;模型化合物中

6、的S原子處HOMO伸展較大，是給電子的位置，S原子易失去電子發(fā)生反應(yīng);過渡態(tài)搜索結(jié)果表明苯硫醇生成S自由基，然后S自由基結(jié)合H自由基生成H2S的路徑能量勢壘最小，相對于反應(yīng)物的能量為57.652kcal/mol;加入外電場時，反應(yīng)所需跨越能壘明顯變小，且隨電場強(qiáng)度增大能壘減小;考慮溶劑化作用時，反應(yīng)所需能壘變小，隨著溶劑介電常數(shù)值的增大，反應(yīng)能量勢壘變大。
　　5.典型高硫煤種微波輻照實驗:測試煤種粒度為1-3mm脫硫效果較好;水