高有機(jī)硫煉焦煤對(duì)微波響應(yīng)規(guī)律研究.pdf

1、煉焦煤是我國(guó)稀缺煤種，煉焦時(shí)殘留在焦中的硫會(huì)使鋼鐵熱脆;同時(shí)降低高爐生產(chǎn)能力;焦化過(guò)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(duì)充分利用煉焦煤資源、保護(hù)環(huán)境具有重大意義。
　　對(duì)典型山西高硫煉焦煤開(kāi)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(duì)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(duì)典型高硫煤樣及模型化合物開(kāi)展介電性質(zhì)測(cè)試，明確其微波響應(yīng)頻率;結(jié)合微觀量子力學(xué)理論，計(jì)算

2、含硫鍵基本性質(zhì)，研究外加能量場(chǎng)對(duì)含硫組分脫除反應(yīng)過(guò)程的影響;選擇典型高硫煤種，開(kāi)展微波脫硫試驗(yàn)，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(yàn)開(kāi)展提供技術(shù)支持和理論指導(dǎo)。論文具體的研究?jī)?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(wú)機(jī)硫含量較低;有機(jī)硫賦存類(lèi)型為硫醇硫醚類(lèi)、噻吩類(lèi)、（亞）砜類(lèi)，以噻吩硫?yàn)橹?隨著密度增大，煤樣中硫醇硫醚類(lèi)含量下降，噻吩類(lèi)含量呈增加趨勢(shì)，（亞）砜類(lèi)含量先

3、降低后增大;通過(guò)硝酸酸洗和微波輻照處理，無(wú)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(lèi)硫脫除效果最好，亞砜類(lèi)次之，噻吩類(lèi)硫脫除效果最差。
　　2.典型高硫煤樣介電性質(zhì)測(cè)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(gè)頻率點(diǎn)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(duì)介電性質(zhì)基本沒(méi)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(jí)煤樣;ε"隨煤樣含水量增加迅速增大;高硫煤介電實(shí)部大于低硫煤。
　　3.模型化合物介電性質(zhì)測(cè)試結(jié)果:含硫模型化合物介電常數(shù)實(shí)部隨頻率變化趨勢(shì)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(duì)微波的最強(qiáng)吸收頻段在9-11GHz;同時(shí)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(shí)部大小對(duì)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(duì)微波有明顯的響應(yīng)差異。
　　4.量子化學(xué)模擬計(jì)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(zhǎng)較長(zhǎng)，脂肪族模型化合物C-S鍵鍵長(zhǎng)大于芳香族模型化合物，處于環(huán)結(jié)構(gòu)中的C-S鍵長(zhǎng)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(jí)和C-C鍵鍵級(jí)相等，噻吩環(huán)中的C-S鍵鍵級(jí)大于非環(huán)中的C-S鍵鍵級(jí);預(yù)測(cè)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(guò)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(shì)壘最小，相對(duì)于反應(yīng)物的能量為57.652kcal/mol;加入外電場(chǎng)時(shí)，反應(yīng)所需跨越能壘明顯變小，且隨電場(chǎng)強(qiáng)度增大能壘減小;考慮溶劑化作用時(shí)，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(shì)壘變大。
　　5.典型高硫煤種微波輻照實(shí)驗(yàn):測(cè)試煤種粒度為1-3mm脫硫效果較好;水