煉焦煤中有機硫賦存及噻吩硫對微波的響應規(guī)律研究.pdf

1、優(yōu)質的焦煤和肥煤屬于稀缺煤種，硫的存在嚴重制約了煉焦煤的加工和利用。煤中30％以上的硫賦存是難以脫除的有機硫，而噻吩硫是煙煤中有機硫的主要組分，且結構最穩(wěn)定，噻吩硫的脫除是煤脫硫的難點。微波具有穿透性和選擇性加熱的特點，且無溫度梯度，在脫硫的同時，可以避免煤的特性變異，微波脫硫技術具有良好的應用前景。
　　選擇山西高硫煉焦煤，認知煤中有機含硫組分的稟賦特征和微觀化學結構，遴選與煤中含硫結構相匹配的系列噻吩類模型化合物，研究煤與模型

2、化合物的介頻、介溫譜圖，掌握煤及含硫組分對微波的吸收轉化特征。運用多種現(xiàn)代分析測試手段，結合量子化學理論，研究微波作用下噻吩類模型化合物中含硫分子屬性、構象及能量變化，探索微波加快反應速率、改變反應路徑機理中是否存在非熱效應，解析噻吩類含硫結構對微波的響應規(guī)律。為揭示微波脫硫機理、優(yōu)化脫硫工藝提供理論支持，對推動微波脫硫技術進步，降低硫在煉焦煤利用過程中的危害具有重要意義。
　　研究表明，山西高硫煉焦煤中硫以有機硫為主，占總硫的7

3、0％左右。煤中有機硫包括硫醇、硫醚、噻吩、砜和亞砜等賦存形態(tài)，噻吩在部分煉焦煤中含量超過60％。
　　綜合利用各種分析方法，掌握煤中主要元素的結構特征，構建碳原子數(shù)為184的煉焦煤含硫大分子結構模型，選擇符合硫賦存特征的系列噻吩類模型化合物，利用傳輸反射法，開展煤及模型化合物在微波頻率為0～18GHz區(qū)間的介電參數(shù)研究。結果顯示，煤和模型化合物具有較好的微波吸收特性，最大介電損耗一般出現(xiàn)在16～17GHz，模型化合物結構對吸波能力

4、影響的規(guī)律性不強。
　　基于民用微波頻率的限制，利用介頻譜和介溫譜，重點考察煤及噻吩硫模型化合物在915MHz和2450MHz兩個頻點的介電性質，獲知煤中噻吩類含硫結構在915MHz具有更強的吸波能力。通過介電參數(shù)測試和量子力學計算，建立了模型化合物介電性質與分子結構之間的關系，驗證了在低頻區(qū)用ε'描述介質極性的等價性。
　　對煉焦煤的反射系數(shù)和噻吩硫模型化合物的微波穿透深度進行了探索，煤反射系數(shù)隨頻率的變化規(guī)律佐證了煤的介

5、電損耗特征，模型化合物穿透深度與其吸波能力和微波波長具有良好的負相關性。
　　微波作用后，煉焦煤中噻吩硫相對含量升高。微波加熱致使原子相對運動加劇，相互作用減弱，分子結構趨于亞穩(wěn)態(tài)，化學鍵解離能降低。通過微波加熱和水浴加熱的比較分析，獲知噻吩硫模型化合物在微波加熱過程中，除了熱效應，還存在非熱效應。
　　運用密度泛函理論對微觀結構模擬計算的結果表明，微波光子能量對噻吩硫分子極性及含硫化學鍵強弱影響不大，但可以改變模型化合物的