高硫炼焦煤微波介电特性及脱硫机理研究

发布时间：2024-05-23 00:36

　　随着煤炭开采和利用的不断加深,优质炼焦煤出现了严重的短缺,部分硫含量过高的低品质炼焦煤又不能得到合理利用,因此寻找一种有效的脱除煤中硫的方法是目前研究的重点,本文采用微波辐照的方法对煤中硫分进行脱除。选择我国有机硫含量较高的几个代表性的炼焦煤样,采用XRD、XPS和XANES等手段表征了煤中矿物质和有机硫赋存；利用矢量网络分析仪测定了煤样及筛选模型化合物在0.1～6GHz和6～16GHz频率范围的微波介电特性,并考察了水分、矿物质和有机硫模型化合物对煤样宏观介电性质的影响；结合量子化学理论并借助Materials studio软件计算,探讨了不同含硫组分的化学反应活性和碳硫键的断裂难易程度,利用软件中的电场添加功能,揭示微波电磁场在含硫键断裂过程可能会存在的特殊作用；在以上研究基础上开展了高有机硫炼焦煤微波脱硫试验探索。获得的主要结论如下：1.所选高硫炼焦煤中有机硫含量约占总硫的70%～80%,有机硫类型分为硫醇硫醚、噻吩、亚砜和砜型硫,其中噻吩硫在有机硫中所占比例较高,达到50%～70%,砜型硫的含量较低；煤中无机硫含量相对较低且主要为黄铁矿硫。2.采用传输反射法对煤样、筛选矿物质和...

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【学位级别】：博士

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摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 前言
    1.2 选题的背景及意义
    1.3 研究内容及方法
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 研究方法
        1.3.3 拟解决问题
2 文献综述
    2.1 煤炭物理脱硫
    2.2 煤炭化学脱硫
    2.3 煤炭微生物脱硫
    2.4 煤炭微波脱硫技术
        2.4.1 微波脱硫理论基础
        2.4.2 煤炭介电特性研究进展
        2.4.3 煤炭微波脱硫研究进展
    2.5 本章小结
3 试验设备及分析测试方法
    3.1 试验设备及试验试剂
        3.1.1 微波辐照试验设备
        3.1.2 其他设备
        3.1.3 试验用主要试剂
    3.2 样品成分表征方法
        3.2.1 煤样性质分析方法
        3.2.2 X射线光电子能谱测试
        3.2.3 矢量网络分析仪
        3.2.4 X射线衍射测试
        3.2.5 傅里叶红外光谱测试
        3.2.6 穆斯堡尔谱测试
        3.2.7 XANES测试
    3.3 煤样脱硫率的计算方法
    3.4 本章小结
4 煤样性质分析
    4.1 煤质分析
    4.2 煤样中矿物质分析
    4.3 煤样中硫的XPS谱图分析
    4.4 煤样中硫的XANES谱图分析
    4.5 煤样的红外光谱分析
    4.6 本章小结
5 炼焦煤微波介电特性及影响因素研究
    5.1 介电基本原理与测试方法
        5.1.1 介电基本原理
        5.1.2 介电性质测试方法
    5.2 煤的微波介电特性
        5.2.1 不同变质程度炼焦煤样介电性质
        5.2.2 炼焦煤的介电性质
        5.2.3 不同密度级煤样介电性质
    5.3 筛选模型化合物的介电性质
        5.3.1 煤中矿物质介电性质
        5.3.2 样品煤及筛选矿物质在微波场中的升温速度
        5.3.3 有机硫模型化合物的微波介电性质
        5.3.4 矿物质对煤样介电性质的影响
        5.3.5 有机硫模型化合物对煤样介电性质的影响
    5.4 较高频段炼焦煤及含硫组分的介电性质
    5.5 谐振腔法测定煤样的介电性质
    5.6 炼焦煤的吸波特性
    5.7 本章小结
6 炼焦煤含硫组分的量子化学研究
    6.1 理论基础和计算软件介绍
        6.1.1 量子化学计算的基本原理
        6.1.2 Materials studio软件概况
    6.2 黄铁矿硫的量子化学研究
        6.2.1 模型建立与计算参数设定
        6.2.2 计算结果与分析
    6.3 炼焦煤中有机硫模型化合物的量子化学研究
        6.3.1 模型化合物选择与计算参数设定
        6.3.2 计算结果与分析
        6.3.3 煤分子中含硫键裂解能计算
    6.4 典型含硫分子结构对外加电场的响应
        6.4.1 硫醇对外加电场的响应
        6.4.2 硫酚对外加电场的响应
        6.4.3 硫醚对外加电场的响应
        6.4.4 噻吩对外加电场的响应
    6.5 本章小结
7 煤的微波脱硫试验研究
    7.1 微波辐照脱硫试验
        7.1.1 水分含量对微波脱硫的影响
        7.1.2 粒度对微波脱硫的影响
        7.1.3 频率对微波脱硫的影响
        7.1.4 微波辐照前后煤样的XRD分析
        7.1.5 微波辐照前后煤样的穆斯堡尔谱分析
        7.1.6 微波辐照前后煤样的XPS分析
        7.1.7 微波辐照前后煤样萃取液的GC-MS分析
    7.2 微波-氧化助剂协同脱硫
        7.2.1 微波脱硫氧化助剂的选择
        7.2.2 冰醋酸和过氧化氢条件下微波脱硫试验研究
    7.3 微波与碱液协同脱硫
        7.3.1 微波与氢氧化钠协同脱硫试验研究
        7.3.2 试验后产物分析
    7.4 本章小结
8 结论
    8.1 结论
    8.2 论文创新点
    8.3 存在问题及展望
参考文献
致谢
作者简介及读博期间主要科研成果



本文编号：3980754