高硫煤微波辐照过程中有机硫的转变与迁移机理研究

摘要

煤炭是我国最主要的能源，近年来，高品质煤被大幅开采和利用，优质煤资源比例急剧下降。在我国煤炭资源中，中高硫煤的比例约占33％，有机硫约占整个硫含量的30~50%，所以使用高有机硫煤能够缓解我国的能源危机。然而，由于高硫煤中的有机硫结构复杂，热稳定性差异较大，导致其脱硫异常困难，严重限制了其开发和利用。微波辐照具有体加热、穿透性和选择性的特征，在高有机硫煤清洁利用方面具备潜在优势。为了有效控制高硫煤微波辐照过程中含硫污染物排放，本课题主要针对高硫煤微波辐照过程中有机硫的变迁和转化机理进行研究。包括下列几个方面的内容：
　　①选择两种高有机硫煤样（南桐煤和莱钢煤）作为原始煤样，为避免无机硫对有机硫迁移的影响，采用硝酸处理煤样，研究硝酸处理前后煤中含硫物相与含硫官能团的变化。硝酸处理后，两种煤中的FeS2消失，其余含硫官能团与C、O、H官能团几乎不变，硝酸处理对煤中有机质的影响不大。两种煤中的含硫官能团含量排序为S=O>-S-H>-S-S->FeS2，莱钢煤中C-O官能团的比例高于南桐煤，均以-C-O、C=O、COOH为主。
　　②研究微波直接辐照过程中有机硫的变迁行为。微波直接辐照条件下，煤中部分有机硫转化为气态硫、硫化铁、硫酸盐。两种煤有机硫转化的最佳实验条件均为微波功率1000 W，辐照时间10 min，此时南桐煤的脱硫率为6.31%，莱钢煤的脱硫率为8.33%。S=O和-S-H发生介电损耗而使其局部温度升高，与煤中活性O、H结合分别生成 SO2和 H2S气体，含量下降，-S-S-不会发生介电损耗，含量不变。三种含硫官能团的滞留比例排序为：-S-S->S=O>-S-H。
　　③研究溶剂辅助微波辐照过程中有机硫的变迁规律。在溶剂辅助微波辐照条件下，煤中部分有机硫转化为硫化铁、硫酸盐、液态硫和气态硫。南桐煤的最佳配比为 NaOH: H2O2=1:2，脱硫率为14.56%，；莱钢煤的最佳配比为当 NaOH:H2O2=1:4，脱硫率为23.03%。NaOH和H2O2发生了协同效应，NaOH和H2O2联合作用比任何一个单独作用的脱硫效果要强。H2O2可以溶解非极性的-S-S-官能团，其滞留率最低，当NaOH:H2O2=1:1时，南桐煤中滞留率为57.23%，莱钢煤中滞留率为19.68%。三种含硫官能团的滞留比例排序为：S=O>-S-H>-S-S-。

目录

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 论文的学术与实用意义

1.4 课题研究内容

2 实验用煤及表征分析

2.1 引言

2.2 实验用煤的选取与制备

2.3 实验设备及试剂

2.4 煤样的表征分析

2.5 本章小结

3 高硫煤微波辐照过程中硫的变迁行为研究

3.1 引言

3.2 微波直接辐照实验

3.3 结果与讨论

3.4 微波辐照前后煤样的XRD谱图分析

3.5 微波辐照过程中煤样的ATR-FTIR谱图分析

3.6 本章小结

4 高硫煤溶剂辅助微波辐照过程中硫的变迁行为研究

4.1 引言

4.2 溶剂辅助微波辐照实验

4.3 NaOH和H2O2配比对硫迁移的影响

4.4 溶剂辅助微波辐照前后煤样的XRD谱图分析

4.5 溶剂辅助微波辐照过程中煤样的ATR-FTIR谱图分析

4.6 本章小结

5 结论和展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文和专利目录

B. 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目

C. 作者在攻读硕士学位期间参加的学术活动

D. 作者在攻读硕士学位期间获奖情况