微波驱动山西高硫煤脱硫研究

摘要

高硫煤的使用不仅污染环境，而且在炼焦过程中残留在焦中的煤会使钢铁热脆，因此探究出一种有效的脱除煤中的含硫组份的方法，对我国能源战略具有积极的意义。
　　对山西高硫煤开展研究，分析了煤样中含硫组份的赋存状态，各种形态硫的含量，利用HAC与H2O2作为氧化剂和利用NaOH作为浸提剂在微波辐照的下进行脱硫实验，通过对多个因素进行考察筛选出最佳条件进行XRD和XPS分析探索脱硫机理，利用不同频率的微波反应装置进行探索性的微波脱硫试验，利用量子力学理论计算模型化合物的基本性质，希望能为微波脱硫工业化试验提供一定的支持。论文具体研究内容与取得的主要研究结果包括:
　　1.选用的三种煤样含硫组分状态:实验所用的三种煤样形态硫主要有以下几种:无机硫，硫醇硫醚类硫，噻吩硫，亚砜及砜类硫。
　　2.根据实验数据可知在冰醋酸与过氧化氢的混合体系中微波辐照情况下无机硫能被完全脱除，硫醇硫醚脱除的效果也较好，同时推测一部分噻吩会被氧化成噻吩亚砜和噻吩砜。粒度小于0.5mm的新阳煤样在HAC和H2O2体积比为1∶1时，在功率为260W，频率为2450MHZ微波反应装置辐照15分钟下脱硫率达到最大值。
　　3.在微波辐照的情况下利用NaOH溶液为浸提剂时，效果较冰醋酸与过氧化氢的混合体系差，经分析处理后煤样中仍含有一部分无机硫，同时能够脱除一部分的噻吩及（亚）砜类硫，硫醇硫醚类硫基本上完全脱除。粒度小于0.5mm的新阳煤样经过使用300g/L氢氧化钠溶液作为浸提剂，在微波功率为360W的条件下辐照6分钟脱硫率达到最大值。
　　4.在进行微波直接辐照脱硫实验中，整体来说效果都不算很好，但是在频率为840MHZ和915MHZ的微波设备辐照下脱硫远好于2450MHZ。其中在840MHZ微波辐照下煤样中的有机硫相对含量发生了变化，其中硫醇硫醚含量明显降低，噻吩相对含量增加。
　　5.通过量子化学模拟发现:模型化合物中C-S键键长较长，处于环状结构的C-S键长度小于直链中的C-S键;处于噻吩环状结构中的C-S键键级和C-C键相等，因此噻吩中C-S键难以断裂。模型化合物中S原子处于HOMO轨道延展较大，因此S原子易失去电子发生反应。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 高硫煤微波脱硫研究的意义

1．2 煤中硫的形态

1．3 煤中硫的脱除方法

1．3．1 燃烧前脱硫

1．3．2 燃烧中脱硫

1．3．3 燃烧后脱硫

1．4 微波脱硫进展

1．5 微波脱硫原理

1．6 课题的选择及意义

2 材料、研究方法及主要设备

2．1 试验材料

2．1．1 煤样采集与制备

2．2 煤样实验分析方法及煤炭脱硫率计算方法

2．2．1 煤样试验分析方法

2．2．2 煤炭脱硫率计算方法

2．3 XPS(X射线光电子能谱)测试

2．3．1 XPS测试技术简介

2．3．2 XPS工作原理

2．3．3 XPS测试设备

2．3．4 XPS数据拟合处理

2．4 X射线衍射

2．5 量子化学计算软件简介

2．6 微波辐照实验设备

2．6．1 用途和特性

2．6．2 主要技术参数

2．6．3 基本部件和工作原理

2．7 试验用主要仪器及设备汇总

3 炼焦煤含硫组分测定分析

3．1 煤样及测试分析

3．2 硫的2P结合能归属

3．3 新阳煤样测试分析

3．4 新峪煤样测试分析

3．5 无机硫的脱除

4 微波辐照氧化脱硫实验及分析

4．1 微波辐照联合冰醋酸与过氧化氢脱除有机硫

4．1．1 冰醋酸和过氧化氢的配比对脱除有机硫的影响

4．1．2 HAC和H2O2溶液下微波辐照时间对脱硫率的影响

4．1．3 微波功率对脱除有机硫的影响

4．2 微波辐照联合冰醋酸与过氧化氢脱除全硫

4．2．1 冰醋酸和过氧化氢的配比对脱硫的影响

4．2．2 辐照时间对脱硫率的影响

4．2．3 微波功率对脱硫率的影响

4．3 实验结果分析

5．微波辐照氢氧化钠溶液体系脱硫实验及分析

5．1 NaOH浓度对脱硫率的影响

5．2 微波功率对脱硫的影响

5．3 微波辐照时间对脱硫率的影响

5．4 试验结果分析

6．微波直接脱硫

6．1 微波频率对煤样脱硫的影响

6．2 辐照时间和辐照功率对微波直接脱硫的影响

6．3 粒度对微波脱硫的影响

6．4 含水量对脱硫效果的影响

6．5 试验结果分析

7．含硫组分的量子化学模拟计算

7．1 煤炭微波辐照过程的量子力学研究

7．2 模型化合物筛选

7．3 基本性质计算

7．3．1 基本性质计算步骤

7．3．2 基本性质计算结果分析

8 结论与展望

8．1 主要结论

8．2 存在问题及展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果