硫作為煤中有害元素,在煤炭利用過程中不僅污染環(huán)境,還會影響煤化工和鋼鐵產(chǎn)品的質(zhì)量。有機硫作為煤中硫的主要存在形式,因其穩(wěn)定的化學組成而難以脫除,限制了高有機硫煤炭資源的高效清潔利用。微波聯(lián)合化學助劑能夠有效脫除煤中有機硫,但有關(guān)煤中有機硫的微波脫除機理尚不明確。針對以上問題,本文在采用X-射線近邊吸收精細結(jié)構(gòu)光譜（XANES）對高有機硫煤中硫形態(tài)分析的基礎(chǔ)上,篩選出了具有代表性的類煤有機含硫模型化合物,代替煤中復雜的有機含硫基團進行微波脫硫研究。通過分析脫硫前后硫形態(tài)的分布變化情況,弄清了煤炭微波脫硫過程中有機硫形態(tài)的遷移變化規(guī)律和含硫基團的脫除機制。采用煤炭介電性質(zhì)測試系統(tǒng),對含硫模型化合物和煤中礦物質(zhì)的介電特性進行了分析,并結(jié)合理論計算得到的含硫鍵鍵解離能,構(gòu)建了微波場中含硫鍵斷裂的理論評價模型,揭示了微波場和氧化助劑的協(xié)同脫硫機制。通過量子化學計算,從分子層面研究了微波場作用下含硫基團的活化效應和脫硫反應過程中含硫鍵的斷裂機制;并從反應熱力學和動力學方面對煤炭脫硫過程中的微波非熱效應進行了探究。結(jié)合宏觀層面的微波脫硫?qū)嶒炑芯亢臀⒂^層面的理論計算,對微波聯(lián)合助劑脫除煤中有機硫的基本... 

【文章來源】：中國礦業(yè)大學江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：163 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

出射波被臨近原子散射現(xiàn)象Figure2-1Scatteringofoutgoingwavebyneighboringatoms

博士學位論文8圖2-2XANES和EXAFS圖譜范圍Figure2-2XANESandEXAFSspectrum2.2煤炭微波脫硫技術(shù)研究現(xiàn)狀（ResearchStatusofCoalMicrowaveDesulfurizationTechnology）煤炭微波脫硫技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一種新型煤溫和凈化脫硫方法，在潔凈煤技術(shù)領(lǐng)域具有巨大的潛力和發(fā)展前景。微波作為一種能量場，具有快速、均勻、選擇性加熱的特性，微波技術(shù)已廣泛應用于礦物助浸[41,42]、廢水處理[43,44]、環(huán)境工程和油砂與石油提質(zhì)[45,46]等領(lǐng)域。隨著人們對環(huán)境問題的日益重視，微波技術(shù)在潔凈煤技術(shù)領(lǐng)域的應用引起了同行專家的高度關(guān)注[47-53]。煤是一種非同質(zhì)的混合物，由于煤與含硫化合物的介電損耗不同，在微波輻射下能夠進行選擇性的加熱和化學反應。當硫化物被迅速加熱到反應溫度時，煤質(zhì)并未明顯發(fā)熱，這樣可實現(xiàn)既脫除煤中硫分又不破壞煤質(zhì)的理想狀況。2.2.1微波直接脫硫法微波直接脫硫法是將煤直接在微波下輻射，利用微波選擇性快速加熱作用，使煤中含硫礦物受熱分解，從而達到脫硫目的。微波最早應用于煤炭脫硫是Zavitsanos等人[13]在一項專利中指出：將原煤在頻率為2.45GHz，功率為500W的微波場中輻照40-60s，煤中無機硫分解，釋放出H2S和SO2氣體，并在煤表面生成單質(zhì)硫，最終脫硫率達到50%。Kirkbide[54]在微波反應體系中引入了H2，煤與氫氣混合后經(jīng)微波輻照，最終收集到的氣體有未反應的H2、H2S、NH3和水蒸氣，并證明了在微波輻照下，煤中Fe-S鍵斷裂，產(chǎn)生游離S2-與周圍的H2、O2發(fā)生反應，從而達到脫硫目的。對于不同煤種因含硫量和存在形式的不同，微波處理后脫硫效果也不一樣。微波直接脫硫的工藝條件溫和、操作簡單，但主要脫除煤中無機硫，而對有機硫脫除幾乎沒有作用。

2文獻綜述15傳輸反射法、同軸探針法、諧振腔法、自由空間法通常結(jié)合矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進行測量。其中傳輸反射法、同軸探針法、自由空間法可以進行微波寬頻測量，但對低損耗介質(zhì)測試精度較低。諧振腔法的原理是將樣品放入諧振腔中，利用有無樣品時諧振腔的諧振頻率和品質(zhì)因數(shù)的變化計算出樣品的復介電常數(shù)，對樣品損耗的靈敏度高，尤其適合于低損耗介質(zhì)的測試，但測試往往在某一個頻率點進行。自由空間法主要適合高頻段對高損材料的測量，可以滿足非均勻物質(zhì)在高溫條件、非接觸測量條件下的測試，但樣品邊緣會發(fā)生衍射效應與喇叭天線的多重反射問題，樣品制作要求嚴格。傳輸反射法是將介質(zhì)樣品放置在一段均勻波導或同軸線內(nèi)，僅需對測試樣品安裝一次，并對樣品進行散射參數(shù)的測試來確定復介電參數(shù)。矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀中以同軸空氣線為測試夾具的傳輸反射圖如下圖所示：圖2-4同軸空氣線傳輸反射圖Figure2-4Diagramoftransmission/reflectionmethodusingcoaxialairline將圓環(huán)柱狀待測樣品放置同軸空氣線夾具的中部黑色區(qū)域，其長度為d，復介電常數(shù)為εr，復磁導率為μr，特性阻抗為Z，夾具的空隙部分是特性阻抗為Z0的空氣。在測試過程中，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀產(chǎn)生的電磁波會在空氣與被測樣品的交界面（A和B）處發(fā)生多次反射和透射，從而在被測樣品中產(chǎn)生微波損耗。假設(shè)空氣與被測樣品交界面A處的單次反射系數(shù)為Γ，則界面B處的單次反射系數(shù)為-Γ，中間A、B兩界面間的傳輸系數(shù)為T。VI為入射電壓，經(jīng)過多次反射和散射后界面A處總反射電壓為VR，總反射參數(shù)為S11，交面B處總的透射電壓為VT，總透射參數(shù)為S21。根據(jù)NRW傳輸反射理論算法，以上變量之間存在如下關(guān)系：(2-1)(2-2)

【參考文獻】：
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本文編號：3357573