高硫煤的介电性质与含硫官能团在微波电场中的变迁规律研究.pdf

中文摘要 摘 要 硫是煤炭中的主要有害元素之一，高硫煤在利用过程中会伴随着硫分的排放， 不仅影响着钢铁产品质量，也会对环境造成危害，因此发展煤焦清洁利用技术意 义重大。微波辐照作为一种新型的煤炭燃前脱硫方法，在煤炭资源清洁利用方面 有着巨大的发展潜力。为了明确微波参数与煤样介电响应能力的关系，进一步优 化微波脱硫效果，本课题针对高硫煤介电性质、微波电场参数及其对含硫物相与 官能团的影响行为进行研究，主要包括以下几点： ① 测定煤与含硫模型化合物的介电常数实部ε′、虚部ε′′以及磁导率实部μ′、 虚部μ′′数值；通过理论计算，分析了煤样与含硫模型化合物的电、磁损耗功率， 以及它们与微波频率的关系。测试结果表明微波对含硫模型化合物具有选择性加 热作用，其原因是含硫物介电常数虚部较高，比煤炭产生更强的介电损耗效应， 产生更多热量。煤和含硫模型化合物的磁导率数值接近，不仅在磁场中发热量较 低，而且这种发热量的区别不大，微波对于煤的磁效应不明显。通过介电常数测 试结果判断煤与含硫物相的吸波效应以介电损耗为主，研究的重点是微波电场的 作用。 ② 使用电磁仿真软件Ansoft HFSS 对微波炉腔体和煤样中的电磁场分布进行 了仿真，分析了不同微波功率下微波炉腔和煤样的电磁场分布情况。仿真结果显 示煤样中微波电场的分布是不均匀的，煤样中存在电场热点。通过HFSS 软件的场 计算器得到了微波电磁场等效值，结合介电测试结果计算了微波加热的理论温度 曲线，并与实际测得的温度曲线进行了对比；结果表明仿真数据与介电测试结果 合理。参照微波电场的仿真结果，将模拟计算中将微波电场定义为0.01a.u.。 ③ 借助Materials Studio 探究了在外加0.01a.u. 电场的条件下，电场对含硫物 噻吩（C H S）、巯基（-SH）、二硫键（S-S）和亚硫酰基（S=O）的作用效果。通 4 4 过LST/QST 过渡态有哪些信誉好的足球投注网站计算明确了外加电场降低了噻吩分子的脱硫反应能垒，并 提升了基元反应的速率lnk ，降低了活化能Ea 和反应焓∆ 。通过软件构建了基 于煤Wiser 化学结构的分子模型，计算了分子模型的亲电、亲核性指数、静电势和 HOMO 、LUMO 轨道分布；外加电场后，分子模型的反应性得到提升，其中-SH 反应性较强，S=O 和S-S 相对较弱。对不同微波功率辐照后的煤样进行FTIR 分析， 求取不同功率辐照后的官能团含量比例；通过模拟和实验结果明确了微波电场作 用的条件下三种含硫官能团的脱除难度为S=O＞S-S＞-SH，与分子模拟结果相符。 关键词：高硫煤；微波；电场；有机硫；分子模拟 I 英文摘要 ABSTRACT Sulfur is one of the main harmful elements contained in coal. The utilization of high-sulfur coal will lead to the emission of sulfur-containing compound, which not only affects the quality of steel products, but also has a bad impact on the environment. It is of great significance to develop coal clean utilization technology and implement various measures for coal pre-combustion desulfurization. As a novel desulfurization method, microwave irradiation has great potential for th