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煤中有机硫热解机理的量子化学和热解脱硫实验研究

黄充  
【摘要】:随着社会和经济的飞速发展,人们对环境问题越来越重视。煤燃烧过程中产生的SO2 与酸雨和臭氧层破坏直接有关,已成为制约煤炭开发和利用经济可行性的重要因素。从资源的可持续发展和环保的角度考虑,如何有效地抑制煤炭加工利用过程中硫的排放,实现煤的清洁高效利用,就成为人们关注的一个重要课题。 本文以量子化学理论以及有机反应理论为基础,将量子化学计算应用于煤中有机硫的热解释放机理的研究,希望能为煤热解高效脱硫奠定理论基础。 本文选取了四种有机硫的模型化合物作为研究对象,进行量子化学模拟计算。采用Gaussian98 量化计算软件,使用密度泛函B3LYP 方法,在6-31G(d)基组水平上对三种非噻吩性有机硫模型化合物进行计算; 对噻吩型有机硫进行了合理的简化,噻吩型有机硫在释放过程中会产生两类噻吩自由基,对两类自由基进行了计算。以键的Mulliken 重叠布居数为判据,研究了它们的热解过程,发现二甲基二硫醚中S-S键强度较弱、其余模型化合物中C-S 键强度较弱,在热解过程中首先断裂,是热解引发键。非噻吩型有机硫中的硫会以H2S 形势逸出; 噻吩A 自由基的产物为乙炔和(:S),噻吩B 自由基的产物为乙炔和(.SH)根自由基。(:S)和(.SH)自由基易于与氢自由基结合以H2S 形势逸出。通过计算建立了四类有机硫模型化合物的热解机理模型。 本文计算了四类有机硫模型化合物的热解时的裂解活化能,根据计算结果可知它们的对热稳定性为噻吩B 自由基噻吩A 自由基二甲基硫醚苯硫醇二甲基二硫醚。 对武钢焦化厂炉前煤进行了热解脱硫试验,考察了三种添加物氯化铝、乙醇钠和乙酸钠对脱硫效果的影响。试验发现,氯化铝对脱硫有最好的效果,乙醇钠在400℃时有好的脱硫效果,乙酸钠基本没效果。氯化铝的添加促进了煤中硫的逸出,乙醇钠会对煤中有机硫有选择性氧化脱除作用,有利于热解时硫的脱除,但高温下易挥发,故高温下对脱硫基本无影响。


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