基于量子化学理论的煤中有机硫热解机理

论文摘要

燃煤产生的SO2污染物已经成为一个相当严重的环境问题,有效的控制煤炭利用中硫的排放,已势在必行。本文以量子化学理论和有机反应理论为基础,从微观上阐述煤中有机硫热解析出机理,希望为煤中有机硫的脱除提供理论依据。本文选取了苯硫醇、二甲基硫醚和硫醌三种有机硫模型化合物作为研究对象,运用Gaussian 03量子化学计算软件,利用密度泛函的B3LYP方法,在6-31G（d）基组水平上对三种有机硫模型化合物进行量子计算:以键的Mulliken重叠布居数为判据,得到热解的引发键。本文通过计算得到如下结论:（1）非噻吩型有机物苯硫醇、二甲基硫醚体系中,C-S键是各自体系中的弱键,在热解过程中首先断裂,有机硫分以H2S形势逸出;（2）噻吩型有机硫硫醌,C-S键为引发键,最终产物为乙炔,有机硫分以H2S形势逸出;（3）根据三种有机硫模型化合物热解的活化能的计算结果,可知它们的热稳定性大小为:硫醌>二甲基硫醚>苯硫醇

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 目前的能源状况与环境形势
• 2污染现状'>1.2 燃煤 SO₂污染现状
• 2污染现状'>1.2.1 世界燃煤 SO₂污染现状
• 2污染现状'>1.2.2 我国燃煤 SO₂污染现状
• 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 煤的热解
• 1.4.1 煤的热解过程
• 1.4.2 煤热解过程中硫分转化的规律
• 1.4.3 煤热解过程中硫分迁徙的规律
• 1.5 量子化学的发展现状
• 1.6 课题的提出和研究内容
• 2 理论和研究方法
• 2.1 量子化学的基础原理和方法
• 2.1.1 Schrοdinger 方程与基本近似条件
• 2.1.2 自洽场方法
• 2.1.3 ab initio（从头计算）方法
• 2.1.4 密度泛函理论
• 2.2 电荷密度分布与布居数分析
• 2.3 振动频率计算
• 2.4 过渡态理论
• 3 量子化学计算应用于煤结构的研究
• 3.1 煤的化学结构研究进展
• 3.2 煤中硫的来源与赋存形式
• 3.2.1 煤中硫的来源
• 3.2.2 煤中硫的赋存形态
• 3.3 量子化学计算方法应用于煤结构研究的优势
• 3.4 量子化学对煤结构要素的描述
• 4 煤中有机硫热解脱硫机理的量子化学研究
• 4.1 使用软件简介
• 4.1.1 Gaussian 03 程序简介
• 4.1.2 GVIEW 使用简介
• 4.2 计算方法及基组选择
• 4.3 非噻吩型有机硫（苯硫醇、二甲基硫醚）热解机理的量子化学研究
• 4.3.1 计算过程设计
• 4.3.2 计算过程
• 4.3.3 反应的活化能
• 4.3.4 非噻吩型有机硫（苯硫醇、二甲基硫醚）脱硫机理的结果分析
• 4.4 噻吩型有机硫（硫醌）热解机理的量子化学研究
• 4.4.1 计算过程设计
• 4.4.2 计算过程
• 4.4.3 反应的活化能
• 4.4.4 噻吩型有机硫（硫醌）脱硫机理的结果分析
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间已发表的学位论文及科研成果