气相有机含氧添加物对煤中硫热迁移定向调控机理的研究

煤热解过程中硫的迁移及脱硫的研究一直是煤化学/化工领域研究的热点。热解是煤炭分级转化的重要基础方式，可能实现过程脱硫、制备可直接用于燃烧或气化的低硫半焦。在热场中，煤的有机基质发生化学键的裂解形成不同形式的自由基，由于很多C-S键的键能高于C-C键的键能，因此难以实现硫热迁移的定向调控而产生低硫半焦。本研究采用气相添加微量有机含氧化合物的方式，以反应探针的形式参与煤自身裂解过程，进行气相有机含氧添加物下煤中硫热迁移规律的研究。同时利用活性焦上担载含硫模型化合物来模拟煤中典型形态硫的结构，探讨特定气相有机含氧添加物对煤中硫的定向调控机理（包括对含硫结构及碳氢结构的作用），揭示含氧自由基其对含硫结构的选择性氧化作用。综合上述结果，利用计算智能等信息技术对煤中硫的热迁移过程进行建模，优化可控过程参数，以期实现煤中硫热迁移的定向调控，最终为煤热解预脱硫的过程优化提供必要的理论指导和新思路。

煤热解过程中硫的迁移及脱硫的研究一直是煤化学/化工领域研究的热点。热解是煤炭分级转化的重要基础方式，通过过程可控脱硫可以实现直接用于燃烧或气化的低硫半焦的制备。本项目按照预定研究计划完成了典型煤种中硫的赋存形态与热迁移规律，并借助于炭载含硫模型物热分解行为的考察，对比分析了煤中硫的迁移规律及影响硫脱除的关键因素；探讨了气相有机含氧添加物（乙醇、丙酮及异丙醇）对煤中硫热迁移定向调控的原理。研究发现：（1）煤中黄铁矿硫向气相的迁移一般发生在500 oC左右；煤中热稳定性较差的有机硫一般在400 oC左右分解；煤中的硫酸盐硫的分解温度在450 oC左右。（2）H2气氛对含硫气体及气态烃逸出的影响不同：在低温区，促进了含硫气体的逸出并使逸出温度提前，同时减弱了气态烃的逸出且推后了逸出温度；（3）通过对含硫模型物的热解研究，发现简单含硫化合物在活性焦上的分解由于受到周围环境的影响而呈现复杂的硫转化过程。通过在不同气氛下煤热解脱硫的研究，发现H2下虽然可导致较高的脱硫率，但不一定可以制得低硫半焦；N2气氛中有机含氧化合物（乙醇、丙酮或异丙醇等）的添加，改善了N2下的脱硫效果并使半焦中硫含量降低。机理研究表明：这些有机含氧添加物的脱硫作用实质上是对煤中有机硫的选择性氧化作用。本研究为煤热解预脱硫的过程优化提供必要了的理论指导和新思路。项目执行期内发表期刊论文8篇，其中SCI检索4篇；研究成果“煤中硫的热迁移及过程可控脱硫技术”获2012年度西安市科学技术三等奖；培养硕士研究生3名。