学文网摘要：本文首先通过实验，对于高硫煤热解脱硫技术及其影响因素进行分析研究，在此基础上对于高硫煤热解脱硫技术的应用和注意事项进行总结分析，以促进煤的转化利用和煤炭产业的发展进步。
关键词：高硫煤；热解脱硫；方法技术；影响因素；加氢；应用；分析研究
【分类号】：X701.3
高硫煤加氢热解脱硫技术作为一种实现煤的转化利用的新技术，近年来，随着煤炭开采生产的发展以及资源危机的日益严重，在新技术与新方法领域中越来越受关注和重视。通过高硫煤加氢热解脱硫技术使煤在氢气环境下，实现焦油采收率及其品质的提升，以获取高热值煤气和无烟半焦煤炭资源，以减少煤气利用对于环境威胁污染，提高煤炭开采生产利用率，具有非常突出的积极作用和意义。
一、高硫煤热解脱硫技术的实验分析
本文在进行高硫煤热解脱硫实验中，主要以纯度为99.99%的高纯氢气作为热解气氛，采用450℃至750℃的终温，以15℃/min的升温速度，在常压固定床反应器上对于高硫煤热解脱硫工艺过程进行实验分析。完成实验后，将实验中反应后留下的固体残留物使用元素分析仪进行其中所包含的硫质量分数测量，同时使用气相色谱仪对于热解气体中存在的H2S体积分数进行测量确定。如下表1所示，为对于沟底高硫煤的元素分析和工业分析结果表。其中，在进行沟底高硫煤的脱硫率计算中，则按照下列公式（1）进行计算求取。此外，需要注意的是，在上述高硫煤热解脱硫实验中，实验所需的样品数量为3g，并且实验中采用的煤样品粒度均在3mm以下。
对于沟底高硫煤工业元素的分析，A表示的是沟底高硫煤的灰分质量分数，而M表示的是对于煤样质量分数的分析，V表示的是对于煤的挥发分的质量分数分析结果。上表在进行沟底高硫煤工业分析与元素分析中，主要采用差减法进行计算分析的。
二、高硫煤热解脱硫技术的应用分析
1、高硫煤热解脱硫技术应用中的影响因素分析
首先，在上文的高硫煤热解脱硫实验中，根据实验条件下，脱硫氢气的流量变化与残留物中的硫的质量分数之间的关系变化可以看出，在氢气流量为0时，脱硫率为51.89%，并且随着氢气流量的增加，脱硫率显著提高；当氢气流量增加到450ml/min 时，脱硫率达到66%，并且随着氢气流量的继续增加，脱硫率仍然增高，但增高的速率减缓；当氢气流量达到650ml/min 时，脱硫率达到极大值67.56%，这时，氢气流量再增加，脱硫率反而下降，并且当氢气流量为900ml/min 时，脱硫率降为66.12%。在这一变化关系中，开始脱硫率提高，其主要原因在于，随氢气流量增加，外扩散动力随气体速度的增加而增加，则氢气向煤颗粒的扩散动力增加，煤大分子的加氢反应几率提高；同时，初级挥发分从煤颗粒表面向气相的扩散也加快，从煤中脱除的硫与残留物的二次反应减少；另外从煤颗粒中逸出的含硫挥发分被快速逸出气相反应区，在反应区的停留时间减少，因而初级挥发分与煤颗粒以及初级挥发分之间再聚合形成半焦的二次反应机会减少，因而流速的增加提高了脱硫率，使残留物中硫质量分数减少。后来又降低，则可能是由于当氢气流量大于650ml/min 后，随着反应进行，煤层开始软化形成熔融状态，这时由于氢气流量较大，氢气在通过胶质层时，氢气气流产生偏折，形成一个个小的“ 气洞”，氢气直接从“ 气洞”中流出，致使相当一部分煤中硫不能与氢气充分接触反应，导致部分的含硫自由基发生再聚合反应，生成稳定、难于脱除的噻吩类化合物，从而脱硫率降低。
其次，在实验条件下，根据加氢热解的最终温度和残留物中硫质量分数的关系变化曲线可以看出，随着加氢热解温度的升高，残留物中的硫质量分数呈现下降变化，并且在最终温度达到650度时，残留物中的硫质量分数下降到最低，并且在温度高于650度以后，又呈现回升变化。这主要是由于黄铁矿中硫的脱除反应和煤中有机质、矿物质与硫化氢反应生成含硫盐的反应。在加氢热解的最终温度低于650度时，加氢热解脱硫的过程可分为2 段进行，其中，低于450度的情况下，随着温度的逐渐升高，残留物中的含硫质量分数显著下降，这主要是由于易于分解的有机硫被还原、分解和黄铁矿的加氢热解反应脱硫促成的；而在450度至650度的阶段范围内，主要为部分噻吩结构硫被还原脱除；当温度高于650度时，残留物中硫质量分数逐渐增加，这主要是由于在高于650度以后，煤中矿物质与生成的硫化氢反应，使硫重新固定在残留物中而不能脱除。
再次，在实验条件下，根据加氢热解的停留时间与脱硫率的关系变化可以看出，随着反应停留时间的延长，残留物中的含硫质量分数逐渐降低。造成这一变化的原因主要有两个方面，一是由于FeS以及噻吩结构硫在高温条件下的反应都相对比较缓慢，二是加氢热解脱硫在开始阶段是由气膜或化学反应控制，随着反应进行半焦晶型结构逐渐形成，开始从无序状态向有序状态转换。最后，根据上述实验中煤加氢热解过程中硫化氢的逸出曲线变化可以看出，硫化氢的逸出主要有两个峰值变化，即250度至450度的低温峰值变化和450度至650度的高温峰值变化，在650度以后，反应变化基本稳定，没有硫化氢逸出。
2、高硫煤热解脱硫技术应用中的注意事项分析
根据上述对于高硫煤热解脱硫的实验分析，在应用高硫煤热解脱硫技术实现煤的转化利用中，首先，可以通过适当增加氢气流速、提高最终温度和延长反应停留时间都可以提高高硫煤的加氢热解脱硫率和显著降低残留物中的含硫质量分数。其次，根据气相中硫化氢逸出变化规律，在450度以前，加氢热解脱硫对应于黄铁矿和较易分解的有机硫化物的脱除；在450度以后，对应于硫铁矿和噻吩类硫化物的脱除，在实际转化应用中可以通过这一规律来提升脱硫率，促进煤的转化利用。
三、结束语
总之，进行高硫煤热解脱硫技术及应用的分析研究，有利于促进煤的转化利用，对于推动煤炭资源开采生产以及煤炭产业的发展进步等，都有着积极的作用和意义。
参考文献
[1]张成，李婷婷.高硫煤不同气氛温和热解过程中含硫组分释放规律的实验研究[J].中国电机工程学报.2011.
[2]阎佳，朱自平，王建成.煤在H2 /Ar等离子体热解过程中硫转化的研究[J].太原理工大学学报.2009.
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