高硫煤热解过程中挥发分与灰分组成对有机硫迁移行为的影响机制研究

　　针对高硫焦煤中有机硫难以脱除的问题，研究人员通过热溶解技术提取杜镇高硫焦煤(DZ)的可溶组分(DZE)，结合共热解实验探究挥发分与灰分组成对硫迁移行为的影响。结果表明：硫化物/硫酸盐更易迁移至气液相；挥发分通过原位供氢促进硫脱除，而灰分中碱性矿物(Fe2 O3 /CaO)会捕获S自由基抑制脱硫。该研究为焦化行业高硫煤预处理工艺提供了理论依据。

　　

随着低硫煤资源的日益枯竭，高硫煤的高效利用成为能源领域的重大挑战。然而，高硫煤直接炼焦会导致焦炭硫含量超标，进而影响钢铁产品的耐腐蚀性和机械性能。其中，有机硫的脱除尤为困难——传统的酸洗和氧化预处理虽能有效降低硫含量，却会破坏煤的结焦性能。如何在不损害煤质的前提下实现深度脱硫，成为制约高硫煤工业应用的关键瓶颈。

马鞍山钢铁公司的研究团队在《Journal of Analytical and Applied Pyrolysis》发表的研究中，创新性地采用N-甲基-2-吡咯烷酮热溶解技术从杜镇高硫焦煤(DZ)中提取出近乎无灰的可溶组分(DZE)，通过对比DZ与DZE的热解行为，并结合高挥发分煤(SSP)共热解实验，系统揭示了挥发分与灰分组成对有机硫迁移的调控机制。研究运用X射线光电子能谱(XPS)分析硫形态转化，结合气相色谱监测硫分布，并采用固定床反应器模拟工业热解条件。

Pyrolysis of DZ and DZE
热解实验显示，DZE在1000°C热解时焦炭硫残留率(55.32%)显著低于DZ(69.91%)，且更多硫迁移至气相。XPS分析表明：DZE热解过程中亚砜类硫的残留率低于DZ，而噻吩和砜类硫保持稳定，证实挥发分促进亚砜分解。

Effect of volatile matter
共热解实验发现，SSP的加入使焦炭硫含量降低12.3%。机理研究表明，高挥发分煤通过两方面促进脱硫：一是提供活性氢自由基断裂C-S键，二是增强传质推动含硫气体释放。

Effect of ash composition
灰分中的Fe₂
O₃
和CaO会捕获HS•自由基形成金属硫化物，使焦炭硫含量回升5.8%。脱灰处理后，砜类硫分解率提升17.6%，证实碱性矿物抑制热解脱硫。

Conclusions
该研究首次阐明挥发分与灰分对有机硫迁移的拮抗作用：挥发分通过氢转移促进硫向气液相迁移，而灰分矿物则通过化学固定作用阻碍该过程。这一发现为焦化工业提供了重要指导——采用脱灰预处理的高挥发分煤作为供氢原料，可实现高硫煤清洁高效利用。研究不仅深化了对煤热解过程中硫迁移规律的认识，更为开发环境友好的煤基材料制备工艺提供了新思路。