硫对煤直接液化反应性影响及其迁移机制

作者：李攀钰; 杨赫; 李扬; 靳立军; 胡浩权^*

来源：洁净煤技术, 2023, 1-10.

DOI：10.13226/j.issn.1006-6772.23062701

• 煤直接液化
• 硫化氢
• 单质硫
• 硫迁移
• 正交试验

为探究硫在煤直接液化反应中的作用，基于L9(34)正交试验设计，考察初压、温度、H2S在H2S/H2混合气中体积含量、硫/铁(S/Fe)摩尔比等因素对上湾煤在铁基催化剂下直接液化的煤总转化率、油产率、油中硫含量、氢耗率等的影响。结果表明：温度对油产率的影响最显著，从420 oC至470 oC油产率提升19.0 wt.%；H2S的加入可使氢耗率略有降低，油和气产率提高，但同时使油中硫含量增大；当H2S从0提高到1.0%时，氢耗率降低0.3 wt.%，油中硫含量从0提高至0.9 wt.%；S/Fe摩尔比在合适范围内可提升油产率，S/Fe比为0.8时油产率比S/Fe为1.6时高3.6 wt.%，比不加硫高7.2 wt.%。煤液化过程加入的单质硫大多迁移至四氢呋喃不溶物(即液化残渣，THFI)，S/Fe摩尔比不为0时THFI中硫含量普遍高于2 wt.%。在正交试验基础上，进一步研究了纯氢气氛下不同S/Fe摩尔比、恒定S/Fe摩尔比下不同H2S体积含量的液化过程，从硫元素在油、沥青烯的分布，结合产物红外光谱表征、总自由基浓度测定，推测H2S、单质硫的作用机制及液化反应中硫的迁移规律。发现THFI总自由基浓度与油产率、氢耗率存在一定程度的关联，S/Fe摩尔比为1.2时油产率最高，与此相对应的THFI总自由基浓度存在极小值；H2S体积含量为0.25%时氢耗率明显增大，对应的THFI、沥青烯总自由基浓度亦有明显变化。H2S易作用于油与沥青烯的前驱体，并促进重质组分向轻质组分的转化，单质硫过量时也能与沥青烯前驱体作用。在煤直接液化过程中，H2S、单质硫的共同点是促进气相供氢，而对沥青烯官能团结构影响不明显。

• 单位
  大连理工大学