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混合气中体积分数、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、油中硫质量分数、氢耗率等的影响。结果表明:温度对油产率的影响最显著,从420~470℃油产率提升19.0%;H2S的加入可使氢耗率略有降低,油和气产率提高,但同时使油中硫质量分数增大;当H2S从0提高到1.0%时,氢耗率降低0.3%,油中硫质量分数从0提高至0.9%;S/Fe摩尔比在合适范围内可提升油产率,S/Fe摩尔比为0.8时油产率比S/Fe为1.6时高3.6%,比不加硫高7.2%。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中硫质量分数普遍高于2%。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体积分数的液化过程,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体积分数为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。

李攀钰(1997—),男,甘肃兰州人,硕士硕士生。E-mail:lipanyu@outlook.com

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李攀钰,杨赫,李扬,等.硫对煤直接液化反应性影响及其迁移机制[J].洁净煤技术,2025,31(3):147−155.