煤炭是地球上儲量最豐富、分布最廣泛的化石燃料，主要由C、H、O、N、S、As、P、Cl等元素組成。其中C、H、O含量約為95％以上，N、S、As含量雖少，但危害卻大。煤炭作為濕法氣流床氣化技術(shù)的最主要原料，從煤氣化技術(shù)生產(chǎn)和環(huán)保的角度考慮，分析煤中N、S、As 3種元素在氣化過程中的遷移過程顯得不可或缺。
1 N、S、As元素在煤中的存在狀態(tài)
目前，國內(nèi)外學(xué)者對煤中微量元素N、S、As的存在狀態(tài)進行了大量研究，這對研究煤氣化過程中N、S、As的遷移有重要的指導(dǎo)意義。
煤中氮的含量不高，一般在1％～2％。一般認為氮全部以有機物的形式存在。P.Burchill等對多種煤進行了大量研究，發(fā)現(xiàn)煤中氮的主要存在形式為：N－5(吡咯氮和吡啶酮氮)、N－6(吡啶氮)、N－Q(質(zhì)子化吡啶氮和縮合在多芳香結(jié)構(gòu)中的氮)以及N－X(氧化的吡啶氮)，其中各種氮所占比例基本上是吡咯氮50％～80％、吡啶氮20％～40％和季氮0～20％。通過XPS對煤及炭質(zhì)材料的分析，可以得到各主要含氮官能團的結(jié)合能為：N－6(398.7±0.3)eV、N－5(400.3±0.3)eV、N－Q(401.4±0.5)eV、N－X(402eV～405eV)。同時A.N.Buckley用XPS和XANES測定煤中含氮官能團，研究也同樣發(fā)現(xiàn)煤中氮有4種存在形態(tài)：吡啶型、吡咯型、羥基吡啶和芳香族胺基氮。
硫是煤中含量最多的雜質(zhì)元素，煤中硫質(zhì)量分數(shù)大多為0.2～5.0％，少數(shù)可達到5.0％～10.0％，主要以有機硫和無機硫形式存在。煤中以有機物形式存在的硫約占整個硫含量的30％～50％，主要包括脂肪類硫、芳香類硫和噻吩類硫，有機硫通常以巰基－SH結(jié)構(gòu)、噻吩結(jié)構(gòu)、硫茚結(jié)構(gòu)、硫醚結(jié)構(gòu)、硫蒽和二硫蒽結(jié)構(gòu)和硫醌結(jié)構(gòu)存在于煤中。煤中的無機硫主要包括硫化物、硫酸鹽和元素硫3部分，無機硫化物主要是一些以黃鐵礦為主的含硫礦物。硫酸鹽主要包括重晶石(BaSO4)、石膏(CaSO4·2H2O)、無水石膏(CaSO4)及一些鐵的硫酸鹽等。一般認為元素硫不是煤的天然組成部分，而是源于黃鐵礦的氧化或是在煤的形成過程中向黃鐵礦硫或有機硫轉(zhuǎn)化的中間體。
煤中砷分為無機態(tài)砷和有機態(tài)砷。無機態(tài)的砷主要有兩種形式：(1)吸附在礦物和煤有機質(zhì)表面、裂隙或孔隙中的砷；(2)賦存在砷獨立礦物(毒砂、雄黃、雌黃)中的砷、以類質(zhì)同象形式賦存于黃鐵礦等硫化物礦物和黏土礦物晶格中的砷和以礦物包裹體形式存在于硫化物礦物中的砷。有機態(tài)砷是指與煤大分子中的氧、硫等雜原子或碳原子以化學(xué)鍵結(jié)合的砷。
趙峰華等的研究表明，煤中砷常與黃鐵礦共生，與黃鐵礦等硫化物結(jié)合的砷為0％～85％，平均36％，同時他發(fā)現(xiàn)有機砷占總砷的比例變化較大(0％～100％)，平均為26％。趙峰華....
