煤炭是地球上儲(chǔ)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(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)煤中微量元素N、S、As的存在狀態(tài)進(jìn)行了大量研究，這對(duì)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(rèn)為氮全部以有機(jī)物的形式存在。P.Burchill等對(duì)多種煤進(jìn)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(duì)煤及炭質(zhì)材料的分析，可以得到各主要含氮官能團(tuán)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(shí)A.N.Buckley用XPS和XANES測(cè)定煤中含氮官能團(tuán)，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?jǐn)?shù)大多為0.2～5.0％，少數(shù)可達(dá)到5.0％～10.0％，主要以有機(jī)硫和無機(jī)硫形式存在。煤中以有機(jī)物形式存在的硫約占整個(gè)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(jī)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(jī)硫主要包括硫化物、硫酸鹽和元素硫3部分，無機(jī)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(rèn)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(jī)硫轉(zhuǎn)化的中間體。
煤中砷分為無機(jī)態(tài)砷和有機(jī)態(tài)砷。無機(jī)態(tài)的砷主要有兩種形式：(1)吸附在礦物和煤有機(jī)質(zhì)表面、裂隙或孔隙中的砷；(2)賦存在砷獨(dú)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(jī)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(shí)他發(fā)現(xiàn)有機(jī)砷占總砷的比例變化較大(0％～100％)，平均為26％。趙峰華....
