煤中硫的來源及其危害

煤的組成極其複雜,其中不僅有多種多樣的有機化合物,也還有很多種類的無機化合物。

煤的組成決定於煤的生成過程。根據現代的科學研究,普遍認為,煤是由古代植物遺體經過複雜的生物化學作用和地球物理化學作用轉化而成的沉積有機礦產,其中的物質分為有機物和無機物。無機物是煤中的雜質,有機物是煤中的有用成分。

煤中硫的來源及其危害

煤的形成示意圖

煤中的硫,分為有機硫和無機硫,其含量分別用符號So和Sinor表示;無機硫又分為硫化物硫和硫酸鹽硫,其含量分別用符號Sp和Ss表示。有機硫、硫化物硫、硫酸鹽硫稱為煤的形態硫,形態硫的總和稱為煤的全硫,用符號St表示。

通常煤中的有機硫含量較低,但組成較複雜,主要由硫醚或硫化物、二硫化物、噻吩類雜環化合物及硫醌化合物等組成或官能團所構成。

根據研究資料,低煤化度煤以低分子量的脂肪族有機硫為主,而高煤化度煤以高分子量的環狀有機硫為主。隨著煤化程度的提高,含硫環狀結構的化合物數量又少增多。煤化程度高的煤絕大多數有機硫屬噻吩結構,隨著煤化程度的提高,煤中噻吩硫的比例增大,其芳環結構化程度也逐漸提高。

煤中無機硫主要以硫鐵礦、硫酸鹽等形式存在,其中硫鐵礦居多。脫除硫鐵礦硫的難以程度取決於硫鐵礦的顆粒大小及分佈狀態,顆粒越大越容易除去,極細顆粒的硫鐵礦硫難以採用常規方法脫除。一般情況下,煤中的硫酸鹽硫是黃鐵礦氧化所致,因而未經氧化的煤中硫酸鹽硫較少。

煤中的有機硫和硫鐵礦硫稱為可燃硫,燃燒後可形成二氧化硫等有害氣體。

煤中硫的來源及其危害

煤炭——上面黃色的為含硫物質


煤中硫的來源及其危害

黃鐵礦


煤中硫的來源及其危害

煤燃燒

煤中硫的來源,主要有兩個途徑:一個是成煤植物本身所含有的硫稱為原生硫;另一個是來自成煤過程,即成煤環境和成巖變質過程中進入的硫稱為次生硫。對於大多數煤來說,其中的硫主要是次生硫。

成煤植物中的含硫物質,有如蛋白質,在泥炭沼澤中分解或轉變為氨基酸等化合物參與成煤作用,從而使植物中的硫部分轉入煤中,顯然成煤植物中的硫是煤中硫的一個來源。根據研究,普遍認為低硫煤中硫主要來自淡水硫酸鹽和成煤植物,高硫煤中硫主要來自海水硫酸鹽,也有可能是來自蒸發鹽巖和滷水。

煤中硫是一種主要的有害元素。煤中硫在燃燒過程中形成二氧化硫氣體隨煙氣進入大氣環境,下雨時成為酸雨,腐蝕建築物和設備,進入水體後汙染水源。大氣中的二氧化硫對人體健康和動植物的生長也有危害。煤在中國的能源結構中佔比較大,且50%以上用於燃煤發電。

煤中硫的來源及其危害

燃煤發電廠

煤通過煉焦,生產焦炭主要用於鍊鐵。在焦化過程中,煤中的硫在焦爐中發生了很大的變化,大約20%-30%轉化為H2S、COS等等低分子含硫化合物進入煤氣和焦油,其餘則殘留在焦炭中。焦炭中的硫對於鍊鐵是非常有害的,生鐵中的硫主要來自焦炭,當生鐵中的硫含量較高時就不能進行鍊鋼。硫以FeS的形式存在於鋼中,FeS能與Fe形成低熔點化合物,它低於鋼材熱加工的開始溫度。在熱加工時,由於它的過早熔化而導致工件開裂,這種現象叫“熱脆性”。硫含量越高,熱脆性越明顯。通常鋼中的硫含量低於0.07%,為了防止過多的硫進入生鐵中,在鍊鐵高爐過程中,在爐料中必須配入大量的石灰石。根據經驗數據,焦炭中的硫每增加0.1%,焦比增加1.5%左右,石灰石用量增加2.0%,高爐生產能力降低2.0%-2.5%。

煤中硫的來源及其危害

煉焦焦爐

煤中硫的來源及其危害

高爐鍊鐵示意圖

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