石油焦热解和燃烧过程中的脱硫机理(Combustion and Flame 2018)

绿色石油焦（petcoke）通常被用作粗碳材料的原料或燃料。硫含量高（>4 wt%）的石油焦通常仅限于燃料使用，除非除硫成功。中南大学仲奇凡教授课题组等使用ReaxFF-MD方法探讨了热解和燃烧过程中硫的去除机制。结合高分辨率透射电子显微镜晶格条纹图像分析和分析数据，生成了青岛绿色石油焦的结构图（C₁₆₄₈H_772O59N_24S47）。该结构与元素、芳香性（FT-IR）、对相关函数（XRD）和官能团（XPS中的S、O和N）的数据一致。经过250 ps，在3000 K的模拟条件下，热解产生的气体和焦油产率分别为44.7%和11.0 wt%，在氧气环境下，对相同初始结构进行了燃烧模拟。

模拟发现：在热解模拟过程中，脱除硫的第一步是噻吩硫转化为C1–4S（主要是C2S）、COS或CNS；在这些条件下，对于这种结构，杂原子热解出现重叠；然而，对于燃烧模拟，观察到噻吩硫早期转化为COS；由于吡咯和吡啶氮迅速氧化为CON或NO化合物，因此在这种富含O的环境中不会出现含N–S的结构；燃烧过程中的S转化可以总结为COS→CO2S→CO3S→CO4S；氢原子与含硫气体（如COS/C2S/CNS）反应生成HS和H2S，而不是与焦炭-S反应。