煤炭是地球上储量最丰富、分布最广泛的化石燃料，主要由C、H、O、N、S、As、P、Cl等元素组成。其中C、H、O含量约为95％以上，N、S、As含量虽少，但危害却大。煤炭作为湿法气流床气化技术的最主要原料，从煤气化技术生产和环保的角度考虑，分析煤中N、S、As 3种元素在气化过程中的迁移过程显得不可或缺。
1 N、S、As元素在煤中的存在状态
目前，国内外学者对煤中微量元素N、S、As的存在状态进行了大量研究，这对研究煤气化过程中N、S、As的迁移有重要的指导意义。
煤中氮的含量不高，一般在1％～2％。一般认为氮全部以有机物的形式存在。P.Burchill等对多种煤进行了大量研究，发现煤中氮的主要存在形式为：N－5(吡咯氮和吡啶酮氮)、N－6(吡啶氮)、N－Q(质子化吡啶氮和缩合在多芳香结构中的氮)以及N－X(氧化的吡啶氮)，其中各种氮所占比例基本上是吡咯氮50％～80％、吡啶氮20％～40％和季氮0～20％。通过XPS对煤及炭质材料的分析，可以得到各主要含氮官能团的结合能为：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)。同时A.N.Buckley用XPS和XANES测定煤中含氮官能团，研究也同样发现煤中氮有4种存在形态：吡啶型、吡咯型、羟基吡啶和芳香族胺基氮。
硫是煤中含量最多的杂质元素，煤中硫质量分数大多为0.2～5.0％，少数可达到5.0％～10.0％，主要以有机硫和无机硫形式存在。煤中以有机物形式存在的硫约占整个硫含量的30％～50％，主要包括脂肪类硫、芳香类硫和噻吩类硫，有机硫通常以巯基－SH结构、噻吩结构、硫茚结构、硫醚结构、硫蒽和二硫蒽结构和硫醌结构存在于煤中。煤中的无机硫主要包括硫化物、硫酸盐和元素硫3部分，无机硫化物主要是一些以黄铁矿为主的含硫矿物。硫酸盐主要包括重晶石(BaSO4)、石膏(CaSO4·2H2O)、无水石膏(CaSO4)及一些铁的硫酸盐等。一般认为元素硫不是煤的天然组成部分，而是源于黄铁矿的氧化或是在煤的形成过程中向黄铁矿硫或有机硫转化的中间体。
煤中砷分为无机态砷和有机态砷。无机态的砷主要有两种形式：(1)吸附在矿物和煤有机质表面、裂隙或孔隙中的砷；(2)赋存在砷独立矿物(毒砂、雄黄、雌黄)中的砷、以类质同象形式赋存于黄铁矿等硫化物矿物和黏土矿物晶格中的砷和以矿物包裹体形式存在于硫化物矿物中的砷。有机态砷是指与煤大分子中的氧、硫等杂原子或碳原子以化学键结合的砷。
赵峰华等的研究表明，煤中砷常与黄铁矿共生，与黄铁矿等硫化物结合的砷为0％～85％，平均36％，同时他发现有机砷占总砷的比例变化较大(0％～100％)，平均为26％。赵峰华....
