煤炭燃前脫硫方法及其應(yīng)用現(xiàn)狀 自動保存的

煤炭燃前脫硫方法及其應(yīng)用現(xiàn)狀

報(bào)告人：李彪指導(dǎo)老師：謝廣元煤炭作為三大最主要能源之一，對世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人類社會進(jìn)步起著十分重要的作用。它也是我國最重要的能源之一，2008年我國煤炭產(chǎn)量已高達(dá)27.16億噸，分別占一次能源生產(chǎn)和消費(fèi)總量的76%和69%。通過直接燃燒獲取熱能是煤炭利用的最主要方式，目前，我國約有70%的原煤未經(jīng)洗選而直接用于燃燒。但有“黑色金子”美譽(yù)的煤炭并非清潔能源，據(jù)《2008年中國環(huán)境狀況公報(bào)》統(tǒng)計(jì)，2008年我國SO2排放量為2321.2萬噸，而其中由原煤直接燃燒產(chǎn)生的SO2量竟高達(dá)90%。我國的大氣污染特征呈現(xiàn)煙煤型污染，由SO2造成的酸雨危害已經(jīng)覆蓋了我國國土面積的40%，目前全國每年因SO2造成的直接和間接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)上千億元人民幣。因此，在當(dāng)前我國踐行科學(xué)發(fā)展觀的大環(huán)境下，把燃煤脫硫問題列入潔凈煤技術(shù)的研究項(xiàng)目，大力開展煤炭燃前脫硫研究，推廣脫硫技術(shù)，對堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展道路具有全局性的深遠(yuǎn)意義。1.煤中硫的賦存狀態(tài)及我國煤中硫的分布

煤中硫脫除的難易程度主要取決于其在煤中的賦存狀態(tài)。按賦存狀態(tài)的不同，煤中硫劃分為無機(jī)硫和有機(jī)硫兩種：無機(jī)硫以硫化物和硫酸鹽形式存在，約占全硫含量的60～70%；有機(jī)硫以硫醇、硫醚、噻吩等形式存在，約占全硫含量的30～40%。統(tǒng)計(jì)資料表明，在我國煤中硫的組成成分是以硫鐵礦為主。雖然，我國煤炭資源從總體上看，含硫不高，煤層平均含硫0.9%，但是煤中硫含量的變化甚大，從最低含硫量0.04%，到最高含硫量9.62%均有，其中約有30%含硫量不小于2%。從地域上看，我國高硫煤主要集中在湖北、重慶、四川、山東、廣西和陜西等省的部分礦區(qū)?？傊?，我國煤中硫分分布特點(diǎn)是：南方煤中硫分較高，尤其以西南地區(qū)煤中硫分最高，北方煤田的下部煤層硫分相對較高。2.煤的燃前脫硫方法煤炭燃燒前脫硫是在煤炭燃燒前就脫除煤中硫分，避免燃煤中硫的形態(tài)的改變，減少煙氣中硫的含量，進(jìn)而減輕對環(huán)境造成的污染。目前，煤的燃前脫硫方法不下數(shù)十種，按脫硫的基本原理可以劃分為三大類:(1)物理脫硫、(2)化學(xué)脫硫(3)微生物脫硫。2.1物理脫硫法

考慮到目前我國的基本國情、高硫煤的分布特點(diǎn)、煤中硫的組成及其賦存狀態(tài)等因素，對煤炭進(jìn)行脫硫以解決SO2帶來的環(huán)境污染問題，最有效的途徑就是在煤炭的洗選過程中，大力推行技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理的潔凈煤技術(shù)。物理法是當(dāng)前我國應(yīng)用最廣泛的脫硫方法，包括重力分選、浮選、磁選等多種方法，其工藝成熟、成本低，是脫除煤中無機(jī)硫最經(jīng)濟(jì)、最有效的技術(shù)手段。2.1.1重力分選脫硫

煤中黃鐵礦的密度一般在3.2～3.4g/cm3之間，而煤中有機(jī)質(zhì)的密度均在1.8g/cm3以下，作為目前廣泛采用的一種物理脫硫方法——重力分選法，就是按照煤和黃鐵礦之間這種密度的顯著差異實(shí)現(xiàn)脫硫的。常見的重力分選脫硫設(shè)備及脫硫率見表1。設(shè)備粒度（mm）脫硫率（St,d）使用規(guī)模搖床6～037.18工業(yè)生產(chǎn)離心搖床13～070工業(yè)生產(chǎn)螺旋分選機(jī)2～050～60工業(yè)生產(chǎn)水介旋流器0.5～067.07工業(yè)生產(chǎn)重介旋流器45～053.74～72.12工業(yè)生產(chǎn)表1重力分選脫硫設(shè)備研究表明，在重力選煤脫硫設(shè)備中某種新研制的小直徑的重介質(zhì)旋流器組的有效分選下限可達(dá)0.044mm，0.5～0.044mm粒級分選精度Ep值達(dá)0.045～0.06，黃鐵礦理論脫硫率可達(dá)85～95%。2.1.2浮選法脫硫

對于用重力選礦方法難以處理的呈細(xì)粒和微細(xì)粒嵌布于煤中的黃鐵礦，浮選法通常被優(yōu)先考慮。常用浮選脫硫有3種方法：多段浮選、抑制黃鐵礦浮煤、在抑煤的同時(shí)浮選黃鐵礦。但常規(guī)浮選的選擇性不高，黃鐵礦硫的脫除效果差，這主要是由于黃鐵礦的疏水性及煤與黃鐵礦的連生體的機(jī)械夾帶，使得黃鐵礦微粒被水帶入精煤中而引起的。針對該問題，中國礦業(yè)大學(xué)礦物加工工程研究中心積十多年經(jīng)驗(yàn)，成功研究開發(fā)了浮選高效脫硫的關(guān)鍵技術(shù)設(shè)備——旋流微泡浮選柱，并在中梁山選煤廠得到實(shí)際應(yīng)用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。而Ayhanemirbas通過柱浮選與傳統(tǒng)浮選脫硫?qū)嶒?yàn)效果的比較，進(jìn)一步指出柱浮選是最有效的煤炭脫硫方法之一。2.1.3高梯度磁選、靜電分選脫硫高梯度磁選燃煤脫硫是一種物理選煤技術(shù)，其基本原理是利用煤(逆磁性)和煤系黃鐵礦及其它灰分礦物質(zhì)(順磁性)磁性質(zhì)的差異，在具有強(qiáng)大磁場力的分選空間中實(shí)現(xiàn)炭與煤系黃鐵礦和部分礦物質(zhì)的分離，從而達(dá)到脫硫、脫灰的目的。朱復(fù)青和朱申紅利用SLON-100立環(huán)脈動高梯度磁選機(jī)進(jìn)行的濕法磁選表明，燃煤磁選脫硫、脫灰的可行性，工業(yè)應(yīng)用前景很好[3]。靜電分選法之所以能用于煤炭脫硫，是因?yàn)閹О雽?dǎo)體性質(zhì)的黃鐵礦有較高的介電常數(shù)和導(dǎo)電率，而煤中有機(jī)質(zhì)的介電常數(shù)和導(dǎo)電率卻較低，兩者間這種明顯的電性差異是靜電選煤脫硫的基本前提。路陽等[4]根據(jù)摩擦電選原理，在實(shí)驗(yàn)室流程實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，探索了利用模型機(jī)進(jìn)行皖南煤的分選，脫硫率達(dá)到85.78%。雖然目前電磁選煤脫硫并未獲得大范圍的工業(yè)應(yīng)用，但從其選別機(jī)理來看，它具有發(fā)展為高效合理的選煤手段的潛力。2.1.4微波脫硫

作為一種新興技術(shù)，微波技術(shù)的作用領(lǐng)域不再只局限于軍事方面，目前其應(yīng)用已涵蓋至工業(yè)、農(nóng)業(yè)、家電、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，同時(shí)它也逐步進(jìn)入了煤炭行業(yè)，并有著廣闊的應(yīng)用前景。微波脫硫的原理是將含黃鐵礦的煤置于微波下進(jìn)行照射，微波被煤中黃鐵礦有選擇性地吸收，其能量被轉(zhuǎn)化為熱量，又由于黃鐵礦的受熱速度是煤的1.6～2.9倍，黃鐵礦溫度迅速升高，進(jìn)而在高溫作用下轉(zhuǎn)變?yōu)榇判愿鼜?qiáng)的磁性黃鐵礦，硫則變成硫化氫而釋放出來，然后再分別對這兩種易處理形態(tài)的硫化物采取相應(yīng)的措施即可實(shí)現(xiàn)對煤炭的有效脫硫。有關(guān)試驗(yàn)表明，微波脫硫的效果比較顯著，無機(jī)硫的脫除率為31.98%，有機(jī)硫的脫除率為6.96%。因此，有理由相信，隨著技術(shù)及相關(guān)工藝的成熟發(fā)展，微波脫硫技術(shù)若得到工業(yè)應(yīng)用，必將對煤炭利用同時(shí)取得良好的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生巨大作用。2.2化學(xué)脫硫法

對于煤炭中物理脫硫法不能脫除的有機(jī)硫，通過化學(xué)脫硫法能獲得較好的脫除效果，其有機(jī)硫脫除率一般為25～70%。目前，煤的化學(xué)脫硫在世界范圍內(nèi)已經(jīng)取得了大量的實(shí)驗(yàn)研究成果，據(jù)已報(bào)道的眾多的化學(xué)脫硫技術(shù)資料，化學(xué)脫硫法大體可分為堿處理法、氧化法、溶劑萃取法、熱解法等幾大類。雖然這些化學(xué)脫硫方法是脫除煤中幾乎全部無機(jī)硫和部分有機(jī)硫的有效途徑，但大都需在強(qiáng)堿、強(qiáng)酸或強(qiáng)氧化劑和高溫高壓的條件下進(jìn)行操作，工藝費(fèi)用高昂，且還會在一定程度上對煤有機(jī)質(zhì)的化學(xué)特性產(chǎn)生破壞。E.Jorjani等以伊朗Tabas礦所采煤樣為研究對象，通過不斷探究提出了一種經(jīng)濟(jì)高效且反應(yīng)條件溫和的化學(xué)脫硫方案：先以“PAA+空氣”對煤樣進(jìn)行氧化預(yù)處理，后用丁醇鈉作最終脫硫處理。其試驗(yàn)表明，破碎至300微米以下的煤樣經(jīng)此法處理后硫鐵礦的脫除率高達(dá)81%、有機(jī)硫脫除率為49%、全硫脫除率高達(dá)65%。2.3微生物脫硫法

微生物煤炭脫硫是在創(chuàng)造出適宜的含微生物流體湍流流動狀態(tài)的條件下，利用微生物氧化和表面改性原理將煤炭中的硫脫除的技術(shù)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)條件溫和，能專一地脫除煤中結(jié)構(gòu)復(fù)雜、嵌布粒度極細(xì)的無機(jī)硫，同時(shí)又能脫除部分有機(jī)硫，研究顯示，黃鐵礦脫除率高達(dá)90%，有機(jī)硫可脫除40%；另外，通過微生物的處理，還可更大限度的獲得煤炭的潛在熱值及降低煤炭中的灰分含量。國內(nèi)外在煤炭微生物脫硫方面進(jìn)行了大量的研究，并取得了具有一定價(jià)值的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。張明旭等以純凈的煤和煤系黃鐵礦人工配制的煤樣作為浮選入料，進(jìn)行了幾種新型微生物作為生物抑制劑，在浮選過程抑制黃鐵礦浮出的脫硫研究，并通過比較同一煤系的實(shí)際高硫煤的不同脫硫效果，得出了不同的細(xì)菌作用下黃鐵礦的嵌布粒度以及解離度對該方法的影響規(guī)律。張悅秋、謝廣元等的關(guān)于氧化硫硫桿菌的馴化實(shí)驗(yàn)也表明，通過利用微生物氮代謝作用的特點(diǎn)，在適宜營養(yǎng)成分的培養(yǎng)基下，馴化后的氧化硫硫桿菌對煤中硫鐵礦的脫除率能明顯的提高。IsabelCristinaCardona和MarcoAntonioMárquez對嗜酸性氧化硫硫桿菌與嗜酸性氧化亞鐵硫桿菌進(jìn)行聯(lián)合培養(yǎng)，并利用電子顯微掃描和FTIR等手段分析了該混合菌對煤的脫硫過程。試驗(yàn)結(jié)果表明，該混合菌在適宜的培養(yǎng)條件下能有效地脫除煤中的黃鐵礦，脫硫率最高達(dá)到95%。試驗(yàn)還指出，根據(jù)煤中硫的轉(zhuǎn)化過程來制定合理的微生物脫硫方案能有效地提高脫硫率。3煤炭燃前脫硫應(yīng)用現(xiàn)狀物理法是煤炭燃前脫硫三種方法中最成熟的一種，其工藝簡單、成本低，也是目前唯一得到了普遍工業(yè)應(yīng)用的脫硫法。但是該法只能用于嵌布粒度不太細(xì)的無機(jī)硫的部分脫除，對有機(jī)硫更是束手無策的，而且當(dāng)分選設(shè)備在單獨(dú)使用時(shí)往往得不到理想的脫硫效果。為此，研究人員通過大量試驗(yàn)采用成熟的分選設(shè)備以及適當(dāng)組合，確定出了系列合理的工藝流程。其中，微細(xì)介質(zhì)重介質(zhì)旋流器分選工藝是目前已工業(yè)應(yīng)用、效果最佳的脫硫方法，且在各國廣泛采用，均收到了極好的經(jīng)濟(jì)效益。另外，中國礦業(yè)大學(xué)也提出高硫煤洗選脫硫的最佳工藝是圓筒重介質(zhì)旋流器和微泡浮選的合理配合的方案，該工藝在中梁山礦務(wù)局選煤廠得到