2007年5月廣西輕工業(yè)第5期(總第102期)GUANGXI JOURNAL OF LIGHT INDUSTRY資源與環(huán)境煤炭脫硫的研究現(xiàn)狀張東民，解慶林,張萍,章春芳(桂林工學(xué)院資源與環(huán)境工程系,廣西桂林541004)[摘要] 本文介紹了國內(nèi)外煤炭物理脫硫、化學(xué)脫硫、生物脫硫以及燃燒中固硫、燃后煙道氣脫硫等技術(shù)的歷史和現(xiàn)狀,并重點說明了煤炭微生物脫硫的影響因素和存在的問題,最后分析了煤炭脫硫技術(shù)的發(fā)展方向。[關(guān)鍵詞]煤;物理脫硫;化學(xué)脫硫;生物脫硫[中圖分類號] X701.3 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A[文章編號] 1003-2673(2007)05 - 0084-021引言MgO等粉末,使煤中的硫轉(zhuǎn)化成硫酸鹽,隨爐渣排出,可脫除煤是地球上最豐富的化石燃料之一,也是我國的最主要能50%-60%的硫。其脫硫效率受到溫度的限制，而且固硫劑的磨源。但是,我國的煤炭資源平均含硫量偏高,其中全硫含量大于制過程中需要消耗大量的能量，燃燒后增加了鍋爐的排灰量。2%的高硫煤儲量約占煤炭總儲量的1/3, 在采出的煤炭中約占采用該方法無法將所有的硫轉(zhuǎn)化成硫酸鹽,只能在- -定程度上1/6。高硫煤在加工利用時產(chǎn)生大量SO和氮化物,是形成大氣降低煙氣中的硫含量,不能從根本上解決煙氣的污染問題。此污染和酸雨的主要原因。酸雨使湖泊變成酸性,使水生生物死技術(shù)目前尚不成熟，而且存在易結(jié)渣、磨損和堵塞等難題,成本亡,也使大面積森林死亡;酸雨還會加速許多建筑結(jié)構(gòu)、橋梁、子。水壩、工業(yè)裝備、供水管網(wǎng)、動力和通訊設(shè)備等的腐蝕;酸雨還煤炭燃燒前脫硫是在煤炭燃燒前就脫去煤中硫分,避免燃會導(dǎo)致地面水成酸性地下水中的金屬含量增高，飲用這種水燒中硫的形態(tài)改變,減少煙氣中硫的含量,減輕對尾部煙道的或食用酸性河水中的魚類會對人體健康產(chǎn)生危害。煤炭中硫的腐蝕,降低運行和維護費用。燃燒前脫硫較之另兩種脫硫工藝存在還會影響煤炭加工后的產(chǎn)品(如冶金焦、合成氣等)質(zhì)量。有許多潛在的優(yōu)勢,而且符合“預(yù)防為主"的方針。因為眾多家因此,隨著人們環(huán)境保護意識的增強,對于加工利用的煤炭中庭用煤、中小鍋爐用煤量大,來源不一,不易控制,而在選煤廠全硫含量要求越來越嚴(yán)格,我國已把煤炭脫硫列為潔凈煤技術(shù)就把硫脫除到- -定范圍,從源頭進行控制。所以,燃燒前脫硫具(Clean Coal Technology ,簡稱CCT)的研究項目一。所以,煤炭有重要意義。脫硫問題是一個重要的研究課題,解決它具有重大現(xiàn)實意義。煤炭的燃燒前脫硫可以分為物理脫硫法、化學(xué)脫硫法和生2煤中硫的分布及其脫除方法物脫硫法等。2.1煤中硫的分布物理脫硫法利用煤和黃鐵礦的性質(zhì)(如表面性質(zhì)、密度、電煤炭脫硫與硫在煤炭中的賦存狀態(tài)有著密切的關(guān)系。煤炭及磁性等)差異而使它們分離,包括重選浮選、磁分離、油團聚中硫按照硫的賦存狀態(tài)可分為有機硫和無機硫,有機硫包括硫等方法。該方法工藝較簡單,投資少,可以脫除50%左右的黃醇、硫醚和噻酚硫,約占全硫含量的60%~-70%;無機硫包括黃鐵礦,而對煤質(zhì)中高度分散的黃鐵礦作用不大，且不能脫除煤鐵礦硫、硫酸鹽硫和單質(zhì)硫,約占全硫含量的30%-40% ,黃鐵炭中的有機硫。礦(FeS2)是煤炭中硫的主要組成部分。化學(xué)脫硫法是利用不同的化學(xué)反應(yīng),將煤炭中的硫轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌螒B(tài),而使它們從煤中分離出來。在眾多的化學(xué)脫硫方法2.2煤中硫的脫除方法按照脫硫工序在煤炭利用過程中所處階段的不同,煤碳脫中,目前經(jīng)濟技術(shù)效果較好的,且頗具應(yīng)用前景的主要是堿法硫可以分為燃燒前脫硫、燃燒中脫硫和燃燒后脫硫。脫硫和溶劑萃取脫硫工藝。新開發(fā)的溫和的化學(xué)脫硫法主要有煤炭燃燒后脫硫又稱煙道氣脫硫(Flue Gas Desulphur-輻射法、電化學(xué)法等?；瘜W(xué)脫硫方法雖然能脫除無機硫和一部izaion,簡稱FGD),是指對燃燒后產(chǎn)生的氣體進行脫硫。按產(chǎn)分有機硫,但有兩個致命缺點,一是大多數(shù)化學(xué)脫硫法是在高物是否回收.煙道氣脫硫可分為拋棄法和回收法;按照脫硫過溫、高壓和強氧化-還原條件下進行的，并使用不同氧化劑,故程的干濕性質(zhì)又可分為濕式脫硫、干式脫硫和半干式脫硫;按設(shè)備及操作費用顯著提高;二是由于在這樣的反應(yīng)條件下,煤脫硫劑的使用情況,可分為再生法和非再生法。FCD 法技術(shù)上的結(jié)構(gòu)煤的粘結(jié)性被破壞,熱值損失大,因而使所凈化煤的用比較成熟,屬末端治理,經(jīng)過小試和中試已投入工業(yè)運行。盡管途受到了限制,難于在工業(yè)上大規(guī)模應(yīng)用。脫硫率可高達(dá)90%,但工藝復(fù)雜,運轉(zhuǎn)費用高,副產(chǎn)品難以處中國煤化工金技術(shù)發(fā)展而來的,是置。在極100C.常壓),利用氧煤炭燃燒中脫硫(固硫)是在采用低溫沸騰床層燃燒比-THCN M H G低能耗的脫碗方法。它800~ 850C )的過程中,向爐內(nèi)加入固硫劑如CaCO3、CaO或不僅生產(chǎn)成本低,而且不會降低煤的熱值,還能脫除煤中有機[作者簡介]張東民(1973-),男,黑龍江拜來人,現(xiàn)為桂林工學(xué)院資源與環(huán)境工程系環(huán)境工程專業(yè)在讀碩士研究生,研究方向:水污染控制。84硫,從而引起了世界各國的廣泛關(guān)注。盡管煤炭生物脫硫目前團,而硫鐵礦和其它雜質(zhì)吸附細(xì)菌,仍分散在礦漿中,從而實現(xiàn)還處于試驗階段,但它在經(jīng)濟上很有競爭力,是- -種很有前途脫硫。該法較新,應(yīng)用較少,還有待于進一一步研究和推廣。的煤炭燃燒前脫硫方法。3煤炭微生物脫硫的影響因素國內(nèi)目前對微生物煤炭脫硫研究較多的是脫除黃鐵礦硫,影響微生物生長活動和脫硫效果的主要因素有溫度、煤的且僅限于試驗室小型試驗，對大規(guī)模培養(yǎng)微生物研究得較少,粒度、孔隙度和煤漿濃度等物理因素以及pH值、細(xì)胞濃度等而微生物如何及時供應(yīng)也是影響煤炭脫硫的一個重要方面,對生化因素。脫除有機硫的研究國內(nèi)尚處于起步階段。國外對微生物脫除煤(1)溫度:溫度應(yīng)根據(jù)所用菌種生理特性而定,如氧化硫中硫的研究,不僅進行了脫除黃鐵礦硫的研究工作,在有機硫硫桿菌(T.thiooxidans菌)最適生長溫度在30C左右。同時也的脫除方面也取得了很大進展。應(yīng)考慮到生物浸礦多為放熱反應(yīng),為避免熱量積累,保證溫度目前,常用的生物脫硫的方法有浸出法、表面氧化法和微的相對穩(wěn)定,不影響微生物的生長和活性,必要時需要有冷卻生物絮凝法7-等。設(shè)備。(1)生物浸出脫硫(2)煤炭粒度:;黃鐵礦瀝出速度與其表面積成- -級動力學(xué)生物浸出法就是利用微生物的氧化作用將黃鐵礦氧化分關(guān)系,煤顆粒越小、孔隱度越大,黃鐵礦越易瀝出。解成鐵離子和硫酸，硫酸溶于水后將其從煤炭中排除的一種脫(3)煤漿濃度:煤漿濃度過高,固相剪切力不利于微生物硫方法。具體方法是將含有微生物的水浸透在煤中,實現(xiàn)微生的生長和活動。Juszczak 等的試驗表明,煤漿濃度越低效果越物脫硫。好,最大不能超過20%(按重量記)。劉生玉、印海南等認(rèn)為,FeS2脫除的基本反應(yīng)如下(下面反(4) pH值:pH值是微生物生態(tài)環(huán)境的重要參數(shù),以Tfe-應(yīng)都是在氧化酶的參與下進行的):rooxidans菌為例，它可以承受的pH值范圍在1.5~4.5。pH2FeSz + 702+2H20→2FeSO.+ 2H.SO.(1)值小于1.5 時,微生物作用不會發(fā)生;而大于4.5時,Fe2t只發(fā)2FeSO, + 0.5 O2+ HSO.→Fex(SO,)s +2 H2O(2)生快速的化學(xué)氧化。脫硫進行的最佳pH值應(yīng)在2.0~ 3.0。FeS2+ Fe:(SO)s -→3FeSO, +2S(3)(5) Eh值:由于脫硫微生物多為需氧的化能自養(yǎng)菌,需要2S + 302+ 2H2O→2H2SO4(4)維持~ -定的氧化還原電位(Eh), 因此要保證水中適量的溶解生物浸出脫硫目前常用的反應(yīng)方式有堆浸法和漿態(tài)床流鼠。動法。堆沒法只需在煤堆上撒上含有微生物的水,通過水浸透，(6)鐵離子:T.errooxidans菌以Fe2+為能源,Fe2+被細(xì)菌在煤中實現(xiàn)微生物脫硫,生成的硫酸在煤堆底部收集,從而達(dá)氧化為Fe2+,而Fe2+作為硫化礦的氧化劑參與反應(yīng),被還原為到脫硫的目的。漿態(tài)床流動法是將煤粉碎后與細(xì)菌、營養(yǎng)介質(zhì)Fe2,如此循環(huán)下去。同時,Fe2*和Fe3還是pH值和Eh值的重一起置于反應(yīng)器內(nèi),在通氣條件下進行煤的脫硫。要影響因素。研究表明,Fe2*最佳初始濃度為3g/dm'。該法研究歷史較長,技術(shù)較成熟。優(yōu)點是裝置簡單經(jīng)濟、(7)接種濃度:研究發(fā)現(xiàn),在菌礦反應(yīng)過程中,存在最佳細(xì)不受場地限制、處理量大等。由于是將煤中硫直接代謝轉(zhuǎn)化,當(dāng)胞濃度，對Terrooxidans菌,每克黃鐵礦的最佳接種量為采用合適的微生物時,還能同時處理無機硫和有機硫,理論上106~1013.個細(xì)胞。有很大應(yīng)用價值。其缺點是處理時間較長,一般需要數(shù)周;浸出4煤炭微生物脫硫存在的問題的廢液容易造成二次污染。從目前國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r看,利用微生物脫除煤中硫的技術(shù)(2)微生物表面處理法仍處于初始研究階段,此方法目前存在如下幾個主要問題101:即表面改性浮選法。這是一種將微生物技術(shù)與選煤技術(shù)結(jié)(1)如何獲得更好更多的微生物菌株,特別是篩選到脫除合起來,開發(fā)出的- -種微生物浮選脫硫技術(shù)。該法是將煤粉碎煤中有機硫的菌株。由于目前采用的細(xì)菌多為嗜酸性菌,限制成微粒,與水混合,在其懸浮液下通人微細(xì)氣泡，使煤和黃鐵礦了黃鐵礦的脫除環(huán)境?，F(xiàn)有脫硫菌種單一,生產(chǎn)周期較長,因而表面均附著氣泡,在空氣和浮力作用下,煤和黃鐵礦- -起浮到還存在著效率不高、用菌量大等問題。水面。但是,如果將微生物加入懸浮液中,由于微生物在黃鐵礦(2)穩(wěn)定的脫硫作用。去除無機硫的微生物是以鐵或硫為表面,使黃鐵礦表面由疏水性變成親水性。與此同時微生物卻能源的獨立營養(yǎng)細(xì)菌,繁殖慢,反應(yīng)時間長,-般需要幾天或幾難以附著在煤粒表面,所以煤表面仍保持疏水性。這樣煤粒上周,難以保證脫硫工藝的穩(wěn)定性。浮,而黃鐵礦則下沉從而將煤和黃鐵礦分離,達(dá)到煤炭中脫除(3)有機硫的測定方法。目前最通用的方法是美國檢測材黃鐵礦的目的。料學(xué)會(ASTM)編號為D2492的方法。該法采用化學(xué)分析煤炭該法優(yōu)點是處理時間短,當(dāng)采用對黃鐵礦有很強專-性的樣品,測定全硫、硫酸鹽硫和硫化鐵硫,從全硫中減去硫酸鹽硫微生物(如氧化亞鐵硫桿菌)時,能在數(shù)秒鐘之后就起作用,抑和硫化鐵硫的含量,間接得到有機硫的含量。此有機硫的間接制黃鐵礦上浮,整個過程幾分鐘就完成,脫硫率較高。該法缺點定量檢中國煤化工了對結(jié)果的判斷。是煤炭回收率較低。H.CNMHG需進- -步考察,如對煤(3)微生物絮凝法熱值、衣出以機田心THm i江寸的鄉(xiāng)響。利用一種本身疏水的分歧桿菌的選擇性吸附作用,在煤漿5結(jié)語中有選擇地吸附在煤表面,使煤表面的疏水性增強,結(jié)合成絮(下轉(zhuǎn)第111頁)85能及時靈敏的對市場變化做出反應(yīng)，提高社?；鸬倪\作效除我國房地產(chǎn)的泡沫,提高房地產(chǎn)發(fā)展質(zhì)量都大有裨益。同時率。也不失為杜?；鹜顿Y組合的一種選擇。另外,我國的經(jīng)濟正2.3海外市場處于長期高速的發(fā)展時期，許多行業(yè)都需要大量的資金支持,國內(nèi)資本市場不可分散的風(fēng)險主要表現(xiàn)在兩個方面:一是社?；鹂梢詫①Y金投入到產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域,- -方 面為企業(yè)提供融資股票市場波動比較大,市場盈利率水平比較高,股息收益低;二租賃或金融租賃從而實現(xiàn)資產(chǎn)增值,同時可以將這部分投資證是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)單- ,固定收 益證券市場非常不發(fā)達(dá)，沒有任何避險券化以實現(xiàn)流動性;另- -方 面也促進我國資產(chǎn)證券化的發(fā)展。工具可以使用。這些問題不可能在短期內(nèi)解決。為抵消這些風(fēng)這些都是豐富社?；鹜顿Y品種的選擇。險,社?；鸨仨氃谙到y(tǒng)之外的投資領(lǐng)域獲得更符合其自身需社?；鸬耐顿Y不僅可以延伸到創(chuàng)業(yè)投資領(lǐng)域,還可以適求的投資機會來彌補本地市場的不足。因此,杜?；鹂梢钥紩r地進人教育領(lǐng)域。雖然我國的教育仍然是事業(yè)性質(zhì)而非產(chǎn)業(yè)慮投資到海外,因為海外有比較發(fā)達(dá)的資本市場,豐富多樣的化,但是國家對教育的投資占GDP的份額極小,絕對額遠(yuǎn)遠(yuǎn)低投資品種,健全的對沖機制,這些條件均是杜保基金投資組合于發(fā)達(dá)國家。我國的教育事業(yè),特別是在高?？蒲小⑻岣邔W(xué)生動必要組成條件。除了海外的資本市場以外投資不動產(chǎn)業(yè)是分手能力、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力以及支持大學(xué)生創(chuàng)業(yè)等方面,僅靠散風(fēng)險的一種選擇,不過對具體目標(biāo)的選擇和確定有一定的難國家的財政撥款是無法滿足眾多高校、廣大學(xué)生對教育資源的度,為此可以委托海外投資機構(gòu)代為管理或是通過海外專業(yè)投需求的。因此,教育資金的來源需要多領(lǐng)域多渠道的支持。社保資咨詢機構(gòu)的幫助做出選擇?；饟碛虚L期的資金,追求長期的保值增值,從這一點看投資2.4不動產(chǎn)市場及產(chǎn)業(yè)市場教育完全符合要求。教育市場有著穩(wěn)定收人來源,而且對人力從投資組合理論及分散風(fēng)險的角度分析,社保基金人市不資本投資的增值潛力是巨大的。從另外一個角度看，社?；鹨欢ㄒ窒抻谫Y本市場,投資工具的選擇也不- -定要局限于金投資教育將使不同階層、不同年齡段的人享受到社會保障的益融工具。當(dāng)我們都把注意力集中在資本市場的同時也許會把風(fēng)處,使得社會保障帶來的受益面覆蓋更廣。據(jù)此，為了保持這部險集中過來,因而根據(jù)經(jīng)驗設(shè)想,是否能把社?；鸬耐顿Y擴分資金的流動性,可以從金融創(chuàng)新的角度設(shè)想，創(chuàng)造-種叫做展到一些未涉及卻具有可行性的市場,如房地產(chǎn)市場、企業(yè)的“教育投資券"的金融工具,使其在二級市場上流通。這樣,在證大型設(shè)備的融資租賃、大型工程項目以及金融租賃等,甚至是券市場既多了一-種投資工具，投資者又多了一種投資選擇,教目前覺得不可行卻具有潛在可能性的市場,這樣使得社?；鹩聵I(yè)的發(fā)展也能得到的有力的資金支持而長足的發(fā)展。的巨額資金既能達(dá)到保值增值的目的又能促進另-些行業(yè)的發(fā)展。參考文獻(xiàn)目前,我國正處于房地產(chǎn)高開發(fā)時期,如能借鑒國外的成[1] 林義.社會保障基金管理[M].北京: 中國勞動社會保障出版社2002.功經(jīng)驗,通過有效的法規(guī)及管理摒棄那些失敗的做法,對于消(2]萬解秋貝政新,黃曉平，等:社會保障基金投資運營研究[M.北京:中國金融出版社,2003.(.上接第85頁)礦選礦200.16~8.(1)從經(jīng)濟角度考慮,以燃燒前脫硫成本最低,燃燒后煙[4]朱復(fù)海,孟娟朱申紅磁選技術(shù)在謀炭脫硫中的應(yīng)用].煤炭加工與道氣脫硫成本最高。結(jié)合我國實際情況,短期內(nèi)我國煤炭脫硫綜合利用,2004,1:53~56.的主攻方向?qū)⒁匀记懊摿驗橹?燃中脫硫與固硫并舉,燃后煙(5)]任雁秋鄭坤燦,張捷宇等煤的微生物脫硫的實驗研究[D].包頭鋼鐵學(xué)院學(xué)報,000.192):167~170.氣凈化為適當(dāng)補充。(2)我國大多數(shù)煤中硫主要以黃鐵礦的形式存在，而且煤[6]郭俊紅.談潔凈煤技術(shù)在煤炭工業(yè)發(fā)展中的意義和作用0D.山西能中硫的含量與粒徑有較大的關(guān)系。通常,煤的粒徑越大，則其含源與節(jié)能，2003,1:29~31.[7] 周志付,王中謙,崔振揚等燃煤微生物法脫硫研究及應(yīng)用前景0).中硫量也越高。國電力2000,33(1 1):90~92.(3)進一步開展煤中硫的分布賦存規(guī)律的研究,在此基礎(chǔ)[8]張鴻波,邊炳鑫,康華.當(dāng)前我國煤炭脫硫方法的應(yīng)用D.國外金屬礦上針對各地煤中硫的分布賦存規(guī)律的不同,分別采取不同的脫選礦,2002,8:20~22.除方法,以做到對癥下藥。[9]那世平煤炭的微生物脫硫法0.當(dāng)代礦工000.111(4)應(yīng)研究開發(fā)溫和的化學(xué)脫硫和生物脫硫方法,以降低[10] 張東晨.綠色化的謀炭生物脫硫技術(shù)及其應(yīng)用0]. 中國礦業(yè)，煤中的有機硫含量。2002,1 1(6):63~-64.[11]周志付魏德洲,王莢敏等燃煤微生物預(yù)處理浮選脫硫的研究進展中國煤化工[1]周長春,周志堅,劉炯天等微生物在煤炭脫硫中的應(yīng)用0.選煤技術(shù),2003,2:6~9.FYHCNMHG[2]林永波,于 玉澤,趙新宇.微生物技術(shù)用于紅陽三礦煤脫硫的研究0].北方環(huán)境2000.4:47~50.[3]宋志偉,陳 玉平,張鴻波。我國煤炭脫硫技術(shù)現(xiàn)狀及展望0].國外金屬111