選煤脫硫技術(shù)

姬 麗，付汝三，何仁清，朱 銘

1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)化工學(xué)院，江蘇徐州 221116 2.中國(guó)石油大學(xué)石油工程學(xué)院，山東青島 266555

1 概述

煤炭脫硫技術(shù)可以分為3種：煤燃燒前脫硫、燃燒中脫硫、燃燒后脫硫。

煤燃燒前脫硫是指在煤燃燒前通過(guò)采用選煤技術(shù)、水煤漿技術(shù)、型煤技術(shù)、動(dòng)力煤配煤技術(shù)等技術(shù)方法對(duì)煤炭?jī)艋?，使煤炭的硫分和灰分降低，進(jìn)而減少煤炭燃燒時(shí)的二氧化硫的排放量。燃燒中脫硫是指在煤燃燒時(shí)向爐內(nèi)噴入鈣系和添加固硫劑進(jìn)行脫硫。燃燒后脫硫（又稱煙氣脫硫）是指對(duì)煤燃燒后排出的氣體進(jìn)行凈化以減少二氧化硫的含量。

煤燃燒前脫硫，尤其是選煤脫硫是降低煤的含硫量的重要途徑。選煤作為潔凈煤技術(shù)的源頭，既能脫硫降灰，又能提高熱能的利用率，而且選煤脫硫的費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)低燃燒中和燃燒后脫硫。所以，近年來(lái)國(guó)家在選煤脫硫方面的投資大大增加。

2 選煤脫硫技術(shù)

煤炭中的硫分為有機(jī)硫和無(wú)機(jī)硫。有機(jī)硫在煤中與碳原子以共價(jià)鍵結(jié)合，以噻吩型、硫化物型和硫醇型等形態(tài)存在，并且以噻吩型為主。無(wú)機(jī)硫以礦物質(zhì)形態(tài)存在，其大部分是以黃鐵礦形態(tài)存在，還會(huì)有少量的硫酸鹽和單質(zhì)硫。有機(jī)硫和無(wú)機(jī)硫相比，脫除有機(jī)硫要比無(wú)機(jī)硫困難。

選煤脫硫可分為物理脫硫、化學(xué)脫硫、生物脫硫、溫和凈化脫硫。

2.1 物理脫硫技術(shù)

物理脫硫主要是重力選煤脫硫，也包括電磁選煤脫硫和揀選脫硫。

重力選煤即跳汰選煤、重介質(zhì)選煤、空氣重介質(zhì)流化床干法選煤、風(fēng)力選煤、斜槽和搖床選煤等。重力選煤脫硫是利用煤中有機(jī)質(zhì)和硫鐵礦的密度差異使兩者分離的方法。它是物理選煤脫硫的主要方法。重力選煤脫硫方法可以經(jīng)濟(jì)地除去大塊黃鐵礦，但不能脫除煤中有機(jī)硫。

電選是利用煤和礦物質(zhì)介電性質(zhì)的不同而進(jìn)行的分選。根據(jù)帶電方式的不同將電選機(jī)分為3類：摩擦靜電分選機(jī)、靜電分選機(jī)、高壓分選機(jī)。其中，摩擦靜電分選機(jī)能有效去除煤中的黃鐵礦。

磁選脫硫主要是指高梯度強(qiáng)磁分離煤脫硫。煤中的有機(jī)硫一般與可燃有機(jī)物結(jié)合在一起，呈逆磁性，無(wú)機(jī)硫則具有較強(qiáng)的順磁性。物質(zhì)進(jìn)入高梯度強(qiáng)磁場(chǎng)后，由于不同物質(zhì)在磁場(chǎng)中受力的不同而產(chǎn)生分離，實(shí)現(xiàn)脫硫。

2.2 化學(xué)脫硫技術(shù)

化學(xué)脫硫方法分為物理化學(xué)脫硫（即浮選脫硫）和純化學(xué)脫硫。

浮選脫硫是根據(jù)煤和硫化物礦物表面的親水性或疏水性的差別，利用浮選機(jī)或浮選柱作分選設(shè)備,通過(guò)加入適當(dāng)?shù)乃巹﹣?lái)達(dá)到脫硫目的，脫硫率達(dá)53%左右。浮選脫硫是在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上最為可行的脫硫方法之一，尤其是浮選柱特別適合脫除煤中的黃鐵礦。

純化學(xué)脫硫包括堿法脫硫、氣體脫硫、熱解與氫化脫硫、氧化法脫硫。堿法脫硫是在煤中加入氫氧化鉀和氫氧化鈉或氫氧化鈣和苛性堿，在一定的反應(yīng)溫度下使煤中的硫生成含硫化合物。氣體脫硫是在高溫下用能與煤中黃鐵礦或有機(jī)硫反應(yīng)的氣體處理煤，生成揮發(fā)性含硫氣體，從而脫除煤中的硫。熱解與氫化脫硫是先將硫轉(zhuǎn)化為硫化鈣，再轉(zhuǎn)化為可溶的硫氫化鈣，分離后達(dá)到脫硫的目的氧化法脫硫是指在酸性或氫氧化銨存在的條件下，將硫化合物在含氧溶液中氧化成易于脫除的硫和硫酸鹽，從而使煤和硫分離。

由于化學(xué)脫硫?qū)に嚄l件要求苛刻，流程復(fù)雜，投資和操作費(fèi)用高，并且發(fā)生化學(xué)反應(yīng)對(duì)煤質(zhì)有一定的影響，所以未能投入實(shí)際工業(yè)應(yīng)用。

2.3 生物脫硫技術(shù)

生物脫硫是利用特定的微生物能選擇性的氧化有機(jī)硫或無(wú)機(jī)硫的特點(diǎn)，去除煤中的硫元素。微生物脫除無(wú)機(jī)硫和有機(jī)硫的方式完全不同。

煤的生物脫硫法最初是用于研究煤中黃鐵有礦硫的脫除。脫除黃鐵礦硫的方法生物浸出法、生物表面氧化處理法、生物選擇性絮凝法等。以微生物浸出法為例闡述微生物脫除黃鐵礦硫。

微生物浸出過(guò)程是一個(gè)生物氧化過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中微生物作為一種催化劑轉(zhuǎn)化不溶性無(wú)機(jī)物黃鐵礦為可溶性形式。生物浸出通過(guò)兩個(gè)途徑進(jìn)行，即直接作用和間接作用。主要是利用嗜硫菌對(duì)黃鐵礦晶格的直接氧化作用或通過(guò)細(xì)菌代謝產(chǎn)物對(duì)黃鐵礦晶格的間接氧化作用，使不溶性黃鐵礦轉(zhuǎn)化成可溶性硫酸進(jìn)入溶液，達(dá)到脫硫的目的。

對(duì)于煤中有機(jī)硫的脫除要比無(wú)機(jī)硫困難得多，原因是：一方面煤中有機(jī)硫本身就是碳網(wǎng)中的有機(jī)組成部分，要想除去有機(jī)硫往往要破壞碳網(wǎng)結(jié)構(gòu)；另一方面有機(jī)硫本身又有不同的結(jié)構(gòu)形式，具有不同的脫硫代謝機(jī)理。因此，當(dāng)前生物脫硫的研究偏重于煤中無(wú)機(jī)硫的去除。

生物脫硫是應(yīng)用于煤炭工業(yè)的一項(xiàng)生物工程技術(shù)，具有能耗小、成本低、污染少等優(yōu)點(diǎn)，目前已成為國(guó)內(nèi)外煤炭脫硫研究開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)。

2.4 溫和凈化脫硫技術(shù)

溫和凈化脫硫的操作條件極其溫和，脫硫都在常壓、溫度不高的條件下進(jìn)行，并且凈化后煤質(zhì)幾乎不變。溫和凈化脫硫的主要方法有微波輻射法、電化學(xué)法、化學(xué)法。

當(dāng)微波照射煤時(shí)，煤中的黃鐵礦最容易吸收微波，有機(jī)硫次之，煤基質(zhì)基本上不吸收微波。煤中的硫在微波電磁場(chǎng)作用下，產(chǎn)生極化作用，從而削弱煤中硫原子和其它原子之間的化學(xué)親和力，促使煤中的硫和浸提劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成可溶性硫化物，通過(guò)洗滌從煤中除去。

煤的電化學(xué)凈化法是借助煤在電解槽發(fā)生電化學(xué)氧化反應(yīng)（陽(yáng)極區(qū)）或還原反應(yīng)（陰極區(qū)）將煤中的黃鐵礦和有機(jī)硫氧化成水可溶的硫化物（電化學(xué)氧化脫硫）或?qū)⒚哼€原脫硫后加氫（電化學(xué)還原脫硫），而達(dá)到脫硫凈化目的。Lalvani、劉旭光等人對(duì)電化學(xué)氧化脫硫進(jìn)行了大量的研究；而有關(guān)煤的電化學(xué)還原脫硫的研究很少。

煤的溫和化學(xué)凈化法是近年來(lái)發(fā)展的煤凈化高新技術(shù)，主要技術(shù)有溶劑溫和抽提、有機(jī)金屬化合物脫有機(jī)硫、單電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)脫有機(jī)硫。這些技術(shù)大都是利用有機(jī)溶劑抽提煤，能夠重點(diǎn)脫除物理法難以脫除的有機(jī)硫。

3 結(jié)論

除了以上提及的各種方法外，還有些選煤脫硫技術(shù)是把兩種方法結(jié)合起來(lái)。例如，微生物浮選脫硫工藝是把煤的浮選法與微生物處理兩者相結(jié)合，還有把微波輻射法和化學(xué)法結(jié)合起來(lái)的處理方法。在了解各種選煤脫硫技術(shù)方法的特點(diǎn)基礎(chǔ)之上，針對(duì)不同煤質(zhì)的煤，選擇合適的選煤脫硫方法，使煤炭成為潔凈、高效能源,實(shí)現(xiàn)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。

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