高硫煤資源利用研究進展

聶忠華

摘要：隨著礦產(chǎn)資源逐漸開發(fā)利用，我國的煤炭資源不斷減少，為實現(xiàn)我國礦產(chǎn)資源綠色持續(xù)發(fā)展，高硫煤高效綜合利用變得至關(guān)重要。本文闡述了我國高硫煤的分布特征、研究現(xiàn)狀以及高硫煤清潔利用的方法，以期為我國高硫煤的高效利用研究提供借鑒。

關(guān)鍵詞：高硫煤;分布特征;清潔利用;研究進展

Abstract： With the gradual development and utilization of mineral resources， China's coal resources continue to decrease. In order to realize the green and sustainable development of China's mineral resources， the efficient and comprehensive utilization of high sulfur coal has become crucial. This paper describes the distribution characteristics， research status and clean utilization methods of high sulfur coal in China， in order to provide reference for high sulfur coal efficient utilization research in China.

Key words： high sulfur coal;distribution characteristics;clean utilization;research progress

0? 引言

煤炭作為我國最重要的一次性能源，對我國的經(jīng)濟發(fā)展顯得額外重要，據(jù)相關(guān)研究報告顯示，我國的煤炭儲量達到世界煤炭儲量的十分之一以上，豐富的煤炭資源使得煤炭工業(yè)在未來30年內(nèi)對我國社會經(jīng)濟穩(wěn)步發(fā)展擁有非常重要的地位。但是，我國煤炭總儲量中有三分之一的煤屬于含硫量較高的高硫煤，此種煤在使用過程中會因有害雜質(zhì)燃燒產(chǎn)生出大量的污染環(huán)境的含硫物質(zhì)的有毒物質(zhì)，大量的有毒物質(zhì)排放到空氣中將以酸雨、霧霾等形式污染我們的生活環(huán)境，每年受此類污染將給我國帶來巨大的經(jīng)濟損失。因此，科學(xué)有效的利用好高硫煤資源對于我國經(jīng)濟綠色發(fā)展和環(huán)境保護意義重大[1～4]。

1? 我國高硫煤的分布

我國的煤炭資源較為豐富，煤炭資源總量居世界第三，我國煤炭資源雖然較為豐富，但是我國煤炭資源的消耗量也非常巨大，多年來對煤炭資源的開采，我國優(yōu)質(zhì)煤資源逐年降低，因此，不得不對含硫量較高的高硫煤進行開發(fā)利用。

我國高硫煤現(xiàn)已探明儲量約為六百多億噸，約占總煤儲量的百分之八左右。毋容置疑，高硫煤將成為一種潛在經(jīng)濟價值巨大的煤炭資源。我國煤炭資源分布特征為“西多東少，北多南少”，然而，高硫煤的分布與之相反，在南方煤炭資源較少的地區(qū)往往高硫煤含量較多，呈現(xiàn)出從東北向西南增加的趨勢，內(nèi)蒙古自治區(qū)東北部一帶煤炭中硫含量低于1.00%，由此往南，華北各煤田的煤炭硫含量約為1.50%，而且隨煤層深度增加硫含量逐漸升高，華東地區(qū)山東、安徽、浙江等地主要以海陸交互相沉積的晚二疊世樂平煤系為主，煤中硫含量大于2%，湖南、湖北、廣東、廣西等中南地區(qū)煤炭資源較少地區(qū)，煤炭中含有大量有機硫和黃鐵礦，硫含量普遍高于2.00%，廣西壯族自治區(qū)的煙煤和無煙煤硫分甚至高于4%，西南云貴川等地主要以有機硫為主的高硫煤，其中硫含量為3～5%[5]。

2? 高硫煤中硫的形態(tài)

硫通常是以有機硫和無機硫的形式存在煤炭里，其中無機硫又包括：硫酸鹽、硫化物和單質(zhì)硫。在我國眾多煤種中，通?？吹降牧蚴且蚤W鋅礦、黃銅礦、黃鐵礦等硫化物形式存在的硫，而黃鐵礦又是其中最常見的硫化物，通常占全硫的50%以上，黃鐵礦的形成受不同階段、不同沉積環(huán)境和生長空間的影響呈現(xiàn)形態(tài)多樣，可分為透鏡狀、浸染狀、脈狀、條帶狀等;我國以硫酸鹽形式存在的硫的高硫煤種并不多，通常所見的有硫酸鹽種類或脫硫產(chǎn)物中硫的最終硫酸鹽形態(tài)兩種，如硫酸鈣、硫酸鎂等;而以單質(zhì)硫形式存在的種類硫更為少見，這種單質(zhì)硫成煤是被氧化所形成的。我國以有機硫成分存在的高硫煤僅在我國西南偏遠地區(qū)較為常見，其主要來源是植物或者微生物的蛋白質(zhì)，有機硫組成并不固定，組成較為復(fù)雜，主要有二硫化物、硫化物、硫醚、噻吩類雜環(huán)硫化物及硫醌化合物等形式[6～7]。

3? 高硫煤的賦存狀態(tài)

煤炭在成煤過程受周圍環(huán)境和成煤物質(zhì)的不同使得煤炭含有不同種類的雜質(zhì)，高硫煤的形成是因為成煤時海水以及成煤植物中含有大量硫，使得成煤后煤中含硫量較高，通常情況下，因海水中含有大量硫化物質(zhì)，因此往往陸相沉積而生成的煤比有海水參與的濱海相以及海陸交互相生成的煤硫含量要低的多，根據(jù)研究報告表明，煤炭中硫的含量還與煤層頂板巖石沉積環(huán)境有直接的聯(lián)系，與煤層上覆頂板、下伏底板以及煤層內(nèi)部的夾矸受咸水、半咸水影響關(guān)系密切[5]。

4? 高硫煤的研究現(xiàn)狀

4.1 從高硫煤中回收黃鐵礦

根據(jù)我國高硫煤中硫鐵礦形態(tài)的特點，以及我國巨大硫需求量，從高硫煤中回收黃鐵礦資源成為我國資源綜合利用的有效途徑，李曉華等對含硫煤矸石利用跳汰粗選和搖床、旋流器分選進行選礦試驗研究，試驗可獲得硫精礦品位達到32%以上，同時回收率達到80%以上，試驗效果十分顯著有效回收了煤矸石中的黃鐵礦。孟繁瑰等人對某高硫煤通過跳汰一旋流器一搖床的選礦流程工藝，最終獲得了含硫品位為36.76%的硫精礦，為高硫煤的高效回收提供有效的借鑒[6～10]。

4.2 高硫煤脫硫工藝

目前，我國煤炭的利用主要是生活用煤和工業(yè)用煤，不管是生活用煤還是工業(yè)用煤，在煤炭的直接燃燒過程中都會產(chǎn)生大量含硫污染物排放到空氣中去，針對此類污染問題，通常會在煤炭燃燒前、燃燒時、燃燒后進行脫硫處理從而降低對環(huán)境的污染，燃燒前脫硫處理顧名思義就是采用化學(xué)、物理、生物等方法在煤炭燃燒前對其脫除有害硫凈化處理，達到有害雜質(zhì)不進入燃燒爐從而不產(chǎn)生有毒物質(zhì)的目的;煤炭燃燒過程中脫硫是通過往燃料中添加固硫劑使有害雜質(zhì)燃燒時不產(chǎn)生氣體污染物而是生成固態(tài)的含硫物，再對固體含硫物進行處理，從而減少有害雜質(zhì)的排放;燃燒后脫硫是指燃燒產(chǎn)生的煙氣通過堿液吸收的方法降低其中的有毒物質(zhì)，達到有害物質(zhì)達標后排放的效果[10～16]。

5? 高硫煤的清潔利用

5.1 高硫煤合成氨

目前我國還存在較多的微小企業(yè)仍然用高硫煤常壓固定床煤氣化來合成氨，該技術(shù)雖然增加了我國高硫煤資源利用率，但是該技術(shù)也存在原煤利用效率較低，操作流程復(fù)雜，相對產(chǎn)氣量比較低等一定問題。隨著技術(shù)水平的提高，更加高效的航天爐粉煤加壓氣化技術(shù)將取代較為原始的固定床煤氣化技術(shù)，該技術(shù)不僅淘汰了間歇式造氣爐，還提高了氨合成產(chǎn)能，使得原煤利用效率大幅提高，從而提高了高硫煤資源的高效利用，推動了我國現(xiàn)代煤化工技術(shù)的發(fā)展[17]。

5.2 高硫煤制備清潔汽油

我國石油天然氣資源較少，此類資源主要以海外進口為主，為緩解我國石油資源短缺的問題，以高硫煤為原料，利用MTG技術(shù)合成甲醇，然后再將甲醇合成清潔車用燃料，該產(chǎn)品各項指標經(jīng)達到國際標準水平，有效提高了我國高硫煤的利用率的同時又能減少我國石油的進口量。

5.3 高硫煤制烯烴

利用高硫煤合成甲醇制備乙烯、丙烯等烯烴技術(shù)是一項清潔環(huán)保的煤炭高效利用技術(shù)。該技術(shù)充分利用氣化、凈化將高硫煤中的硫脫離出來，將脫離出來的硫綜合回收，而經(jīng)過凈化、除雜后的氣體用于加工制備成烯烴，從而達到綜合利用的目的。因此，高硫煤制烯烴對高硫煤潔凈利用具有重要意義，有效提高了劣質(zhì)煤資源的清潔利用[8、18]。

5.4 高硫煤IGCC發(fā)電

IGCC技術(shù)是將煤氣化和高效聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)相結(jié)合，使煤在氣化爐中氣化成為較低熱值的煤氣，經(jīng)灰分、含硫化合物、重金屬等有害物質(zhì)的處理后，通過在燃氣一蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組中燃燒和做功，最終產(chǎn)生電能。IGCC發(fā)電技術(shù)講成為未來高硫煤清潔應(yīng)用的重要途徑，對高硫煤資源高效利用具有至關(guān)重要的作用[19]。

6? 結(jié)論

我國擁有豐富的高硫煤資源，隨著資源的逐漸匱乏，如何全面認識高硫煤及其高效利用高硫煤顯得格外重要，傳統(tǒng)的處理方法不能改善高硫煤的重大價值，應(yīng)該根據(jù)我國高硫煤性質(zhì)特征和各地區(qū)的實際情況，研究出適合我國高硫煤開發(fā)的相關(guān)政策和技術(shù)方法，采用更加高效的技術(shù)方法來提高其綜合利用率，實現(xiàn)我國高硫煤資源的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻：

[1]張衛(wèi)國，朱勇.我國高硫煤資源研究[J].廣州化工，2014，42（02）：24-25.

[2]黃祥寬.高硫煤采前脫硫技術(shù)研究[J].潔凈煤技術(shù)，2015，21（06）：26-29.

[3]杜煥銅，師文虎，石磊，鄧啟蒙，李飛.高硫煤矸石綜合利用探討[J].煤炭加工與綜合利用，2014（11）：67-69.

[4]關(guān)多嬌，徐有寧.適合我國國情的煙氣脫硫技術(shù)探討[J].環(huán)境保護，2005（08）：53-56.

[5]戴和武，陳文敏.中國高硫煤的特征和利用[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，1989（05）：30-35，62.

[6]崔建會.高硫煤中有機硫的賦存結(jié)構(gòu)研究[D].安徽工業(yè)大學(xué)，2019.

[7]李曉華.高硫煤矸石中回收黃鐵礦的可選性研究[J].潔凈煤技術(shù)，2010，16（06）：61-63.

[8]胡穎，沈怡青，胡維淳，岳廣傲.高硫煤的清潔利用[J].煤炭加工與綜合利用，2017（07）：87-89.

[9]曹長江.高硫煤的脫硫工藝研究[D].天津大學(xué)，2006.

[10]徐杰，劉向榮，杜志鵬，黃洪.兩種微生物對山西高硫煤脫硫的最優(yōu)工藝條件[J].煤炭轉(zhuǎn)化，2019，42（02）：90-96.

[11]熊明金，黃葉鈿，符劍剛，趙迪，王曉波.高硫煤深度浮選聯(lián)合化學(xué)氧化脫灰脫硫提質(zhì)研究[J/OL].潔凈煤技術(shù)：1-22[2020-05-19].

[12]王騫.高硫煤搖床-離心分選聯(lián)合脫硫降灰試驗研究[D].內(nèi)蒙古科技大學(xué)，2019.

[13]劉佳，陳文輝，李讓，孫睿，李帥.復(fù)雜高硫煤堿處理化學(xué)脫硫及機理初探[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，2019，46（02）：38-41，46.

[14]劉佳，陳文輝，周媛，涂騰芳，李帥.西南某高硫煤泥浮選脫硫試驗研究[J].煤炭加工與綜合利用，2018（07）：75-78，9.

[15]李克建，史士東.高硫煤全氯乙烯脫硫新工藝[J].煤炭轉(zhuǎn)化，1992（03）：16-21.

[16]陳文輝，劉佳，孫睿，李讓，李帥.復(fù)雜高硫煤化學(xué)脫硫試驗研究[J].煤炭技術(shù)，2018，37（09）：371-374.

[17]張亞茹，潘春博，張花剛.煤氣爐試燒高硫煤在合成氨系統(tǒng)中的應(yīng)用總結(jié)[J].中氮肥，2016（02）：34-37.

[18]武永光.高硫煤的化工潔凈利用[J].廣東化工，2013，40（03）：81-82.

[19]張化，韓迎新.我國高硫煤利用與IGCC發(fā)展前景[J].中國石油和化工標準與質(zhì)量，2012，32（01）：32-33，30.