選煤脫硫技術(shù)

姬 麗，付汝三，何仁清，朱 銘

1.中國礦業(yè)大學(xué)化工學(xué)院，江蘇徐州 221116 2.中國石油大學(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采用選煤技術(shù)、水煤漿技術(shù)、型煤技術(shù)、動力煤配煤技術(shù)等技術(shù)方法對煤炭凈化，使煤炭的硫分和灰分降低，進(jìn)而減少煤炭燃燒時的二氧化硫的排放量。燃燒中脫硫是指在煤燃燒時向爐內(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，而且選煤脫硫的費用遠(yuǎn)遠(yuǎn)低燃燒中和燃燒后脫硫。所以，近年來國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硫和無機硫。有機硫在煤中與碳原子以共價鍵結(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。無機硫以礦物質(zhì)形態(tài)存在，其大部分是以黃鐵礦形態(tài)存在，還會有少量的硫酸鹽和單質(zhì)硫。有機硫和無機硫相比，脫除有機硫要比無機硫困難。

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)濟地除去大塊黃鐵礦，但不能脫除煤中有機硫。

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分為3類：摩擦靜電分選機、靜電分選機、高壓分選機。其中，摩擦靜電分選機能有效去除煤中的黃鐵礦。

磁選脫硫主要是指高梯度強磁分離煤脫硫。煤中的有機硫一般與可燃有機物結(jié)合在一起，呈逆磁性，無機硫則具有較強的順磁性。物質(zhì)進(jìn)入高梯度強磁場后，由于不同物質(zhì)在磁場中受力的不同而產(chǎn)生分離，實現(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，利用浮選機或浮選柱作分選設(shè)備,通過加入適當(dāng)?shù)乃巹﹣磉_(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，投資和操作費用高，并且發(fā)生化學(xué)反應(yīng)對煤質(zhì)有一定的影響，所以未能投入實際工業(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硫或無機硫的特點，去除煤中的硫元素。微生物脫除無機硫和有機硫的方式完全不同。

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。

微生物浸出過程是一個生物氧化過程，在這個過程中微生物作為一種催化劑轉(zhuǎn)化不溶性無機物黃鐵礦為可溶性形式。生物浸出通過兩個途徑進(jìn)行，即直接作用和間接作用。主要是利用嗜硫菌對黃鐵礦晶格的直接氧化作用或通過細(xì)菌代謝產(chǎn)物對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。

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

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

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，煤中的黃鐵礦最容易吸收微波，有機硫次之，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)（陽極區(qū)）或還原反應(yīng)（陰極區(qū)）將煤中的黃鐵礦和有機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、有機金屬化合物脫有機硫、單電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)脫有機硫。這些技術(shù)大都是利用有機溶劑抽提煤，能夠重點脫除物理法難以脫除的有機硫。

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。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)合起來的處理方法。在了解各種選煤脫硫技術(shù)方法的特點基礎(chǔ)之上，針對不同煤質(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,實現(xiàn)社會的可持續(xù)發(fā)展。

[1]郝吉明，王書肖，陸永琪.燃煤二氧化硫污染控制技術(shù)手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001：53-83.

[2]清華紫光同興環(huán)保公司組織（編寫）.工業(yè)脫硫技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001：31-65.

[3]張東晨.微生物脫除煤炭中的黃鐵礦硫[M].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)出版社，2005：1-9.

[4]單曉云，高志芳，候亞紅.選煤技術(shù)在降低燃煤SO2污染中的作用[J].選煤技術(shù)，2004.

[5]印海南.煤炭微生物浮選脫硫新工藝[J].山西煤炭，2000，20(4)：31-34.