摘要：介紹了煤炭燃前脫硫技術(shù)現(xiàn)狀，闡明了各種技術(shù)的應(yīng)用原理和目前的應(yīng)用情況，分析了各種技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，并提出了煤炭脫硫的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：燃前脫硫,脫硫,現(xiàn)狀

在大氣污染中，工業(yè)和生活排放的二氧化硫（SO2）是主要的污染源之一。為了減少SO2 的污染，世界各國(guó)都制定了相應(yīng)的環(huán)保法規(guī)。

我國(guó)是一個(gè)煤炭資源十分豐富的國(guó)家，是世界上最大的煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)，其煤炭消費(fèi)占一次能源的70%左右。煤炭是我國(guó)分布最廣，儲(chǔ)量最多的能源資源，在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中占有極其重要的地位。能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中對(duì)煤炭的過分依賴導(dǎo)致了環(huán)境污染的加劇。我國(guó)煤炭資源的特點(diǎn)是高硫高灰煤比重大，大部分原煤的灰分含量在25%左右，約 13%的原煤含硫量高于2%，而且高硫煤的產(chǎn)量在逐年增多。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)1995 年SO2 排放量為2370 萬(wàn)t，占世界第一位。其中90%的SO2 排放與燃煤有關(guān)。我國(guó)的大氣污染特征呈現(xiàn)煤煙型污染。目前，我國(guó)已把煤炭脫硫列為潔凈煤技術(shù)的研究項(xiàng)目，中國(guó)各地區(qū)煤資源中硫的分布見文獻(xiàn)[1]。

根據(jù)控制SO2 排放的工藝在煤炭燃燒過程中的位置，可將脫硫技術(shù)分為燃燒前、燃燒中和燃燒后3 種。燃燒前脫硫主要是指選煤、煤氣化和水煤漿等技術(shù)；燃燒中脫硫指的是低污染燃燒、型煤和流化床燃燒技術(shù)；燃燒后脫硫即煙氣脫硫技術(shù)。相比而言，燃燒前脫硫更接近于標(biāo)本兼治，故本文主要就燃燒前原煤含硫量控制及脫除技術(shù)進(jìn)行分析。

1 燃前脫硫的方法及效果

煤的燃前脫硫主要是在選煤廠進(jìn)行。它是煤炭脫硫的主要途徑，可以脫除煤炭中絕大部分的硫分，有物理法、化學(xué)法、生物法三大類。

1.1 煤炭的物理脫硫

物理脫硫法是依據(jù)煤炭顆粒與含硫化合物的密度、磁性、導(dǎo)電性及其懸浮性差異而除去煤中無(wú)機(jī)硫的方法，目前已有成熟工藝和設(shè)備。物理法工藝簡(jiǎn)單，投資少操作成本低，但不能脫除煤中有機(jī)硫，對(duì)黃鐵礦硫的脫除率一般在50%左右。物理脫硫技術(shù)常見的物理脫硫方法及效果見文獻(xiàn)[2]。

(1) 按煤和黃鐵礦密度差異脫硫。這是目前煤炭燃前脫硫的主要方法，它是根據(jù)煤巖與含硫無(wú)機(jī)化合物的密度不同而將其分離的方法，比較常用的是“重力法”。

(2) 利用顆粒表面潤(rùn)濕差異脫硫。據(jù)煤中的礦物雜質(zhì)顆粒與精煤顆粒的表面性質(zhì)不同，常用“浮選法”進(jìn)行脫硫。目前還有一種“油團(tuán)聚法”的分選方法正在試驗(yàn)中。

(3) 按磁性差異脫硫。即根據(jù)煤中各組分的磁性差異采用磁選法脫硫。煤中主要的含硫物質(zhì)——黃鐵礦，雖然是順磁性的，但磁性很小，很難直接用磁選法分離。

(4) 干選（電選法）。電選法是利用煤顆粒與雜質(zhì)顆粒導(dǎo)電性的差別進(jìn)行分選的。

近幾年，美國(guó)、日本、德國(guó)及澳大利亞等國(guó)對(duì)煤炭的深度降灰脫硫開展了大量工作，如微細(xì)磁鐵礦重介旋流器、靜電選、高梯度磁選、浮選柱、油團(tuán)選、選擇性絮凝等。美國(guó)在微泡浮選柱和油團(tuán)選方面已投入工業(yè)應(yīng)用。1998 年末有選煤廠1581 座，選煤能力494.33 Mt，入選量327.63 Mt，入選率25.66%。最大煉焦煤選廠設(shè)計(jì)能力400 萬(wàn)t/年，最大動(dòng)力煤選廠設(shè)計(jì)能力1900 萬(wàn)t/年。國(guó)內(nèi)自行研制的設(shè)備已基本滿足400 萬(wàn)t/年以下各類選煤廠建設(shè)和改造需要，有些工藝指標(biāo)已達(dá)到或接近世界先進(jìn)水平。國(guó)有大中型選煤廠技術(shù)改造的主要內(nèi)容，已由過去單純注重降灰轉(zhuǎn)為降灰與脫硫并舉及回收洗矸中的黃鐵礦。

1.2 煤的化學(xué)脫硫

物理脫硫法不能脫除煤中的有機(jī)硫，化學(xué)脫硫法則可脫除部分有機(jī)硫（25%～70%）。因而化學(xué)脫硫法對(duì)于有機(jī)硫含量高和含有較多細(xì)粒分散黃鐵礦的煤的脫硫有重要意義。煤的化學(xué)脫硫方法主要是利用強(qiáng)堿、強(qiáng)酸或強(qiáng)氧化劑等化學(xué)試劑，通過氧化、還原、熱解等化學(xué)反應(yīng)將煤中的硫分轉(zhuǎn)化為液態(tài)或氣態(tài)的硫化物抽取出來(lái)從而實(shí)現(xiàn)脫硫目的。該方法大體可分為熱壓浸出脫硫、常壓氣體濕法脫硫、溶劑法脫硫、高溫?zé)峤鈿怏w脫硫、化學(xué)破碎等幾大類，部分研究成果中，還采用了微波輻射強(qiáng)化化學(xué)脫硫過程。常見化學(xué)脫硫方法及脫硫效果見文獻(xiàn)[3]。

(1) 熱壓浸出脫硫。主要有3 種方法：熱堿液浸出法, 又稱水熱法，它是用Na2CO3 4%～10%和Ca(OH)2 2%的混合水溶液為浸出劑，可將煤中硫鐵礦轉(zhuǎn)化為可溶性硫化物、硫代硫酸鹽、有機(jī)硫轉(zhuǎn)化為硫化氫，從而達(dá)到脫硫的目的； Meyers 法，該法是利用Fe2(SO4)3 中3 價(jià)鐵的氧化性將硫鐵礦轉(zhuǎn)化為可溶性的FeSO4，對(duì)有機(jī)硫不起作用；氧化法脫硫，該類方法是利用空氣在較高的溫度和壓力下氧化煤中的硫鐵礦和有機(jī)硫生成可溶性的硫酸鹽或硫酸。

(2) 常壓氣體濕法脫硫。主要有兩種方法：KVB 法和氯解法。KVB 法是在常壓下利用NO2 選擇性氧化煤中含硫組分，并以水洗或熱堿液處理后再水洗除去煤中的硫；氯解法也稱JPL 法，在氯化作用下，硫鐵礦可被氧化為氯化鐵和硫酸，有機(jī)硫可被氧化為磺酸或硫酸。

(3) 溶劑法脫硫。有熔融堿法、有機(jī)溶劑抽提法和超臨界流體萃取法3 種。熔融堿法是用熔融堿進(jìn)行脫硫，熔融堿能與煤中的礦物質(zhì)、有機(jī)硫反應(yīng)生成可溶性物質(zhì)，從而得到凈化煤，甚至可以得到超凈化煤；有機(jī)溶劑抽提法中目前比較成熟的是全氯乙烯脫硫工藝，它是利用全氯乙烯萃取煤中的有機(jī)硫，而硫鐵礦和其他礦物質(zhì)則利用重力浮沉除去，萃取液中其它烴類化合物含量小于原煤有機(jī)質(zhì)的0.5%[5]；超臨界流體萃取法用于脫硫是近年出現(xiàn)的新方法，目前還沒有工業(yè)化。

(4) 高溫?zé)峤鈿怏w脫硫。該類方法是利用加氫反應(yīng)，在高溫高壓下將煤中的硫轉(zhuǎn)化為硫化氫，以生產(chǎn)潔凈半焦為目的。該法可大幅度提高焦油、粗苯的回收率，便于化工利用。 (5) 化學(xué)破碎。該法是美國(guó)Syracuse 大學(xué)研究開發(fā)的一種干式煤炭分選法，簡(jiǎn)稱SURC 法。其原理是利用一種低分子量化合物（通常用液氨或濃氨水）迅速滲透到煤中天然裂縫中，并破壞了煤中的結(jié)合鍵，從而使煤沿著層理面以及礦物質(zhì)與煤有機(jī)質(zhì)的結(jié)合面出現(xiàn)選擇性破碎。

1.3 煤的生物脫硫

煤的微生物脫硫也是針對(duì)性強(qiáng)的脫硫方法。它是通過培育出針對(duì)含硫化合物的菌種，利用煤中含硫化合物的生物化學(xué)反應(yīng)，使含硫化合物氧化后，用酸洗、瀝濾的方法實(shí)現(xiàn)脫硫。微生物浸出用于煤脫硫，具有只需室溫、低壓的溫和條件，對(duì)煤有機(jī)質(zhì)破壞小的優(yōu)點(diǎn)，在美、德、日、俄、加、中國(guó)等均取得了許多煤微生物脫硫研究成果。歐共體在意大利建成了處理能力50 kg/h 煤微生物脫硫的示范廠，以期為該工藝商業(yè)化提供必要的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)數(shù)據(jù)。

目前煤的微生物脫硫主要有以下兩種方法：

(1) 生物浸出法。生物浸出法就是利用微生物的氧化作用將黃鐵礦氧化分解成鐵離子和硫酸，硫酸溶于水后將其從煤炭中排除的脫硫方法。

這種方法的優(yōu)點(diǎn)是裝置簡(jiǎn)單，只需在煤堆上面撒上含有微生物的水，通過水浸透在煤中實(shí)現(xiàn)微生物脫硫。生成的硫酸在煤堆的底部收集，從而達(dá)到從煤中去除硫的目的。這種方法技術(shù)上比較成熟，脫硫效率也令人滿意。由于是將煤中的硫直接代謝轉(zhuǎn)化，當(dāng)采用合適的微生物時(shí)，還能同時(shí)處理煤中的無(wú)機(jī)硫和有機(jī)硫，理論上具有很大的應(yīng)用價(jià)值。但其致命的缺點(diǎn)是處理的時(shí)間較長(zhǎng)，采用這種方法處理一批煤，一般需要30 天以上的時(shí)間，而且其浸出的廢液如果不能及時(shí)處理，很易造成二次污染。

美國(guó)匹茲堡能源研究中心利用氧化亞鐵硫桿菌對(duì)脫除煤中無(wú)機(jī)硫進(jìn)行了研究，30 天后能脫除煤中無(wú)機(jī)硫95%，美國(guó)礦務(wù)局研究所進(jìn)行放大示范試驗(yàn)，用252 天脫除黃鐵礦硫61%～68%；愛達(dá)華國(guó)家工程試驗(yàn)所生物加工技術(shù)部用伊利諾斯煤在充分氣槽水煤漿反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行脫硫，40 天后，黃鐵礦脫除率約70%。為提高浸出率，開發(fā)了空氣攪拌式反應(yīng)器、管道式和水平轉(zhuǎn)筒式反應(yīng)器等，以縮短處理時(shí)間。

(2) 表面處理法。以前研究人員認(rèn)為，用微生物處理煤炭中的硫，必須將煤炭中的硫氧化成易溶解于水的硫酸，因而多采用浸出法。但對(duì)一個(gè)火力發(fā)電廠來(lái)說，每天要將幾千噸的煤脫硫，最關(guān)鍵的是脫硫效率，即脫硫時(shí)間。為此，從 90 年代開始，日本電力工業(yè)中央研究所的研究人員把微生物處理技術(shù)與選煤技術(shù)結(jié)合起來(lái)，開發(fā)了微生物浮選脫硫技術(shù)，即微生物表面處理法。這種方法把煤粉碎成微粒并與水混合，在其懸浮液下面吹進(jìn)微細(xì)泡，煤和黃鐵礦的表面均附著氣泡。由于空氣和水的浮力作用，兩者一起浮于水面不能分開。如果將微生物加到水溶液中，由于微生物附著在黃鐵礦微粒的表面，使得黃鐵礦的表面由疏水性變成親水性，與此同時(shí)，微生物卻難以附著在煤炭顆粒表面而仍保持其疏水表面的特點(diǎn)。在浮選柱中氣泡的推動(dòng)下，煤炭顆粒上浮而黃鐵礦顆粒則下沉至底部，從而把煤和黃鐵礦分開。這種方法可以大大地縮短處理時(shí)間。實(shí)驗(yàn)表明，實(shí)驗(yàn)所采用的微生物為硫桿菌屬氧化亞鐵硫桿菌，它對(duì)黃鐵礦有很強(qiáng)的專一性，能在數(shù)秒鐘之后就起作用，顯著地抑制黃鐵礦的懸浮性。經(jīng)過3～30 min 的處理能去除約80%的黃鐵礦，并且還可去除一部分灰分。英國(guó)科學(xué)家用此法脫硫，整個(gè)過程數(shù)分鐘就可完成，脫硫率達(dá)50%，但與浸出法相比，煤炭的回收率較低。

通過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，浮選法微生物脫硫可提高煤中無(wú)機(jī)硫的去除率，但煤質(zhì)與無(wú)機(jī)含硫量的差別能顯著影響煤中無(wú)機(jī)硫的去除。無(wú)機(jī)硫含量愈高，浮選微生物脫硫效率就愈高。另外，通過經(jīng)濟(jì)分析，該技術(shù)的經(jīng)濟(jì)可行性十分顯著，運(yùn)行成本很低，脫除1 kg 硫不到0.5 元，隨著技術(shù)的發(fā)展，還可進(jìn)一步降低運(yùn)行費(fèi)用。

2 結(jié) 論

中國(guó)作為產(chǎn)煤大國(guó)，煤炭脫硫必須以發(fā)展燃前脫硫?yàn)橹�，以燃中固硫和燃后煙道氣脫硫�(yàn)檠a(bǔ)充的脫硫技術(shù)。目前，就我國(guó)實(shí)際狀況而言，短期內(nèi)燃前脫硫會(huì)以物理脫硫?yàn)橹�，而�?duì)于小于0.5 mm 的細(xì)粒煤脫硫降灰仍是煤炭脫硫的難點(diǎn)，以重選和浮選為主的煤炭洗選過程，是煤炭燃前脫硫最具規(guī)模且最經(jīng)濟(jì)的方法。而對(duì)于現(xiàn)在而言其關(guān)鍵是降低選別粒度的下限，解決超細(xì)顆粒選別問題�；瘜W(xué)方法和生物方法脫硫可以實(shí)現(xiàn)煤的深度脫硫，有待繼續(xù)深入研究和發(fā)展。本文列出的脫硫方法決非詳盡無(wú)遺，但可使讀者對(duì)該學(xué)科的現(xiàn)有研究領(lǐng)域有一個(gè)總體上的了解，但必須認(rèn)識(shí)到這些新方法同時(shí)也面臨許多問題。

參考文獻(xiàn)

[1] 李瑞. 中國(guó)煤中硫的分布[J]. 潔凈煤技術(shù)，1998(4).

[2] 蔡章，吳軍. 脫硫效果評(píng)價(jià)指標(biāo)及分析[J]. 煤炭加工與綜合利用， 1995(2).

[3] 葛嶺梅. 潔凈煤技術(shù)概論[M]. 北京: 煤炭工業(yè)出版社，1997.

[4] 潘涔軒. 高硫煤微生物浮選工藝的可行性研究[M]. 國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局，1998.

[5] 樂勝，等. 煙氣脫硫石膏的性能及其在建材行業(yè)的應(yīng)用[J]. 山東電力技術(shù)，2000(5).

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