煤的生物脱硫方法概述

煤的生物脱硫方法概述学校：中国矿业大学

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完成时间：2017.5.15

煤的生物脱硫方法概述

【摘要】本文主要论述了关于煤炭脱硫的生物方法的基本原理，并概述了这种方法在煤炭脱硫中的具体应用，具体分析了生物脱硫的具体方法。

【关键词】煤炭脱硫微生物

【引言】我国基本的资源状况是“富煤、贫油、少气“，煤炭在我国能源结构中占3/4的份额，在未来30年内煤炭仍将是我国主要能源，其中，约有80%的煤炭作为燃料燃烧。我国全硫大于2%的高硫煤储量占煤炭总储量的1/3，每年燃煤所排放的SO2占全国总排放量的90%，约50-70 Mt，对环境造成了严重的污染。煤中硫按赋存状态区分，可分为无机硫和有机硫，通过常规的煤炭分选技术可以脱除煤中90%左右的无机硫，但对于有机硫目前仍没有很好的分选技术。

【正文】

1 煤中硫的形态

煤中硫的形态包括有机硫和无机硫。全硫含量在0.5%以下的煤中硫多以有机硫为主，主要来自于成煤原始植物中的蛋白质；全硫大于2%煤中硫多以无机硫为主，硫酸盐硫的含量在1%-2%。对煤中有机硫的认识至今不够完全，大体上测出以硫醇、硫化物或醚类、含噻吩环的芳香体系、硫醌类、二硫化物或硫蒽类等形式存在。煤中的无机硫主要以硫化矿物形式存在，多为黄铁矿，也有少量的白铁矿、砷黄铁矿、黄铜矿、方铅矿和闪锌矿；硫酸盐矿物主要是石膏和绿矾。

2燃煤脱硫技术

燃煤脱硫技术分为燃烧前脱硫、燃烧中固硫和燃烧后烟气脱硫。燃烧中固硫加入的固硫添加剂会影响煤的热值并增加煤耗，且高温下易分解为SO2；燃烧后烟气脱硫工艺基建投资及运行成本高；燃前脱硫技术具有低成本、高效率的优势，并可实现在源头治理SO2

燃烧前脱硫技术包括物理法、化学法、生物法。物理法是根据煤和煤中硫物理性质的差异而采取的处理方法，主要是黄铁矿硫；化学法是通过加入可与煤中硫反应的化学物质脱除硫的方法，有机、无机硫均可脱除，能耗大、成本高，甚至会

破坏煤的分子结构；生物法是利用微生物对有机、无机硫的氧化而脱除硫的方法，能脱除结构复杂、粒度很细的无机硫及部分有机硫。

3 煤的生物法脱硫

3.1微生物脱硫机理

3.1.1无机硫的脱硫机理

微生物脱硫的反应机理主要为直接作用和间接作用[1]。直接作用的机理在于依靠微生物的直接吸附效果，氧化矿物质上的黄铁矿，直至溶解，黄铁矿硫直接氧化成Fe3+和SO42-；间接作用主要为微生物吸附在矿物的上面，代谢之后产出高价铁离子，在这种离子的作用下，微生物继续氧化黄铁矿，直到全部溶解，通过微生物作用后，铁离子由二价变成了三价，三价铁离子进一步使黄铁矿硫氧化成硫酸根或单质硫。

通过研究发现，直接作用和间接作用并不是单独存在的，而是同时出现在脱硫全过程。

3.1.2有机硫的脱除机理

以DBT作为模型的有机硫脱除[1]的基本原理主要可分为4-S机理和kodama机理。

4-S机理讲述的是，微生物依靠自身的4步反应，把DBT结构中的C-S键氧化断裂，进而实现有机硫的脱除。

kodama机理是微生物分解和去除结构里的C-C键，促使有机硫变成其他结构，在这种方式下，一方面，微生物分离了芳环结构，另一方面，其中的有机硫原子不会遭到破坏和分解。

3.1.3 主要微生物菌

微生物脱硫方法的研究有脱硫工艺研究和微生物菌的筛选两方面。适宜脱硫的微生物菌[2]主要有硫化叶菌属，硫杆菌属，细小螺旋菌属。微生物脱硫可以有效脱除黄铁矿硫，同时脱除部分有机硫，但是要求条件苛刻，脱硫速度较慢。

3.2 微生物脱硫的基本方法

3.2.1微生物浸出脱硫

微生物浸出法[1]的原理是通过微生物把黄铁矿进行氧化，最后形成铁离子和硫酸两种物质。微生物氧化的重点是黄铁矿。微生物氧化黄铁矿并不需要很复杂的

装置，只要合理科学的按照水浸透原理，在煤矿中加入微生物水溶液。目前我国已经研发了空气搅拌时、管道式、水平转筒式等反应器，这些反应器的出现令我国微生物脱硫的技术又上了一个台阶。由于我国对微生物浸出脱硫的开发较早，已经积累了众多经验，并且，在技术层面上，我国也掌握了各种技术要领，能够有效的实现脱硫。从理论上来说，只要在煤矿脱硫之前，优选微生物，就能够高效脱硫。但同时，这种方法有一个致命的缺点，就是处理的时间较长，因为硫杆菌作为一种，他们的生长速度非常慢。

3.2.2 表面处理浮选法

微生物表面存在脂肪酸基等官能团，若微生物体和矿体表面能通过某种作用产生吸附，矿物表面性质就将被微生物的表面性质所影响或取代。通过该方式可不同程度的改变矿物表面的物理化学性质，如疏水性、表面电性、吸附性、表面元素的氧化-还原等。微生物作为煤的浮选抑制剂，要求其表面具有一定的亲水性或带有一定的电性，且能在煤浆中对疏水的黄铁矿表面快速、选择性吸附和表面改性的特点。抑制黄铁矿的可浮性，从而强化浮选过程黄铁矿的脱除和分离效果。表面处理浮选法[3]有一个巨大的优点，那就是处理效率高。由于氧化亚铁硫杆菌的专一性很好，所以，当使用它来作用黄铁矿的时候，几秒钟之内就可以马上有效果。从而避免了黄铁矿的悬浮，脱硫全过程一般几分钟内就可以完成，而且脱硫的效果较好。不过，这种方法并不能够保证煤炭被100％回收

3.2.3微生物-絮凝法

微生物-絮凝法[4]采用的絮凝剂是本身就疏水的细菌或微生物代谢产物。在煤浆中，絮凝剂选择性的吸附在煤粒表面，使煤粒的接触角增大，疏水性增强。煤在絮凝剂的作用下絮凝成团，而不吸附细菌的硫铁矿物及其他杂质分散在煤浆中，从而强化分离效果。煤表面吸附的絮凝剂越多，接触角越大，符选择效果越好。

3.3研究现状

美国匹兹堡能源研究中心使用氧化亚铁硫杆菌（TBF）对无机硫的脱除进行研究。在ｐＨ＝２.0条件下，利用微生物对小于0.074mm的煤粉进行处理，无机硫经两周脱除80%，30d后脱除高达95%。美国矿业局研究所研究显示，在ｐＨ＝1.8的酸性条件下，对不同粒度煤进行试验252d，可脱除黄铁矿硫61%～68%。美国爱达华工程试验所生物加工技术部，利用伊利诺６号煤的破碎样，0.15mm