燃煤脱硫技术现状及发展前景

煤炭脱硫研究现状与前景

机自09-10班刘佳坤03091182 摘要：本文阐述了目前国内外微生物脱硫技术在煤炭脱硫中的应用与发展前景；介绍了几种现行的微生物脱硫方法；指出微生物脱硫技术的发展将集中在以下三个方面：高效功能菌的选育，微生物对硫代谢途径的控制研究，复合微生物脱硫技术的研究。当然微生物脱硫技术的工业化应是该技术的研究方向。

关键词：脱硫、微生物。

煤是地球上最丰富的化石燃料之一，也是我国的最主要能源。但是，我国的煤炭资源平均含硫量偏高，其中全硫含量大于2的高硫煤储量约占煤炭总储量的1/3，在采出的煤炭中约占1/6。高硫煤在加工利用时产生大量二氧化硫和氮化物，是形成大气污染和酸雨的主要原因。酸雨使湖泊变成酸性，使水生生物死亡，也使大面积森林死亡；酸雨还会加速许多建筑结构、桥梁、水坝、工业装备、供水管网、动力和通讯设备等的腐蚀；酸雨还会导致地面水成酸性，地下水中的金属含量增高，饮用这种水或食用酸性河水中的鱼类会对人体健康产生危害。煤炭中硫的存在还会影响煤炭加工后的产品（如冶金焦、合成气等）质量。因此，随着人们环境保护意识的增强，对于加工利用的煤炭中全硫含量要求越来越严格，我国已把煤炭脱硫列为洁净煤技术的研究项目。所以，煤炭脱硫问题是一个重要的研究课题，解决它具有重大现实意义。

煤炭是我国最主要的一次性能源，约占我国能源消耗量的70％。

煤炭中通常含有0．25％-7％的硫，在燃烧过程中生成的二氧化硫随烟道气排入大气，造成酸雨。2000年预计我国一次性能源消耗量将超过12亿吨，二氧化硫排放量将超过3822万吨；在冶金、石油化工、化学制品生产过程中常产生大量工业废气，其中硫化氢是一种毒性气体，人体吸入后会引起不良反应，严重者会有生命危险。而且在有氧和湿热条件下，硫化氢会腐蚀管道及燃烧设备。为此，许多研究者都致力于煤炭燃烧前的脱硫和工业废气的细菌脱硫技术的研究。目前可以进入工业化的技术多为物理方法和化学方法，虽然处理效果好，但成本较高，存在二次污染。利用微生物脱硫与化学和物理方法脱硫相比具有投资少、运行成本低、能耗少、可有效减少环境污染等优点。

1. 煤炭微生物脱琉技术的研究。

在20世纪50年代，Leathan等人(1953年)及Temple等人(1954年)就分别发现某些化能自养微生物与煤中的硫化亚铁的氧化有关，并从煤矿废水中分离出氧化亚铁硫杆菌。但直到20世纪70年代，随着酸雨和大气污染问题的日益严重，微生物脱硫技术才开始得到重视。目前，对微生物煤炭脱硫技术的研究重点放在四组微生物上，即：硫杆菌属、硫化叶菌属、大肠杆菌属和假单胞菌属。

煤炭里可燃硫中的无机硫主要以黄硫铁矿单个颗粒或晶体存在。脱除无机硫的微生物菌种多为无机化能自养菌，这类菌可以利用氧化铁和硫等无机物获得能量，在酸性条件下生长。脱硫最有效的微生物有氧化亚铁硫杆菌，氧化硫硫杆菌以及能在70℃高温下生长的酸热硫化叶菌。

据报道，1978年，美国爱达荷国家工程实验室用氧化亚铁杆菌和演化硫硫杆菌的混合培养物处理煤，4—5天可脱除97％的无机硫。1990年我国的徐毅、钟慧芳等用氧化亚铁硫杆菌T.f—4菌株脱除四川松藻煤矿样品中黄铁硫，取得了初步的成果。在单因子试验条件下，采用Leathen培养基培养细菌，煤浆起始pH值为2.2，接种量为1012个细胞／g黄铁矿，煤浆浓度为10％，摇床转速140—170r／min，总脱硫期为12天，煤总含硫量从2.45％降至1.20％。但是氧化亚铁硫杆菌只能脱除原煤中的单体解离或连生体的黄铁矿，而对完全包裹的黄铁矿则无能为力。

煤中另一部分可燃硫为有机硫，硫与碳之间以化学键结合构成芳香族和脂肪族化合物存在于煤结构中，较无机硫难以用物化法脱除。具有脱除有机硫能力的微生物主要是有机化能异养微生物，多为土壤微生物的变种，需在pH近中性条件下生长。主要有：恶臭假单胞菌、大肠杆菌的变种等。钟慧芳等利用多隆假单胞菌和Alcaligens paradoxus biovarl菌，15天脱硫率达到22.2％—32％。迄今为止，煤炭的微生物脱硫主要集中在脱除无机硫方面，脱除有机硫的工作仍停留在实验室研究阶段，距工业化应用尚有较大距离。

2. 煤炭微生物脱硫存在的问题

从目前国内外发展状况看，利用微生物脱除煤中硫的技术仍处于初始研究阶段，此方法目前存在如下几个主要问题。

（1）如何获得更好更多的微生物菌株，特别是筛选到脱除煤中有机硫的菌株。由于目前采用的细菌多为嗜酸性菌，限制了黄铁矿的

脱除环境。现有脱硫菌种单一，生产周期较长，因而还存在着效率不高、用菌量大等问题。

（2）稳定的脱硫作用。去除无机硫的微生物是以铁或硫为能源的独立营养细菌，繁殖慢，反应时间长，一般需要几天或几周，难以保证脱硫工艺的稳定性。

（3）有机硫的测定方法。目前最通用的方法是美国检测材料学会编号为D2492的方法。该法采用化学分析煤炭样品，测定全硫、硫酸盐硫和硫化铁硫，从全硫中减去硫酸盐硫和硫化铁硫的含量，间接得到有机硫的含量。此有机硫的间接定量检测手段造成试验误差过大，影响了对结果的判断。

（4）微生物对煤的结构和物化性能需进一步考察，如对煤热值、表面积、孔结构和粘性等的影响。国外有人曾以地热发电站每天脱除5吨的硫化氢为基础，计算微生物脱硫的总费用。结果表明，微生物脱硫费用约为常规湿法脱硫的50％。从国内外的研究成果看，可以

将微生物脱硫技术与目前广泛使用的湿法脱硫相结合。用微生物水溶液或悬浮乳液吸收气相当中的硫化物，然后利用微生物脱除液相中溶解的硫化物。微生物脱硫技术具有良好的发展前景。随着基因工程技术的成熟与应用，筛选和构建高效脱硫工程菌将更有利于脱硫技术的发展和应用。

3. 微生物脱硫技术的展望

从目前国内外微生物脱硫技术的发展状况看，该技术仍处于初始研究阶段，工业化程度不高。究其原因，一是受微生物基础研究的限

制。因微生物的生长和代谢与污染物数量、种类，生物种群的构成及环境因素有关，单纯的功能菌的工业放大有技术上的困难。生化过程的控制也影响到功能菌的培养与应用。就资料显示，这方面的专向研究较少，使工业化过程缺少理论的依据与指导。二是微生物脱硫工艺与设备的研究比较滞后，效率高、经济实用技术与设备较少报道。微生物脱硫技术的发展将集中在以下三个方面：

(1)高效功能菌的选育。随着基因技术的发展，该领域的研究将成为微生物脱硫技术发展的基础。

(2)微生物对硫代谢途径的控制研究。如何使微生物代谢硫的产物更易从反应相中分离，或将代谢物固定在相中将是决定微生物脱琉技术能否得到市场认可的关键。

(3)复合微生物脱硫技术的研究。因微生物脱硫的工业化离不开微生物系统的综合作用。因此发展多菌群、多相反应器的研究，以及生化、物化法的复合技术将是工程研究人员的关注重点，也是微生物脱硫技术市场化的关键。不论从哪个方面入手，微生物脱硫技术的工业化应用是该技术研究的核心内容。随着改善大气质量要求的提高，微生物脱硫技术的发展将成为污染物处理技术研究的新热点。

目前,国内外对煤中脱硫进行了大量的研究工作,但实际费用均较高,且难以达到生产规模。就我国实际状况而言,短期内燃前脱硫会以物理脱硫为主,而对于小于0.15 mm 的细粒煤脱硫降灰仍是煤炭脱硫的难点。现在国内外已经开发和正在开发的先进粉煤脱硫工艺主要有:强化重力选,即让颗粒在离心力场内产生分离,如离心跳汰、离心摇床;