摘要 本文介绍了各种选煤脱硫的技术方法,为不同煤的脱硫方法的选择提供科学依据,实现煤炭的高效洁净利用。
关键词 选煤;脱硫;技术;方法
中图分类号TQ536文献标识码A文章编号 1674-6708(2010)24-0157-02
1 概述
煤炭脱硫技术可以分为3种:煤燃烧前脱硫、燃烧中脱硫、燃烧后脱硫。
煤燃烧前脱硫是指在煤燃烧前通过采用选煤技术、水煤浆技术、型煤技术、动力煤配煤技术等技术方法对煤炭净化,使煤炭的硫分和灰分降低,进而减少煤炭燃烧时的二氧化硫的排放量。燃烧中脱硫是指在煤燃烧时向炉内喷入钙系和添加固硫剂进行脱硫。燃烧后脱硫(又称烟气脱硫)是指对煤燃烧后排出的气体进行净化以减少二氧化硫的含量。
煤燃烧前脱硫,尤其是选煤脱硫是降低煤的含硫量的重要途径。选煤作为洁净煤技术的源头,既能脱硫降灰,又能提高热能的利用率,而且选煤脱硫的费用远远低燃烧中和燃烧后脱硫。所以,近年来国家在选煤脱硫方面的投资大大增加。
2 选煤脱硫技术
煤炭中的硫分为有机硫和无机硫。有机硫在煤中与碳原子以共价键结合,以噻吩型、硫化物型和硫醇型等形态存在,并且以噻吩型为主。无机硫以矿物质形态存在,其大部分是以黄铁矿形态存在,还会有少量的硫酸盐和单质硫。有机硫和无机硫相比,脱除有机硫要比无机硫困难。
选煤脱硫可分为物理脱硫、化学脱硫、生物脱硫、温和净化脱硫。
2.1 物理脱硫技术
物理脱硫主要是重力选煤脱硫,也包括电磁选煤脱硫和拣选脱硫。
重力选煤即跳汰选煤、重介质选煤、空气重介质流化床干法选煤、风力选煤、斜槽和摇床选煤等。重力选煤脱硫是利用煤中有机质和硫铁矿的密度差异使两者分离的方法。它是物理选煤脱硫的主要方法。重力选煤脱硫方法可以经济地除去大块黄铁矿,但不能脱除煤中有机硫。
电选是利用煤和矿物质介电性质的不同而进行的分选。根据带电方式的不同将电选机分为3类:摩擦静电分选机、静电分选机、高压分选机。其中,摩擦静电分选机能有效去除煤中的黄铁矿。
磁选脱硫主要是指高梯度强磁分离煤脱硫。煤中的有机硫一般与可燃有机物结合在一起,呈逆磁性,无机硫则具有较强的顺磁性。物质进入高梯度强磁场后,由于不同物质在磁场中受力的不同而产生分离,实现脱硫。
2.2 化学脱硫技术
化学脱硫方法分为物理化学脱硫(即浮选脱硫)和纯化学脱硫。
浮选脱硫是根据煤和硫化物矿物表面的亲水性或疏水性的差别,利用浮选机或浮选柱作分选设备,通过加入适当的药剂来达到脱硫目的,脱硫率达53%左右。浮选脱硫是在技术和经济上最为可行的脱硫方法之一,尤其是浮选柱特别适合脱除煤中的黄铁矿。
纯化学脱硫包括碱法脱硫、气体脱硫、热解与氢化脱硫、氧化法脱硫。碱法脱硫是在煤中加入氢氧化钾和氢氧化钠或氢氧化钙和苛性碱,在一定的反应温度下使煤中的硫生成含硫化合物。气体脱硫是在高温下用能与煤中黄铁矿或有机硫反应的气体处理煤,生成挥发性含硫气体,从而脱除煤中的硫。热解与氢化脱硫是先将硫转化为硫化钙,再转化为可溶的硫氢化钙,分离后达到脱硫的目的氧化法脱硫是指在酸性或氢氧化铵存在的条件下,将硫化合物在含氧溶液中氧化成易于脱除的硫和硫酸盐,从而使煤和硫分离。
由于化学脱硫对工艺条件要求苛刻,流程复杂,投资和操作费用高,并且发生化学反应对煤质有一定的影响,所以未能投入实际工业应用。
2.3 生物脱硫技术
生物脱硫是利用特定的微生物能选择性的氧化有机硫或无机硫的特点,去除煤中的硫元素。微生物脱除无机硫和有机硫的方式完全不同。
煤的生物脱硫法最初是用于研究煤中黄铁有矿硫的脱除。脱除黄铁矿硫的方法生物浸出法、生物表面氧化处理法、生物选择性絮凝法等。以微生物浸出法为例阐述微生物脱除黄铁矿硫。
微生物浸出过程是一个生物氧化过程,在这个过程中微生物作为一种催化剂转化不溶性无机物黄铁矿为可溶性形式。生物浸出通过两个途径进行,即直接作用和间接作用。主要是利用嗜硫菌对黄铁矿晶格的直接氧化作用或通过细菌代谢产物对黄铁矿晶格的间接氧化作用,使不溶性黄铁矿转化成可溶性硫酸进入溶液,达到脱硫的目的。
对于煤中有机硫的脱除要比无机硫困难得多,原因是:一方面煤中有机硫本身就是碳网中的有机组成部分,要想除去有机硫往往要破坏碳网结构;另一方面有机硫本身又有不同的结构形式,具有不同的脱硫代谢机理。因此,当前生物脱硫的研究偏重于煤中无机硫的去除。
生物脱硫是应用于煤炭工业的一项生物工程技术,具有能耗小、成本低、污染少等优点,目前已成为国内外煤炭脱硫研究开发的重点。
2.4 温和净化脱硫技术
温和净化脱硫的操作条件极其温和,脱硫都在常压、温度不高的条件下进行,并且净化后煤质几乎不变。温和净化脱硫的主要方法有微波辐射法、电化学法、化学法。
当微波照射煤时,煤中的黄铁矿最容易吸收微波,有机硫次之,煤基质基本上不吸收微波。煤中的硫在微波电磁场作用下,产生极化作用,从而削弱煤中硫原子和其它原子之间的化学亲和力,促使煤中的硫和浸提剂发生化学反应生成可溶性硫化物,通过洗涤从煤中除去。
煤的电化学净化法是借助煤在电解槽发生电化学氧化反应(阳极区)或还原反应(阴极区)将煤中的黄铁矿和有机硫氧化成水可溶的硫化物(电化学氧化脱硫)或将煤还原脱硫后加氢(电化学还原脱硫),而达到脱硫净化目的。Lalvani、刘旭光等人对电化学氧化脱硫进行了大量的研究;而有关煤的电化学还原脱硫的研究很少。
煤的温和化学净化法是近年来发展的煤净化高新技术,主要技术有溶剂温和抽提、有机金属化合物脱有机硫、单电子转移反应脱有机硫。这些技术大都是利用有机溶剂抽提煤,能够重点脱除物理法难以脱除的有机硫。
3 结论
除了以上提及的各种方法外,还有些选煤脱硫技术是把两种方法结合起来。例如,微生物浮选脱硫工艺是把煤的浮选法与微生物处理两者相结合,还有把微波辐射法和化学法结合起来的处理方法。在了解各种选煤脱硫技术方法的特点基础之上,针对不同煤质的煤,选择合适的选煤脱硫方法,使煤炭成为洁净、高效能源,实现社会的可持续发展。
参考文献
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