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| 细菌选煤脱硫洁净煤技术的现状 | |||||
| 作者：王春云 文章来源：洁净煤技术 点击数： 更新时间：2005-9-19 | |||||
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经济的发展,石油的短缺,大量利用煤炭的状况近期不会改变。因此,燃煤排放的污染物危及环境的问题将越来越严重。所以洁净煤技术研究与工业化必然越来越受到重视,细菌选煤脱硫法问世就引起极大的关注。细菌选煤脱硫是利用细菌的作用,从水煤浆(ＣＷＭ)中分离煤粒子与黄铁矿(ＦｅＳ2)粒子的脱硫技术。此法特别适合于水煤浆原料生产城市煤气、合成氨、ＩＧＣＣ等工厂使用。水煤浆由平均粒径30～40μｍ的煤粉、水和表面活性剂混合制成,三者比例为70%∶30%∶(0.2%～0.5%)。水煤浆流动性好,燃烧率达99%。水煤浆流动性、物理化学特性如同石油,装卸、输送、储存、使用中无粉尘污染,精制水煤浆燃烧中无飘尘和炉渣,几乎不排放二氧化硫和氮氧化物,大幅度减轻了环境负担。国内外相继建成了水煤浆合成氨、甲醇、醋酸以及ＩＧＣＣ等工业化装置,技术成熟。 笔者认为,在煤炭丰富的中国,水煤浆以及精制水煤浆在相当长的时期内将是主要的清洁工业原料及燃料。因此,细菌选煤脱硫洁净煤技术应当受到重视,必将成为洁净煤工业化最有前途的技术。 1 细菌选煤脱硫法 水煤浆中的黄铁矿粒子与煤粒子性质相同,无法用浮选法分离。然而,细菌选煤脱硫是因为加入水煤浆浮选槽中的铁氧化细菌吸附黄铁矿粒子,并包覆其表面,则黄铁矿粒子表面与灰粒子表面性质相同,不粘附气泡,于是二者同时沉降到浮选槽底部,只有煤粒子浮上水面如图1所示,黄铁矿与煤炭分离脱硫,制得精制水煤浆。铁氧化细菌的效果如图2所示。 图1 细菌选煤脱硫模型 略 图2 铁氧化细菌作用效果 略 由图2可见,添加与不添加铁氧化细菌,脱硫的效果截然不同,未添加铁氧化细菌者黄铁矿和煤粉同时上浮,其中黄铁矿上浮90%,根本不能脱硫;添加铁氧化细菌者黄铁矿仅上浮20%,大部分与灰分同时沉降至浮选槽底部。所以该法原理清楚,工艺简单,有效可靠。铁氧化细菌能识别黄铁矿,并且能快速选择、吸附黄铁矿粒子,而绝对不吸附煤粒子,从而有利于提高分离速度,增加制造水煤浆的能力。上述吸附、选择过程改变了黄铁矿粒子的亲水性,在浮选中沉淀于浮选槽底部后清除,完成了煤炭脱硫。铁氧化细菌只吸附黄铁矿,脱硫时间极短,在几秒钟内同时完成脱硫与脱灰,制得精制水煤浆。如果煤矿建水煤浆厂,精制水煤浆可以作为产品出售。水煤浆可用管道或槽车输送,既减轻了用户设备的负担,又有效地利用了煤炭。当矿山水煤浆厂配有脱水装置时,还可提出精制粉煤产品,供应特定的用户。沉降分离的废弃物可填充废矿井,黄铁矿回收利用,制造硫酸和提炼硫黄。 2 脱硫示范装置实例及水煤浆加压气化 2 .1 细菌选煤脱硫示范装置实例 美国匹兹堡煤含硫量高,黄铁矿2.88%。其中硫酸盐0.44%,有机硫2.2%,灰分8.2%。采用间歇式细菌选煤脱硫装置生产洁净煤。煤粉粒径70μｍ以下,每公斤煤平均加入2.5×10十次方个铁氧化细菌,经2ｍｉｎ搅拌处理、浮选,煤炭回收率70%,黄铁矿脱除率70%。黄铁矿减至1.1%,灰分减至5.3%。Ｍｉｌｌｋｅ火力发电厂采用该技术改造老厂原料路线,业已完成了验证实验。 2.2 水煤浆加压气化实例 德士古水煤浆加压气化法是当前世界上发展最快的煤气化技术。该工艺煤种适应范围广,还可利用粉煤,单台气化炉能力大,气化操作温度高;碳转化率达96%～98%,煤气有效成分(ＣＯ+Ｈ2)高达80%左右;甲烷含量低,不产生焦油、萘、酚等污染物,炉渣用于制造水泥和建筑材料,三废处理简单,符合环境保护要求和持续发展的方针。生产控制水平高,有利于实现过程自动化及计算机控制。德士古工业化装置在煤气化工艺中市场份额很大见下表. 德士古水煤浆工业化装置举例表 略 煤中含硫量高,直接污染大气,而脱硫设备投资很高;杂质、灰分高,发热量低,既增加磨煤机负担,又加重受热面的污染和磨损;含水量高,既降低炉内的燃烧温度,又增大了潜热损失,降低锅炉效率。挥发分是保证水煤浆着火的重要因素。灰熔点不能太低,否则将造成炉内结焦,受热面结渣与积灰。二氧化硅是坚硬的磨料,必须限制其在灰中的含量。钠往往形成严重的对流受热面的污染,必须加以限制。因此,水煤浆用煤必须送国家级煤炭燃烧研究机关试烧和评价。中国陕西省临潼和山东省滕州建立了研究中心和中试装置,为中国水煤浆加压气化开发提供了可靠的技术保证。遗憾的是水煤浆制备过程中没有脱硫,仍然采用变换后脱除硫化氢和少量有机酸。笔者认为,如果在水煤浆制备中采用本文所述的细菌选煤脱硫,将会大幅度改善现有的气化及净化装置工艺状况。 3 细菌选煤脱硫的经济性预测 日本根据传统的浸渍法,计算了处理能力10ｋｔ/ａ洁净煤装置的经济性,预计脱硫率70%～80%时,细菌选煤脱硫成本约56元/ｔ,脱水成本48元/ｔ。如果水煤浆制备装置配套细菌选煤脱硫,煤炭粉碎与脱水和水煤浆成本相抵消,将会进一步降低细菌选煤脱硫的成本。中国秦皇岛水煤浆厂生产的产品现已供茂名发电厂使用,到岸价350元 /ｔ,发电成本332.3～304.6元/ＭＷ?ｈ。与广东当地同类发电厂同期发电成本比,有一定的效益。特别是灰渣在直接用于生产水泥和建筑材料,不需灰场,是保护农田和缓解火力发电厂灰场用地紧张的最好方法。通常用煤质效果模型(ＣＱＩＭ)ＴＭ 测定煤质变化影响洁净煤综合成本的因素,评估燃煤效益,预测煤质与成本的关系,量化煤的配料及洁净煤流程中的效益。其结果显示最廉价的煤并不意味着综合成本最低。 价格低的煤杂质较多,矸石多,灰分高,发热量低。灰分高、矸石多不仅除灰成本高,而且加重了运输、制粉等机械的负荷;发热量低则需投入更多的煤才能获得等量的热量;低品位的煤作为生产原料,同样需要投入更多的煤才能获得等量的成分,这无疑加重了装置负担。洁净煤仿真机显示特定的煤种,特定的生产装置,洁净煤有一个经济极限值如图3所示。根据图3可以方便的针对特定装置选用适应的煤种,以求得合理的经济性。但是,个别工厂却忽视了这一原则,常常以廉价的低品位煤调节工厂总成本。这实在是一种误解。 图3 洁净煤的经济极限曲线 略 4 课题与方向 细菌选煤脱硫目前仍以间歇工艺为主,限制了连续化大生产,满足不了国民经济发展的需要。因此,进一步研究、完善该技术的连续化、装置化、大型化以及铁氧化细菌生产连续化与回收利用是最关键的课题。铁氧化细菌选煤脱硫,特别适合于水煤浆制备工艺,是水煤浆工业化最简单实用的技术,制得的水煤浆硫分0.03%～0.3%,灰分0.8%～3.1%。因此,精制水煤浆应用,既提高了煤炭利用率,又抑制了二氧化硫等废弃物的排放,有利于节能、节省资源和环境保护。特别是铁氧化细菌选煤脱硫法,还有待开发利用,当低硫分煤枯竭时是最有用的技术,所以应当给予极大的重视。 5 结语 综上所述,长期间内煤炭仍是主要的资源,特别是大量的高硫煤必须开发利用,所以改革煤炭处理方法和有效利用,是降低综合成本、提高效益、改善环境状况,支持持续发展的长期对策. 因此,新建或老厂技术改造,应根据装置状况优选精制水煤浆代替油、气的先进的德士古工艺,或者优选脱水精煤粉,完善先进的、合理的工艺,调整能源结构,提高资源利用率,充分发挥装置能力,增产增效,抑制废弃物排放和改善环境。为了开发中国丰富的煤炭资源,煤及煤化工科研人员应当借助高科技手段,结合铁氧化细菌选煤脱硫技术,推动洁净煤技术进步和工业化,推动装置低耗、高效,进而实现零排放,进一步开发利用中国的煤炭资源。 |
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