[发明专利]煤炭的组合型微生物脱硫法及其工艺

说明书

一、技术领域

本发明属于环保领域，涉及一种脱除煤炭中无机硫和有机硫的组合型脱硫菌剂及工艺，具体涉及根据微生物生态学原理，依据煤炭中硫的赋存状态的不同，筛选特定土著微生物与高效脱硫的核心微生物构建成脱除煤炭中无机硫和有机硫的组合型菌剂及组合型工艺。

二、背景技术

我国是一个煤炭资源十分丰富的国家，是世界上最大的煤炭生产和消费国，其煤炭消费占一次能源的70％左右。然而，我国煤炭中高硫煤的储量很大，且有机硫占煤层煤样储量全硫的34％-40％，因此燃煤也带来了严重的环境污染。我国城市降水中SO₄^2-含量偏高，酸雨现象十分严重。为了促进能源与环境的协调发展，减少SO₂等污染物的排放量已成为我国以煤为主的能源生产和消费结构下解决环境问题的一个必然选择。

煤炭和脱硫技术总体上分为煤燃烧前脱硫、燃烧中脱硫和燃烧后脱硫三种。燃烧后脱硫技术又称烟气脱硫技术，其一次性投资运行费用较高，为电厂投资的1/3左右。燃烧中脱硫技术脱硫普遍存在效率不高，且有易结渣、磨损和堵塞等问题。对于我国这样的发展中国家来说，煤的燃前脱硫，具有非常重要的意义。

煤的燃前脱硫又分为物理法、化学法和生物法三种。物理脱硫法工艺成熟，成本较低，易于实现工业化生产，但无机硫的晶体结构、大小及分布等会影响脱硫效果和煤炭回收率，且不能同时去除煤中有机硫。化学法脱硫尽管可以脱除大部分无机硫(不受硫的晶体结构、大小和分布的影响)和相当部分的有机硫，但是必须高温、高压并使用腐蚀性沥滤剂，经常需要在一定的酸碱条件下进行，对煤的性质影响较大，如引起煤的粘结性变差、发热量降低等，同时因过程能耗大、设备复杂，未能投入实际工业应用。生物法脱硫的原理是利用特定微生物能够选择性地氧化有机硫或无机硫的特点，去除煤中的硫元素，包括浸出和表面氧化法等。生物脱硫的优点是既能专一地脱除结构复杂、嵌布粒度很细的无机硫(如黄铁矿硫)，同时又能脱除部分有机硫，且反应条件温和、设备简单、成本低。虽然生物脱硫尚存在一些缺点，如传统脱硫细菌生长慢、脱硫时间长等，但与物理法、化学法相比，微生物脱硫具有以下潜在的优势：(1)设备简单，试剂耗量低，成本较低；(2)在常温常压下进行；(3)能去除黄铁矿硫和有机硫，而对煤无损耗；(4)可同时降低灰分含量。因此，煤的微生物脱硫是一种很有发展前景的技术，受到世界各国的普遍重视，日前已成为国内外煤炭脱硫研究开发的重点。

煤中无机硫的脱除机理 当存在某些嗜酸菌时，黄铁矿发生快速的氧化过程，其中可能包含直接和间接两种途径：(1)黄铁矿直接被微生物氧化为Fe³⁺和SO₄^2-，4FeS₂+15O₂+2H₂O→2Fe₂(SO₄)₃+2H₂SO₄；(2)对Fe²⁺有氧化能力的硫杆菌将Fe²⁺迅速氧化成Fe³⁺，Fe³⁺作为强氧化剂与金属硫化物反应，将黄矿硫氧化为SO₄^2-或元素硫：FeS₂+14Fe³⁺+8H₂O→15Fe²⁺+2SO₄^2-+16H⁺，FeS₂+2Fe³⁺→3Fe²⁺+2S。

煤中有机硫的脱除机理 煤中有机硫以C—S键结合在煤大分子骨架中，目前提出的有机硫形态有：脂肪硫醇或芳香硫酚、脂肪硫醚或芳香硫醚或混合硫醚、脂肪二硫醚或芳香二硫醚或混合二硫醚、噻吩类的杂环化合物。要脱除煤中有机硫必须特异性地断裂一个或二个C—S键。有机硫与煤中有机质共生，结为一体，分布均匀，通过物理方法很难脱除。以二苯并噻吩(Dibenzothiophene，DBT)为模型化合物的脱硫机理有两条途径：一是以硫代谢为目的的4-S途径，通过微生物直接作用于噻吩核上的硫原子，最终生成硫酸，且因噻吩是环环结构，不破坏热键，故煤不损失热量；二是以碳代谢为目的的Kodama途径，环羟基化，使碳环开环，结构降解，把不溶于水的DBT降解成可溶于水的噻吩衍生物。