煤的生物溶解產(chǎn)物在制備水煤漿中的應用

第4期選煤技術(shù)2007年8月COAL PREPARATION TECHNOLOGYAug 20文章編號:001-3571(2007)04-0030-03煤的生物溶解產(chǎn)物在制備水煤漿中的應用張明旭,歐澤深2,王龍貴(1.安徽理工大學(xué),安徽淮南232001;2.中國礦業(yè)大學(xué),江蘇徐州221008)摘要:利用白膚真菌對硝酸預處理的義馬褐煤經(jīng)過(guò)生物轉化(降解)后的水溶物作為水煤漿添加劑,制備了兩種濃度(50%,68%)的水煤漿,與不加添加劑和加1%蔡系添加劑的水煤漿進(jìn)行了表觀(guān)粘度、流變特性方面的對比試驗,考察了它們作為水煤漿添加劑的性能。結果表明,用煤微生物轉化的水溶性產(chǎn)物制備水煤漿,效果很妤,相比之下,其各項指標都較優(yōu),價(jià)格也與萘系添加劑相當關(guān)鍵詞;煤;生物轉化;水煤漿;添加劑中圖分類(lèi)號:TD536文獻標識碼:A作為一次能源,煤在我國能源構成中占70%化成易溶于水的物質(zhì)或者烴類(lèi)氣體,從中提取有特以上,且在相當長(cháng)的時(shí)期內將占據不可替代的重要殊價(jià)值的化學(xué)品及制取清潔燃料、工業(yè)添加劑與作地位。在我國的煤炭資源中,有豐富的褐煤、風(fēng)化物生長(cháng)促進(jìn)劑等“。如能找到合適的菌種,把煤煤等低階煤資源凵3。這些低階煤作為燃料直接燃轉化為單一的低分子芳烴,則具有很高的價(jià)值。如燒,熱效率低。因此,合理開(kāi)發(fā)和充分利用禍煤及能把煤轉化產(chǎn)物再進(jìn)行厭氧微生物處理,得到甲低階煤資源是一個(gè)值得深入研究的課題(3。烷、甲醇和乙醇等物質(zhì),則可替代石油作為清潔燃除可作為能源外,煤又是主要的化工原料。但料。當然,煤的生物轉化較為復雜,要經(jīng)歷諸多的傳統的煤化工技術(shù)耗能高,污染大,有悖于我國當過(guò)程才能完成。目前,利用微生物將纖維素轉化為前的節能減排法規和可持續的科學(xué)發(fā)展觀(guān),將會(huì )受醇、沼氣、氫氣和一氧化碳的技術(shù)基本成熟,在常到越來(lái)越大的制約。而采用生物轉化技術(shù)處理褐煤溫和常壓下即可實(shí)現。利用微生物降解石油和木質(zhì)等低階煤,提取有價(jià)值的化工用品,或作為有用的素的研究也非?；钴S,進(jìn)展迅速。因煤與石油、木化學(xué)品直接使用,在技術(shù)工藝、能耗和環(huán)境污染等質(zhì)素同源,具有相似的結構,特別是年輕煤中含有方面均具有傳統產(chǎn)業(yè)難以比擬的優(yōu)點(diǎn)。大量類(lèi)木質(zhì)素物質(zhì),所以,生物降解石油、纖維1煤的生物轉化素、木質(zhì)素的研究成果大都可為煤炭生物轉化所借鑒。對開(kāi)發(fā)低污染、低耗能、應用前景廣闊的煤炭煤的生物轉化( Biotransformalion)是指煤在物轉化技術(shù),有著(zhù)十分重要的意義。微生物參與下發(fā)生煤大分了的解聚作用(包括生物降解或生物溶解),利川真菌、細菌和放線(xiàn)菌等由于煤種、菌種、微生物培養條件及溶煤方式微生物的作用實(shí)現煤的溶解、液化或氣化,使之轉的差異,煤經(jīng)某些微生物的作用在一定條件下可轉化成一定數量的水溶性液態(tài)產(chǎn)物。該產(chǎn)物含有多種官能團,其中元素變化趨勢基本一致,即與原煤相收稿日期:2007-07-02基金項目:國家自然科學(xué)基金“煤炭生物轉化技術(shù)的研究”比,煤的微生物溶解(轉化)產(chǎn)物中H、0的含(50474056);教育部200年度高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專(zhuān)項科研基金量隨溶煤時(shí)間的增加而增大-”。這表明,在生物新型微生物用于煤炭生物轉化的研究”《2005036100};2003年淮南市重點(diǎn)科技項目“煤炭的生物轉化研究”;安徽省2005-2006年溶煤過(guò)程中,由于有水中H、O的介入,發(fā)生了氧度自然科學(xué)基金項目“煤炭生物轉化新菌種的篩選及其改良的研化水解過(guò)程。核磁共振表明,溶煤產(chǎn)物中C0-官究”(050450102);安微省高校省級2007年度自然科學(xué)研究重點(diǎn)項能團明顯增多,表明該過(guò)程有氧化作用發(fā)生,導致目“煤炭生物轉化關(guān)鍵技術(shù)和方法的研究”(K2007A083;安徽省學(xué)術(shù)技術(shù)帶頭人后備人選05年資助項目“煤炭生物轉化新菌種極中國煤化工某產(chǎn)物是一種很復雜的培育及其應用研究”【2005hba09的作者簡(jiǎn)介:張明旭(1955-),男,安徽省淮南市人,教授,士導師,現任安徽理工大學(xué)校長(cháng),主從事煤脫流與分析的尚YHCNMHG分子量的分布目前囚,関細木因煤種、菌種、研究研究和管理工作。聯(lián)系電話(huà):(0554)6668899。者的不同而差異較大。人們一直希望用微生物降解煤來(lái)生成某些結構第4期張明旭等:煤的生物溶解產(chǎn)物在劊備水煤漿中的應用007年8月25單一的、有較高經(jīng)濟價(jià)值的化學(xué)品,但由于煤本身表1濃度為50%的不同水煤漿的粘度結構的復雜性及煤微生物溶解產(chǎn)物的組成和結構的轉速檔儀器常數讀數a表觀(guān)粘度/Pa·s復雜性,要想直接得到結構單一的化學(xué)品有一定的K/mPa·SA,B,C困難。鑒于煤的生物轉化的特點(diǎn)及優(yōu)勢,開(kāi)發(fā)其轉17.860140.01800.250化產(chǎn)物的用途也因此顯得非常重要。根據許多研究10.0031210.0300.0010.201者的觀(guān)點(diǎn),煤生物轉化所生成的水溶性液態(tài)產(chǎn)物因5.55654270.0270.0220.1502.632810420.0210.0260.I0含有多種官能團,工、農、牧、醫等方面應用廣1.53811570.0170.0250.087泛,潛力巨大17"。但除農業(yè)外,其他領(lǐng)域應用10.89291822870.0160.0200.078并不多見(jiàn)。130.500030360.0150.018根據煤轉化產(chǎn)物的理化性質(zhì)及一些特性,為拓0.27780.0150.016屐煤生物轉化產(chǎn)物的用途,文章將其作為制備水煤表2濃度為68%的不同水煤漿的粘度漿的添加劑,通過(guò)試驗,考查其對水煤漿粘度、流轉速檔校器常數表觀(guān)粘度/Pa·s變性和穩定性能的影響,以探索應用煤生物轉化產(chǎn)K/mPa·sACA, B, C1物作添加劑生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)水煤漿的可行性。17.8695130.1610.0890.23210.01215210.1200.1500.2102試驗材料與方法55.5561626330.0890.1440.183試驗釆用經(jīng)硝酸處理的<0.2mm級義馬褐煤63.5712241490.0790.1470.175(灰分16.34%,硫分0.56%)經(jīng)白腐菌在液體培2.6322955630.0760.1450.166養基作用10d后的水溶物作為水煤漿的添加劑,并2.0003871780.0760.1420.156與汬系水煤漿添加劑進(jìn)行比較。制備水煤漿用的煤1.53890.0750.1410.100.07401%。為進(jìn)行比較,制備了不同濃座、不同添加082981--02劑種類(lèi)與添加數量和空白組(不加添加劑)水煤漿,并測定和研究其粘度和流變特性。測定采用的0.2儀器為NXS-11A型旋轉粘度計,粘度測量使用A怒0.150.系統。白腐菌( white rot Fungus)屬擔子菌,作為典型的木質(zhì)素降解菌,因分解木材后產(chǎn)生的殘留物為剪切速率/s白色而得名。本試驗所川原始菌種是用PDA培養圖1濃度為50%的不同水煤漿的粘度基從腐爛的樹(shù)木中分離純化培養而得。試驗用水煤漿濃度分別為50%和68%。濃度÷t為50%的水煤漿包括:煤生物轉化水溶產(chǎn)物作為添加劑(1%)的水煤漿A1、萘系添加劑(1%)水煤漿B,和未加添加劑的水煤漿C;;濃度為68%73649.877.5105138180249310的水煤漿分別為:煤生物轉化水溶產(chǎn)物作為添加劑圖2濃度為68%的不同水煤漿粘度(2%)的水煤漿A2、萘系添加劑(1%)水煤漿由表1、表2、圖1、圖2可清楚地看出,A1、B2和未加添加劑的水煤漿C2A2的表觀(guān)粘度明顯低于B,、B2和C1、C2。在水煤3結果與討論漿濃度為50%時(shí),A,的粘度稍低于B、C1,兩者差別不大;但當水煤漿濃度為68%時(shí),A2的表現3.1不同水煤漿的表觀(guān)粘度的征很說(shuō)明煤微生物轉化水煤漿的表觀(guān)粘度U,為在不同轉速下的儀器產(chǎn)中國煤化漿的粘度大大降低,常數k與讀數a之積,即U,=Ka。不同添加劑的兩流CNMH∝改善。在上述兩種種濃度(50%和68%)的水煤漿的粘度測試結果分濃度條件下,A1、A2的動(dòng)態(tài)粘度小于B1、B2,靜別見(jiàn)表1、表2和圖1、圖2態(tài)粘度大于B1、B2。第4期選煤技術(shù)2007年8月25日3.2煤生物轉化產(chǎn)物作添加劑的水煤漿的流變特構,但其作為添加劑,性能比腐植酸類(lèi)物質(zhì)要好得性多,比加同樣劑量的恭系添加劑制備出的水煤漿各水煤漿的流變性是影響其貯存、輸送及霧化噴方面性能都要好?？紤]到微生物培養基的成本,煤燃的重要因素。濃度為68%的水煤漿A2的剪切應生物轉化水溶產(chǎn)物的價(jià)格與萘系添加劑基本相當。力和剪切速率見(jiàn)表3,流變特性見(jiàn)圖3表3濃度68%的水煤漿剪切應力與剪切速率對應表4結論剪切應力/Pa剪切速率/s用煤微生物轉化的水溶性產(chǎn)物作添加劑制備水3.0427.67煤漿,效果很好。與添加1%汬系添加劑的水煤漿和不加添加劑的水煤漿相比,其各項指標都較優(yōu),49.81價(jià)格也與萘系添加劑差不多。參考文獻10.52[1]武麗敏,微生物降解褐煤的研究[J].煤炭加工與綜合利用,1995,(1)18.54179.9[2]戴和武,謝可玉.褐煤利用技術(shù),[M],北京:煤2.41249.0炭工業(yè)出版社,1999.1-10,183-185,245-47,[3〕鄭平,煤炭腐植酸的生產(chǎn)和應用[M].北京:化學(xué)T業(yè)出版社,1991[4]王龍貴,張明旭,等.生物技術(shù)在煤炭加工處理中15.527.73649,877,5105138160249應用[J].煤質(zhì)技術(shù),2004,(2-3)剪切速率/s[5]韓威,佟威,楊海波,等,煤的微生物溶(降)解圖3濃度68%的水煤漿的流變特性及其產(chǎn)物研究[J].大連理工大學(xué)學(xué)報,1994,34對于工業(yè)水煤漿而言,希望靜態(tài)粘度大,以求穩定性好,不易沉淀;動(dòng)態(tài)粘度則要低,以有利于[6]楊海波,利用高等真菌降解褐煤及其產(chǎn)物的初步分輸送和霧化燃燒。從圖2和圖3可以看出,A2水析[D].大連:大連理工大學(xué),1992煤漿的流變特性較好,具有靜態(tài)粘度較大,動(dòng)態(tài)粘]佟威煤的微生物分解及其產(chǎn)物研究[D]·大連度較小的特點(diǎn),是一種優(yōu)質(zhì)水煤漿。大連理工大學(xué),19933.3煤生物轉化產(chǎn)物作添加劑的水煤漿的經(jīng)濟性81rinp, Scott C d. Davison b h. biosolubilization of目前,根據不同制漿原料煤的煤質(zhì)特點(diǎn),我國Coal in Aqueous and Non-Aqueous Media [J]. Appliedbiochemistry and Biotechnology, 1988, 24/25: 831自行開(kāi)發(fā)了腐植酸類(lèi)、木質(zhì)素、萘系添加劑和非離子型高分子添加劑。通常,腐植酸類(lèi)、木質(zhì)素、茶(9] Faison B D. Biological Coal Conversions]. Critical系添加劑的性能不及高分子添加劑。但后者價(jià)格相Reviews in Biotechnology, 1991,(114): 347-366對高、成本大,使用較少。[10 Klein Catcheside D E A, Fokoussa R, et al.Bio-常用的水煤漿添加劑以陰離子型萘系為主。腐logical Processing of Fossil Fuels [J],. Appl Micro-植酸類(lèi)添加劑具有與萘系分散劑類(lèi)似的分子結構biol Biotechnol, 1999, 52(1): 2-15.且價(jià)格低廉。與糞系添加劑(0.5%)比較,當水[1 Catcheside DEA, Ralph J P. Biological Processing of煤漿濃度為68%,腐植酸添加劑用量相同,均為Coal[J]. Appl Microbiol Biolechnol, 1999,520.5%時(shí),二者性能接近。但腐植酸類(lèi)添加劑的價(jià)(1):16-24格只相當于恭系添加劑的1/5~1/612112]李華民,初茉褐煤腐植酸制水煤漿添加劑煤生物轉化的水溶產(chǎn)物具有與腐植酸類(lèi)似的結的研究[J].煤炭工程,2003,(8):27-28中國煤化工CNMHG