煤的生物溶解产物在制备水煤浆中的应用

第4期选煤技术2007年8月COAL PREPARATION TECHNOLOGYAug 20文章编号:001-3571(2007)04-0030-03煤的生物溶解产物在制备水煤浆中的应用张明旭,欧泽深2,王龙贵(1.安徽理工大学,安徽淮南232001;2.中国矿业大学,江苏徐州221008)摘要:利用白膚真菌对硝酸预处理的义马褐煤经过生物转化(降解)后的水溶物作为水煤浆添加剂,制备了两种浓度(50%,68%)的水煤浆,与不加添加剂和加1%蔡系添加剂的水煤浆进行了表观粘度、流变特性方面的对比试验,考察了它们作为水煤浆添加剂的性能。结果表明,用煤微生物转化的水溶性产物制备水煤浆,效果很妤,相比之下,其各项指标都较优,价格也与萘系添加剂相当关键词;煤;生物转化;水煤浆;添加剂中图分类号:TD536文献标识码:A作为一次能源,煤在我国能源构成中占70%化成易溶于水的物质或者烃类气体,从中提取有特以上,且在相当长的时期内将占据不可替代的重要殊价值的化学品及制取清洁燃料、工业添加剂与作地位。在我国的煤炭资源中,有丰富的褐煤、风化物生长促进剂等“。如能找到合适的菌种,把煤煤等低阶煤资源凵3。这些低阶煤作为燃料直接燃转化为单一的低分子芳烃,则具有很高的价值。如烧,热效率低。因此,合理开发和充分利用祸煤及能把煤转化产物再进行厌氧微生物处理,得到甲低阶煤资源是一个值得深入研究的课题(3。烷、甲醇和乙醇等物质,则可替代石油作为清洁燃除可作为能源外,煤又是主要的化工原料。但料。当然,煤的生物转化较为复杂,要经历诸多的传统的煤化工技术耗能高,污染大,有悖于我国当过程才能完成。目前,利用微生物将纤维素转化为前的节能减排法规和可持续的科学发展观,将会受醇、沼气、氢气和一氧化碳的技术基本成熟,在常到越来越大的制约。而采用生物转化技术处理褐煤温和常压下即可实现。利用微生物降解石油和木质等低阶煤,提取有价值的化工用品,或作为有用的素的研究也非常活跃,进展迅速。因煤与石油、木化学品直接使用,在技术工艺、能耗和环境污染等质素同源,具有相似的结构,特别是年轻煤中含有方面均具有传统产业难以比拟的优点。大量类木质素物质,所以,生物降解石油、纤维1煤的生物转化素、木质素的研究成果大都可为煤炭生物转化所借鉴。对开发低污染、低耗能、应用前景广阔的煤炭煤的生物转化( Biotransformalion)是指煤在物转化技术,有着十分重要的意义。微生物参与下发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、细菌和放线菌等由于煤种、菌种、微生物培养条件及溶煤方式微生物的作用实现煤的溶解、液化或气化,使之转的差异,煤经某些微生物的作用在一定条件下可转化成一定数量的水溶性液态产物。该产物含有多种官能团,其中元素变化趋势基本一致,即与原煤相收稿日期:2007-07-02基金项目:国家自然科学基金“煤炭生物转化技术的研究”比,煤的微生物溶解(转化)产物中H、0的含(50474056);教育部200年度高等学校博士学科点专项科研基金量随溶煤时间的增加而增大-”。这表明,在生物新型微生物用于煤炭生物转化的研究”《2005036100};2003年淮南市重点科技项目“煤炭的生物转化研究”;安徽省2005-2006年溶煤过程中,由于有水中H、O的介入,发生了氧度自然科学基金项目“煤炭生物转化新菌种的筛选及其改良的研化水解过程。核磁共振表明,溶煤产物中C0-官究”(050450102);安微省高校省级2007年度自然科学研究重点项能团明显增多,表明该过程有氧化作用发生,导致目“煤炭生物转化关键技术和方法的研究”(K2007A083;安徽省学术技术带头人后备人选05年资助项目“煤炭生物转化新菌种极中国煤化工某产物是一种很复杂的培育及其应用研究”【2005hba09的作者简介:张明旭(1955-),男,安徽省淮南市人,教授,士导师,现任安徽理工大学校长,主从事煤脱流与分析的尚YHCNMHG分子量的分布目前囚,関细木因煤种、菌种、研究研究和管理工作。联系电话:(0554)6668899。者的不同而差异较大。人们一直希望用微生物降解煤来生成某些结构第4期张明旭等:煤的生物溶解产物在劊备水煤浆中的应用007年8月25单一的、有较高经济价值的化学品,但由于煤本身表1浓度为50%的不同水煤浆的粘度结构的复杂性及煤微生物溶解产物的组成和结构的转速档仪器常数读数a表观粘度/Pa·s复杂性,要想直接得到结构单一的化学品有一定的K/mPa·SA,B,C困难。鉴于煤的生物转化的特点及优势,开发其转17.860140.01800.250化产物的用途也因此显得非常重要。根据许多研究10.0031210.0300.0010.201者的观点,煤生物转化所生成的水溶性液态产物因5.55654270.0270.0220.1502.632810420.0210.0260.I0含有多种官能团,工、农、牧、医等方面应用广1.53811570.0170.0250.087泛,潜力巨大17"。但除农业外,其他领域应用10.89291822870.0160.0200.078并不多见。130.500030360.0150.018根据煤转化产物的理化性质及一些特性,为拓0.27780.0150.016屐煤生物转化产物的用途,文章将其作为制备水煤表2浓度为68%的不同水煤浆的粘度浆的添加剂,通过试验,考查其对水煤浆粘度、流转速档校器常数表观粘度/Pa·s变性和稳定性能的影响,以探索应用煤生物转化产K/mPa·sACA, B, C1物作添加剂生产优质水煤浆的可行性。17.8695130.1610.0890.23210.01215210.1200.1500.2102试验材料与方法55.5561626330.0890.1440.183试验釆用经硝酸处理的<0.2mm级义马褐煤63.5712241490.0790.1470.175(灰分16.34%,硫分0.56%)经白腐菌在液体培2.6322955630.0760.1450.166养基作用10d后的水溶物作为水煤浆的添加剂,并2.0003871780.0760.1420.156与汬系水煤浆添加剂进行比较。制备水煤浆用的煤1.53890.0750.1410.100.07401%。为进行比较,制备了不同浓座、不同添加082981--02剂种类与添加数量和空白组(不加添加剂)水煤浆,并测定和研究其粘度和流变特性。测定采用的0.2仪器为NXS-11A型旋转粘度计,粘度测量使用A怒0.150.系统。白腐菌( white rot Fungus)属担子菌,作为典型的木质素降解菌,因分解木材后产生的残留物为剪切速率/s白色而得名。本试验所川原始菌种是用PDA培养图1浓度为50%的不同水煤浆的粘度基从腐烂的树木中分离纯化培养而得。试验用水煤浆浓度分别为50%和68%。浓度÷t为50%的水煤浆包括:煤生物转化水溶产物作为添加剂(1%)的水煤浆A1、萘系添加剂(1%)水煤浆B,和未加添加剂的水煤浆C;;浓度为68%73649.877.5105138180249310的水煤浆分别为:煤生物转化水溶产物作为添加剂图2浓度为68%的不同水煤浆粘度(2%)的水煤浆A2、萘系添加剂(1%)水煤浆由表1、表2、图1、图2可清楚地看出,A1、B2和未加添加剂的水煤浆C2A2的表观粘度明显低于B,、B2和C1、C2。在水煤3结果与讨论浆浓度为50%时,A,的粘度稍低于B、C1,两者差别不大;但当水煤浆浓度为68%时,A2的表现3.1不同水煤浆的表观粘度的征很说明煤微生物转化水煤浆的表观粘度U,为在不同转速下的仪器产中国煤化浆的粘度大大降低,常数k与读数a之积,即U,=Ka。不同添加剂的两流CNMH∝改善。在上述两种种浓度(50%和68%)的水煤浆的粘度测试结果分浓度条件下,A1、A2的动态粘度小于B1、B2,静别见表1、表2和图1、图2态粘度大于B1、B2。第4期选煤技术2007年8月25日3.2煤生物转化产物作添加剂的水煤浆的流变特构,但其作为添加剂,性能比腐植酸类物质要好得性多,比加同样剂量的恭系添加剂制备出的水煤浆各水煤浆的流变性是影响其贮存、输送及雾化喷方面性能都要好。考虑到微生物培养基的成本,煤燃的重要因素。浓度为68%的水煤浆A2的剪切应生物转化水溶产物的价格与萘系添加剂基本相当。力和剪切速率见表3,流变特性见图3表3浓度68%的水煤浆剪切应力与剪切速率对应表4结论剪切应力/Pa剪切速率/s用煤微生物转化的水溶性产物作添加剂制备水3.0427.67煤浆,效果很好。与添加1%汬系添加剂的水煤浆和不加添加剂的水煤浆相比,其各项指标都较优,49.81价格也与萘系添加剂差不多。参考文献10.52[1]武丽敏,微生物降解褐煤的研究[J].煤炭加工与综合利用,1995,(1)18.54179.9[2]戴和武,谢可玉.褐煤利用技术,[M],北京:煤2.41249.0炭工业出版社,1999.1-10,183-185,245-47,[3〕郑平,煤炭腐植酸的生产和应用[M].北京:化学T业出版社,1991[4]王龙贵,张明旭,等.生物技术在煤炭加工处理中15.527.73649,877,5105138160249应用[J].煤质技术,2004,(2-3)剪切速率/s[5]韩威,佟威,杨海波,等,煤的微生物溶(降)解图3浓度68%的水煤浆的流变特性及其产物研究[J].大连理工大学学报,1994,34对于工业水煤浆而言,希望静态粘度大,以求稳定性好,不易沉淀;动态粘度则要低,以有利于[6]杨海波,利用高等真菌降解褐煤及其产物的初步分输送和雾化燃烧。从图2和图3可以看出,A2水析[D].大连:大连理工大学,1992煤浆的流变特性较好,具有静态粘度较大,动态粘]佟威煤的微生物分解及其产物研究[D]·大连度较小的特点,是一种优质水煤浆。大连理工大学,19933.3煤生物转化产物作添加剂的水煤浆的经济性81rinp, Scott C d. Davison b h. biosolubilization of目前,根据不同制浆原料煤的煤质特点,我国Coal in Aqueous and Non-Aqueous Media [J]. Appliedbiochemistry and Biotechnology, 1988, 24/25: 831自行开发了腐植酸类、木质素、萘系添加剂和非离子型高分子添加剂。通常,腐植酸类、木质素、茶(9] Faison B D. Biological Coal Conversions]. Critical系添加剂的性能不及高分子添加剂。但后者价格相Reviews in Biotechnology, 1991,(114): 347-366对高、成本大,使用较少。[10 Klein Catcheside D E A, Fokoussa R, et al.Bio-常用的水煤浆添加剂以阴离子型萘系为主。腐logical Processing of Fossil Fuels [J],. Appl Micro-植酸类添加剂具有与萘系分散剂类似的分子结构biol Biotechnol, 1999, 52(1): 2-15.且价格低廉。与粪系添加剂(0.5%)比较,当水[1 Catcheside DEA, Ralph J P. Biological Processing of煤浆浓度为68%,腐植酸添加剂用量相同,均为Coal[J]. Appl Microbiol Biolechnol, 1999,520.5%时,二者性能接近。但腐植酸类添加剂的价(1):16-24格只相当于恭系添加剂的1/5~1/612112]李华民,初茉褐煤腐植酸制水煤浆添加剂煤生物转化的水溶产物具有与腐植酸类似的结的研究[J].煤炭工程,2003,(8):27-28中国煤化工CNMHG