JPH0649466A - 微生物を用いた石炭の脱硫および脱灰方法 - Google Patents

微生物を用いた石炭の脱硫および脱灰方法

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JPH0649466A
JPH0649466A JP22328592A JP22328592A JPH0649466A JP H0649466 A JPH0649466 A JP H0649466A JP 22328592 A JP22328592 A JP 22328592A JP 22328592 A JP22328592 A JP 22328592A JP H0649466 A JPH0649466 A JP H0649466A
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Abstract

(57)【要約】 【構成】鉄酸化細菌チオバチルス・フェロオキシダンス
(Thiobacillus ferrooxidans) (特にT−1,T−9,
T−11,ATCC23270株)を微粉化石炭−水混
合物と接触させることからなる石炭の脱硫・脱灰方法、
および該脱硫・脱灰方法により処理された微粉化石炭−
水混合物。 【効果】従来の微生物による石炭の脱硫・脱灰に必要だ
った浮選剤が不要となり、しかも少ない微生物量でより
確実に、効率よく石炭の脱硫・脱灰を行うことができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は微生物を用いた石炭の脱
硫および脱灰に関するものである。より詳しくは、本発
明は、微粉化石炭−水混合物の形態にある石炭から微生
物を用いて効率よく脱硫および脱灰する方法、ならびに
該方法により脱硫および脱灰された微粉化石炭−水混合
物に関するものである。
【0002】
【従来の技術】石炭は埋蔵量が豊富で供給も安定してい
ることから、石油に替わる一次エネルギー源として注目
されている。しかし、石炭は硫黄分を含むため、これが
燃焼することによって発生するSOx が酸性雨を引き起
こす原因の一つとなる。このため、現在は石炭消費の際
になるべく硫黄含量の低い低硫黄炭を用いると共に、燃
焼後の排煙脱硫法によって硫黄酸化物を取り除いている
が、排煙脱硫装置およびその運転費が高価なことや、将
来、低硫黄炭が不足した場合の高硫黄炭の利用等を考慮
すると、石炭燃焼前に効率よく脱硫する方法の開発が必
要である。一方、以前よりある種の微生物が石炭中の硫
黄分をエネルギー源として利用して繁殖することが確か
められており、この性質を利用して石炭の脱硫を行う方
法が知られている。しかし、この方法は脱硫に数週間も
の時間を必要とする。そこで、脱硫時間の短縮を図るた
め、石炭を微生物懸濁液中に入れて処理した後、浮遊選
炭を行う方法が開発され、脱硫時間はかなり短縮された
ものの、この方法は処理する石炭が細かいと脱硫効果が
低下し、しかも脱硫処理に大量の微生物や浮選剤を必要
とする問題が依然として残っている。また、石炭は燃焼
後に残留する灰分も含んでいる問題があり、この灰分を
燃焼前に除き、石炭の単位重量あたりの可燃分をできる
だけ高くしておくことが燃料として好ましい。さらに、
石炭は石油に比べ、輸送、貯蔵性が悪いという短所があ
る。このため、現在、微粉化した石炭を水と混ぜて流体
化した形態の燃料が開発され、一部実用化されている。
この微粉化石炭−水混合物は取扱いの面で改善され、利
便性が高いことから、将来の重要なエネルギー源として
有望である。しかし、微粉化石炭−水混合物から効率よ
く燃焼前に脱硫・脱灰する方法はこれまで報告されてい
ない。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な問題点を解決するためになされたものであり、微生物
を用いて微粉化石炭−水混合物から燃焼前に効率よく脱
硫・脱灰する方法を提供することを課題とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、種々研究
を重ねた結果、ある種の微生物を微粉化した石炭−水混
合物(Coal Water Mixture, 以下CWMとも記載する)
と接触させることにより、石炭から効率よく脱硫・脱灰
できることを見出し、さらに鋭意検討の末、本発明を完
成させた。
【0005】すなわち、本発明は、鉄酸化細菌チオバチ
ルス・フェロオキシダンス(Thiobacillus ferrooxidan
s) を微粉化石炭−水混合物と接触させて石炭から脱硫
する方法に関し、また、この方法により脱硫された微粉
化石炭−水混合物にも関する。さらに、本発明は鉄酸化
細菌チオバチルス・フェロオキシダンスを微粉化石炭−
水混合物と接触させて石炭から脱灰する方法にも関し、
そしてこの方法により脱灰された微粉化石炭−水混合物
に関する。
【0006】本発明において石炭の脱硫および脱灰は、
上記微生物と微粉化石炭−水混合物と接触させることに
より、石炭中の硫黄分および灰分を石炭から分離させ、
次いで浮遊選炭により石炭中の硫黄分および灰分を下方
に沈ませ、一方、脱硫・脱灰された石炭を上方に浮かせ
ることにより、石炭から脱硫・脱灰するものであるが、
その際、下方より送気したり、起泡剤を添加して、微粉
化石炭の浮上を促進することは好ましい。また、脱硫・
脱灰は円筒形状の脱硫・脱灰槽中で行われることが好ま
しいが、これにより、石炭と硫黄分および灰分との分離
効率がより向上し、より広範囲の粒度範囲の石炭の脱硫
・脱灰が可能となる。
【0007】また、本発明の石炭の脱硫および脱灰にお
いて使用される鉄酸化細菌は上記したようにチオバチル
ス・フェロオキシダンスであるが、好ましい菌株とし
て、酸性土壌より分離されたチオバチルス・フェロオキ
シダンスT−1株、T−9株およびT−11株ならびに
アメリカン・タイプ・カルチャー・コレクションより分
譲されたチオバチルス・フェロオキシダンスATCC2
3270株を挙げることができる。この中で、T−1
株、T−9株およびT−11株は本発明者等が分離・純
化したもので、全て広島県竹原から採取した土壌を硫酸
第一鉄培地(表1)に懸濁し、30℃で震盪培養を行
い、培地が赤変したもの(水酸化鉄を生成したもの)の
みを1週間毎に同じ組成の培地に継代培養し、そして2
ヵ月間の集積培養の後、シリカゲルプレート培地(表
1)による純粋培養を行い分離したものである。これら
分離株は1週間毎に継代培養することにより保存してい
る。これらの分離株の菌学的性質を表2にまとめて示
す。なお、上記分離株の分離・純化および菌学的性質等
についての詳細は大村等,電力中央研究所報告,研究報
告,U91010(1991年5月)に記載されてい
る。上記3つの分離株は1992年7月27日に工業技
術院微生物工業技術研究所に寄託され、それぞれ以下の
受託番号を有する:T−1株(微工研菌寄第13090
号),T−9株(微工研菌寄第13091号)およびT
−11株(微工研菌寄第13092号)。
【表1】 ───────────────────────────────── 硫酸第一鉄 シリカゲルプレート 培地 培地 ───────────────────────────────── (NH4 2 SO4 1.0g 0.75g KCl 1.0g 0.075g K2 HPO4 0.5g 0.375g MgSO4 ・7H2 O 0.5g 0.375g Ca(NO3 2 ・4H2 O 0.01g 0.0075g FeSO4 ・7H2 O 44.22g 44.2g 蒸留水 1000ml 1000ml コロイダルシリカ − 800ml 5N H2 SO4 − 10ml pH 2.5 3.0 ─────────────────────────────────
【表2】 ───────────────────────────── 性質 分離株*1 ───────────────────────────── グラム染色 陰性 細胞の形 短棹型 運動性 あり 生育に対する至適 pH 2.5〜3.5 温度(℃) 25〜30 各種エネルギー源を用いた培地上での生育*2 チオ硫酸 + チオラチオン酸 + 単体硫黄 + 硫酸第一鉄 + 黄鉄鉱 + 酵母エキス − ───────────────────────────── (脚注) *1:T−1,T−9およびT−11 *2:+,−は菌株の生育の有(+)無(−)を示す
【0008】本発明において、微粉化石炭とは粒径75
μm以下程度のものを意味し、CWM中の微粉化石炭の
量は接触させる鉄酸化細菌の量との関係で種々変化し、
好適な脱硫・脱灰が行われるように選択され得るが、通
常5〜25重量%である。また、本発明の石炭の脱硫方
法および脱灰方法において、CWMと接触させる鉄酸化
細菌の量は、処理される石炭の硫黄および灰分含量やC
WM中の微粉化石炭の濃度によって種々変化し得るが、
通常、石炭1gあたり、鉄酸化細菌5×109 ないし1
0×109 個(50億個〜100億個)であることが好
ましい。鉄酸化細菌とCWMとの接触時間は特に制限さ
れないが、1〜10分間で十分であり、特に1〜2分間
の短い時間でも相当の脱硫・脱灰効果が得られる本発明
の脱硫・脱灰は回分式で行うこともできるが、作業性等
の点で連続式で行うことが好ましい。
【0009】
【実施例】以下実施例に基づいて本発明を説明するが、
本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。ま
ず、最初に本実施例で使用される浮遊選炭のための浮選
液、脱硫・脱灰される微粉化石炭−水混合物および脱硫
・脱灰実験法について説明する。 (a)浮選液 供試菌株(チオバチルス・フェロオキシダンスT−1
株,T−9株,T−11株,ATCC23270株)を
9K培地〔M. P. Silverman 等, Appl. Micobiol., 9,
491 (1951)〕中30℃で3日間通気培養し、これを15
00×gで10分間遠心分離して集菌し、次に菌体を希
硫酸水溶液(pH2.0)に懸濁し、同溶液で3回洗浄
した後、所望濃度の細菌懸濁液に調整して浮選液とす
る。 (b)微粉化石炭−水混合物 石炭は太平洋炭(全硫黄分:0.23重量%,灰分:1
6.4重量%,発熱量:6140/g)、黄鉄鉱は同和
工業株式会社・柵原鉱山産のものを用い、これらを20
0〜300メッシュに整粒した(粒径50〜75μ
m)。これらを石炭:黄鉄鉱=9:1の重量比に混合し
たものを以下において高硫黄炭と呼ぶ。所望量の黄鉄鉱
または高硫黄炭を上記細菌懸濁液に添加することにより
微粉化石炭−水混合物(CWM)と細菌とが接触可能と
なる。 (c)脱硫・脱灰実験法 脱硫・脱灰実験のために図1に示す直径5cm、高さ1
0cm、容量200mlで底部にガラスフィルター3を
組み込んだ円筒形ガラス製カラム2を備えた浮遊選炭装
置1を用いた。このカラム2中に所望量の浮選液4を入
れ起泡剤(メチルイソブチルカルビノール)150μl
を添加して攪拌後、黄鉄鉱または高硫黄炭(黄鉄鉱の場
合2重量%、高硫黄炭の場合10重量%となるような
量)を上方より投入し、一定時間攪拌する。この攪拌時
間を微生物接触時間とする。攪拌後、エアーポンプ5を
用い流量計6で1.0ml/分の流速に調節しながら送
気すると共に、水供給部7より洗浄水8を送り、浮遊選
炭を行う(図中、黒丸は微粉化石炭を、黒四角は硫黄・
灰分を、白丸は気泡を模式的に示す)。この時、カラム
上部より溢れ出たCWMをフロス9(フロス回収部10
より装置外に除去される)、浮選後もカラム内に残存し
たCWMをテイル11とし、各々0.5μmのメンブラ
ンフィルターで濾過回収し、80℃で3時間乾燥後、硫
黄分および灰分をそれぞれJIS−M−8813および
M−9912に準拠して測定し、そして可燃分を石炭全
量から硫黄分と灰分を差し引いて算出する。
【0010】実施例1 浮選液としてチオバチルス・フェロオキシダンスATC
C23270株の5×108 細胞/mlの懸濁液を用
い、微生物接触時間を10分に設定し、石炭中の硫黄分
である黄鉄鉱のみを使用して上記脱硫実験を行った。微
生物処理を行わなかった以外は同様に処理したものを対
照とした。その結果、対照の場合、投入した黄鉄鉱のう
ち90%がフロス中に含まれていたのに対し、細胞懸濁
液を浮選液として加えた本発明の場合、フロス中の黄鉄
鉱は35%と減少していた。つまり、本発明により、石
炭中に含まれる黄鉄鉱をテイル中に回収させ、脱硫でき
ることが示された。
【0011】実施例2 浮選液としてチオバチルス・フェロオキシダンスT−1
株、T−9株、T−11株およびATCC23270株
の10.0×108 細胞/mlの懸濁液を用い、微生物
接触時間を2分に設定し、石炭中の硫黄分である黄鉄鉱
のみを使用して上記脱硫実験を行った。浮選液なしで処
理したものを対照とした。結果を表3に示す。
【表3】 ─────────────────────────────────── T−1 T−9 T−11 ATCC株 対照 ─────────────────────────────────── フロス中に含まれる 硫黄分(重量%) 17 16 17 18 84 脱硫率(%) 83 84 83 82 16 ─────────────────────────────────── これによると、対照の場合、投入した黄鉄鉱のうち84
%がフロス中に含まれていたのに対し、細胞懸濁液を浮
選液として加えた本発明の場合は、フロス中に含まれる
黄鉄鉱が16〜18%と減少していた。つまり、本発明
の場合、チオバチルス・フェロオキシダンスととうよう
な性質を持つ菌株を用いれば、2分間で黄鉄鉱の82〜
84%が脱硫できることが示された。
【0012】実施例3 浮選液としてのチオバチルス・フェロオキシダンスAT
CC23270株の細胞濃度と脱硫率との関係を、上記
脱硫実験法に従って、微生物接触時間を5分間に設定
し、微粉化石炭として高硫黄炭を用いて求めた。結果を
図2に示すが、これは細胞濃度とフロス中の硫黄含量お
よびフロスの回収率との関係を表すものである。これに
よると、脱硫効果は2×108 細胞/mlと低い濃度で
顕れはじめ、5×108 細胞/mlでほぼ横這いになる
ことがわかる。また、本試験の結果から、石炭1gあた
り約60億個の微生物濃度で優れた脱硫効果を示すこと
が明らかである。
【0013】実施例4 チオバチルス・フェロオキシダンスATCC23270
株を60億個/石炭1gの微生物濃度となるように調整
した浮選液を用い、上記脱硫・脱灰実験法に従って、微
生物接触時間を1分間に設定し、微粉化石炭として高硫
黄炭を用いて脱硫・脱灰を行った。対照は微生物処理を
しなかったものである。結果を表4にまとめて示す。な
お、配分率とはCWM中の各成分のフロスおよびテイル
における存在比を表す。
【表4】 ─────────────────────────────────── 含有率(%) 配分率(%) 回収率 ────────── ────────── (%) 灰分 硫黄分 可燃分 灰分 硫黄分 可燃分 ─────────────────────────────────── 対照 フロス 94 20.4 5.02 74.6 91 92 95 テイル 6.0 30.6 6.75 62.7 3 8 5 本発明 フロス 70 17.8 2.38 79.8 58 31 77 テイル 30 30.4 12.3 57.3 42 69 23 ─────────────────────────────────── この結果からわかるように、本発明の方法によれば、従
来脱硫が困難とされていた、CWM適合粒度に微粉化さ
れた高硫黄炭から、1分間で約70%脱硫でき、灰分も
42%脱灰できるものである。
【0014】
【発明の効果】以上詳細に記載したように、本発明は、
燃焼前の微粉化石炭−水混合物から効率の良い脱硫およ
び脱灰を可能としたものである。また、本発明によれ
ば、従来の微生物による石炭の脱硫・脱灰に必要だった
浮選剤が不要であり、しかも少ない微生物量でより確実
に脱硫・脱灰を行うことができる。従って、本発明は微
生物により脱硫・脱灰された微粉化石炭−水混合物を初
めて提供するものであり、このような処理石炭は酸性雨
を導くSOx の発生が少なく、環境保護に大きく寄与す
るものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明において用いられる脱灰・脱硫装置の一
実施例を示す模式図である。
【図2】浮選液の細胞濃度と脱硫率および石炭回収率と
の関係を示すグラフである。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 鉄酸化細菌チオバチルス・フェロオキシ
    ダンスを微粉化石炭−水混合物と接触させて石炭から脱
    硫する方法。
  2. 【請求項2】 脱硫が円筒形状の脱硫槽中で行われる請
    求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】 鉄酸化細菌チオバチルス・フェロオキシ
    ダンスにより脱硫された微粉化石炭−水混合物。
  4. 【請求項4】 鉄酸化細菌チオバチルス・フェロオキシ
    ダンスを微粉化石炭−水混合物と接触させて石炭から脱
    灰する方法。
  5. 【請求項5】 脱灰が円筒形状の脱灰槽中で行われる請
    求項4記載の方法。
  6. 【請求項6】 鉄酸化細菌チオバチルス・フェロオキシ
    ダンスにより脱灰された微粉化石炭−水混合物。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101519420B1 (ko) * 2014-09-24 2015-05-12 한국지질자원연구원 철 및 황 함유 석탄으로부터 황철석 및 황의 제거방법
KR20150124657A (ko) * 2014-04-29 2015-11-06 한국지질자원연구원 인산염 용해 미생물을 이용한 모나자이트의 생물학적 분해 기술
CN105838466A (zh) * 2016-05-25 2016-08-10 太原理工大学 一种煤炭微生物脱灰的方法
CN108865321A (zh) * 2018-09-25 2018-11-23 辽宁工程技术大学 一种隐秘嗜酸杆菌参与的煤粉协同作用氧化脱硫方法

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