陳春林

(大同煤業(yè)金鼎活性炭有限公司，山西 大同 037000)

脫硫脫硝活性炭，俗稱活性焦，屬于煤質(zhì)顆?；钚蕴糠懂?，其專用領(lǐng)域為火電廠尾氣、大型火爐尾氣以及鋼鐵廠燒結(jié)尾氣等制煉尾氣處理工作的專用產(chǎn)品，具有脫汞、脫砷、降低粉塵污染等處理作用的同時，主要可同步凈化SO2和NOx。因脫硫脫硝活性炭的使用規(guī)模大，因此對活性炭提出了可循環(huán)利用的要求，為達(dá)到該要求，就必須保證脫硫脫硝活性炭強(qiáng)度、顆粒大小合格、可重復(fù)利用特征等符合要求。

1 活性炭脫硫脫硝原理

如圖1脫硫脫硝工藝流程圖所示，活性炭脫硫脫硝工藝為：先將含氮氧化物、含硫氧化物通過除塵與水間接換熱冷卻，利用風(fēng)機(jī)將其送入吸附塔中，活性炭在吸附塔內(nèi)隨移動床進(jìn)行下移運動，下移過程中，通過提升機(jī)在吸附塔上部添加新的活性炭，提升機(jī)將卸出活性炭送往再生塔，最后通過濃縮器放入酸儲槽，將其作為產(chǎn)品出售。

1.1 工藝原理

先選擇細(xì)中孔、微孔的活性炭，將其于40 ℃～45 ℃下預(yù)熱，之后，在預(yù)設(shè)溫度下，與含鹽泥少、含鐵低的離子膜堿進(jìn)行均勻混合并浸泡一段時間，取出后在特定溫度熱空氣中進(jìn)行烘干，將其氧化到一定程度后開始降溫，利用去離子水對其進(jìn)行噴霧，用水將碳孔表層進(jìn)行覆蓋，隨后，通過篩選、冷卻得到脫硫脫硝浸漬活性炭。

1.2 浸漬原理

經(jīng)過初步浸漬后，在熱空氣流中的活性炭將發(fā)生如式(1)反應(yīng)。

圖1 脫硫脫硝工藝流程圖

(1)

如式(1)所示，通過此法制造的脫硫脫硝浸漬活性炭，在具備活性炭基本吸附功能外，活性炭表面堿度也增大。

1.3 脫硝原理

1) H2S脫除原理[R表示堿金屬離子分離，見式(2)～式(5)]：

2H2S+O2=2S+2H2O

(2)

H2S+R2CO3=R2S+H2O+CO2↑

(3)

2ROH+H2S=R2S+2H2O

(4)

R2S+3O2=2R2SO3

(5)

2) SO2脫除原理[R表示堿金屬離子分離，見式(6)～式(9)]

2SO2+O2=2SO3

(6)

SO3+2H2O=H2SO4

(7)

H2CO4+R2SO3=R2SO4+H2O+CO2↑

(8)

2ROH+SO2=R2SO3+H2O

(9)

3) COS的脫除原理[見式(10)]

COS+H2O=H2S+CO2↑

(10)

在式(10)中，脫除COS以水解為主，先生成H2S，隨后按照式(2)、式(3)、式(4)進(jìn)行COS的脫除。

1.4 主要特點

1) 以表面布滿細(xì)中孔和微孔作為浸漬載體，提供充足的反應(yīng)場所進(jìn)行脫硫脫硝。

2) 應(yīng)用了去離子水的噴霧技術(shù)，將已經(jīng)氧化且烘干的碳增加濕度，增加了碳的硫容。

3) 浸漬液采用高純度離子膜經(jīng)氫化物進(jìn)行活性炭浸漬，有效將活性炭表面堿度增大，使其在一定溫度下進(jìn)行酸堿中和，又因中和的快速反應(yīng)，使H2S、NOx以及SO2快速被脫附。

4) 活性炭脫硫階段，主要產(chǎn)物為硝酸鹽、可溶性硫酸鹽，通過水洗硫酸鹽可進(jìn)行再生。

5) 氧化、烘干技術(shù)工藝獨特，將經(jīng)過浸漬的活性炭利用熱空氣進(jìn)行氧化和烘干，直接將氧化性物質(zhì)加入。

1.5 活性炭脫除SO2和NO2的反應(yīng)機(jī)理

SO2在活性炭表面經(jīng)過氧化吸收，形成硫酸，其反應(yīng)如式(11)。

2SO2+O2+2H2O→2H2SO4

(11)

在吸收塔加入氨以后，可將NO脫除，反應(yīng)如式(12)。

4NO+O2+4NH3→4N2+6H2O

(12)

2 脫硫脫硝活性炭成型工藝條件

為研究對脫硫脫硝活性炭成型造成影響的工藝條件，從原料配比、擬合溫度以及碳活化條件三方面探討脫硫脫硝活性炭的成型工藝條件。

1) 原料對活性炭的影響。

原料煤不同，其生產(chǎn)出來的產(chǎn)品指標(biāo)也有所差異，在生產(chǎn)過程中，其原煤的品種、配比等條件，須根據(jù)客戶要求來調(diào)整。單一煤種，通常條件下都不足以滿足生產(chǎn)的需求，因此在實際生產(chǎn)過程中，會經(jīng)常出現(xiàn)通過配煤達(dá)到產(chǎn)品要求的情況。實驗采用焦煤、焦粉配煤，高溫煤焦油作為黏結(jié)劑。表1、表2分別為原料指標(biāo)、產(chǎn)品質(zhì)量對比數(shù)據(jù)。

表1 原料煤指標(biāo)數(shù)據(jù)

通過產(chǎn)品質(zhì)量對比數(shù)據(jù)(表2)可看出，合格的脫硫脫硝活性炭可以通過焦煤與焦粉的合理配比生產(chǎn)，不同配比生產(chǎn)出的脫硫脫硝碳，其指標(biāo)也有所不同，在實際生產(chǎn)過程中，須根據(jù)訂單進(jìn)行配比調(diào)整。

2) 焦煤黏結(jié)指數(shù)對原料配比的影響。

表2 產(chǎn)品質(zhì)量對比數(shù)據(jù)

當(dāng)原料煤黏結(jié)指數(shù)較高時，焦煤碳化期間所形成的膠質(zhì)體會對物料起到黏結(jié)作用，繼而焦油配入量會大量減少，使其有效節(jié)約成本。但是實驗表明，在實際生產(chǎn)中不能將高焦渣性的主焦作為原料，其原因是，當(dāng)焦油配入量過少時，碾壓造粒機(jī)無法使物料成型。平模碾壓造粒機(jī)最大壓力為10 MPa，而在焦油配量不夠的情況下，壓力為25MPa的四柱液壓機(jī)都無法使物料成型，平模碾壓造粒機(jī)自然無法完成成型工作。為滿足成型條件，須使用低黏結(jié)指數(shù)的1/3焦煤，雖然焦油用量有所增大，成型率卻得到有效提高，同時不會出現(xiàn)結(jié)焦現(xiàn)象[1-3]。焦油用量對比數(shù)據(jù)如表3。

表3 焦油用量對比數(shù)據(jù)

由表3數(shù)據(jù)可看出，在生產(chǎn)過程中，考慮焦油用量的同時，還須通過焦渣特性以及實際情況來作出調(diào)整。

3) 壓條機(jī)溫度對質(zhì)量的影響。

在混捏過程后，物料在四柱液壓機(jī)料筒內(nèi)受到冷卻，壓條后續(xù)過程中會出現(xiàn)壓力不足的現(xiàn)象，繼而無法成型。因此，為滿足活性炭成型條件，就需要在壓條之前，對四柱液壓機(jī)的模具及料筒做提前預(yù)熱工作[3]。在生產(chǎn)過程中，將本工段混合造粒單元生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行蒸汽保溫，這樣有利于水、煤粉和煤焦油均勻分散、浸潤、滲透，進(jìn)而生產(chǎn)出表面光滑、強(qiáng)度高且不易粉碎的優(yōu)質(zhì)生碳條。

3 結(jié)語

合格、優(yōu)質(zhì)的脫硫脫硝活性炭，可以通過焦油、焦煤以及焦粉的合理配比生產(chǎn)出來，其具體比例應(yīng)根據(jù)實際生產(chǎn)中的客戶訂單需求而進(jìn)行調(diào)整。在實際生產(chǎn)過程中，脫硫脫硝活性炭的成型溫度條件應(yīng)保持在60 ℃～80 ℃的溫度條件下進(jìn)行，繼而提高活性炭的成型率。

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