活性炭脫硫脫硝性能的研究

李永上 楊光明

【摘 要】以太西無煙煤為主要原料，通過不同方式負載一定比例化學藥劑制備出脫硫脫硝活性炭。并模仿煙道氣條件下在固定床評價裝置上進行脫硫脫硝實驗，結果表明：通過原位摻雜方式負載三聚氰胺脫硫脫硝性能最好。

【關鍵詞】活性炭；煙道氣；脫硫；脫硝

當前國內電廠脫硫脫硝主要采用濕法脫硫脫硝技術，鋼鐵冶煉行業主要采用干法煙氣脫硫脫硝技術。干法煙氣脫硫脫硝技術是利用活性炭的吸附、催化和過濾功能同時脫除煙氣中的SOx、NOx、煙塵及多種有害物質并能回收硫資源的干法煙氣處理技術[1]。目前脫硫脫硝活性炭存在脫硫值、脫硝率較低，脫硫值為18mg/g，脫硝率為30%。寧夏太西無煙煤具有低灰、低硫、高化學活性、高固定碳含量、高鏡質組含量、高機械強度等優異性能[2]。其制備的活性炭具有發達的微孔結構，吸附路徑短、孔徑分布均勻、脫附速度快，不但可以替代普通活性炭，還可廣泛用作催化劑載體、氣體分離、天然氣貯存，以及大容量電容器電極材料和放射性物質的防除材料等[3]，具有極高的應用價值。本試驗以太西無煙煤為原料通過原位摻雜和浸漬添加催化劑來制備脫硫脫硝活性炭，并模仿煙道氣條件在固定床反應器上進行脫硫脫硝研究，以期制備出吸附效果佳的脫硫脫硝吸附劑。

一、試驗方法

1.原料、設備

主要原料為：太西無煙煤、1/3焦煤、神府煤田長焰煤，粘結劑為煤焦油。

藥品為：三聚氰胺、尿素、碳酸鉀、氫氧化鉀。

試驗設備：球磨機、捏合機、造粒機、管式炭化活化爐等。

2.活性炭制備方法

采用柱狀炭的生產工藝，在制備過程中添加改性試劑。添加方法包括在成品脫硫脫硝活性炭直接浸漬、在活性炭制備過程中原位摻雜兩種方式

制備方式一：原位摻雜

（1）以太西無煙低灰煤為主要原料，混摻一定比例的1/3焦煤、神府煤，粉碎后加入煤粉質量比5%的催化劑及適量煤焦油和水進行制粉、攪拌、壓制成型、風干。

（2）將干燥的炭條進行炭化、活化，待其冷卻后取出制備好的活性炭試樣。

制備方式二：成品炭直接修飾

將成品活性炭與催化劑以100：5的比例稱量，將尿素與三聚氰胺分別制備成溶液，將溶液噴灑到成品活性炭表面，放入烘箱在100℃下干燥2h后取出樣品。

二、結果與討論

1.改性后樣品的技術指標

采用同樣的原料煤配比，在相同試驗工藝條件下，負載不同含氮有機物，制備出的樣品，對樣品技術指標測試結果如下表1所示。

根據表1分析結果得知，在相同的生產工藝條件下，通過兩種方式負載不同催化劑，制備出樣品的耐磨強度、耐壓強度堆積密度均滿足脫硫脫硝活性炭產品技術指標要求。相比較直接負載催化劑的樣品碘吸附值低于空白樣品，分析認為是負載的藥劑被吸附在活性炭孔隙中，降低碘吸附的量。

直接浸漬碳酸鉀和氫氧化鉀的樣品著火點低于產品技術指標420℃要求。分析認為原位摻雜的催化劑在經過高溫炭化、活化過程中催化劑分解，鉀離子氣化，樣品中殘留鉀離子較少，因此樣品著火點較高。而直接浸漬負載碳酸鉀和氫氧化鉀樣品中鉀離子含量較高，降低樣品的燃點。

2.樣品的脫硫效果分析

對表1當中初步滿足脫硫脫硝活性炭產品技術標準的7個樣品進行脫硫性能評價。從表2可以看出，同樣配煤條件下，不同方式負載不同種類催化劑樣品與空白樣對比脫硫值并無明顯差別。通過分析碘吸附與脫硫值關系認為碘吸附值越高脫硫值越高。

3.樣品的脫硝效果分析

表3為脫硝效率的測試結果，樣品的脫硝效果隨著時間的延長，呈現衰減趨勢。Z-A、Z-B兩個樣品是通過浸漬負載催化劑，衰減趨勢更加明顯，由于脫硝反應分為吸附和催化反應，活性炭直接浸漬三聚氰胺和尿素在高溫過程中分解出類似于NH3作用的物質，在催化反應過程中與氮氧化物和氧氣反應生產氮氣和水。所以隨著反應時間的延長，浸漬的催化劑逐漸消耗完畢，脫硝效率會越來越低，最后趨于穩定

Y-A原位摻雜三聚氰胺樣品在脫硝反應過程中衰減不明顯，3h后脫硝效率達到51.29%，分析可能是在活性炭制備過程中，經過炭化、活化高溫處理后在活性炭表面形成含氮官能團，對脫硝效率起到一定的作用。

Y-B、Y-C、Y-D三種樣品在脫硝反應過程中脫硝效率變化較小，分析得出尿素、碳酸鉀、氫氧化鉀在經過高溫炭化、活化過程中分解、氣化，在活性炭內殘留較少，對脫硝的催化反應影響較少，脫硝效率與空白樣相比沒有差別。

三、結論

通過原位摻雜三聚氰胺樣品經過高溫炭化、活化后，3h后脫硝效率達到51.29%。這說明滲氮處理能夠有限的改善活性炭的脫硝性能。

【參考文獻】

[1] 翟尚鵬，劉靜，楊三可等.活性焦煙氣凈化技術及其在我國的應用前景[J].化工環保，2006，26 （4）：204～208.

[2] 許普查，楊忠福.無煙超低灰純煤制備凈水活性炭的研究[J].煤炭加工與綜合利用，2012，（2）：49～52.

[3] 解強，張香蘭，李蘭廷，等.活性炭孔結構調節：理論、方法、與實踐[J].新型炭材料，2005，20（2）：183～187.