活性炭脫硫脫硝性能的研究

李永上 楊光明

【摘 要】以太西無(wú)煙煤為主要原料，通過(guò)不同方式負(fù)載一定比例化學(xué)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(píng)價(jià)裝置上進(jìn)行脫硫脫硝實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明：通過(guò)原位摻雜方式負(fù)載三聚氰胺脫硫脫硝性能最好。

【關(guān)鍵詞】活性炭；煙道氣；脫硫；脫硝

當(dāng)前國(guó)內(nèi)電廠脫硫脫硝主要采用濕法脫硫脫硝技術(shù)，鋼鐵冶煉行業(yè)主要采用干法煙氣脫硫脫硝技術(shù)。干法煙氣脫硫脫硝技術(shù)是利用活性炭的吸附、催化和過(guò)濾功能同時(shí)脫除煙氣中的SOx、NOx、煙塵及多種有害物質(zhì)并能回收硫資源的干法煙氣處理技術(shù)[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(wú)煙煤具有低灰、低硫、高化學(xué)活性、高固定碳含量、高鏡質(zhì)組含量、高機(jī)械強(qiáng)度等優(yōu)異性能[2]。其制備的活性炭具有發(fā)達(dá)的微孔結(jié)構(gòu)，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(zhì)的防除材料等[3]，具有極高的應(yīng)用價(jià)值。本試驗(yàn)以太西無(wú)煙煤為原料通過(guò)原位摻雜和浸漬添加催化劑來(lái)制備脫硫脫硝活性炭，并模仿煙道氣條件在固定床反應(yīng)器上進(jìn)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(yàn)方法

1.原料、設(shè)備

主要原料為：太西無(wú)煙煤、1/3焦煤、神府煤田長(zhǎng)焰煤，粘結(jié)劑為煤焦油。

藥品為：三聚氰胺、尿素、碳酸鉀、氫氧化鉀。

試驗(yàn)設(shè)備：球磨機(jī)、捏合機(jī)、造粒機(jī)、管式炭化活化爐等。

2.活性炭制備方法

采用柱狀炭的生產(chǎn)工藝，在制備過(guò)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(guò)程中原位摻雜兩種方式

制備方式一：原位摻雜

（1）以太西無(wú)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(zhì)量比5%的催化劑及適量煤焦油和水進(jìn)行制粉、攪拌、壓制成型、風(fēng)干。

（2）將干燥的炭條進(jìn)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(jié)果與討論

1.改性后樣品的技術(shù)指標(biāo)

采用同樣的原料煤配比，在相同試驗(yàn)工藝條件下，負(fù)載不同含氮有機(jī)物，制備出的樣品，對(duì)樣品技術(shù)指標(biāo)測(cè)試結(jié)果如下表1所示。

根據(jù)表1分析結(jié)果得知，在相同的生產(chǎn)工藝條件下，通過(guò)兩種方式負(fù)載不同催化劑，制備出樣品的耐磨強(qiáng)度、耐壓強(qiáng)度堆積密度均滿足脫硫脫硝活性炭產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)要求。相比較直接負(fù)載催化劑的樣品碘吸附值低于空白樣品，分析認(rèn)為是負(fù)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(diǎn)低于產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)420℃要求。分析認(rèn)為原位摻雜的催化劑在經(jīng)過(guò)高溫炭化、活化過(guò)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(diǎn)較高。而直接浸漬負(fù)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(diǎn)。

2.樣品的脫硫效果分析

對(duì)表1當(dāng)中初步滿足脫硫脫硝活性炭產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的7個(gè)樣品進(jìn)行脫硫性能評(píng)價(jià)。從表2可以看出，同樣配煤條件下，不同方式負(fù)載不同種類催化劑樣品與空白樣對(duì)比脫硫值并無(wú)明顯差別。通過(guò)分析碘吸附與脫硫值關(guān)系認(rèn)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(cè)試結(jié)果，樣品的脫硝效果隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，呈現(xiàn)衰減趨勢(shì)。Z-A、Z-B兩個(gè)樣品是通過(guò)浸漬負(fù)載催化劑，衰減趨勢(shì)更加明顯，由于脫硝反應(yīng)分為吸附和催化反應(yīng)，活性炭直接浸漬三聚氰胺和尿素在高溫過(guò)程中分解出類似于NH3作用的物質(zhì)，在催化反應(yīng)過(guò)程中與氮氧化物和氧氣反應(yīng)生產(chǎn)氮?dú)夂退?。所以隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，浸漬的催化劑逐漸消耗完畢，脫硝效率會(huì)越來(lái)越低，最后趨于穩(wěn)定

Y-A原位摻雜三聚氰胺樣品在脫硝反應(yīng)過(guò)程中衰減不明顯，3h后脫硝效率達(dá)到51.29%，分析可能是在活性炭制備過(guò)程中，經(jīng)過(guò)炭化、活化高溫處理后在活性炭表面形成含氮官能團(tuán)，對(duì)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(yīng)過(guò)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(jīng)過(guò)高溫炭化、活化過(guò)程中分解、氣化，在活性炭?jī)?nèi)殘留較少，對(duì)脫硝的催化反應(yīng)影響較少，脫硝效率與空白樣相比沒(méi)有差別。

三、結(jié)論

通過(guò)原位摻雜三聚氰胺樣品經(jīng)過(guò)高溫炭化、活化后，3h后脫硝效率達(dá)到51.29%。這說(shuō)明滲氮處理能夠有限的改善活性炭的脫硝性能。

【參考文獻(xiàn)】

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

[2] 許普查，楊忠福.無(wú)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(qiáng)，張香蘭，李蘭廷，等.活性炭孔結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)：理論、方法、與實(shí)踐[J].新型炭材料，2005，20（2）：183～187.