脫硫脫硝活性炭成型的化工工藝條件

楊曉卿

摘 要：脫硫脫硝活性炭具備良好的市場前景，生產(chǎn)合格的活性炭是企業(yè)發(fā)展的主要目標(biāo)。筆者以煤質(zhì)脫硫脫硝活性炭為研究對象，在了解其吸附原理的同時(shí)，探討影響脫硫脫硝活性炭成型的工藝因素，主要集中在與原料強(qiáng)度（下文未提到）、原料及配比、粘結(jié)劑、溫度等產(chǎn)生的影響。

關(guān)鍵詞：活性炭;脫硫;脫硝;工藝條件

煤質(zhì)顆粒活性炭的種類較多，其中脫硫脫硝活性炭是吸附性能較好的一種。可以高效吸收電廠、鋼鐵廠、鍋爐房等生產(chǎn)過程產(chǎn)生的尾氣，雖然名為脫硫脫硝，實(shí)際上，除了有效去除硫化物與硝化物之外，還可以用來吸收汞、砷、脫二惡英等有害物質(zhì)，大大降低空氣中的污染。脫硫脫硝活性炭相比于破碎壓塊炭，雖然吸附原理相同，但脫硫脫硝活性炭中孔的比例更多，吸附性更強(qiáng)，而且耐壓性、耐磨性更強(qiáng)。

1 脫硫脫硝活性炭的工藝流程

1.1 備煤與磨粉

備煤負(fù)責(zé)原煤的輸送。脫硫脫硝活性炭的原料是焦煤與焦粉的混合物，焦煤與焦粉經(jīng)過干燥處理之后，按照一定的配比之后，由皮帶輸送機(jī)、提升機(jī)將原煤運(yùn)輸?shù)脚涿簜}儲存。通過定量給料機(jī)、提升機(jī)將其送至磨機(jī)，根據(jù)生產(chǎn)要求，需要實(shí)現(xiàn)200目的煤粉，之后經(jīng)風(fēng)選后，送入煤粉高位倉。

1.2 成型工序

成型需要在焦煤、焦粉的基礎(chǔ)之上增加焦油與水，這樣可以增強(qiáng)活性炭的粘結(jié)性。將煤粉、焦油同時(shí)送入攪拌機(jī)，進(jìn)行充分?jǐn)嚢琛嚢杈鶆蛑筮M(jìn)行捏合，成為膏狀。接著通過造粒機(jī)進(jìn)行碾壓成型，成型后的活性炭經(jīng)過干燥后，皮帶運(yùn)輸至炭化區(qū)域。

1.3 炭化工序

炭化是為了加強(qiáng)活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)，還有助于活性炭強(qiáng)度的增加。外熱式炭化爐是主要的加工設(shè)備，整個(gè)炭化過程分為三個(gè)階段，分別是干燥階段、預(yù)炭化階段、炭化階段。活性炭炭化可以大量的將揮發(fā)份揮發(fā)出去，經(jīng)由管道引出，至焚燒爐內(nèi)燃燒。焚燒爐除了進(jìn)行尾氣處理，還可以為保持炭化爐使用溫度。

1.4 活化工序

活化是活性炭制備過程中的最后環(huán)節(jié)，為的是可以將炭化過程中空隙內(nèi)的殘留物清除出去，以增大活性炭的孔隙，甚至產(chǎn)生新的孔隙，進(jìn)而優(yōu)化活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)。以水蒸氣進(jìn)行活化為例，涉及到的化學(xué)反應(yīng)式為：

C+H2O=CO+H2

C+O2=CO2+Q

C+CO2=2CO

經(jīng)過炭化后合格的活性炭經(jīng)由皮帶輸送機(jī)、斗提機(jī)，進(jìn)入活化爐內(nèi)，在這個(gè)過程中活性炭需要先進(jìn)行預(yù)熱、補(bǔ)充炭化、活化，再經(jīng)冷卻。從化學(xué)反應(yīng)式可以看出，炭化料可以被氧氣、水蒸氣以及二氧化碳活化，

1.5 冷卻包裝工序

經(jīng)活化合格的產(chǎn)品需要經(jīng)過滾筒冷卻器進(jìn)行降溫，之后再由皮帶輸送機(jī)與斗提機(jī)將其送至包裝車間，進(jìn)行篩分包裝。

2 影響脫硫脫硝活性炭成型的工藝條件因素

2.1 原料及配比對產(chǎn)品成型的影響

脫硫脫硝活性炭的性能與原材料有著最直接的關(guān)系。主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是原料煤的品種，二是原料煤的配比。實(shí)踐證明，只有一種原料生產(chǎn)的活性炭，在成品性能方面與要求相差較多。本次采用小實(shí)驗(yàn)的形式進(jìn)行，原料煤的種類分別為：A：陽泉區(qū)域無煙煤;B：大同區(qū)域弱粘煤;C：山西區(qū)域焦煤;D：神府區(qū)域長焰煤。粘合劑均選用煤焦油[1]。具體脫硫脫硝的效果如表1所示：

從表1可以看出，脫硫效果較為顯著的是以B：D=3：7、C：D=1：4的比例配比，脫硝效果較好的是B：D=3：7、B：C=5：1的比例，綜合兩個(gè)結(jié)果，選擇B：D=3：7的比例，即大同區(qū)域弱粘煤質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（30±5%），神府區(qū)域長焰煤質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（70±5%）。在實(shí)際脫硫脫硝活性炭的生產(chǎn)中，應(yīng)該結(jié)合顧客的不同需求與企業(yè)自身實(shí)際情況進(jìn)行恰當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)。

2.2 粘結(jié)指數(shù)造成的影響

實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，有些品種的原料煤在炭化期間會形成大量的膠質(zhì)，盡管所形成的的膠質(zhì)也會起到一定的粘結(jié)作用，但是僅考慮生產(chǎn)成本，不使用焦油混合時(shí)，活性炭在無法成型，即造粒機(jī)無法有效的進(jìn)行碾壓。通常而言，在生產(chǎn)中不能選擇焦渣特性太大的主焦煤做原料，而應(yīng)選擇黏結(jié)指數(shù)較低的焦煤，雖然焦油用量增大，但是成型率更高，而且增大焦油比例后炭化過程中不會出現(xiàn)結(jié)焦現(xiàn)象。所以為了保證焦油使用較少的情況下，仍然具有高效的成型率，需要把握彼此的用量：表2為焦油用量對比表：

其中，a表示焦煤，b表示焦粉，本公司焦油用量的現(xiàn)場比例約為25%。

2.3 捏合溫度對成型產(chǎn)生的影響

捏合過程需要在適宜的溫度下，物料的混合才能均勻，壓條效果最佳。以實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)煤粉加熱至60℃時(shí) ，在攪拌的過程中加入焦油，混合均勻之后，進(jìn)行出料壓條。如果過高就會引起原料內(nèi)水分蒸發(fā)加快，物料變干，降低與焦油的融合性;反之，則會對焦油產(chǎn)生影響，在沒達(dá)到與煤粉充分融合時(shí)就已經(jīng)凝固，影響后續(xù)的壓條成型。所以捏合過程的溫度達(dá)到60°

2.4 造粒機(jī)溫度對成型的影響

捏合過程需要進(jìn)行溫度控制，而造粒成型的過程也需要進(jìn)行溫度的控制。這是由于在捏合后，物料會發(fā)生冷卻的現(xiàn)象，導(dǎo)致壓條的后續(xù)過程壓力下降。所以相關(guān)的設(shè)備應(yīng)該進(jìn)行蒸汽保溫，再結(jié)合對造粒機(jī)等磨具的提前預(yù)熱工作，會更容易成型，產(chǎn)品更加光滑、強(qiáng)度增強(qiáng)且不易裂開。

2.5 后氧化對產(chǎn)品性能的影響

脫硫脫硝活性炭成型過程中，不能忽視性能的因素。活性炭的氧化工序?qū)γ摿蛎撓醯男阅苡兴绊懀绫?數(shù)據(jù)顯示，后氧化后，活性炭的脫硝性能有所提高，但是脫硫效果略有下降[2]。所以在實(shí)際生產(chǎn)過程中，需要結(jié)合客戶對產(chǎn)品性能的需求。

煤粉的含水量對于壓條成型有一定的影響，通常而言，經(jīng)過加水后，煤粉的含水量保持在（30±5%）較為合適。這樣得到的壓條水分保持在10%～11%。

3 結(jié)束語

在分析了脫硫脫硝活性炭的原理之后，通過分析各種影響因素，得到長焰煤與焦煤的以7：3的比例混合，加之1/3焦油，炭化爐溫度650℃，活化爐溫度850℃，制備過程后增加后氧化工序，可以均衡活性炭的脫硫脫硝性能，在保持耐磨度高的情況下，提高了脫硫脫硝的效率。活性炭在未來的發(fā)展中，有廣闊的市場，而中國活性炭市場的發(fā)展，還需要大型活性炭企業(yè)得到帶領(lǐng)，進(jìn)而促進(jìn)活性炭企業(yè)的良性發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]李同川，牛和三.脫硫脫硝活性炭的研究[J].新型炭材料，2014（2）：24.

[2]陳春林.脫硫脫硝活性炭成型工藝條件研究[J].山西化工，2018（2）：99-100.