粉狀活性半焦的快速制備過程及SO2吸附特性研究.pdf

1、我國(guó)的能源消費(fèi)構(gòu)成以煤炭為主，其中70％以上用于燃燒。燃燒導(dǎo)致SO2污染與我國(guó)硫資源每年大量進(jìn)口形成明顯對(duì)比。同時(shí)煤炭原產(chǎn)地多位于水資源匱乏的西部地區(qū)，因此，綠色的、可實(shí)現(xiàn)硫的資源化利用的活性焦干法煙氣脫硫技術(shù)是一種具有廣闊發(fā)展前景的技術(shù)。但是活性焦生產(chǎn)成本仍然是活性焦脫硫應(yīng)用的最大問題。本文提出一種粉狀活性半焦一步法快速制備工藝。該工藝以電廠燃用煤粉為原料，以煙氣為初始活化劑，并根據(jù)原煤性質(zhì)不同采用水蒸氣、空氣對(duì)煙氣進(jìn)行調(diào)質(zhì)，在溫度為

2、900℃左右的氣流床反應(yīng)器中經(jīng)過約5-20s反應(yīng)時(shí)間制得活性半焦。為了該工藝的推廣和應(yīng)用，本文開展了脫硫用粉狀活性焦快速制備工藝的相關(guān)基礎(chǔ)研究:一步法快速制備活性半焦的工藝參數(shù)與活性半焦脫硫性能的關(guān)系。針對(duì)難制焦的煤種，通過分析活性半焦制備過程中的孔隙結(jié)構(gòu)及表面化學(xué)性質(zhì)演化機(jī)理，探尋活性半焦制備過程中孔隙結(jié)構(gòu)及表面化性能的控制因素，并考察活性半焦的物理化學(xué)性質(zhì)對(duì)其脫硫性能的影響。在理論研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了粉狀活性半焦制備的中試試驗(yàn)裝置，

3、對(duì)機(jī)理實(shí)驗(yàn)研究結(jié)論進(jìn)行驗(yàn)證并為工程應(yīng)用的設(shè)計(jì)和運(yùn)行提供參考。
　　以褐煤、煙煤、貧煤為原料，考察了采用一步法快速制備活性半焦工藝制備活性半焦時(shí)活化組分、溫度對(duì)活性半焦脫硫性能的影響，為中試試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。粉狀活性半焦的脫硫性能主要受煤種、溫度以及活化組分的影響。褐煤基粉狀活性半焦的脫硫性能隨著溫度的升高而逐漸增加，溫度為1200℃時(shí)，顆粒表面由于密布灰熔融而成的圓形小球而造成孔隙堵塞。煙煤及貧煤基粉狀活性半焦的脫硫性能隨

4、著溫度增加呈先增加后降低的趨勢(shì)，溫度為850℃時(shí)，煙煤及貧煤基粉狀活性半焦的脫硫性能最佳。隨著O2濃度的增加，三種煤質(zhì)的活性半焦的脫硫性能先增加后降低。O2濃度為6％時(shí)，三種變質(zhì)程度煤制得活性半焦的脫硫性能取得最佳值。水蒸氣調(diào)質(zhì)煙氣活化對(duì)煙煤基活性半焦的脫硫性能提升顯著，貧煤和褐煤基活性半焦的脫硫性能脫硫性能僅有少量增加。
　　選取較難成孔煤種（貧煤）為原料，研究溫度、反應(yīng)氣氛、停留時(shí)間對(duì)貧煤基粉狀活性半焦孔隙結(jié)構(gòu)及表面形貌特性的

5、影響。以分形維數(shù)為基礎(chǔ)，考察活性半焦孔隙的表面粗糙程度并分析了孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)活性半焦脫硫性能的影響。在不同工藝條件下制得活性半焦的孔隙結(jié)構(gòu)特性及表面特性研究的基礎(chǔ)上，探討貧煤基粉狀活性半焦制備過程中孔隙結(jié)構(gòu)的演化機(jī)理。溫度、反應(yīng)氣氛、停留時(shí)間為活性半焦制備過程中孔隙結(jié)構(gòu)形成的控制因素。研究表明，粉狀活性半焦的孔隙結(jié)構(gòu)分為兩種明顯的演化路徑，在不含O2的惰性氣氛或者水蒸氣為活性組分時(shí)，活性半焦的成孔方向?yàn)橹锌住⒋罂?，活性半焦的表面呈現(xiàn)稀疏大孔

6、結(jié)構(gòu)，當(dāng)活性組分中含有一定濃度的O2時(shí)，活性半焦具有豐富的孔隙結(jié)構(gòu)，其中O2濃度為最終孔隙結(jié)構(gòu)的主要控制參數(shù)?；钚园虢沟姆中尉S數(shù)與SO2的脫除性能呈正相關(guān)性。而活性半焦的分形維數(shù)隨著微孔孔容和微孔比表面積的增加而增加，表明活性半焦的吸附活性位主要分布在微孔內(nèi)。
　　采用元素分析，研究了伴隨著揮發(fā)分析出、無規(guī)則碳燒失過程中氮、氫、氧等含量的變化。根據(jù)不同含氧官能團(tuán)的分解溫度不同，采用熱重分析對(duì)不同活性半焦的表面官能團(tuán)的差異進(jìn)行分析。

7、采用FITR研究不同活性半焦苯環(huán)聚合程度、C=O官能團(tuán)含量、支鏈化程度及支鏈長(zhǎng)度的變化規(guī)律，并結(jié)合活性半焦的孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)，探討孔隙結(jié)構(gòu)演化規(guī)律與表面官能團(tuán)的演化特性的關(guān)系。研究結(jié)果表明，溫度的升高活性半焦的O/C含氧官能團(tuán)數(shù)量呈先增加后降低趨勢(shì)。當(dāng)采用O2為單一活化劑時(shí)，活性半焦的具有較多的含氧官能團(tuán)。當(dāng)采用水蒸氣為單一活化劑時(shí)，含氧官能團(tuán)的數(shù)量較少。當(dāng)采用O2和水蒸氣復(fù)合氣氛制備時(shí)，活性半焦生成更多的含氧官能團(tuán)?；钚园虢沟暮豕倌軋F(tuán)中

8、C=O結(jié)構(gòu)含量與活性半焦的微孔比表面積具有較好的線性關(guān)系，微孔比表面積較大的DT850-O7S15含有更多的C=O結(jié)構(gòu)。隨著芳環(huán)的聚合程度增加，活性半焦的微孔比表面積逐漸減小，兩者具有較好的線性關(guān)系。
　　在粉狀活性半焦制備的理論研究基礎(chǔ)上，獲取一步法快速制備粉狀活性半焦工藝的關(guān)鍵參數(shù)，建立粉狀活性半焦制備中試試驗(yàn)臺(tái)。選取當(dāng)?shù)孛悍N煙煤為原料，采用水蒸氣及O2調(diào)質(zhì)煙氣活化制備粉狀活性半焦，并考察兩種不同活化組分下制得粉狀活性半焦的S