一种粉末活性焦快速制备的方法

xiaoxiao2020-10-23  5

一种粉末活性焦快速制备的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于活性焦烟气脱硫领域,特别涉及一种粉末活性焦快速制备的方法。
【背景技术】
[0002] 活性焦干法烟气脱硫技术脱硫效率高,脱硫过程中不使用水,能够实现硫资源回 收,并且无废水、废渣等二次污染问题。目前,工业应用的活性焦为直径为5_~9_的成 型柱状活性焦。传统活性焦加工工艺主要包括原煤磨粉、造粒、炭化、活化过程,制备过程耗 时长、能耗大,该工艺设备复杂、生产成本高,并且在应用过程中存在严重的磨损,严重限制 了活性焦脱硫技术在我国的应用。国内对活性焦研宄主要从活性焦原料及造粒技术方面入 手来提高活性焦的吸附性能和机械强度,如申请号为01141393. X和2009100830478的中国 专利申请,这些工艺虽然一定程度上提高了活性焦的吸附性能和机械强度,但同时增加了 生产成本,限制了成型颗粒活性焦脱硫技术在我国的推广应用。
[0003] 粉末状活性焦能够较好的解决活性焦在应用中的磨损问题,并且具有吸附速率 快、吸附容量大的特点。申请人在专利申请号为201010189427. 2的"一种流态化活性炭联 合脱硫脱硝工艺"中提出了流化床活性炭(焦)脱硫的方法,该方法打破以往对颗粒活性焦 固定床脱硫的局限,为粉末活性焦脱硫应用提供支撑。但是,目前粉末活性焦制备工艺过程 若仍按传统工艺制备方法进行其成本过高。申请人在专利申请号为201310176387. 1的"一 种利用煤粉快速制备脱硫用粉末状活性焦的工艺及装置"中提出了 3-60s粉末活性焦的快 速制备方法,大大降低反应时间,但是该方法制备的粉末活性焦的脱硫性能有待提高。

【发明内容】

[0004] 为解决上述问题,本发明充分利用不同温度下氧气和水蒸气扩散性及与碳的反应 性差异,氧气反应多停留于颗粒表面,而水蒸气反应会扩散至孔隙中,反应初期,氧气在颗 粒表面的反应形成大量的孔,促进挥发分析出。另外挥发分的析出形成的孔道有利于水蒸 汽向孔隙内的扩散。释放到颗粒外的挥发分与氧气的反应会提高颗粒温度,温度的提升促 进了表面酸性官能团的分解并有一部分转化为碱性官能团。过量的氧气会导致颗粒的过烧 失,氧气量过少无法达到特定的效果。碳与水蒸气反应为吸热反应,一定量水蒸气可以调控 反应温度,过量水蒸气将影响反应进程。因此,本发明制备方法严格控制了反应炉内气体的 配比使得目标产品中碱性官能团的数量增加,SO 2K附活性点增加。另外,严格控制反应温 度以及氧气与水蒸气配比,可以使反应过程得到有效控制,最终可以实现目标产品的定向 制备,提高目标产品性能。同时,气体配比的控制可以有效降低氧气对碳的无规则烧失,降 低生产过程中能耗和炭损耗,降低活性焦的生产成本。
[0005] 本发明采用如下技术方案:
[0006] -种粉末活性焦快速制备的方法,以煤粉为原材料,以气力输送方式送入反应炉, 反应炉温度控制在600~1000°C,反应炉内停留时间5~60s,与反应气混合快速反应后, 经分离器分离,得到具有脱硫性能的粉末状活性焦及还原性可燃气体。
[0007] 优选的是,所述的煤粉为锅炉燃用的煤粉,煤粉的粒度为20~500 μ m。
[0008] 优选的是,所述反应气为烟气、空气和水蒸气的混合物,其中,氧气与水蒸气的体 积比为2~10:15~52。
[0009] 优选的是,煤粉与给料风的质量比为0. 4-0. 7kg/kg。
[0010] 优选的是,反应气与给料风的质量比为(2~5) :lkg/kg。
[0011] 优选的是,所述煤粉为褐煤,反应炉温度控制在600~900°C,氧气体积浓度为 2-6 %,水蒸气体积浓度为15 %~30 %。
[0012] 优选的是,所述煤粉为烟煤,反应炉温度控制在700~950°C,氧气体积浓度为 2-10%,水蒸气体积浓度为15 %~52%。
[0013] 优选的是,所述煤粉为无烟煤,反应炉温度控制在800~1000°C,氧气体积浓度为 4-10%,水蒸气体积浓度为15 %~50%。
[0014] 本发明中给料风和反应气的温度为常温,在炉内一步完成氧化反应,无需对煤粉 进行预活化处理。
[0015] 本发明的有益效果:
[0016] 1.采用本发明的粉末活性焦制备方法,烧失率均控制在30%以内,便可以得到硫 容较高的粉末活性焦样品。
[0017] 2.制备方法简单、产量高,由于使用的原料为煤粉,能够实现反应气体与原材料的 充分接触,这样不仅大大缩短了反应时间,而且制备的最终产品粉末状活性焦性能稳定。
【附图说明】
[0018] 图 1
[0019] a)本发明提供以褐煤为原料时炉内温度与氧气浓度控制参数
[0020] b)本发明提供的以褐煤为原料时反应炉内氧气和水蒸气体积分数配比
[0021] 图 2
[0022] a)本发明提供以烟煤为原料时炉内温度与氧气浓度控制参数
[0023] b)本发明提供的以烟煤为原料时反应炉内氧气和水蒸气体积分数配比
[0024] 图 3
[0025] a)本发明提供以无烟煤为原料时炉内温度与氧气浓度控制参数
[0026] b)本发明提供的以无烟煤为原料时反应炉内氧气和水蒸气体积分数配比
[0027] 具体的实施方式
[0028] 表1褐煤元素分析和工业分析结果
[0029]
[0030] 表2烟煤元素分析和工业分析结果
[0031]
[0032] 表3无烟煤元素分析和工业分析结果
[0033]
[0034] 活性焦的二氧化硫吸附能力评价方法:
[0035] 对粉末活性焦SO2吸附能力评估采用的2h静态吸附硫容为评价标准。在恒温固 定床反应器进行粉末活性焦吸附烟气中SO 2测试,吸附温度为65°C,模拟烟气组成包括6 % 02、8% H20、1500ppmS02&及氮气,以2h吸附量为评估标准。
[0036] 实施实例1
[0037] 采用表1所示的无烟煤为原料,原煤的平均粒径为75 μπι,给料风采用氮气以及 6%氧气,给料风与原煤质量比为0. 5kg/kg,反应气与给料风的质量比为3:1,反应炉温度 控制在600°C,氧气浓度为5%,水蒸气浓度为20%。粉末活性焦制备炉采用气流床反应炉, 原煤在炉内停留5s后完成粉末活性半焦的制备。
[0038] 实施实例2
[0039] 采用表1所示的无烟煤为原料,原煤的平均粒径为75 μπι,给料风采用氮气以及 6%氧气,给料风与原煤质量比为0. 5kg/kg,反应气与给料风的质量比为3:1,反应炉温度 控制在900°C,氧气浓度为1 %,水蒸气浓度为40%。粉末活性焦制备炉采用气流床反应炉, 原煤在炉内停留5s后完成粉末活性半焦的制备。
[0040] 实施实例3
[0041] 采用表2所示的无烟煤为原料,原煤的平均粒径为75 μπι,给料风采用氮气以及 6%氧气,给料风与原煤质量比为0. 5kg/kg,反应气与给料风的质量比为3:1,反应炉温度 控制在700°C,氧气浓度为9%,水蒸气浓度为25%。粉末活性焦制备炉采用气流床反应炉, 原煤在炉内停留5s后完成粉末活性半焦的制备。
[0042] 实施实例4
[0043] 采用表2所示的无烟煤为原料,原煤的平均粒径为75 μπι,给料风采用氮气以及 6%氧气,给料风与原煤质量比为0. 5kg/kg,反应气与给料风的质量比为3:1,反应炉温度 控制在950°C,氧气浓度为3%,水蒸气浓度为35%。粉末活性焦制备炉采用气流床反应炉, 原煤在炉内停留5s后完成粉末活性半焦的制备。
[0044] 实施实例5
[0045] 采用表3所示的无烟煤为原料,原煤的平均粒径为75 μπι,给料风采用氮气以及 6%氧气,给料风与原煤质量比为0. 5kg/kg,反应气与给料风的质量比为3:1,反应炉温度 控制在800°C,氧气浓度为11%,水蒸气浓度为20%。粉末活性焦制备炉采用气流床反应 炉,原煤在炉内停留5s后完成粉末活性半焦的制备。
[0046] 实施实例6
[0047] 采用表3所示的无烟煤为原料,原煤的平均粒径为75 μπι,给料风采用氮气以及 6%氧气,给料风与原煤质量比为0. 5kg/kg,反应气与给料风的质量比为3:1,反应炉温度 控制在1000°C,氧气浓度为4%,水蒸气浓度为45%。粉末活性焦制备炉采用气流床反应 炉,原煤在炉内停留5s后完成粉末活性半焦的制备。
[0048] 对比实例1
[0049] 采用表1所示的无烟煤为原料,原煤的平均粒径为75 μπι,给料风采用氮气以及 6%氧气,给料风与原煤质量比为0. 5kg/kg,反应气与给料风的质量比为3:1,反应炉温度 控制在850°C,氧气浓度为8%,水蒸气浓度为15%。粉末活性焦制备炉采用气流床反应炉, 原煤在炉内停留5s后完成粉末活性半焦的制备。
[0050] 对比实例2
[0051] 采用表2所示的无烟煤为原料,原煤的平均粒径为75 μπι,给料风采用氮气以及 6%氧气,给料风与原煤质量比为0. 5kg/kg,反应气与给料风的质量比为3:1,反应炉温度 控制在850°C,氧气浓度为10%,水蒸气浓度为35%。粉末活性焦制备炉采用气流床反应 炉,原煤在炉内停留5s后完成粉末活性半焦的制备。
[0052] 对比实例3
[0053] 采用表3所示的无烟煤为原料,原煤的平均粒径为75 μπι,给料风采用氮气以及 6%氧气,给料风与原煤质量比为0. 5kg/kg,反应气与给料风的质量比为3:1,反应炉温度 控制在850°C,氧气浓度为13%,水蒸气浓度为30%。粉末活性焦制备炉采用气流床反应 炉,原煤在炉内停留5s后完成粉末活性半焦的制备。
[0054] 为了便于对比,市场所售商品煤质粉末活性炭样品(对比样品1、2)性质也一并列 于表4。通过表4可以发现,采用本发明的粉末活性焦制备方法,2h静态硫容高于商品煤质 粉末活性炭,该方法制得的粉末活性焦虽然比表面积较商品粉末活性炭低很多,但是由于 其吸附速率快,吸附活性强,所以在2h内静态硫容较商品煤质粉末活性炭高,所以,该方法 可以获得硫容较高的粉末活性焦样品。此外,通过实施实例和对比实例发现,本发明的方法 优化氧气水蒸气和氧气配比,不仅静态硫容较高,而且其烧失率相对较低,烧失率皆在30% 以内。(本发明所述的浓度为体积浓度)
[0055] 表4不同方法制备粉末活性焦及与商业煤质活性炭对比
[0056]

[0057] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精 神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明保护的范围之内。
【主权项】
1. 一种粉末活性焦快速制备的方法,其特征是,以煤粉为原材料,以气力输送方式送入 反应炉,反应炉温度控制在600~1000°C,反应炉内停留时间5~60s,与反应气混合快速 反应后,经分离器分离,得到具有脱硫性能的粉末状活性焦及还原性可燃气体。2. 根据权利要求1所述的方法,其特征是,所述的煤粉为锅炉燃用的煤粉,煤粉的粒度 为 20 ~500ym。3. 根据权利要求1所述的方法,其特征是,所述反应气为烟气、空气和水蒸气的混合 物,其中,氧气与水蒸气的体积比为2~10:15~52。4. 根据权利要求1所述的方法,其特征是,煤粉与给料风的质量比为0. 4-0. 7kg/kg。5. 根据权利要求1所述的方法,其特征是,反应气与给料风的质量比为(2~5) :1kg/ kg〇6. 根据权利要求1所述的方法,其特征是,所述煤粉为褐煤,反应炉温度控制在600~ 900°C,氧气体积浓度为2-6%,水蒸气体积浓度为15%~30%。7. 根据权利要求1所述的方法,其特征是,所述煤粉为烟煤,反应炉温度控制在700~ 950°C,氧气体积浓度为2-10%,水蒸气体积浓度为15%~52%。8. 根据权利要求1所述的方法,其特征是,所述煤粉为无烟煤,反应炉温度控制在 800~KKKTC,氧气体积浓度为4-10%,水蒸气体积浓度为15 %~50%。
【专利摘要】本发明涉及一种粉末活性焦快速制备的方法,以煤粉为原材料,以气力输送方式送入反应炉,反应炉温度控制在600~900℃,反应炉内停留时间5~60s,与反应气混合快速反应后,经分离器分离,得到具有脱硫性能的粉末状活性焦及还原性可燃气体。采用本发明的粉末活性焦制备方法,烧失率均控制在30%以内,便可以得到硫容较高的粉末活性焦样品。
【IPC分类】C01B31/08
【公开号】CN104891487
【申请号】CN201510216095
【发明人】马春元, 张振, 王涛, 刘珂, 冯太
【申请人】山东大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年4月30日

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