活性焦的制备及其在烟气脱硫中的应用.pptx

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汪国靖,活性焦的制备及其在烟气脱硫中的应用,目录,1.活性焦的制备,什么是活性焦？

活性焦是区别于活性炭的一种称呼，其生产工艺与活性炭相似，只是比表面积和孔容积等参数没有达到活性炭的指标，但又具有一定吸附能力，特别是针对某些特殊场合，其吸附能力甚至超过了活性炭。

活性焦是以煤为主要原料生产的一种新型吸附材料，其生产方法为原料煤磨粉后加入特制黏结剂继而催化剂压制成型，再经炭化和浅度活化后得到的活性焦产品。

1.活性焦的制备,制备活性焦的原料性能要求：

较高的含碳量孔隙结构需要碳的大分子结构作为骨架，活化会消耗一部分碳。

反应活性高便于后期活化改性。

较高的挥发分含量和氧含量较高的挥发分与氧含量有益于活性焦孔隙结构的发展,同时较高的氧元素含量可能有益于活性焦苯甲酸吸附值的提高。

低硫、低磷、低灰分降低自身所含杂质对于其吸附性能的影响。

多数时候在满足产品机械强度的前提下，尽可能通过配煤来提高产品的孔隙度，这主要是利用利用其在干馏过程中不同煤种收缩率的不同而产生较多的孔隙结构。

1.活性焦的制备,制备原料来源：

活性焦的原料最初多采用烟煤、无烟煤等优质煤炭，随着烟煤和无烟煤价格的不断上涨，越来越多的研究开始倾向于褐煤等作为原料生产活性焦。

对于褐煤，其低廉的价格，较低的炭化程度，较为发达的表面孔隙结构，以及其特殊的物理和化学性质使得其适合于制备活性焦，但是，其较低的机械强度和较高的灰分制约了其大规模的工业应用。

目前仅有德国的RWE公司成功利用莱茵河褐煤生产出活性焦系列产品（HOK）；国内对于以褐煤为原料进行的处理方式有：

按一定的配比添加部分焦煤以利于炼制成焦，在制备过程中加入粘结剂以利于成型，同时提高机械强度。

1.活性焦的制备,成型粘结剂的选择在活性焦生产中，许多物质都可以作为煤粉黏结剂。

如煤焦油、木焦油、石油沥青、各种高分子聚合物、工业废料、淀粉及黏结指数高的烟煤。

实际工业生产中主要使用煤焦油作为黏结剂，其他物质则存在来源不广泛、价格较高或性质不稳定等缺陷。

煤焦油因其含碳量高，炭化热解后剩余物质能构成活性焦产品本身的一部分，并起到骨架作用，有利于提高产品的机械强度;煤焦油具有一定的流动性和黏结性，其中含有的轻油对煤粉有浸润性，易于搅拌混合均匀。

1.活性焦的制备,干燥煤粉和煤焦油、水捏合成型的湿炭条需要干燥后才能进入炭化生产。

干燥的温度、晾干的时间等不同，对炭化出的产品有很大影响。

在短时间风机常温吹风干燥，表皮容易产生裂纹;提高干燥温度，成型条会产生粉末。

适当延长干燥时间，配以合适温度的热风，让成型条中焦油的部分水分、轻油组分自然缓慢逸出，避免成型条进入炭化炉后骤然升温大量逸出挥发物，而造成颗粒表面粗糙，产品浮灰过大，影响产品质量。

1.活性焦的制备,炭化炭化主要目的:

第一，选择合适的温度挤出成型原料的水分和大部分挥发分，保留挥发分至9%-12%。

第二，适当提高产品颗粒的强度。

第三，使产品颗粒形成初步的孔隙结构。

1.活性焦的制备,活化活性焦中丰富的孔隙结构主要来源于活化过程。

活化技术主要分为物理活化及化学活化。

物理活化是利用活性气体（如水蒸气，CO2，空气等）在较高温度下进行的碳的弱氧化作用，使炭化后的原料孔径疏通，进而扩大发展。

化学活化法是把一些化学药品混进或浸渍进半焦中，然后在一定温度下活化，以对炭化后的物料进行改性。

由于物理活化的方式成本相对较低，对环境的危害相对较少，所以普遍采用。

2.活性焦在烟气脱硫中的应用,钢铁行业二氧化硫主要由烧结球团烟气产生，烧结球团烟气产生的二氧化硫占钢铁企业排放总量的70%以上，个别企业达到90%左右。

目前对烟气进行脱硫处理的方法有以下几种：

湿法，主要包括石灰石-石膏法、氨-硫胺法等。

半干法，主要包括环流化床法，旋转喷雾半干法、奥钢联MEROS法（高性能烧结废气净化）。

干法，主要包括密相干塔法及活性焦（炭）吸附法。

2.活性焦在烟气脱硫中的应用,几种常规脱硫方法的比较,2.活性焦在烟气脱硫中的应用,常用的湿法在脱硫过程中无法同时脱除重金属、二噁英等多种有害污染物；与湿法脱硫技术一样，半干法同样无法有效实现SO2、NOx、粉尘、重金属和二噁英等多种污染物协同处理的目的。

目前，为了有效脱除这些污染物，活性焦（炭）吸附法被广泛应用开来。

该方法的主要特点是可以实现烧结烟气SO2、NOx、二噁英类污染物，甚至包括烟气中重金属在内的多种污染物的联合控制。

此外，该方法可以实现对烟气中SOx资源化回收，产生可出售的副产品如硫酸等。

2.活性焦在烟气脱硫中的应用,活性焦对烧结烟气污染物的脱除机理活性焦是一种多孔含碳物质，具有微晶结构，孔径分布范围较广，其丰富的孔道结构使它具有巨大的比表面积，从而具有良好的吸附性能。

此外，活性焦表面上含有多元素含氧官能团，因此活性焦既是优良的吸附剂，也是特殊的催化剂。

其主要反应机理介绍如下,2.活性焦在烟气脱硫中的应用,脱硫反应机理由于烧结烟气中有一定量的水分，脱硫反应是物理吸附和化学吸附相结合的复合反应。

首先，在范德华力及化学亲和力的作用下，SO2从气相移动到活性焦表面进行吸附。

其次，SO2在活性焦细孔内被氧化生成SO3并与吸附的H2O发生化学反应生成H2SO4。

氨的加入还会使部分硫酸发生硫酸盐反应。

2.活性焦在烟气脱硫中的应用,脱硝反应机理

（1）SCR反应:

活性焦具有催化剂的作用，将NO还原为N2。

具体的反应方程式如下:

NO+NH3+1/4O2N2+3/2H2O

（2）Non-SCR反应:

氨会与吸附在活性焦上的SO2发生反应，生成（NH4）2SO4。

（NH4）2SO4在活性焦高温再生时会作为氨基物质残存于活性焦孔隙中，这种碱性化合物在吸附塔内与烟气中的NO直接反应还原成为N2。

反应式如下:

NO+C-RedN2（C-Red为活性炭表面的氨基还原性物质）,2.活性焦在烟气脱硫中的应用,脱除二噁英反应机理二噁英类化合物是多氯代二苯并二噁英（PCDDs）和多氯代二苯并呋喃（PCDFs）的总称，是目前已知毒性最大的化合物之一。

二噁英去除方法并不是简单的通过活性焦吸附作用将二噁英类物质分离出去或者除去二噁英类化合物分子中的氯基，而是通过在污染物解析阶段将活性炭加热至一定温度，利用活性焦的触媒作用，将二噁英分子中苯环间的氧基（5号位）破坏，从结构上使其发生改变，从而将其转化为无毒的物质，在加热条件下与活性焦分离去除。

2.活性焦在烟气脱硫中的应用,除尘及脱除重金属的机理除尘原理与常规过滤一样，即通过活性焦移动层的碰撞、遮挡及扩散捕集作用来实现。

烧结烟气中含有的气态SO2以H2SO4形式被吸附到活性炭细孔内，为脱除金属汞提供了良好的条件。

靠物理作用吸附在活性焦表面的汞通过与被吸附的H2SO4发生反应，以HgSO4的形式固定下来。

另外，吸附在废气尘粒中的重金属将通过活性焦的集尘作用去除。

其他它的微量重金属元素也同样是依靠活性焦的捕集、吸附功能被脱除。

2.活性焦在烟气脱硫中的应用,活性焦对烧结烟气污染物的吸附活性焦吸附过程主要包括吸附、解析和硫回收3个阶段。

具体主要流程如下：

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