等離子體裂解煤固體產(chǎn)物的利用研究.pdf

1、等離子體煤裂解制乙炔是一項(xiàng)低碳、低資源消耗、低污染、流程短的潔凈煤技術(shù)，所產(chǎn)生的固體產(chǎn)物產(chǎn)率大、價(jià)格低、碳含量高、初始孔隙率高、反應(yīng)性強(qiáng)，是一種寶貴的碳素資源。本文等離子體裂解煤固體產(chǎn)物的利用研究，對提高煤制乙炔工藝的經(jīng)濟(jì)性，降低煤炭資源消耗具有重要的意義。
　　 首先對新疆天業(yè)5MW等離子體裂解克拉瑪依煤制乙炔中試裝置所產(chǎn)生的固體產(chǎn)物進(jìn)行分析研究，發(fā)現(xiàn)固體產(chǎn)物顆粒細(xì)，平均粒徑為45～55μm;微觀上多孔，其比表面積為7.7m2

2、.g-1，平均孔徑為15.3nm;其碳元素含量高，干燥無灰基碳元素含量大于90％;有機(jī)結(jié)構(gòu)中的官能團(tuán)主要為羥基、醚鍵等以及芳香結(jié)構(gòu)；固體產(chǎn)物灰分較高，干燥基灰分為29.5%，其中含量最多的礦物質(zhì)元素為Si，其次為Al、Ca、Fe及Mg，主要存在形式為石英、方解石、鐵白云石等。
　　 針對固體產(chǎn)物的性質(zhì)，設(shè)計(jì)了粉末造粒固定床水蒸汽活化制備活性炭工藝，并考察了關(guān)鍵的影響因素。結(jié)果顯示，碳的轉(zhuǎn)化率為70～80%時(shí)制得活性炭的碘吸附值較

3、高。較優(yōu)的活化溫度為800℃，水蒸汽空速為0.75h-1，活化時(shí)間為3.5h。成型物料的粒度在2.5～5mm范圍內(nèi)，對活化效果影響較小。采用清潔性高、價(jià)格低、添加量小的淀粉作為粘結(jié)劑，制得的活性炭碘吸附值為509～515mg·g-1，收率為36～38%，可取代污染高的煤焦油，前景較好。對固體產(chǎn)物活化的反應(yīng)速率進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)活化反應(yīng)近似為一級反應(yīng)，表觀活化能為84.7kJ·mol-1。結(jié)合與原煤制備活性炭的結(jié)果對比，說明固體產(chǎn)物屬于較易活

4、化的原料。
　　 活性炭的灰分在活化過程中不斷增加，這是制約活化炭性能的主要因素之一。研究了脫灰處理對固體產(chǎn)物制備活性炭的影響。結(jié)果顯示，對活化得到的活性炭進(jìn)行酸處理脫灰，不能有效提高其吸附能力；先對固體產(chǎn)物進(jìn)行酸處理、堿-酸處理脫灰（灰分分別降至20%、10%），再以脫灰產(chǎn)物為原料制備活性炭，碘吸附值可達(dá)650mg·g-1、772mg·g-1，明顯優(yōu)于直接活化的結(jié)果，且脫灰程度越高，活化效果越好。其中，經(jīng)過堿-酸處理的原料制得

5、活性炭的微孔容積為0.25ml·g-1，明顯大于直接活化的結(jié)果（0.12ml·g-1）；中孔容積基本不變，為0.23ml·g-1;而平均孔徑下降由3.26nm下降為2.68nm，且孔徑分布與KOH法制備的活性炭類似。研究了不同灰分原料制備活性炭的干燥無灰基碘吸附值的規(guī)律，發(fā)現(xiàn)灰分對活性炭吸附性能的主要影響在于：降低活性炭中有效成分的質(zhì)量，導(dǎo)致總體吸附性能下降，同時(shí)對孔徑分布有一定的影響。
　　 對與堿-酸法結(jié)合的活性炭制備工藝進(jìn)

6、行優(yōu)化，提出了一種循環(huán)堿-酸法工藝對固體產(chǎn)物進(jìn)行脫灰，可節(jié)約NaOH40～45%，同時(shí)提取出NaCO3·10H2O，并將堿廢水排量減為零。以經(jīng)過該法處理的低灰固體產(chǎn)物為原料，以淀粉為粘結(jié)劑采用正交法對水蒸汽活化的工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)較優(yōu)的條件為：850℃活化3.5～4h，水蒸汽空速0.75h-1，所得活性炭碘吸附值可達(dá)765～789mg·g-1，收率為33～35%，活性炭灰分為20～22%。
　　 對固體產(chǎn)物粉末造粒固定床水蒸