粉狀活性半焦的快速制備過程及SO2吸附特性研究.pdf

1、我國的能源消費構成以煤炭為主，其中70％以上用于燃燒。燃燒導致SO2污染與我國硫資源每年大量進口形成明顯對比。同時煤炭原產地多位于水資源匱乏的西部地區(qū)，因此，綠色的、可實現(xiàn)硫的資源化利用的活性焦干法煙氣脫硫技術是一種具有廣闊發(fā)展前景的技術。但是活性焦生產成本仍然是活性焦脫硫應用的最大問題。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)原煤性質不同采用水蒸氣、空氣對煙氣進行調質，在溫度為

2、900℃左右的氣流床反應器中經過約5-20s反應時間制得活性半焦。為了該工藝的推廣和應用，本文開展了脫硫用粉狀活性焦快速制備工藝的相關基礎研究: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系。針對難制焦的煤種，通過分析活性半焦制備過程中的孔隙結構及表面化學性質演化機理，探尋活性半焦制備過程中孔隙結構及表面化性能的控制因素，并考察活性半焦的物理化學性質對其脫硫性能的影響。在理論研究的基礎上，設計了粉狀活性半焦制備的中試試驗裝置，

3、對機理實驗研究結論進行驗證并為工程應用的設計和運行提供參考。
　　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活化組分、溫度對活性半焦脫硫性能的影響，為中試試驗臺的設計提供基礎數(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，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，溫度為850℃時，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，三種煤質的活性半焦的脫硫性能先增加后降低。O2濃度為6％時，三種變質程度煤制得活性半焦的脫硫性能取得最佳值。水蒸氣調質煙氣活化對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、反應氣氛、停留時間對貧煤基粉狀活性半焦孔隙結構及表面形貌特性的

5、影響。以分形維數(shù)為基礎，考察活性半焦孔隙的表面粗糙程度并分析了孔隙結構對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構特性及表面特性研究的基礎上，探討貧煤基粉狀活性半焦制備過程中孔隙結構的演化機理。溫度、反應氣氛、停留時間為活性半焦制備過程中孔隙結構形成的控制因素。研究表明，粉狀活性半焦的孔隙結構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，活性半焦的成孔方向為中孔、大孔，活性半焦的表面呈現(xiàn)稀疏大孔

6、結構，當活性組分中含有一定濃度的O2時，活性半焦具有豐富的孔隙結構，其中O2濃度為最終孔隙結構的主要控制參數(shù)。活性半焦的分形維數(shù)與SO2的脫除性能呈正相關性。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。
　　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)不同含氧官能團的分解溫度不同，采用熱重分析對不同活性半焦的表面官能團的差異進行分析。

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

8、C=O結構含量與活性半焦的微孔比表面積具有較好的線性關系，微孔比表面積較大的DT850-O7S15含有更多的C=O結構。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系。
　　在粉狀活性半焦制備的理論研究基礎上，獲取一步法快速制備粉狀活性半焦工藝的關鍵參數(shù)，建立粉狀活性半焦制備中試試驗臺。選取當?shù)孛悍N煙煤為原料，采用水蒸氣及O2調質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