活性炭脱硫脱硝性能的研究
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李永上 杨光明
【摘 要】以太西无烟煤为主要原料，通过不同方式负载一定比例化学药剂制备出脱硫脱硝活性炭。并模仿烟道气条件下在固定床评价装置上进行脱硫脱硝实验，结果表明：通过原位掺杂方式负载三聚氰胺脱硫脱硝性能最好。
【关键词】活性炭；烟道气；脱硫；脱硝
当前国内电厂脱硫脱硝主要采用湿法脱硫脱硝技术，钢铁冶炼行业主要采用干法烟气脱硫脱硝技术。干法烟气脱硫脱硝技术是利用活性炭的吸附、催化和过滤功能同时脱除烟气中的SOx、NOx、烟尘及多种有害物质并能回收硫资源的干法烟气处理技术[1]。目前脱硫脱硝活性炭存在脱硫值、脱硝率较低，脱硫值为18mg/g，脱硝率为30%。宁夏太西无烟煤具有低灰、低硫、高化学活性、高固定碳含量、高镜质组含量、高机械强度等优异性能[2]。其制备的活性炭具有发达的微孔结构，吸附路径短、孔径分布均匀、脱附速度快，不但可以替代普通活性炭，还可广泛用作催化剂载体、气体分离、天然气贮存，以及大容量电容器电极材料和放射性物质的防除材料等[3]，具有极高的应用价值。本试验以太西无烟煤为原料通过原位掺杂和浸渍添加催化剂来制备脱硫脱硝活性炭，并模仿烟道气条件在固定床反应器上进行脱硫脱硝研究，以期制备出吸附效果佳的脱硫脱硝吸附剂。
一、试验方法
1.原料、设备
主要原料为：太西无烟煤、1/3焦煤、神府煤田长焰煤，粘结剂为煤焦油。
药品为：三聚氰胺、尿素、碳酸钾、氢氧化钾。
试验设备：球磨机、捏合机、造粒机、管式炭化活化炉等。
2.活性炭制备方法
采用柱状炭的生产工艺，在制备过程中添加改性试剂。添加方法包括在成品脱硫脱硝活性炭直接浸渍、在活性炭制备过程中原位掺杂两种方式
制备方式一：原位掺杂
（1）以太西无烟低灰煤为主要原料，混掺一定比例的1/3焦煤、神府煤，粉碎后加入煤粉质量比5%的催化剂及适量煤焦油和水进行制粉、搅拌、压制成型、风干。
（2）将干燥的炭条进行炭化、活化，待其冷却后取出制备好的活性炭试样。
制备方式二：成品炭直接修饰
将成品活性炭与催化剂以100：5的比例称量，将尿素与三聚氰胺分别制备成溶液，将溶液喷洒到成品活性炭表面，放入烘箱在100℃下干燥2h后取出样品。
二、结果与讨论
1.改性后样品的技术指标
采用同样的原料煤配比，在相同试验工艺条件下，负载不同含氮有机物，制备出的样品，对样品技术指标测试结果如下表1所示。
根据表1分析结果得知，在相同的生产工艺条件下，通过两种方式负载不同催化剂，制备出样品的耐磨强度、耐压强度堆积密度均满足脱硫脱硝活性炭产品技术指标要求。相比较直接负载催化剂的样品碘吸附值低于空白样品，分析认为是负载的药剂被吸附在活性炭孔隙中，降低碘吸附的量。
直接浸渍碳酸钾和氢氧化钾的样品着火点低于产品技术指标420℃要求。分析认为原位掺杂的催化剂在经过高温炭化、活化过程中催化剂分解，钾离子气化，样品中残留钾离子较少，因此样品着火点较高。而直接浸渍负载碳酸钾和氢氧化钾样品中钾离子含量较高，降低样品的燃点。
2.样品的脱硫效果分析
对表1当中初步满足脱硫脱硝活性炭产品技术标准的7个样品进行脱硫性能评价。从表2可以看出，同样配煤条件下，不同方式负载不同种类催化剂样品与空白样对比脱硫值并无明显差别。通过分析碘吸附与脱硫值关系认为碘吸附值越高脱硫值越高。
3.样品的脱硝效果分析
表3為脱硝效率的测试结果，样品的脱硝效果随着时间的延长，呈现衰减趋势。Z-A、Z-B两个样品是通过浸渍负载催化剂，衰减趋势更加明显，由于脱硝反应分为吸附和催化反应，活性炭直接浸渍三聚氰胺和尿素在高温过程中分解出类似于NH3作用的物质，在催化反应过程中与氮氧化物和氧气反应生产氮气和水。所以随着反应时间的延长，浸渍的催化剂逐渐消耗完毕，脱硝效率会越来越低，最后趋于稳定
Y-A原位掺杂三聚氰胺样品在脱硝反应过程中衰减不明显，3h后脱硝效率达到51.29%，分析可能是在活性炭制备过程中，经过炭化、活化高温处理后在活性炭表面形成含氮官能团，对脱硝效率起到一定的作用。
Y-B、Y-C、Y-D三种样品在脱硝反应过程中脱硝效率变化较小，分析得出尿素、碳酸钾、氢氧化钾在经过高温炭化、活化过程中分解、气化，在活性炭内残留较少，对脱硝的催化反应影响较少，脱硝效率与空白样相比没有差别。
三、结论
通过原位掺杂三聚氰胺样品经过高温炭化、活化后，3h后脱硝效率达到51.29%。这说明渗氮处理能够有限的改善活性炭的脱硝性能。
【参考文献】
[1] 翟尚鹏，刘静，杨三可等.活性焦烟气净化技术及其在我国的应用前景[J].化工环保，2006，26 （4）：204～208.
[2] 许普查，杨忠福.无烟超低灰纯煤制备净水活性炭的研究[J].煤炭加工与综合利用，2012，（2）：49～52.
[3] 解强，张香兰，李兰廷，等.活性炭孔结构调节：理论、方法、与实践[J].新型炭材料，2005，20（2）：183～187.