基于兰炭末和煤直接液化残渣的活性焦制备及烟气脱硫机理研究

Activated coke is desulfurizer of flue gas desulfurization technology by activated coke and is the key material to the performance and efficiency of desulphurization. New technology that using fine blue-coke and coal direct liquefaction residue as raw materials to prepare activated coke without adding adhesive is put forward in traditional activated coke to high production cost and low quality. The forming mechanism of activated coke is revealed and how iron catalyst and ash remaining in coal direct liquefaction residue influence the pore structure of activated coke is clarified by optimizing the technological conditions of activated coke forming, carbonization and activation process. Meanwhile, the treatment of low-SO2 in the process of non-ferrous metal smelting will be researched. The mechanism of SO2 adsorption in activated coke is revealed by studying the desulfurization performance, microstructure, pore structure and surface chemistry characteristic of activated coke in order to get the basic technology and theory for the preparation of low cost, high performance activated coke for flue gas desulfurization. Research results provide technical and theoretical support for the simple and high value-added utilization of fine blue-coke and coal direct liquefaction residue，at the same time provide idea and method for the development of cheap and efficient activated coke for flue gas desulfurization.

活性焦是活性焦脱硫技术的脱硫剂，是影响脱硫性能、效率的关键材料。针对传统活性焦生产成本高，性能不佳的现状，申请人提出利用煤化工工业的副产物兰炭末和煤直接液化残渣为原料，无须添加粘结剂条件下制备活性焦的新技术；通过对活性焦成型、炭化和活化过程条件的优化，揭示活性焦制备过程中的成型机制，阐明煤液化残渣残留的铁催化剂，灰分对活性焦制备过程中孔结构的影响规律和机理。并将其活性焦用于有色金属冶炼低浓度二氧化硫的处理，通过对活性焦烟气脱硫性能、活性焦的微观形貌、孔隙结构及表面化学特性的研究，揭示SO2在活性焦内的吸附机理，以期获得制备低成本、高性能的烟气脱硫用活性焦的技术与理论基础。研究成果为兰炭末和煤直接液化残渣的大量、简便、高附加值利用提供技术理论支持，同时为开发廉价高效的烟气脱硫用活性焦提供思路和方法。

针对传统活性焦生产成本高，性能不佳的现状，本项目利用煤化工工业的副产物兰炭末和煤直接液化残渣为原料，采用物理活化法制备活性焦，并将所制备的活性焦用于有色金属冶炼低浓度二氧化硫的处理。对活性焦的制备和脱硫性能进行了系统研究，确定了较优的工艺参数，明确了成型、影响活性焦吸附性能的机制和脱硫机理。为兰炭末和煤直接液化残渣的大量、简便、高附加值利用提供了技术理论支持。. 研究结果表明，利用兰炭末和煤直接液化残渣制备活性焦时，煤直接液化残渣起到了粘结剂的作用，液化残渣经过脱灰后，胶质体温度间隔增大，使得胶质体有充足的时间来更加充分地在原料颗粒之间流动粘结，并且液化残渣分离脱灰后使得沥青烯和前沥青烯得到了富集，对活性焦的强度起到了关键性作用。随着D-DCLR添加比例逐渐增加，活性焦的强度先增大后减小，当D-DCLR添加比例为40%时活性焦强度达到492.55N，主要是由于D-DCLR热解过程中产生的胶质体提高了活性焦的抗压强度，但随着D-DCLR含量的增加，在活性焦表面及内部形成大量孔隙，使活性焦的的强度降低。. 活化温度和活化时间对活性焦碘吸附值呈现出较显著的影响。活化时间和二氧化碳流量的协同效应对活性焦的碘吸附值影响较大。RSM优化实验参数，得到较好的活化条件为：活化温度850℃，活化时间为90min，二氧化碳流量为60mL/min。在此条件下制备的活性焦碘吸附值401mg/g。. 模拟烟气脱硫实验研究结果表明：在较低温度下，SO2和O2之间存在竞争吸附，水蒸气浓度过高会在活性焦表面形成一层水膜，阻碍二氧化硫的吸附。二氧化硫初始浓度700ppm，活性焦床层高度12cm，吸附温度80℃，氧气浓度8%，水蒸气浓度6%的条件下活性焦对二氧化硫的脱除效果较好，脱硫率可以达到97%。活性焦脱除二氧化硫机理是烟气中的SO2、O2、水蒸气等首先从烟气中扩散到活性焦表面，进而进入活性焦孔隙到达吸附位点，然后各个吸附态之间发生化学反应生成硫酸，使得被占据的活性位点重新被释放，使得活性焦对二氧化硫进一步吸附脱除。