CN101485972A - 煤基脱硫用活性焦及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种煤基脱硫用活性焦的制备方法包括：将第一类煤和第二类煤分别破碎成煤块；将煤块研磨成的煤粉；取研磨成煤粉的煤，并加入粘结剂和水后进行捏合处理制成煤膏；将煤膏挤压成型制成圆柱状炭柱后，并进行干燥及炭化处理；将炭化后的炭化料进行筛分处理去除不合格的炭化料；将合格的炭化料进行活化处理形成活化料后，进行筛分处理去除不合格的活化料，即制备成合格的煤基脱硫用活性焦。本发明还涉及一种应用上述煤基脱硫用活性焦的制备方法制备的煤基脱硫用活性焦。本发明利用低附加值的第一类煤和高附加值的第二类煤，制备出生产成本低、品质优良、脱硫效果显著提高以及极具市场竞争力的烟气脱硫专用大颗粒活性焦产品。

Description

煤基脱硫用活性焦及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种活性焦及其制备方法，尤其涉及一种煤基脱硫用活性焦及其制备方法，属于煤化工领域。
背景技术
据世界卫生组织的监测报告，全球污染最严重的10个城市中我国占据8个，主要为大气中SO2和总悬浮微粒浓度超标，并且中国是仅次于欧洲和北美的第三大酸雨区，酸雨面积占国土面积的40％，每年因酸雨和SO2污染造成的直接经济损失高达上千亿元。另外，大气污染还严重破坏生态环境和严重危害人体健康，甚至影响人类基因并造成遗传疾病。我国政府对SO2和酸雨污染控制十分重视，早在上世纪就规划提出并开始实施了控制并逐步减少SO2排放浓度和排放总量的具体目标。为了达到“两控区”的控制目标，逐步削减SO2排放总量，控制大气SO2污染，保护大气环境质量，是我国目前乃至未来相当长时期内环境保护的重要课题。
毫无疑问，生产企业若不对烟气中SO2进行有效治理，必将加大当地大气中SO2的绝对值，慢慢破坏厂区和当地的生态平衡，危害周边居民的身体健康，所以对相关企业排放的SO2实施有效治理是十分必要的；同时，SO2又是宝贵的硫资源，是生产硫酸的主要原料，而硫酸是我国最重要的化工基础原料之一，近年来为弥补硫资源不足，我国每年进口大量硫磺。因此如能在治理SO2污染的同时回收部分硫资源，可在一定程度上缓解目前我国硫资源紧缺的局面。活性焦烟气脱硫技术，其解吸再生所产生的高浓度SO2混合气体，体积浓度超过20％，可以用来生产有市场前景的、高附加值的含硫化工产品，如硫酸、硫磺等，具有很好的市场前景和现实意义。
我国煤基活性炭的大规模工业生产起步于20世纪80年代初期，当时年产量约4000吨，至20世纪80年代末期，年产量超过2万吨，2000年达到10万吨以上，2007年我国煤基活性炭产量约25万吨，发展速度十分迅猛，已成为世界最大的煤基活性炭生产国。同时，由于得天独厚的煤炭资源优势和活性炭产品价格优势，我国煤基活性炭产品在国际市场上的竞争力很强，目前国内80％左右的煤基活性炭产品出口，是世界最大的煤基活性炭出口国，并且随着我国加入WTO后产品出口贸易障碍的逐步取消，中国活性炭产品出口量预计还将大幅度增加。因此，在我国煤基活性炭生产原料资源丰富地区，生产煤基活性炭产品前景广阔，并可取得良好的经济效益。活性焦属于活性炭的一种，活性焦的机械强度比活性炭要大很多，而活性炭的比面积要比活性焦大，而且活性焦是活性炭中脱硫效果比较好的一种。
根据国家节能减排政策，在今后相当长一段时间内，我国电力供应仍将以燃煤发电为主，但将逐步关闭小型发电设备，发展高效低耗的大型发电装置，因此燃煤发电厂排放的烟气量将越来越大；同时，根据国家污染物排放控制政策规划，尤其是对SO2排放的严格控制措施，预计今后几年燃煤电厂的烟气脱硫反应装置会越来越大型化。因此，可资源化、节水效果明显、采用模块化设计因而适应各种烟气负荷的活性焦干法烟气脱硫技术将在国内得到大规模的推广应用，尤其是在我国缺水严重而电力资源丰富的西部地区，这样势必造成脱硫用活性焦需求量的不断增加。由于目前活性焦干法脱硫反应装置为错流移动床形式，因此要求脱硫专用活性焦不但脱硫性能要好，强度和燃点要高，有较好的抗氧化性能，而且对其经济性的要求也会越来越高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对市场需求的不断扩大，提供一种活化得率高、脱硫效果较佳且生产成本低的煤基脱硫用活性焦及其制备方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种煤基脱硫用活性焦的制备方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、将挥发分大于35％的第一类煤和挥发分小于15％的第二类煤分别破碎成煤块；
步骤二、将破碎后的第一类煤和第二类煤研磨成的煤粉；
步骤三、按重量百分比取40％～70％的研磨成煤粉的第一类煤和5％～40％的第二类煤，并加入重量百分比为12％～35％的粘结剂和占第一类煤、第二类煤以及粘结剂总重量5％～10％的水后进行捏合处理制成煤膏；
步骤四、将煤膏挤压成型制成圆柱状炭柱后，并进行干燥及炭化处理；
步骤五、将炭化后的炭化料进行筛分处理去除不合格的炭化料；
步骤六、将合格的炭化料进行活化处理形成活化料后，进行筛分处理去除不合格的活化料，即制备成合格的煤基脱硫用活性焦。
上述技术方案利用挥发分较高的第一类煤，在干馏过程中，挥发分的析出起到了造孔的作用，可形成较大的比表面积，因此利用第一类煤制成的活性焦能够形成多孔结构，从而形成较大的比表面积，制备活化得率高、脱硫效果较佳以及极具市场竞争力的烟气脱硫专用大颗粒活性焦产品。
进一步，所述第一类煤为褐煤，所述第二类煤为烟煤或者无烟煤。
采用上述进一步技术方案的有益效果是利用低附加值的褐煤，制备出较目前国内外活性焦生产成本平均降低30％～40％、品质优良、脱硫效果显著提高、极具市场竞争力的烟气脱硫专用大颗粒活性焦产品，开辟了褐煤的新的利用途径。
进一步，所述步骤一为将第一类煤和第二类煤分别破碎成小于3厘米的煤块。
进一步，所述步骤二为将破碎后的第一类煤和第二类煤研磨成160目～325目之间的煤粉。
进一步，所述步骤三为按重量百分比取50％～60％的研磨成煤粉的第一类煤和15％～30％的第二类煤，并加入重量百分比为15％～25％的粘结剂和占第一类煤、第二类煤以及粘结剂总重量5％～10％的水后进行捏合处理制成煤膏。
进一步，所述步骤四为将煤膏在8兆帕～50兆帕的压力下挤压成型制成2毫米～12毫米的圆柱状炭柱后，在自然条件下或者在40℃～60℃下通过鼓风进行干燥，接着将干燥后的炭料放入外热式炭化回转炉进行炭化处理。
进一步，所述外热式炭化回转炉的升温速度控制为3℃/分钟～10℃/分钟，终点温度控制在600℃～750℃，恒温时间控制为20分钟～60分钟。
进一步，所述步骤六为将合格的炭化料放入外热式炭化回转炉，采用过热水蒸汽或者二氧化碳加空气进行活化处理形成活化料后，进行筛分处理去除不合格的活化料。
进一步，所述外热式炭化回转炉的升温速度控制为4℃/分钟～10℃/分钟，终点温度控制在800℃～950℃，恒温时间控制为20分钟～60分钟。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：一种应用上述煤基脱硫用活性焦的制备方法制备的煤基脱硫用活性焦，该煤基脱硫用活性焦按重量百分比计包括12％～20％的灰份，76％～86％的炭和1％～2％的氢。
本发明的有益效果是：本发明的活性焦产品的活化得率高、堆比重大、强度好、脱硫效果较佳，是一种比较理想的脱硫用的活性焦产品。
附图说明
图1为本发明煤基脱硫用活性焦制备方法的流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
图1为本发明煤基脱硫用活性焦制备方法的流程示意图。如图1所示，该制备方法包括以下步骤：
步骤10、将挥发分大于35％的第一类煤和挥发分小于15％的第二类煤分别破碎成煤块。
挥发分是煤分类的一个重要依据指标，即煤在一定温度下隔绝空气加热，逸出物质(气体或液体)中减掉水分后的含量。将所述第一类煤和第二类煤分别破碎成小于3厘米的煤块。所述第一类煤为褐煤，所述第二类煤为烟煤或者无烟煤。
步骤20、将破碎后的第一类煤和第二类煤研磨成的煤粉。
将破碎后的所述第一类煤和第二类煤研磨成160目～325目之间的煤粉。
步骤30、按重量百分比取40％～70％的研磨成煤粉的第一类煤和5％～40％的第二类煤，并加入重量百分比为12％～35％的粘结剂和占第一类煤、第二类煤以及粘结剂总重量5％～10％的水后进行捏合处理制成煤膏。
按第一类煤、第二类煤和粘结剂的总重量百分比取40％～70％的研磨成煤粉的第一类煤和5％～40％的第二类煤，并加入重量百分比为12％～35％的粘结剂。所述粘结剂为高温煤焦油或者沥青，采用卧式或者立式捏合机将第一类煤、第二类煤、粘结剂和水进行配比后，在50℃～100℃下进行捏合。
本实施例优选按重量百分比取50％～60％的研磨成煤粉的第一类煤和15％～30％的第二类煤，并加入重量百分比为15％～25％的粘结剂和占第一类煤、第二类煤以及粘结剂总重量5％～10％的水后进行捏合处理制成煤膏。
步骤40、将煤膏挤压成型制成圆柱状炭柱后，并进行干燥及炭化处理。
将煤膏在8兆帕～50兆帕的压力下，使用直径为2毫米～12毫米的模具挤压成型制成直径为2毫米～12毫米的圆柱状炭柱后，在自然条件下或者在40℃～60℃下通过鼓风进行干燥，接着将干燥后的炭料放入外热式炭化回转炉进行炭化处理。
所述外热式炭化回转炉的升温速度控制为3℃/分钟～10℃/分钟，终点温度控制在600℃～750℃，恒温时间控制为20分钟～60分钟。
步骤50、将炭化后的炭化料进行筛分处理去除不合格的炭化料。
所述不合格的炭化料是指直径不在2毫米～12毫米之间的炭化料。
步骤60、将合格的炭化料进行活化处理形成活化料后，进行筛分处理去除不合格的活化料，即制备成合格的煤基脱硫用活性焦。
所述不合格的活化料是指直径不在2毫米～12毫米之间的活化料。
将合格的炭化料放入外热式炭化回转炉，采用过热水蒸汽或者二氧化碳加空气进行活化处理形成活化料后，进行筛分处理去除不合格的活化料。
所述外热式炭化回转炉的升温速度控制为4℃/分钟～10℃/分钟，终点温度控制在800℃～950℃，恒温时间控制为20分钟～60分钟。
将合格的活化料进行包装装袋，即制备成合格的煤基脱硫用活性焦。
通过上述煤基脱硫用活性焦制备方法制备的煤基脱硫用活性焦按重量百分比计包括12％～20％的灰份，76％～86％的炭和1％～2％的氢，其具有300平方米/克～600平方米/克的比表面积，大于94％的耐磨强度，大于95％的冲击强度，大于或等于320牛/平方厘米的抗压强度，大于或等于120毫克/克的动态硫容，大于或等于350℃的着火点，以及350克/升～600克/升的堆比重。
下面分九个实施例对本发明煤基脱硫用活性焦制备方法做进一步详细的描述。
实施例一：
首先，将褐煤和烟煤分别破碎成小于3厘米的煤块；接着，将破碎后的褐煤和烟煤研磨成的190目的煤粉其次，按重量百分比取50％的褐煤和30％的烟煤，并加入重量百分比为20％的煤焦油和占褐煤、烟煤以及煤焦油总重量5％的水，在50℃下进行捏合处理制成煤膏；再次，将煤膏在15兆帕的压力下挤压成型制成直径为5毫米的圆柱状炭柱后，进行自然干燥，并在600℃下炭化处理40分钟；然后，将炭化后的炭化料进行筛分处理去除不合格的炭化料；最后，将合格的炭化料在800℃下进行60分钟的活化处理形成活化料后，进行筛分处理去除不合格的活化料，即制备成合格的煤基脱硫用活性焦。
实施例二：
首先，将褐煤和烟煤分别破碎成小于3厘米的煤块；接着，将破碎后的褐煤和烟煤研磨成的160目的煤粉；其次，按重量百分比取45％的褐煤和32％的烟煤，并加入重量百分比为23％的沥青和占褐煤、烟煤以及沥青总重量10％的水，在90℃下进行捏合处理制成煤膏；再次，将煤膏在18兆帕的压力下挤压成型制成直径为9毫米的圆柱状炭柱后，于40℃进行干燥，并在625℃下炭化处理60分钟；然后，将炭化后的炭化料进行筛分处理去除不合格的炭化料；最后，将合格的炭化料在825℃下进行40分钟的活化处理形成活化料后，进行筛分处理去除不合格的活化料，即制备成合格的煤基脱硫用活性焦。
实施例三：
首先，将褐煤和烟煤分别破碎成小于3厘米的煤块；接着，将破碎后的褐煤和烟煤研磨成220目的煤粉；其次，按重量百分比取47％的褐煤和41％的烟煤，并加入重量百分比为12％的煤焦油和占褐煤、烟煤以及煤焦油总重量6％的水，在55℃下进行捏合处理制成煤膏；再次，将煤膏在8兆帕的压力下挤压成型制成直径为2毫米的圆柱状炭柱后，进行自然干燥，并在675℃下炭化处理35分钟；然后，将炭化后的炭化料进行筛分处理去除不合格的炭化料；最后，将合格的炭化料在840℃下进行45分钟的活化处理形成活化料后，进行筛分处理去除不合格的活化料，即制备成合格的煤基脱硫用活性焦。
实施例四：
首先，将褐煤和无烟煤分别破碎成小于3厘米的煤块；接着，将破碎后的褐煤和无烟煤研磨成325目的煤粉；其次，按重量百分比取55％的褐煤和30％的无烟煤，并加入重量百分比为15％的煤焦油和占褐煤、无烟煤以及煤焦油总重量8％的水，在65℃下进行捏合处理制成煤膏；再次，将煤膏在12兆帕的压力下挤压成型制成直径为11毫米的圆柱状炭柱后，于30℃下进行干燥，并在690℃下炭化处理50分钟；然后，将炭化后的炭化料进行筛分处理去除不合格的炭化料；最后，将合格的炭化料在865℃下进行40分钟的活化处理形成活化料后，进行筛分处理去除不合格的活化料，即制备成合格的煤基脱硫用活性焦。
实施例五：
首先，将褐煤和无烟煤分别破碎成小于3厘米的煤块；接着，将破碎后的褐煤和无烟煤研磨成260目的煤粉；其次，按重量百分比取60％的褐煤和25％的无烟煤，并加入重量百分比为15％的煤焦油和占褐煤、无烟煤以及煤焦油总重量7％的水，在72℃下进行捏合处理制成煤膏；再次，将煤膏在12兆帕的压力下挤压成型制成直径为4毫米的圆柱状炭柱后，进行自然干燥，并在660℃下炭化处理45分钟；然后，将炭化后的炭化料进行筛分处理去除不合格的炭化料；最后，将合格的炭化料在875℃下进行50分钟的活化处理形成活化料后，进行筛分处理去除不合格的活化料，即制备成合格的煤基脱硫用活性焦。
实施例六：
首先，将褐煤和烟煤分别破碎成小于3厘米的煤块；接着，将破碎后的褐煤和烟煤研磨成200目的煤粉；其次，按重量百分比取65％的褐煤和15％的烟煤，并加入重量百分比为20％的沥青和占褐煤、烟煤以及沥青总重量10％的水，在100℃下进行捏合处理制成煤膏；再次，将煤膏在35兆帕的压力下挤压成型制成直径为9毫米的圆柱状炭柱后，进行自然干燥，并在680℃下炭化处理35分钟；然后，将炭化后的炭化料进行筛分处理去除不合格的炭化料；最后，将合格的炭化料在900℃下进行20分钟的活化处理形成活化料后，进行筛分处理去除不合格的活化料，即制备成合格的煤基脱硫用活性焦。
实施例七：
首先，将褐煤和无烟煤分别破碎成小于3厘米的煤块；接着，将破碎后的褐煤和无烟煤研磨成180目的煤粉；其次，按重量百分比取70％的褐煤和15％的无烟煤，并加入重量百分比为15％的煤焦油和占褐煤、无烟煤以及煤焦油总重量7％的水，在68℃下进行捏合处理制成煤膏；再次，将煤膏在22兆帕的压力下挤压成型制成直径为11毫米的圆柱状炭柱后，于55℃下进行干燥，并在710℃下炭化处理30分钟；然后，将炭化后的炭化料进行筛分处理去除不合格的炭化料；最后，将合格的炭化料在930℃下进行40分钟的活化处理形成活化料后，进行筛分处理去除不合格的活化料，即制备成合格的煤基脱硫用活性焦。
实施例八：
首先，将褐煤和烟煤分别破碎成小于3厘米的煤块；接着，将破碎后的褐煤和烟煤研磨成的260目的煤粉；其次，按重量百分比取54％的褐煤和16％的烟煤，并加入重量百分比为30％的煤焦油和占褐煤、烟煤以及煤焦油总重量7％的水，在75℃下进行捏合处理制成煤膏；再次，将煤膏在20兆帕的压力下挤压成型制成直径为6毫米的圆柱状炭柱后，于60℃下进行干燥，并在735℃下炭化处理25分钟；然后，将炭化后的炭化料进行筛分处理去除不合格的炭化料；最后，将合格的炭化料在850℃下进行30分钟的活化处理形成活化料后，进行筛分处理去除不合格的活化料，即制备成合格的煤基脱硫用活性焦。
实施例九：
首先，将褐煤和无烟煤分别破碎成小于3厘米的煤块；接着，将破碎后的褐煤和无烟煤研磨成200目的煤粉；其次，按重量百分比取62％的褐煤和18％的无烟煤，并加入重量百分比为20％的沥青和占褐煤、无烟煤以及沥青总重量10％的水，在78℃下进行捏合处理制成煤膏；再次，将煤膏在18兆帕的压力下挤压成型制成直径为4毫米的圆柱状炭柱后，进行自然干燥，并在750℃下炭化处理20分钟；然后，将炭化后的炭化料进行筛分处理去除不合格的炭化料；最后，将合格的炭化料在950℃下进行20分钟的活化处理形成活化料后，进行筛分处理去除不合格的活化料，即制备成合格的煤基脱硫用活性焦。
表1为以上通过九个实施例制备的煤基脱硫用活性焦的性能测试结果。如表1所示，通过本发明提供的技术方案制备的煤基脱硫用活性焦具有同体积(容积)堆重增加，强度好，耐磨损，使用寿命长的特点。
表1  通过九个实施例制备的煤基脱硫用活性焦的性能测试结果
 
实施例编号   炭化得率％       活化得率％       堆积重g/L    碘值mg穏～1 抗压强度N/cm2    耐磨强度％       硫容％   着火点℃     灰分％  
1 63.33 70 522 435 398 98.1 9.3 415 18.7
2 61.43 72 520 473 413 97.6 10.9 409 17.8
3 64.27 73 548 461 490 98.1 10.7 422 15.9
4 67.71 75 558 429 359 95.9 9.7 410 18.1
5 55.74 77 534 481 388 96.7 14.2 415 16.6
6 62.15 78 601 443 465 94.9 9.8 395 16.1
7 57.99 73 545 408 387 97.2 10.8 430 15.4
8 58.75 70 512 542 406 96.0 11.2 441 18.3
9 57.57 80 568 460 445 97.1 10.9 410 17.1
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

  1. 【权利要求1】一种煤基脱硫用活性焦的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
    步骤一、将挥发分大于35％的第一类煤和挥发分小于15％的第二类煤分别破碎成煤块；
    步骤二、将破碎后的第一类煤和第二类煤研磨成的煤粉；
    步骤三、按重量百分比取40％～70％的研磨成煤粉的第一类煤和5％～40％的第二类煤，并加入重量百分比为12％～35％的粘结剂和占第一类煤、第二类煤以及粘结剂总重量5％～10％的水后进行捏合处理制成煤膏；
    步骤四、将煤膏挤压成型制成圆柱状炭柱后，并进行干燥及炭化处理；
    步骤五、将炭化后的炭化料进行筛分处理去除不合格的炭化料；
    步骤六、将合格的炭化料进行活化处理形成活化料后，进行筛分处理去除不合格的活化料，即制备成合格的煤基脱硫用活性焦。
  2. 【权利要求2】根据权利要求1所述的煤基脱硫用活性焦的制备方法，其特征在于，所述第一类煤为褐煤，所述第二类煤为烟煤或者无烟煤。
  3. 【权利要求3】根据权利要求1所述的煤基脱硫用活性焦的制备方法，其特征在于，所述步骤一为将第一类煤和第二类煤分别破碎成小于3厘米的煤块。
  4. 【权利要求4】根据权利要求1所述的煤基脱硫用活性焦的制备方法，其特征在于，所述步骤二为将破碎后的第一类煤和第二类煤研磨成160目～325目之间的煤粉。
  5. 【权利要求5】根据权利要求1所述的煤基脱硫用活性焦的制备方法，其特征在于，所述步骤三为按重量百分比取50％～60％的研磨成煤粉的第一类煤和15％～30％的第二类煤，并加入重量百分比为15％～25％的粘结剂和占第一类煤、第二类煤以及粘结剂总重量5％～10％的水后进行捏合处理制成煤膏。
  6. 【权利要求6】根据权利要求1所述的煤基脱硫用活性焦的制备方法，其特征在于，所述步骤四为将煤膏在8兆帕～50兆帕的压力下挤压成型制成2毫米～12毫米的圆柱状炭柱后，在自然条件下或者在40℃～60℃下通过鼓风进行干燥，接着将干燥后的炭料放入外热式炭化回转炉进行炭化处理。
  7. 【权利要求7】根据权利要求6所述的煤基脱硫用活性焦的制备方法，其特征在于，所述外热式炭化回转炉的升温速度控制为3℃/分钟～10℃/分钟，终点温度控制在600℃～750℃，恒温时间控制为20分钟～60分钟。
  8. 【权利要求8】根据权利要求1所述的煤基脱硫用活性焦的制备方法，其特征在于，所述步骤六为将合格的炭化料放入外热式炭化回转炉，采用过热水蒸汽或二氧化碳加空气进行活化处理形成活化料后，进行筛分处理去除不合格的活化料。
  9. 【权利要求9】根据权利要求8所述的煤基脱硫用活性焦的制备方法，其特征在于，所述外热式炭化回转炉的升温速度控制为4℃/分钟～10℃/分钟，终点温度控制在800℃～950℃，恒温时间控制为20分钟～60分钟。
  10. 【权利要求10】一种应用权利要求1～9任一所述煤基脱硫用活性焦的制备方法制备的煤基脱硫用活性焦，该煤基脱硫用活性焦按重量百分比计包括6％～20％的灰份，76％～86％的炭和1％～2％的氢。
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