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Abstract

一种煤气化快速联产活性炭的方法，属于化学及化学工程领域。其特征是干煤粉或含碳有机物为原料，以空气或氧气与水蒸汽的掺混气为气化剂，通过调节氧煤比在0.3-0.58Nm3/kg，汽煤比在0.01-0.5kg/kg的范围，使联产装置在气化反应温度1200-1400℃、操作压力0.1-4.0MPa的条件下运行，干煤粉或含碳有机物中75-90%的有机组分被转化成煤气；从联产装置出来的高温煤气经废热锅炉降温，再通过除尘器进行气-固分离，得到半成品活性炭，最后经过酸洗、湿法浮选和干燥得到联产活性炭。按上述方法得到的活性炭产品具有发达的中孔结构和优良的液相吸附及脱色性能，对水中有机物的吸附、净化效果优于某些传统方法制备的高价活性炭产品，生产过程无污染、效率高，是环境友好的清洁生产活性炭的方法。

Description

一种煤气化快速联产活性炭的方法
技术领域
本发明涉及一种清洁、快速生产粉状活性炭的方法，属于化学及化学工程领域，特别涉及一种在干法进料联产装置中通过对粉煤或粉状含碳有机物进行适度气化生产合成气或燃料气的同时联产高附加值粉状活性炭的方法。
背景技术
活性炭作为优良的吸附材料已成为人类改善自身生存环境不可缺少的环保产品，特别是随着近年来环保力度的不断加大，活性炭的国内需求量及出口量不断增长。目前国内外活性炭生产的主要工艺包括物理活化法和化学活化法。物理活化工艺包括炭化预处理（400-500℃）和气体活化（水蒸汽或二氧化碳，800-950℃）两个过程，其工艺特点是产品得率高、产品质量稳定，但活化时间长（耗时几小时至十几个小时）、能耗高。化学活化法是将原料与化学试剂(ZnCl2,H3PO4等)按一定比例混合浸渍一段时间后,在惰性气体保护下将炭化和活化同时进行的一种活性炭制备方式。与物理活化法相比,化学活化法操作简单,活化温度降低（300-500℃）,时间缩短（几小时内）,能耗降低。但同时也存在活化剂成本高、腐蚀设备、污染环境、产品残留活化剂,应用受到限制等缺点。同时，无论是物理活化法还是化学活化法，生产过程中均产生一定量的氢气、一氧化碳、甲烷等可燃气体。目前基本上是直接排放到大气中，造成严重的资源浪费和环境污染。
另一方面，以煤气化为基础的能源及化工系统已成为世界范围内高效、清洁利用煤炭资源的最重要核心技术和重要发展方向。目前我国以干煤粉为原料的加压气流床煤气化技术主要有多喷嘴对置式干煤粉气化技术（包括shell气化技术和prenflo气化技术）、GSP气化技术、两段干煤粉气化技术和航天炉气化技术。上述几种气化炉的共同特点是，碳转化率设计指标均高达99%以上。为了使入炉煤短时间内完全气化，气化反应必须在1500-1700℃的高温下进行，当气化炉温度低于1500℃时，煤气化反应进行不完全，需要对高含碳飞灰进行回收和二次返烧。因此，虽然现有的高温煤气化工艺具有气化速率快、能够发挥大规模生产效应等优点，但同时也存在能耗大、对设备材料要求高以及热损失大等一系列问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种煤的适度气化与粉状活性炭联产的技术方法。该方法在降低目前高温煤气化的运行能耗和成本的同时，解决传统活性炭生产工艺存在的活化时间长、能耗大、污染严重等问题，大幅度提高活性炭的生产规模和生产效率。
本发明的技术方案如图1所示，主要包括如下步骤：
步骤1.粉煤制备过程
以干基灰含量0-10%的褐煤、次烟煤、烟煤、无烟煤或粉状含碳有机物为原料,在煤粉制备系统1经粉碎、干燥至含水量1-10%，粒度70-90%通过100目的筛孔；
所述含碳有机物包括石油焦、生物质及其热解焦；
步骤2.煤的适度气化过程
根据步骤1得到的干煤粉由加压氮气或二氧化碳将煤粉送入联产装置2，同时通入空气或氧气与水蒸汽的掺混气为气化剂3。通过调节氧煤比在0.3-0.58Nm3/kg，汽煤比在0.01-0.5kg/kg的范围，使联产装置在气化反应温度1200-1400℃、操作压力0.1-4.0MPa的条件下运行，在上述条件下，干煤粉或粉状含碳有机物中75-90%的有机组分被转化成煤气；
步骤3.气-固分离与气体净化过程
根据步骤2生成的高温粗煤气首先经过废热锅炉4降温，然后通过除尘器5进行气-固分离，冷却后的煤气经过净化处理6后使用，由除尘器分离得到半成品活性炭7；
所述半成品活性炭的收率为入炉煤总质量的10-25%；
步骤4.联产活性炭精制过程
根据步骤3得到的半成品活性炭7进一步经过酸洗脱灰处理8，湿法浮选9调整产品的漂浮率，最后经过干燥10得到联产成品活性炭11。
本发明的效果和益处是：活性炭的制备时间由传统法的几小时至十几小时缩短到几秒钟，降低了活性炭的生产能耗、提高了活性炭的生产规模和生产效率，彻底解决了活性炭生产过程的污染问题。同时，大幅度降低了煤气化的能耗和运行成本。该联产技术获得的活性炭产品具有发达的中孔结构，对污水中有机物的吸附、脱色性能甚至优于某些传统方法制备的高价木质及煤质活性炭产品。
附图说明
图1是煤气化快速联产活性炭的工艺流程图。
图中：1煤粉制备系统；2联产装置；3气化剂；4废热锅炉；5除尘器；6煤气净化；7半成品活性炭；8酸洗；9湿法浮选；10干燥；11成品活性炭。
图2是联产法成品活性炭与传统法活性炭对苯酚溶液吸附前后紫外-可见吸收光谱对比图。
图中：①苯酚溶液（浓度为50mg/L）；②化学法木质炭吸附后；③物理法煤质炭吸附后。
图3是联产法半成品活性炭与传统法活性炭对腐植酸溶液（腐植酸含量39.8g/L）的吸附率对比图。
图中：①联产法半成品活性炭吸附率；②化学法木质炭吸附后；③物理法煤质炭吸附后。
图4是联产法成品活性炭与传统法活性炭对生活污水吸附前后紫外-可见吸收光谱对比图。
图中：①生活污水（CODGr含量317mg/L）；②联产法成品活性炭吸附后；③物理法煤质炭吸附后；④化学法木质炭吸附后。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。
以下实施例用于说明本发明，但不用于限制本发明的范围。
实施例1：
按照图1的煤气化联产活性炭的工艺流程，以烟煤为原料，空气为气化剂，氧煤比为0.53-0.54Nm3/kg，联产装置内反应温度约为1360-1400℃，操作压力为2.0MPa。煤粉在炉内停留时间少于10秒。产品的孔结构参数汇总于附表。由除尘器回收得到的半成品活性炭的比表面积492m2/g，平均孔径3.99nm，总孔容积0.49cm3/g；经过酸洗、水洗处理的成品活性炭的比表面积646m2/g，平均孔径4.25nm，总孔容积0.69cm3/g；
实施例2：
以次烟煤为原料，0.2MPa的CO2为气化剂，当联产装置的操作温度在1300℃时得到的活性炭产品的比表面积为670m2/g；操作温度在1400℃时得到比表面积高达850m2/g的活性炭产品；
比较例1：
如附表所示，联产法生产的活性炭产品的比表面积（490–650m2/g）均低于化学法木质炭（762m2/g）和物理法煤质炭（935m2/g）；平均孔径（3.99-4.25nm）小于化学法木质炭（7.13nm）但大于物理法煤质炭（2.92nm）；联产法成品活性炭的孔容积（0.69cm3/g）大于化学法木质炭（0.60cm3/g）和物理法煤质炭（0.62cm3/g），说明联产法活性炭具有发达的中孔结构和总孔容积。
比较例2：
如附表所示，联产法成品活性炭的焦糖脱色率高达95%，低于化学法木质炭（98%）但高于物理法煤质炭（88%）；联产法成品活性炭对单宁酸的吸附能力（吸附率96.9%）优于其他三种活性炭产品（吸附率82-93%）。
比较例3：
如图2所示，联产法煤质成品活性炭③对苯酚①的吸附效果优于化学法木质炭②及物理法煤质炭④。
比较例4：
如图3所示，联产法半成品活性炭①对腐植酸的吸附效果大大优于化学法木质炭②及物理法煤质炭③。结果显示联产法半成品活性炭对腐植酸的吸附率高达96.1%，而其他活性炭产品的腐植酸吸附率为31.9-60.3%。
比较例5：
如图4所示，对于COD浓度317mg/L的生活污水①，联产法成品活性炭②与物理法煤质炭③和化学法木质炭④具有同等的吸附效果。
附表是联产法活性炭与传统法活性炭的生产条件、物性参数及性能指标的对比结果。
附表
Figure BDA00003640483400061

Claims (4)

1.一种煤气化快速联产活性炭的方法，其特征在于：以干基灰含量0-10%的干煤粉或粉状含碳有机物为原料，以空气或氧气与水蒸汽的掺混气为气化剂，通过调节氧煤比在0.3-0.58Nm3/kg，汽煤比在0.01-0.5kg/kg的范围，使联产装置在气化反应温度1200-1400℃、操作压力0.1-4.0MPa的范围内运行，在上述条件下，干煤粉或粉状含碳有机物中75-90%的有机组分被转化成煤气；从联产装置出来的高温煤气经废热锅炉降温，再通过除尘器进行气-固分离，得到半成品活性炭，最后经过酸洗、湿法浮选和干燥得到联产成品活性炭。
2.根据权利要求1所述的一种煤气化快速联产活性炭的方法，其特征在于：所述干煤粉或粉状含碳有机物经粉碎、干燥至含水量1-10%，粒度达到70-90%通过100目的筛孔。
3.根据权利要求1或2所述的一种煤气化快速联产活性炭的方法，其特征在于：所述干煤粉原料为褐煤、次烟煤、烟煤、无烟煤、含碳有机物及其半焦。
4.根据权利要求3所述的一种煤气化快速联产活性炭的方法，其特征在于：所述含碳有机物包括石油焦、生物质及其热解焦。
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