CN112830487B - 一种脱硫脱硝活性炭及其制备方法、应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种脱硫脱硝活性炭及其制备方法、应用，以原料煤、沥青、活性炭粉、瓦斯灰、沥青基粘结剂和水作为原材料，通过磨粉、捏合、成型、高温炭化以及活化，制得脱硫脱硝活性炭；该脱硫脱硝活性炭的制备方法生产出的脱硫脱硝活性炭达到GB/T 30201‑2013《脱硫脱硝用煤质活性炭》规定的优级品的标准，不仅实现了活性炭粉和瓦斯灰两种固废的高价值资源化利用，降低了烧结烟气脱硫脱硝用活性炭的制备成本，而且易于工业化生产。

Description

一种脱硫脱硝活性炭及其制备方法、应用
技术领域
本发明属于活性炭技术，尤其涉及一种脱硫脱硝活性炭及其制备方法、应用，该脱硫脱硝活性炭主要应用于烟气净化过程中。
背景技术
随着我国环保要求的日益提高，对大气污染物控制种类越来越多、排放标准也日趋严格，工业烟气多污染物治理需求越发迫切；烧结烟气是钢铁企业大气污染物排放的主要来源，主要包含二氧化硫、氮氧化物、颗粒物、二噁英、重金属(铅、砷、福、铬、汞等)、氟化物和挥发性有机物(VOCs)等多种污染物。由于活性炭烟气净化技术能实现烧结烟气中SO2、NOx和Hg的一体化联合脱除，同时能除去其中的粉尘、二噁英及其他有毒物质，最终实现烟气的深度处理，并能同时实现废物资源化利用，因此活性炭烟气净化技术逐步成为大气治理的优选技术方案；而脱硫脱硝活性炭作为活性炭烟气净化技术的关键因素，近年来发展的十分迅速，如图1所示的传统的脱硫脱硝活性炭制备工艺，生产原材料以原煤、煤焦油、沥青和水为主，依次经配煤、磨粉、混捏、成型、干燥、炭化、活化、冷却筛分等过程制备而成，在脱硫脱硝过程中，由于机械磨损等会产生大量活性炭粉，势必会逐渐损失活性炭本身，从而增加了运行成本，因此，提高活性炭的耐磨耐压强度，降低活性炭运行损耗率，增加活性炭循环使用时间意义重大；而这些因机械磨损等产生的活性炭粉在钢铁厂多被作为高炉喷吹燃料，仅仅利用了其热值，其价值相比破碎前颗粒脱硫脱硝活性炭本身而言差距悬殊，因此活性炭粉的利用价值亟待进一步提高；
为提高活性炭的强度和实现活性炭粉的价值利用，部分专家、学者针对性地在原料选择以及工艺流程上进行了研究，但是这些研究在应用上依旧存在较多局限性；比如申请号201310031125.6公开了一种高强度、耐磨损成型活性炭的生产工艺将粉料、粘结剂、成核剂按比例均匀混合后输入挤出机挤出造粒，然后将制得的颗粒料进行炭化活化，先将炉温升高至500～550℃后加入复合活化剂，接着继续升温至650～750℃后保持恒温，再次升温至950～1000℃保持恒温，炭化活化结束后将炉膛冷却至500℃左右后停止通入复合活化剂，然后通入氮气继续风冷至100℃以下出料得到成品；虽然制备的活性炭在强度上有一定提升，但是该方法工艺控制较为复杂、不易于工业化生产。申请号202010010383.6公开了一种烟气脱硫用活性焦及其制备方法，低变质粉煤、半焦粉末、酚醛树脂、腐植酸钠和钠基膨润土依次经混合、搅拌、成型，在保护气氛下对烘干后的成型料条进行炭化和活化处理，活化处理后得到所述烟气脱硫用活性焦材料，但是该制备方法中粘结剂种类添加较多，成本较难控制，同时产品的灰分较高。又如申请号201610190516.6公开了一种烟气脱硫用活性焦及其制备方法，通过往活性炭粉里添加一定量煤焦油、氢氧化钾或氧化镁，经磨粉、捏合后挤压成型并烘干，其中活性炭粉、煤焦油与氢氧化钾或氧化镁的配比为(68～80)：(18～30)：2；成型料干燥后在同时隔绝空气和通入水蒸气的环境下热再生制备颗粒脱硫脱硝活性炭，其中热再生的温度控制在820～900℃，时间控制在30～40min；但是此方法生产成本高，工艺过程相对复杂。
总体而言，现有的提高活性炭强度或者将活性炭粉通过再造颗粒活性炭的技术方案中，或如图2所示的采用粘结剂和活化剂实现炭粉再造颗粒活性炭；或如图3所示的采用成核剂和粘结剂，并通过混合成型、干燥、低温炭化、恒温炭化、恒高温活化、冷却筛分制备得到高强度活性炭；或如图4所示采用酚醛树脂、腐植酸钠和钠基膨润土与煤粉、半焦制备得到高强度活性炭；综合来看，上述方案中主要存在以下缺点：
1、工艺控制复杂；
2、成本较高；
3、不易工业化应用。
鉴于此，业界仍需对高强度活性炭和活性炭粉再造颗粒活性炭技术进一步研究，在能够利用活性炭粉制备出高强度颗粒活性炭的同时，兼顾成本以及产业化应用。
发明内容
针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种脱硫脱硝活性炭及其制备方法、应用，以原料煤、沥青、活性炭粉、瓦斯灰、沥青基粘结剂和水作为原材料，通过磨粉、捏合、成型、高温炭化以及活化，制得脱硫脱硝活性炭；该制备方法生产出的脱硫脱硝活性炭达到GB/T 30201-2013《脱硫脱硝用煤质活性炭》规定的优级品的标准，不仅实现了活性炭粉和瓦斯灰的高价值资源化利用，降低了脱硫脱硝活性炭的制备成本，而且易于工业化生产。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一方面提供了一种脱硫脱硝活性炭，原料包括原料煤、活性炭粉、瓦斯灰、沥青、沥青基粘结剂和水；
所述原料煤与所述活性炭粉按质量百分比计为：
原料煤：70～100％；
活性炭粉：0～30％；
所述瓦斯灰占所述原料煤与所述活性炭粉总质量的0～10％；
所述沥青占所述原料煤与所述活性炭粉总质量的5～15％；
所述沥青基粘结剂占所述原料煤与所述活性炭粉总质量的7～15％；
所述水占所述原料煤与所述活性炭粉总质量的5～30％。
优选地，所述瓦斯灰占所述原料煤与所述活性炭粉总质量的1～8％。
优选地，所述瓦斯灰占所述原料煤与所述活性炭粉总质量的2～6％。
优选地，所述脱硫脱硝活性炭的耐磨强度大于97％，耐压强度大于40daN，脱硫值大于20mg/g，脱硝率大于40％。
本发明的第二方面提供了一种脱硫脱硝活性炭的制备方法，包括以下步骤：
(a)磨粉：原料根据本发明第一方面所述的脱硫脱硝活性炭的组分进行配比，然后将原料煤、活性炭粉、瓦斯灰、沥青混合磨粉，得到混合粉末；
(b)捏合：向所述步骤(a)中的混合粉末中添加沥青基粘结剂和水搅拌捏合，得到混合料；
(c)成型：将所述混合料挤压成型、干燥后得到活性炭前驱体；
(d)高温炭化：将所述活性炭前驱体送入炭化炉中，经炭化反应制得炭化料；
(e)活化：将所述炭化料送入活化炉，在水蒸气的作用下经活化反应后，出炉冷却筛分后得到脱硫脱硝活性炭。
优选地，所述步骤(a)中，所述瓦斯灰中95％的粒度大于200目，将所述原料煤、活性炭粉、瓦斯灰、沥青混合磨粉至200目以下占比达到95％以上；和/或
所述步骤(c)中，所述活性炭前驱体为球形、圆柱形、矩形中的一种；和/或
所述步骤(c)中，所述活性炭前驱体的含水率＜8％；和/或
所述步骤(d)中，所述高温炭化过程中，炭化反应温度为800～1000℃，炭化反应时间为30～180min；和/或
所述步骤(e)中，所述活化过程中，活化反应温度为900～1000℃，活化反应时间为30～120min。
优选地，所述步骤(a)中，所述原料煤、活性炭粉、瓦斯灰、沥青混合磨粉至325目占比达到70％以上。
优选地，所述步骤(c)中，所述活性炭前驱体为粒度为8～12mm的圆柱形。
优选地，所述步骤(d)中，所述炭化反应温度为900～1000℃。
优选地，所述步骤(d)中，所述炭化反应温度为950～1000℃。
优选地，所述脱硫脱硝活性炭的耐磨强度大于97％，耐压强度大于40daN，脱硫值大于20mg/g，脱硝率大于40％。
本发明的第三方面提供一种脱硫脱硝活性炭的制备方法，包括以下步骤：
(A)磨粉：原料根据本发明第一方面所述的脱硫脱硝活性炭的组分进行配比，然后将原料煤、活性炭粉、沥青混合磨粉，再加入瓦斯灰混合均匀，得到混合粉末；
(B)捏合：向所述步骤(A)中的混合粉末中添加沥青基粘结剂和水搅拌捏合，得到混合料；
(C)成型：将所述混合料挤压成型、干燥后得到活性炭前驱体；
(D)高温炭化：将所述活性炭前驱体送入炭化炉中，经炭化反应制得炭化料；
(E)活化：将所述炭化料送入活化炉，在水蒸气的作用下经活化反应后，出炉冷却筛分后得到脱硫脱硝活性炭。
优选地，所述步骤(A)中，将所述原料煤、活性炭粉、沥青混合磨粉至200目占比达到95％以上；和/或
所述步骤(A)中，所述瓦斯灰中95％的粒度≤200目；
所述步骤(C)中，所述活性炭前驱体为球形、圆柱形、矩形中的一种；和/或
所述步骤(C)中，所述活性炭前驱体的含水率＜8％；和/或
所述步骤(D)中，所述高温炭化过程中，炭化反应温度为800～1000℃，炭化反应时间为30～180min；和/或
所述步骤(E)中，所述活化过程中，活化反应温度为900～1000℃，活化反应时间为30～120min。
优选地，所述步骤(A)中，所述原料煤、活性炭粉、沥青混合磨粉至325目占比达到70％以上。
优选地，所述步骤(C)中，所述活性炭前驱体为粒度为8～12mm的圆柱形。
优选地，所述步骤(D)中，所述炭化反应温度为900～1000℃。
优选地，所述步骤(E)中，所述炭化反应温度为950～1000℃。
优选地，所述脱硫脱硝活性炭的耐磨强度大于97％，耐压强度大于40daN，脱硫值大于20mg/g，脱硝率大于40％。
本发明的第四方面提供了一种根据本发明第一方面所述的脱硫脱硝活性炭在烟气净化中的应用。
本发明所提供的脱硫脱硝活性炭及其制备方法、应用，还具有以下几点有益效果：
1)本发明的脱硫脱硝活性炭及其制备方法、应用，以原料煤、沥青、活性炭粉、瓦斯灰、沥青基粘结剂和水作为原材料，通过磨粉、捏合、成型、高温炭化以及活化，制得脱硫脱硝活性炭，该制备方法生产出的脱硫脱硝活性炭达到GB/T30201-2013《脱硫脱硝用煤质活性炭》规定的优级品的标准，不仅实现了活性炭粉和瓦斯灰两种固废的高价值资源化利用，降低了脱硫脱硝活性炭的制备成本，而且易于工业化生产；
2)本发明的脱硫脱硝活性炭及其制备方法、应用，将活性炭粉再利用制备烧结烟气中应用的脱硫脱硝活性炭，可以提高活性炭粉的经济价值，使得活性炭粉能实现低成本高价值再生利用；
3)本发明的脱硫脱硝活性炭及其制备方法，通过从源头直接加入瓦斯灰，无需进行预处理，可以有效利用瓦斯灰中的铁、碳元素，且利用活性炭制备技术，通过调控炭化工艺，最终得到骨架高强的活性炭，具有流程短、投资低、易于工业化应用的优点；
4)本发明的脱硫脱硝活性炭及其制备方法，加入的瓦斯灰和活性炭粉均属于钢厂内的固废，将其协同添加进行活性炭的制备，可实现多种固废协同资源化的效果，这对资源高效再利用和活性炭制备的节能减排具有重要的指导意义；
5)本发明的脱硫脱硝活性炭的耐磨强度大于97％，耐压强度大于40daN，达到GB/T30201-2013《脱硫脱硝用煤质活性炭》的优级品的标准。
附图说明
图1为传统的脱硫脱硝活性炭制备工艺的流程示意图；
图2为现有技术中采用粘结剂和活化剂进行炭粉再造颗粒活性炭的流程示意图；
图3为现有技术中采用成核剂和粘结剂进行炭粉再造颗粒活性炭的流程示意图；
图4为现有技术中采用酚醛树脂、腐植酸钠和钠基膨润土进行炭粉再造颗粒活性炭的流程示意图；
图5为本发明中第二方面的脱硫脱硝活性炭的制备方法的流程示意图；
图6为本发明中第三方面的脱硫脱硝活性炭的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
为了能更好地理解本发明的上述技术方案，下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。
本发明第一方面所提供的一种脱硫脱硝活性炭，原料包括原料煤、活性炭粉、瓦斯灰、沥青、沥青基粘结剂和水；
其中原料煤与活性炭粉按质量百分比计为：
原料煤：70～100％；
活性炭粉：0～30％；
瓦斯灰占原料煤与活性炭粉总质量的0～10％；
沥青占原料煤与活性炭粉总质量的5～15％；
沥青基粘结剂占原料煤与活性炭粉总质量的7～15％；
水占原料煤与活性炭粉总质量的5～30％。
其中，在一个实施例中，瓦斯灰占原料煤与活性炭粉总质量的1～8％；优选方案中，瓦斯灰占原料煤与活性炭粉总质量的2～6％；上述原料中活性炭粉为活性炭脱硫脱硝过程产生的废弃活性炭粉，瓦斯灰是高炉炼铁过程中产生的，比如采用高炉生产时二次除尘产生的除尘灰等；
上述的脱硫脱硝活性炭的关键指标中，耐磨强度大于97％，耐压强度大于40daN，脱硫值大于20mg/g，脱硝率大于40％，达到GB/T 30201-2013《脱硫脱硝用煤质活性炭》的优级品的标准。
如图5所示，本发明第一方面提供的脱硫脱硝活性炭采用本发明第二方面的脱硫脱硝活性炭的制备方法制备，具体包括以下步骤：
(a)磨粉：根据上述的脱硫脱硝活性炭配比原料，将原料煤、活性炭粉、瓦斯灰、沥青混合磨粉后，得到混合粉末。
具体过程为：原料按照脱硫脱硝活性炭的组分进行配比后，将原料煤、活性炭粉、瓦斯灰、沥青混合磨粉至200目以下占比达到95％以上，或者磨粉至325目占比达到70％以上；上述原料中的各组分配比如下：
原料煤与活性炭粉按质量百分比计为：
原料煤：70～100％；
活性炭粉：0～30％；
瓦斯灰占原料煤与活性炭粉总质量的0～10％；
沥青占原料煤与活性炭粉总质量的5～15％；
沥青基粘结剂占原料煤与活性炭粉总质量的7～15％；
水占原料煤与活性炭粉总质量的5～30％。
其中上述原料中，瓦斯灰的粒度大于200目；在优选方案中，瓦斯灰占原料煤与活性炭粉总质量的1～8％，在进一步的优选方案中，瓦斯灰占原料煤与活性炭粉总质量的2～6％；
(b)捏合：向步骤(a)中获得的混合粉末中添加沥青基粘结剂和水搅拌捏合得到混合料；其中沥青基粘结剂可以为煤焦油等；
(c)成型：将混合料挤压成型、干燥后得到活性炭前驱体；
具体过程为：根据活性炭的用途，将步骤(b)中得到的混合料送入挤压设备，对混合料挤压成型，使其具有一定形状，比如球形或圆柱形或矩形，由于混合料中含水率较高，且整体较软，在后续的高温炭化过程中会影响活性炭的孔隙率和强度，致使其性能达不到要求，因此对其进行干燥，至含水率低于8％，得到活性炭前驱体；其中，当干燥后的活性炭前驱体为圆柱形时，其粒度为8～12mm。
(d)高温炭化：将活性炭前驱体送入炭化炉中，经炭化反应制得炭化料；
具体过程为：将步骤(c)中得到的活性炭前驱体送入炭化炉中进行炭化反应得到炭化料，控制炭化温度为800～1000℃，炭化时间为30～180min，其中瓦斯灰中的铁氧化物会与原料煤、活性炭粉中的碳以及气体中的一氧化碳发生还原反应生成金属铁，形成铁与碳相互包裹的铁焦，从而增加了活性炭内的骨架，主要的反应机理如下：
Fe2O3·FeO+Ash＝Fe2O3·FeO(melt)(1)
Fe2O3(melt)+3C＝2Fe+3CO(2)
Fe2O3(melt)+3CO＝2Fe+3CO2(3)
FeO(melt)+C＝Fe+CO(4)
FeO(melt)+CO＝Fe+CO2(5)
由反应式(1)可知，瓦斯灰中的Fe2O3·FeO与其中的灰分反应生成低熔点化合物Fe2O3·FeO(melt)。在反应式(2)、(3)、(4)、(5)中，Fe2O3(melt)与FeO(melt)均发生了还原反应生产铁单质；同时，由于炭化时活性炭内部CO2浓度有限，因此Fe被氧化成FeO的比例低；最终，铁与碳形成铁碳连接方式的高强度铁焦，活性炭强度因此得到很大提高。
上述的高温炭化过程中，在优选方案中，控制炭化温度为900～1000℃，在进一步的优选方案中，控制炭化温度为950～1000℃。
(e)活化：将炭化料送入活化炉，在水蒸气的作用下经活化反应后，出炉冷却筛分后得到脱硫脱硝活性炭。
具体过程为：将步骤(d)中的炭化料送入活化炉，通过水蒸气进行造孔活化，控制活化温度为900～1000℃，活化时间为30～120min，在热蒸气的环境下，使炭与水蒸气反应(类似于烧失的过程)，在高温活化过程中，水蒸气与固体碳的氧化反应作用对活性炭颗粒具有显著的开孔和扩孔效果，活性炭颗粒的微孔、比表面积、孔容急剧增加，提高了活性炭的吸附性能；从活化炉中排出，冷却后筛分，粒度≥5.6mm的颗粒为脱硫脱硝活性炭，粒度＜5.6mm的碎料返回步骤(a)中磨粉后再利用。
如图6所示，本发明第一方面提供的脱硫脱硝活性炭采用本发明第三方面的脱硫脱硝活性炭的制备方法制备，具体包括以下步骤：
(A)磨粉：根据上述的脱硫脱硝活性炭配比原料，将原料煤、活性炭粉、沥青混合磨粉后，再加入瓦斯灰混合均匀后，得到混合粉末。
具体过程为：原料按照脱硫脱硝活性炭的组分进行配比后，将原料煤、活性炭粉、沥青混合磨粉至200目占比达到95％以上，或者磨粉至325目占比达到70％以上，然后将瓦斯会加入其中，并混合均匀，得到混合粉末；上述原料中的各组分配比如下：
原料煤与活性炭粉按质量百分比计为：
原料煤：70～100％；
活性炭粉：0～30％；
瓦斯灰占原料煤与活性炭粉总质量的0～10％；
沥青占原料煤与活性炭粉总质量的5～15％；
沥青基粘结剂占原料煤与活性炭粉总质量的7～15％；
水占原料煤与活性炭粉总质量的5～30％。
其中上述原料中，瓦斯灰的粒度≤200目；在优选方案中，瓦斯灰占原料煤与活性炭粉总质量的1～8％，在进一步的优选方案中，瓦斯灰占原料煤与活性炭粉总质量的2～6％；
(B)捏合：向步骤(A)中获得的混合粉末中添加沥青基粘结剂和水搅拌捏合得到混合料；其中沥青基粘结剂可以为煤焦油等；
(C)成型：将混合料挤压成型、干燥后得到活性炭前驱体；
具体过程为：根据活性炭的用途，将步骤(B)中得到的混合料送入挤压设备，对混合料挤压成型，使其具有一定形状，比如球形或圆柱形或矩形，由于混合料中含水率较高，且整体较软，在后续的高温炭化过程中会影响活性炭的孔隙率和强度，致使其性能达不到要求，因此对其进行干燥，至含水率低于8％，得到活性炭前驱体；其中，当干燥后的活性炭前驱体为圆柱形时，其粒度为8～12mm。
(D)高温炭化：将活性炭前驱体送入炭化炉中，经炭化反应制得炭化料；
具体过程为：将步骤(C)中得到的活性炭前驱体送入炭化炉中进行炭化反应得到炭化料，控制炭化温度为800～1000℃，炭化时间为30～180min，其中瓦斯灰中的铁氧化物会与原料煤、活性炭粉中的碳以及气体中的一氧化碳发生还原反应生成金属铁，形成铁与碳相互包裹的铁焦，从而增加了活性炭内的骨架，主要的反应机理如下：
Fe2O3·FeO+Ash＝Fe2O3·FeO(melt)(6)
Fe2O3(melt)+3C＝2Fe+3CO(7)
Fe2O3(melt)+3CO＝2Fe+3CO2(8)
FeO(melt)+C＝Fe+CO(9)
FeO(melt)+CO＝Fe+CO2(10)
由反应式(6)可知，瓦斯灰中的Fe2O3·FeO与其中的灰分反应生成低熔点化合物Fe2O3·FeO(melt)。在反应式(7)、(8)、(9)、(10)中，Fe2O3(melt)与FeO(melt)均发生了还原反应生产铁单质；同时，由于炭化时活性炭内部CO2浓度有限，因此Fe被氧化成FeO的比例低；最终，铁与碳形成铁碳连接方式的高强度铁焦，活性炭强度因此得到很大提高。
上述的高温炭化过程中，在优选方案中，控制炭化温度为900～1000℃，在进一步的优选方案中，控制炭化温度为950～1000℃。
(E)活化：将炭化料送入活化炉，在水蒸气的作用下经活化反应后，出炉冷却筛分后得到脱硫脱硝活性炭。
具体过程为：将步骤(D)中的炭化料送入活化炉，通过水蒸气进行造孔活化，控制活化温度为900～1000℃，活化时间为30～120min，在热蒸气的环境下，使炭与水蒸气反应(类似于烧失的过程)，在高温活化过程中，水蒸气与固体碳的氧化反应作用对活性炭颗粒具有显著的开孔和扩孔效果，活性炭颗粒的微孔、比表面积、孔容急剧增加，提高了活性炭的吸附性能；从活化炉中排出，冷却后筛分，粒度≥5.6、mm的颗粒为脱硫脱硝活性炭，粒度＜5.6mm的碎料返回步骤(A)中磨粉后再利用。
其中上述两种方法制备的脱硫脱硝活性炭均达到GB/T 30201-2013《脱硫脱硝用煤质活性炭》的优级品的标准，而且其中一部分脱硫脱硝活性炭要优于优级品的标准；在本发明制备的脱硫脱硝活性炭的关键指标中，耐磨强度均大于97％，耐压强度均大于40daN，脱硫值均大于20mg/g，脱硝率均大于40％；上述两种方法制备的脱硫脱硝活性炭能够在烟气净化中应用。
下面结合具体的例子对本发明的脱硫脱硝活性炭及其制备方法、应用进一步介绍；其中沥青基粘结剂采用煤焦油。
实施例1
如图5所示，本实施例的活性炭通过以下方法制备而成，具体包括以下步骤：
(1)磨粉
根据下述质量百分比计的组分进行配比得到原料：
原料煤与活性炭粉按质量百分比计为：
原料煤：70％；
活性炭粉：30％；
沥青占原料煤与活性炭粉总质量的5％；
煤焦油占原料煤与活性炭粉总质量的7％；
水占原料煤与活性炭粉总质量的25％。
其中上述未采用瓦斯灰，因此将原料煤、活性炭粉、沥青混合磨粉至200目占比达到95％以上，得到混合粉末；
(2)捏合：向混合粉末中加入煤焦油和水搅拌捏合得到混合料；
(3)成型：混合料经成型设备挤压成粒度为8～12mm的圆柱形，并干燥处理至含水率为7％后得到活性炭前驱体；
(4)高温炭化：将活性炭前驱体送入炭化炉中进行炭化反应，控制炭化温度为800℃，炭化时间为180min，最终得到炭化料；
(5)活化：将炭化料送入活化炉，通过水蒸气进行造孔活化，并控制活化温度为900℃，活化时间为120min，经高温活化后排出活化炉，再冷却筛分后得到粒度≥5.6mm颗粒为本实施例所要制备的脱硫脱硝活性炭，粒度＜5.6mm的颗粒则返回步骤(1)中磨粉后再利用。
经检测，本实施例的脱硫脱硝活性炭的关键指标如下：耐磨强度为97.6％，耐压强度为45.5daN，脱硫值为21.2mg/g，脱硝率为43.5％，均达到GB/T 30201-2013《脱硫脱硝用煤质活性炭》的优级品的标准，该脱硫脱硝活性炭能够在烟气净化中应用。其中耐磨耐压强度采用GB/T 30202.3-2013《脱硫脱硝用煤质颗粒活性炭试验方法第3部分耐磨强度、耐压强度》的试验方法进行测试，脱硫值采用GB/T30202.4-2013《脱硫脱硝用煤质颗粒活性炭试验方法第4部分脱硫值》的试验方法进行测试，脱硝率采用GB/T 30202.5-2013《脱硫脱硝用煤质颗粒活性炭试验方法第5部分脱硝率》的试验方法进行测试。
实施例2
如图6所示，本实施例的脱硫脱硝活性炭通过以下方法制备而成，具体包括以下步骤：
(1)磨粉
根据下述质量百分比计的组分进行配比得到原料：
原料煤与活性炭粉按质量百分比计为：
原料煤：100％；
活性炭粉：0％；
瓦斯灰占原料煤质量的10％
沥青占原料煤质量的15％；
煤焦油占原料煤质量的15％；
水占原料煤质量的15％。
其中上述未采用活性炭粉，且选用的瓦斯灰的粒度小于200目，因此将原料煤、沥青混合磨粉至200目占比达到95％以上，再加入瓦斯灰混合均匀，得到混合粉末；
(2)捏合：向混合粉末中加入煤焦油和水搅拌捏合得到混合料；
(3)成型：混合料经成型设备挤压成粒度为8～12mm的圆柱形，并干燥处理至含水率为6％后得到活性炭前驱体；
(4)高温炭化：将活性炭前驱体送入炭化炉中进行炭化反应，控制炭化温度为1000℃，炭化时间为30min，最终得到炭化料；
(5)活化：将炭化料送入活化炉，通过水蒸气进行造孔活化，并控制活化温度为1000℃，活化时间为30min，经高温活化后排出活化炉，再冷却筛分后得到粒度≥5.6mm颗粒为本实施例所要制备的脱硫脱硝活性炭，粒度＜5.6mm的颗粒则返回步骤(1)中磨粉后再利用。
经检测，本实施例的脱硫脱硝活性炭的关键指标如下：耐磨强度为98.5％，耐压强度为76daN，脱硫值为20.3mg/g，脱硝率为46.5％，不仅达到GB/T 30201-2013《脱硫脱硝用煤质活性炭》的优级品的标准，而且耐磨强度比GB/T 30201-2013《脱硫脱硝用煤质活性炭》的优级品标准高1.5％，耐压强度比GB/T 30201-2013《脱硫脱硝用煤质活性炭》的优级品标准的1.9倍左右；该脱硫脱硝活性炭能够在烟气净化中应用。其中耐磨耐压强度采用GB/T30202.3-2013《脱硫脱硝用煤质颗粒活性炭试验方法第3部分耐磨强度、耐压强度》的试验方法进行测试，脱硫值采用GB/T30202.4-2013《脱硫脱硝用煤质颗粒活性炭试验方法第4部分脱硫值》的试验方法进行测试，脱硝率采用GB/T 30202.5-2013《脱硫脱硝用煤质颗粒活性炭试验方法第5部分脱硝率》的试验方法进行测试。
实施例3
如图6所示，本实施例的脱硫脱硝活性炭通过以下方法制备而成，具体包括以下步骤：
(1)磨粉
根据下述质量百分比计的组分进行配比得到原料：
原料煤与活性炭粉按质量百分比计为：
原料煤：85％；
活性炭粉：15％；
瓦斯灰占原料煤与活性炭粉总质量的5％
沥青占原料煤与活性炭粉总质量的10％；
煤焦油占原料煤与活性炭粉总质量的10％；
水占原料煤与活性炭粉总质量的20％。
其中上述选用的瓦斯灰的粒度≤200目，因此将原料煤、活性炭粉、沥青混合磨粉至325目占比达到70％以上之后，配入瓦斯灰进行搅拌，混合均匀后，得到混合粉末；
(2)捏合：向混合粉末中加入煤焦油和水搅拌捏合得到混合料；
(3)成型：混合料经成型设备挤压成粒度为8～12mm的圆柱形，并干燥处理至含水率为7.5％后得到活性炭前驱体；
(4)高温炭化：将活性炭前驱体送入炭化炉中进行炭化反应，控制炭化温度为900℃，炭化时间为60min，最终得到炭化料；
(5)活化：将炭化料送入活化炉，通过水蒸气进行造孔活化，并控制活化温度为950℃，活化时间为65min，经高温活化后排出活化炉，再冷却筛分后得到粒度≥5.6mm颗粒为本实施例所要制备的脱硫脱硝活性炭，粒度＜5.6mm的颗粒则返回步骤(1)中磨粉后再利用。
经检测，本实施例的脱硫脱硝活性炭的关键指标如下：耐磨强度为98.1％，耐压强度为62.5daN，脱硫值为20.9mg/g，脱硝率为45.1％，不仅达到GB/T 30201-2013《脱硫脱硝用煤质活性炭》的优级品的标准，而且耐磨强度比GB/T 30201-2013《脱硫脱硝用煤质活性炭》的优级品标准高1.1％，耐压强度比GB/T 30201-2013《脱硫脱硝用煤质活性炭》的优级品标准的1.56倍左右；该脱硫脱硝活性炭能够在烟气净化中应用。其中耐磨耐压强度采用GB/T 30202.3-2013《脱硫脱硝用煤质颗粒活性炭试验方法第3部分耐磨强度、耐压强度》的试验方法进行测试，脱硫值采用GB/T30202.4-2013《脱硫脱硝用煤质颗粒活性炭试验方法第4部分脱硫值》的试验方法进行测试，脱硝率采用GB/T 30202.5-2013《脱硫脱硝用煤质颗粒活性炭试验方法第5部分脱硝率》的试验方法进行测试。
实施例4
如图5所示，本实施例的脱硫脱硝活性炭通过以下方法制备而成，具体包括以下步骤：
(1)磨粉
根据下述质量百分比计的组分进行配比得到原料：
原料煤：90％；
活性炭粉：10％；
瓦斯灰占原料煤与活性炭粉总质量的8％
沥青占原料煤与活性炭粉总质量的10％；
煤焦油占原料煤与活性炭粉总质量的12％；
水占原料煤与活性炭粉总质量的15％。
其中上述选用的瓦斯灰的粒度大于200目，因此将原料煤、活性炭粉、瓦斯灰、沥青混合磨粉至200目占比达到95％以上，得到混合粉末；
(2)捏合：向混合粉末中加入煤焦油和水搅拌捏合得到混合料；
(3)成型：混合料经成型设备挤压成粒度为8～12mm的圆柱形，并干燥处理至含水率为6.5％后得到活性炭前驱体；
(4)高温炭化：将活性炭前驱体送入炭化炉中进行炭化反应，控制炭化温度为950℃，炭化时间为120min，最终得到炭化料；
(5)活化：将炭化料送入活化炉，通过水蒸气进行造孔活化，并控制活化温度为930℃，活化时间为45min，经高温活化后排出活化炉，再冷却筛分后得到粒度≥5.6mm颗粒为本实施例所要制备的优级品脱硫脱硝活性炭，粒度＜5.6mm的颗粒则返回步骤(1)中磨粉后再利用。
经检测，本实施例的脱硫脱硝活性炭的关键指标如下：耐磨强度为98.3％，耐压强度为60.1daN，脱硫值为21.2mg/g，脱硝率为45.8％，不仅达到GB/T 30201-2013《脱硫脱硝用煤质活性炭》的优级品的标准，而且耐磨强度比GB/T 30201-2013《脱硫脱硝用煤质活性炭》的优级品标准高1.3％，耐压强度比GB/T 30201-2013《脱硫脱硝用煤质活性炭》的优级品标准的1.5倍左右；该脱硫脱硝活性炭能够在烟气净化中应用。其中耐磨耐压强度采用GB/T 30202.3-2013《脱硫脱硝用煤质颗粒活性炭试验方法第3部分耐磨强度、耐压强度》的试验方法进行测试，脱硫值采用GB/T30202.4-2013《脱硫脱硝用煤质颗粒活性炭试验方法第4部分脱硫值》的试验方法进行测试，脱硝率采用GB/T 30202.5-2013《脱硫脱硝用煤质颗粒活性炭试验方法第5部分脱硝率》的试验方法进行测试。
结合实施例1～4可知，该脱硫脱硝活性炭及其制备方法、应用，以原料煤、沥青、活性炭粉、瓦斯灰、沥青基粘结剂和水作为原材料，通过捏合、造粒、干燥、高温炭化以及活化，制得达到优级品标准的脱硫脱硝活性炭，不仅实现了活性炭粉和瓦斯灰两种固废的高价值资源化利用，降低了烧结烟气脱硫脱硝用活性炭的制备成本，而且易于工业化生产；该脱硫脱硝活性炭及其制备方法、应用，将活性炭粉再利用制备出在烧结烟气净化过程中应用的脱硫脱硝活性炭，可以提高活性炭粉的经济价值，使得活性炭粉能实现低成本高价值再生利用；该脱硫脱硝活性炭及其制备方法，通过从源头直接加入瓦斯灰，无需进行预处理，可以有效利用瓦斯灰中的铁、碳元素，且利用活性炭制备技术，通过调控炭化工艺，最终得到骨架高强的活性炭，具有流程短、投资低、易于工业化应用的优点；该脱硫脱硝活性炭及其制备方法，加入的瓦斯灰和活性炭粉均属于钢厂内的固废，将其协同添加进行活性炭的制备，可实现多种固废协同资源化的效果，这对资源高效再利用和活性炭制备的节能减排具有重要的指导意义；该脱硫脱硝活性炭的耐磨强度大于97％，耐压强度大于40daN，达到GB/T 30201-2013《脱硫脱硝用煤质活性炭》的优级品的标准。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (18)

1.一种脱硫脱硝活性炭，其特征在于，原料包括原料煤、活性炭粉、瓦斯灰、沥青、沥青基粘结剂和水；
所述原料煤与所述活性炭粉按质量百分比计为：
原料煤：70～90 %；
活性炭粉：10～30 %；
所述瓦斯灰占所述原料煤与所述活性炭粉总质量的5～10 %；
所述沥青占所述原料煤与所述活性炭粉总质量的5～15 %；
所述沥青基粘结剂占所述原料煤与所述活性炭粉总质量的7～15 %；
所述水占所述原料煤与所述活性炭粉总质量的5～30 %，
所述脱硫脱硝活性炭通过以下制备方法制备而成，包括以下步骤：
（a）磨粉：原料根据上述的脱硫脱硝活性炭的组分进行配比，然后将原料煤、活性炭粉、瓦斯灰、沥青混合磨粉，得到混合粉末；
（b）捏合：向所述步骤（a）中的混合粉末中添加沥青基粘结剂和水搅拌捏合，得到混合料；
（c）成型：将所述混合料挤压成型、干燥后得到活性炭前驱体；
（d）高温炭化：将所述活性炭前驱体送入炭化炉中，经炭化反应制得炭化料；
（e）活化：将所述炭化料送入活化炉，在水蒸气的作用下经活化反应后，出炉冷却筛分后得到脱硫脱硝活性炭，
将步骤（c）中得到的活性炭前驱体送入炭化炉中进行炭化反应得到炭化料，控制炭化温度为800～1000℃，炭化时间为30～180min，其中瓦斯灰中的铁氧化物与原料煤、活性炭粉中的碳以及气体中的一氧化碳发生还原反应生成金属铁，形成铁与碳相互包裹的铁焦，从而增加活性炭内的骨架，铁与碳形成铁碳连接方式的高强度铁焦，活性炭强度因此得到很大提高。
2.一种脱硫脱硝活性炭，其特征在于，原料包括原料煤、活性炭粉、瓦斯灰、沥青、沥青基粘结剂和水；
所述原料煤与所述活性炭粉按质量百分比计为：
原料煤：70～90 %；
活性炭粉：10～30 %；
所述瓦斯灰占所述原料煤与所述活性炭粉总质量的5～10 %；
所述沥青占所述原料煤与所述活性炭粉总质量的5～15 %；
所述沥青基粘结剂占所述原料煤与所述活性炭粉总质量的7～15 %；
所述水占所述原料煤与所述活性炭粉总质量的5～30 %，
所述脱硫脱硝活性炭通过以下制备方法制备而成，包括以下步骤：
（A）磨粉：原料根据权利要求1所述的脱硫脱硝活性炭的组分进行配比，然后将原料煤、活性炭粉、沥青混合磨粉，再加入瓦斯灰混合均匀，得到混合粉末；
（B）捏合：向所述步骤（A）中的混合粉末中添加沥青基粘结剂和水搅拌捏合，得到混合料；
（C）成型：将所述混合料挤压成型、干燥后得到活性炭前驱体；
（D）高温炭化：将所述活性炭前驱体送入炭化炉中，经炭化反应制得炭化料；
（E）活化：将所述炭化料送入活化炉，在水蒸气的作用下经活化反应后，出炉冷却筛分后得到脱硫脱硝活性炭，
将步骤（C）中得到的活性炭前驱体送入炭化炉中进行炭化反应得到炭化料，控制炭化温度为800～1000℃，炭化时间为30～180min，其中瓦斯灰中的铁氧化物与原料煤、活性炭粉中的碳以及气体中的一氧化碳发生还原反应生成金属铁，形成铁与碳相互包裹的铁焦，从而增加活性炭内的骨架，铁与碳形成铁碳连接方式的高强度铁焦，活性炭强度因此得到很大提高。
3.根据权利要求1或2所述的脱硫脱硝活性炭，其特征在于，所述脱硫脱硝活性炭的耐磨强度大于97%，耐压强度大于40daN，脱硫值大于20mg/g，脱硝率大于40%。
4.一种脱硫脱硝活性炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（a）磨粉：原料根据权利要求1所述的脱硫脱硝活性炭的组分进行配比，然后将原料煤、活性炭粉、瓦斯灰、沥青混合磨粉，得到混合粉末；
（b）捏合：向所述步骤（a）中的混合粉末中添加沥青基粘结剂和水搅拌捏合，得到混合料；
（c）成型：将所述混合料挤压成型、干燥后得到活性炭前驱体；
（d）高温炭化：将所述活性炭前驱体送入炭化炉中，经炭化反应制得炭化料；
（e）活化：将所述炭化料送入活化炉，在水蒸气的作用下经活化反应后，出炉冷却筛分后得到脱硫脱硝活性炭，
将步骤（c）中得到的活性炭前驱体送入炭化炉中进行炭化反应得到炭化料，控制炭化温度为800～1000℃，炭化时间为30～180min，其中瓦斯灰中的铁氧化物与原料煤、活性炭粉中的碳以及气体中的一氧化碳发生还原反应生成金属铁，形成铁与碳相互包裹的铁焦，从而增加活性炭内的骨架，铁与碳形成铁碳连接方式的高强度铁焦，活性炭强度因此得到很大提高。
5.根据权利要求4所述的脱硫脱硝活性炭的制备方法，其特征在于，所述步骤（a）中，所述瓦斯灰中95%的粒度大于200目，将所述原料煤、活性炭粉、瓦斯灰、沥青混合磨粉至200目占比达到95%以上；
所述步骤（c）中，所述活性炭前驱体为球形、圆柱形、矩形中的一种；
所述步骤（c）中，所述活性炭前驱体的含水率＜8%；
所述步骤（e）中，所述活化过程中，活化反应温度为900～1000℃，活化反应时间为30～120min。
6.根据权利要求5所述的脱硫脱硝活性炭的制备方法，其特征在于，所述步骤（a）中，所述原料煤、活性炭粉、瓦斯灰、沥青混合磨粉至325目占比达到70%以上。
7.根据权利要求5所述的脱硫脱硝活性炭的制备方法，其特征在于，所述步骤（c）中，所述活性炭前驱体为粒度为8～12mm的圆柱形。
8.根据权利要求5所述的脱硫脱硝活性炭的制备方法，其特征在于，所述步骤（d）中，所述炭化反应温度为900～1000℃。
9.根据权利要求8所述的脱硫脱硝活性炭的制备方法，其特征在于，所述步骤（d）中，所述炭化反应温度为950～1000℃。
10.根据权利要求4所述的脱硫脱硝活性炭的制备方法，其特征在于，所述脱硫脱硝活性炭的耐磨强度大于97%，耐压强度大于40daN，脱硫值大于20mg/g，脱硝率大于40%。
11.一种脱硫脱硝活性炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（A）磨粉：原料根据权利要求1所述的脱硫脱硝活性炭的组分进行配比，然后将原料煤、活性炭粉、沥青混合磨粉，再加入瓦斯灰混合均匀，得到混合粉末；
（B）捏合：向所述步骤（A）中的混合粉末中添加沥青基粘结剂和水搅拌捏合，得到混合料；
（C）成型：将所述混合料挤压成型、干燥后得到活性炭前驱体；
（D）高温炭化：将所述活性炭前驱体送入炭化炉中，经炭化反应制得炭化料；
（E）活化：将所述炭化料送入活化炉，在水蒸气的作用下经活化反应后，出炉冷却筛分后得到脱硫脱硝活性炭，
将步骤（C）中得到的活性炭前驱体送入炭化炉中进行炭化反应得到炭化料，控制炭化温度为800～1000℃，炭化时间为30～180min，其中瓦斯灰中的铁氧化物与原料煤、活性炭粉中的碳以及气体中的一氧化碳发生还原反应生成金属铁，形成铁与碳相互包裹的铁焦，从而增加活性炭内的骨架，铁与碳形成铁碳连接方式的高强度铁焦，活性炭强度因此得到很大提高。
12.根据权利要求11所述的脱硫脱硝活性炭的制备方法，其特征在于，所述步骤（A）中，将所述原料煤、活性炭粉、沥青混合磨粉至200目占比达到95%以上；
所述步骤（A）中，所述瓦斯灰中95%的粒度≤200目；
所述步骤（C）中，所述活性炭前驱体为球形、圆柱形、矩形中的一种；
所述步骤（C）中，所述活性炭前驱体的含水率＜8%；
所述步骤（E）中，所述活化过程中，活化反应温度为900～1000℃，活化反应时间为30～120min。
13.根据权利要求12所述的脱硫脱硝活性炭的制备方法，其特征在于，所述步骤（A）中，所述原料煤、活性炭粉、沥青混合磨粉至325目占比达到70%以上。
14.根据权利要求12所述的脱硫脱硝活性炭的制备方法，其特征在于，所述步骤（C）中，所述活性炭前驱体为粒度为8～12mm的圆柱形。
15.根据权利要求12所述的脱硫脱硝活性炭的制备方法，其特征在于，所述步骤（D）中，所述炭化反应温度为900～1000℃。
16.根据权利要求15所述的脱硫脱硝活性炭的制备方法，其特征在于，所述步骤（E）中，所述炭化反应温度为950～1000℃。
17.根据权利要求11所述的脱硫脱硝活性炭的制备方法，其特征在于，所述脱硫脱硝活性炭的耐磨强度大于97%，耐压强度大于40daN，脱硫值大于20mg/g，脱硝率大于40%。
18.一种根据权利要求1或2所述的脱硫脱硝活性炭在烟气净化中的应用。
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