气化渣分离炭制备脱硫脱硝成型活性焦的方法技术

本发明专利技术提供了一种气化渣分离炭制备脱硫脱硝成型活性焦的方法，属于煤化工固体废弃物综合利用领域。所述方法为：将气化渣进行碳灰分离，得到碳含量＞80％的气化渣；将其与黏结性煤及长焰煤分别粉碎、过筛至粒径＜0.074mm；随后将三者混合搅拌均匀，加入黏结剂和水，继续捏合至物料均匀，经成型、干燥后得到炭化前驱体；将所述炭化前驱体在惰性气体气氛保护下进行炭化；将所述炭化料在惰性气体气氛保护下，用活化剂活化后得到脱硫脱硝成型活性焦。本方法简单环保，成本低廉，可规模化地将气化渣变废为宝；所制备的成型活性焦耐压强度、耐磨强度和脱硫脱硝性能达到国标GB/T 30201‑2013的要求。

Preparation of Activated Coke by Desulfurization and Denitrification by Separating Carbon from Gasification Slag

【技术实现步骤摘要】
气化渣分离炭制备脱硫脱硝成型活性焦的方法
本专利技术涉及一种气化渣分离炭制备脱硫脱硝成型活性焦的方法，属于煤化工固体废弃物综合利用领域。
技术介绍
煤气化技术的应用是我国能源战略的重要一环，是现代煤化工产业的源头，然而该技术广泛应用的同时也会带来严重的固废污染。因此，研究煤气化废渣减量化、资源化利用技术不仅可以降低企业处理成本，还能解决严峻的生态问题，是经济效益和环保效益兼得的关键所在。据统计，2016年全国约产生细渣1200万吨，粗渣2000万吨，其中仅榆林境内煤炭气化产生废渣353.4万吨/年(不完全统计)，预计2020年可达1030万吨/年。目前，气化灰渣处理方式主要有锅炉掺烧、建材原料和渣场填埋。但因气化灰渣发热量低、掺烧比例限制、水分太大等原因，只有少部分企业将细渣在锅炉中掺烧，废渣利用量很有限。另外，煤气化灰渣含碳量一般高于20％，不能直接用于生产建筑材料、回填或作肥料，因此大量气化灰渣只能作为固体废弃物填埋或堆积。煤气化废渣就地堆放不仅占用大量珍贵的土地资源，同时废渣中大量的无机物、重金属离子极难降解，致使土地无法耕种，而且大型渣场还影响当地的地质环境，存在山体滑坡的隐患。通过填埋或堆存等方式处理成本高，环境问题突出。因此，亟需为气化渣的规模化利用寻找出路。通过研究煤气化渣的组成及化学性质，发现：气化废渣除具有高二氧化硅、氧化铝的特点外，还具有高残碳的特点。粗渣残碳量一般在10～30％，细渣可达30％以上。研究表明：气化废渣中的残余炭分为未燃炭、页岩炭和炭收缩核三部分；未燃炭又可以分为残余煤颗粒、实心炭、层状炭和多孔炭，而层状炭和多孔炭具有高孔容和高比表面积，具有用于制造活性炭和其他高附加值碳材料的潜质。此外也有学者发现气化炉渣中的残余炭与原料碳相比，残余炭的比表面积和平均孔径更大，碳晶体结构更有序。因此，煤气化渣具备用于制造活性炭的条件，是一种成本低、易获得的特殊碳源。在烟气脱硫脱硝方面，目前湿法脱硫是主要采用的技术，但是湿法带来二次污染以及水资源的消耗，且西部省份处于缺水地区，污染物脱除的最优方案为干法脱硫技术。在脱硝方面，由于焦炉烟气氮氧化物浓度高、排放温度低、水含量高等特点，现有火电行业应用的SCR脱硝催化剂难以满足其脱硝需求。活性焦是以煤炭为原料生产的一种新型炭材料，其生产过程与活性炭基本相同，但生产条件、原料、配方和主要设备结构与活性炭生产工艺差别很大，均需要根据活性焦的特点进行改进。近年来，日本、德国、美国等国以及我国的煤炭科学研究总院相继开发出了综合强度高、比表面积较小的活性焦。活性焦是SO2的优良吸附剂，也是NH3还原NO的优良催化剂。大同光华大颗粒活性炭有限责任公司以焦粉作为碳源制备了专用脱硫脱硝活性焦，具有较强的价格优势。目前碳材料的应用已经十分广泛，尤其是活性炭的应用已经完全实现了工业化，完全具备资源化高附加值利用基础。综上，将煤气化渣作为碳源用于炭基脱硫脱硝催化剂的制备，有望进一步降低催化剂成本，实现固废资源的综合利用，获得良好的经济效益和环保效益。CN107200325A公布了一种由煤化工气化炉炉渣制备活性炭的方法，该技术方案中将碳含量35-50％、水含量10-30％的气化炉炉渣配制固含量10-30％的浆料，依次加入捕捉剂(环己酮和油酸)，起泡剂(萜烯醇和松醇油)，然后进行两次浮选得到碳含量86-91％、挥发分2.2-2.6％的精炭，其次经过酸泡，水洗，干燥，再加入煤焦油混捏，成型，炭化，活化一系列处理得到耐磨强度98.47-98.65％，微孔发达的活性炭。但该工艺复杂，而且在捕捉反应、起泡反应、酸处理、水洗等过程会使用大量化学试剂，形成大量废水，由于如今环保要求极高，难以实现工业化应用；此外过程中需要重复干燥，极大地增加了工艺成本。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种气化渣分离炭制备脱硫脱硝成型活性焦的方法，本方法简单环保，成本低廉，可规模化地将气化渣变废为宝；所制备的成型活性焦耐压强度、耐磨强度和脱硫脱硝性能达到国标GB/T30201-2013的要求。为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种气化渣分离炭制备脱硫脱硝成型活性焦的方法，包括如下步骤：(1)将气化渣进行碳灰分离，得到碳含量＞80％的气化渣，其粒径＞0.074mm，比表面积＞200m2.g-1。所述碳灰分离前的气化渣一般选取碳含量＞20％，比表面积＞150m2.g-1的气化渣。所述碳灰分离为利用水介质分选技术进行碳灰分离。气化渣由于经过了高温，具有较高的比表面积和有序的碳晶体结构，而且其中金属含量较高，对脱硫脱硝具有良好的催化作用，是一种特殊的碳材料碳源。同时，所述碳灰分离前的气化渣选取碳含量＞20％，比表面积＞150m2.g-1的煤气化渣，以及碳灰分离后得到碳含量＞80％的气化渣，其粒径＞0.074mm，比表面积＞200m2.g-1等等原料和中间物料的参数条件，对后续混合、成型以及炭化活化后的各项产品指标会产生直接的影响。碳灰分离前气化渣的碳含量<20％会增大分选难度，增大工艺成本；而碳灰分离后气化渣的碳含量<80％，其所制备的活性焦灰分较高，影响其脱硫脱硝性能。另外，碳灰分离后气化渣的粒径、比表面积和孔结构是活性焦比表面积和孔结构的基础，因此碳灰分离前后气化渣的粒径和比表面积对所制备活性焦的品质有着直接的影响。(2)将所述碳含量＞80％的气化渣和黏结性煤及长焰煤分别粉碎、过筛得到粒径＜0.074mm的气化渣碳粉、黏结性煤粉和长焰煤粉；随后将三者混合搅拌均匀，加入黏结剂和水，继续捏合至物料均匀，随后将捏合好的物料成型、干燥后得到炭化前驱体；本步骤中，所述过筛的目数为200目，即0.074mm，并且97％通过。黏结性煤粉能够增强气化渣碳粉的黏结性，从而降低煤焦油的加入量，增强所制备活性焦的强度；另外长焰煤尤其是低灰长焰煤挥发分高，灰分低，在热解过程中起到扩孔的作用，调节气化渣碳粉的脱硫脱硝性能，同时可以降低所制备活性焦的灰分。所述混合搅拌及捏合均可在捏合机中进行。本步骤中，所述黏结性煤为焦煤和/或肥煤，黏结指数≥65，灰分＜10％。本步骤中，所述长焰煤的挥发分占比约为37-42％，灰分＜10％。挥发分含量太高，活性焦的收率会极大地降低，工艺经济性较差；挥发分含量太低，开孔不充分，所制备的活性焦脱硫脱硝性能较差。本步骤中，所述三者混和过程中气化渣碳粉：黏结性煤粉：长焰煤粉的质量比约为(4-7):(1-4):(1-2)。气化渣碳粉含量过高，形成的混合煤粉黏结性较低，黏结剂含量极大增加，工艺成本提高，同时制备的活性焦达不到国标GB/T30201-2013要求的强度；气化渣碳粉含量过低，煤粉含量较高，工艺成本增大。进一步地，所述黏结性煤粉、长焰煤粉及所述气化渣碳粉等三者的混合物与水、黏结剂的质量比约为(5-8):(0.5-1.5):(1.5-3.5)。所述黏结剂可以为煤焦油或者煤焦油和聚乙烯醇、羧甲基纤维素、酚醛树脂或沥青中的一种或多种的混合物。其中煤焦油为高温煤焦油，沥青含量为55-65％，水分≤3％；聚乙烯醇的粘度≥65mPa·s，挥发分≤7％；羧甲基纤维素有效成分≥55％，粘度≥25mPa·s，水分及挥发物≤10％；酚醛树脂软化点为120℃，黏度≥50mPa·s；沥青软化点本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气化渣分离炭制备脱硫脱硝成型活性焦的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将气化渣进行碳灰分离，得到碳含量＞80％的气化渣；(2)将所述碳含量＞80％的气化渣和黏结性煤及长焰煤分别粉碎、过筛得到粒径＜0.074mm的气化渣碳粉、黏结性煤粉和长焰煤粉；随后将三者混合搅拌均匀，加入黏结剂和水，继续捏合至物料均匀，捏合好的物料经成型、干燥后得到炭化前驱体；(3)将所述炭化前驱体在惰性气体气氛保护下进行炭化；(4)将所述炭化后的炭化料在惰性气体气氛保护下，用活化剂活化后得到脱硫脱硝成型活性焦。

【技术特征摘要】
1.一种气化渣分离炭制备脱硫脱硝成型活性焦的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将气化渣进行碳灰分离，得到碳含量＞80％的气化渣；(2)将所述碳含量＞80％的气化渣和黏结性煤及长焰煤分别粉碎、过筛得到粒径＜0.074mm的气化渣碳粉、黏结性煤粉和长焰煤粉；随后将三者混合搅拌均匀，加入黏结剂和水，继续捏合至物料均匀，捏合好的物料经成型、干燥后得到炭化前驱体；(3)将所述炭化前驱体在惰性气体气氛保护下进行炭化；(4)将所述炭化后的炭化料在惰性气体气氛保护下，用活化剂活化后得到脱硫脱硝成型活性焦。2.根据权利要求1所述的气化渣分离炭制备脱硫脱硝成型活性焦的方法，其特征在于所述步骤(1)中，碳灰分离前的气化渣碳含量＞20％，比表面积＞150m2.g-1。3.根据权利要求1或2所述的气化渣分离炭制备脱硫脱硝成型活性焦的方法，其特征在于所述步骤(1)中，碳灰分离的方法为水介质分选。4.根据权利要求1所述的气化渣分离炭制备脱硫脱硝成型活性焦的方法，其特征在于步骤(2)中，所述黏结性煤为焦煤和/或肥煤，黏结指数≥65，灰分＜10％；所述长焰煤的挥发分占比37-42％，灰分＜10％。5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建成，高艳春，马超，胡江亮，鲍卫仁，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14