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CN109621893A - 一种利用化工含碳废料制备活性焦的方法 - Google Patents

一种利用化工含碳废料制备活性焦的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种利用化工含碳废料制备活性焦的方法,所述含碳化工废料为焦粉和重相煤沥青的混合物；所述焦粉为粒度小于10mm的焦炭筛下物和/或焦化除尘灰，所述重相煤沥青为软化点为70℃～95℃的沥青尾料；含碳化工废料的组成按质量百分比为重相沥青25％～45％、焦粉55％～75％；具体制备过程包括：将重相煤沥青、焦粉分别粉碎，然后按配比均匀混合得到混合原料；向混合原料中加入焦油和水组成的粘结剂，然后混捏成型；对成型物料进行炭化和活化处理得到活性焦。本发明不仅解决了化工大量尾料及废弃物无法再次利用或利用价值过低的问题，同时生产出环保行业需求量日趋增大的活性焦产品，降低钢铁企业脱硫脱硝成本。

Description

一种利用化工含碳废料制备活性焦的方法
技术领域
本发明涉及活性炭制备技术领域，尤其涉及一种利用化工含碳废料制备活性焦的方法。
背景技术
相对于活性炭而言，活性焦的孔隙结构合理、比表面积适中、耐磨强度高和着火点高，而且在实际应用过程中可以反复再生。同时与活性炭相比，活性焦具有更好的循环脱硫、脱硝适应性能，因此活性焦是烟气脱硫脱硝的首选吸附剂。近年来，由于企业环保意识增强和国家环保要求的提高，脱硫脱硝用活性焦的需求量呈现倍增趋势，据估算到2020年活性焦的需求量达到75万吨，到2025年活性焦的需求将达到200万吨。
目前，多数活性焦以煤为原料生产。活性焦的制备步骤大体经过原煤粉碎、混配处理工序，然后与粘结剂煤焦油混合，经过混捏、挤压成型，再经过炭化、活化和改性。制备活性焦时，一般需要配入相当比例低灰分的优质无烟煤,而我国优质无烟煤储量极低。这造成活性焦的制备成本偏高，而且活性焦的产能无法满足脱硫脱硝的市场需求。
为此，有些研究者和企业采用半焦代替储量有限而价格高的无烟制备活性焦。半焦主要是长焰煤经过中温干馏(500-700℃)而得到，因此其单价和无烟煤相比没有更多优势。虽然可以替代优质无烟煤制备活性焦，但对降低活性焦的生产成本有限。因此，找到低成本、来源广泛的原料制备活性焦是研究者和企业面临的挑战，而且亟待解决。
本发明提供了一种利用化工含碳废料制备符合国标要求的活性焦的方法，主要目的是降低活性焦生产成本、扩大活性焦产能，进而满足活性焦市场的需求。
发明内容
本发明提供了一种利用化工含碳废料制备活性焦的方法,不仅解决了化工大量尾料及废弃物无法再次利用或利用价值过低的问题，同时生产出环保行业需求量日趋增大的活性焦产品，降低钢铁企业脱硫脱硝成本。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种利用化工含碳废料制备活性焦的方法，所述含碳化工废料为焦粉和重相煤沥青的混合物；所述焦粉为粒度小于10mm的焦炭筛下物和/或焦化除尘灰，焦粉中固定碳的质量分数为75％～80％，灰分的质量分数为10％～18％，挥发分的质量分数为0.3％～1.5％，全硫的质量分数为0.5％～1.2％；所述重相煤沥青为软化点为70℃～95℃的沥青尾料，该重相煤沥青的结焦值为50％～60％，喹啉不溶物的质量百分含量为10％～20％；含碳化工废料的组成按质量百分比为重相沥青25％～45％、焦粉55％～75％；具体制备过程包括：
步骤1，将重相煤沥青、焦粉分别粉碎至180～200目通过率达90％，然后按配比均匀混合得到混合原料；
步骤2，向混合原料中加入粘结剂，然后混捏成型，得到成型物料；
步骤3，对成型物料进行炭化和活化处理，得到活性焦。
所述粘结剂由焦油和水组成，按混合原料质量分数的5％～20％外加焦油，按混合原料质量分数的1％～10％外加水。
一种利用化工含碳废料制备活性焦的方法，还包括步骤4，对活化处理后的活性焦进行筛分，得到直径为8～12mm的成型活性焦。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)本发明所制备的活性焦与煤基活性焦相比具有以下两个优点：(1)活性焦的抗压强度和耐磨强度高；(2)活性焦的脱硫值和脱硝率高；
2)本发明不仅解决了化工大量尾料及废弃物无法再次利用或利用价值过低的问题，同时生产出环保行业需求量日趋增大的活性焦产品，降低钢铁企业脱硫脱硝成本。
具体实施方式
本发明所述一种利用化工含碳废料制备活性焦的方法，所述含碳化工废料为焦粉和重相煤沥青的混合物；所述焦粉为粒度小于10mm的焦炭筛下物和/或焦化除尘灰，焦粉中固定碳的质量分数为75％～80％，灰分的质量分数为10％～18％，挥发分的质量分数为0.3％～1.5％，全硫的质量分数为0.5％～1.2％；所述重相煤沥青为软化点为70℃～95℃的沥青尾料，该重相煤沥青的结焦值为50％～60％，喹啉不溶物的质量百分含量为10％～20％；含碳化工废料的组成按质量百分比为重相沥青25％～45％、焦粉55％～75％；具体制备过程包括：
步骤1，将重相煤沥青、焦粉分别粉碎至180～200目通过率达90％，然后按配比均匀混合得到混合原料；
步骤2，向混合原料中加入粘结剂，然后混捏成型，得到成型物料；
步骤3，对成型物料进行炭化和活化处理，得到活性焦。
所述粘结剂由焦油和水组成，按混合原料质量分数的5％～20％外加焦油，按混合原料质量分数的1％～10％外加水。
一种利用化工含碳废料制备活性焦的方法，还包括步骤4，对活化处理后的活性焦进行筛分，得到直径为8～12mm的成型活性焦。
本发明利用化工含碳废料制备的活性焦与煤基活性焦相比，其抗压强度和耐磨强度更高，用于脱硫脱硝时脱硫值和脱硝率也更高；其作用机理如下：
(1)焦粉颗粒的硬度大、强度高，而且焦粉颗粒本身具有一定的大孔和中孔(一般气孔率为30％～40％)，属于惰性物质(即受热后不能形成熔体)。本发明所述重相煤沥青属于热塑性物质，受热后熔融产生熔体，继续升高温度熔体被炭化，从而转化为炭材料。当焦粉和重相煤沥青混合均匀后，重相沥青受热产生的熔体可以部分渗透到焦粉颗粒的大孔中，继续升温后熔体固化形成“钉扎结构”，将焦粉牢牢粘结在一起。因此，得到的活性焦的抗压强度和耐磨强度更高。
(2)重相煤沥青在炭化时，由于挥发分的析出也产生大量的中孔和大孔；焦粉本身固有大量的大孔和中孔，这些孔隙为活化剂(水蒸气或CO2)传质提供通道，活化剂可以有效吸附在炭的活性位与炭发生刻蚀反应形成大量的微孔。因此得到活性焦具有大孔、中孔和微孔，其中大孔和中孔作为硫化物和氮氧化合物的传质通道，微孔充分发挥吸附作用。因此活性焦的脱硫值和脱硝率更高。
以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。
【实施例1】
本实施例中，所述含碳化工废料为焦粉和重相煤沥青的混合物；所述焦粉为炼焦煤经1000℃高温干馏得到的焦炭再经筛分后的筛下料，焦粉的粒度小于10mm，焦粉中固定碳的质量分数为78％，灰分的质量分数为14％，挥发分的质量分数为0.8％，全硫的质量分数为0.8％；所述重相煤沥青为生产针状焦过程中剩余的软化点为78℃的沥青尾料，该重相煤沥青的结焦值为55％，喹啉不溶物质量百分含量为15％。
化工含碳废料由下述组分按质量百分比组成：重相沥青25％，焦粉75％。
将重相沥青、焦粉分别进行破碎、研磨，然后均匀混合得到混合原料，向混合原料中外加质量分数为15％的焦油和质量分数为5％的水作为粘结剂，将混合原料与粘结剂混合均匀，经捏合成型、造粒压条、炭化、活化、烘干等工序，制得活性焦产品。
制得的活性焦技术指标：碘吸附值380mg/g，脱硫值20mg/g，着火点在420℃，堆比重500g/L。
【实施例2】
本实施例中，所述含碳化工废料为焦粉和重相煤沥青的混合物；所述焦粉为粒度小于10mm的焦化除尘灰，焦粉中固定碳的质量分数为76％，灰分的质量分数为17％，挥发分的质量分数为0.5％，全硫的质量分数为1.0％；所述重相煤沥青为生产针状焦过程中剩余的软化点为90℃的沥青尾料，该重相煤沥青的结焦值为58％，喹啉不溶物质量百分含量为13％。
化工含碳废料由下述组分按质量百分比组成：重相沥青35％，焦粉65％。
将重相沥青、焦粉分别进行破碎、研磨，然后均匀混合得到炭化原料，向炭化原料中外加质量分数为18％的焦油和质量分数为10％的水作为粘结剂，将炭化原料及粘结剂混合均匀，经捏合成型、造粒压条、炭化、活化、烘干等工序，制得活性焦产品。
制得的活性焦技术指标：碘吸附值480mg/g，脱硫值25mg/g，着火点在450℃，堆比重500g/L。
【实施例3】
本实施例中，所述含碳化工废料为焦粉和重相煤沥青的混合物；所述焦粉为炼焦煤经980℃高温干馏得到的焦炭再经筛分后的筛下料与焦化除尘灰的混合物，混合比例为1：1(本发明中两者可以以任意比例混合)，焦粉的粒度小于10mm，焦粉中固定碳的质量百分数为77％，灰分的质量百分数为15％，挥发分的质量百分数为1.1％，全硫的质量百分数为0.6％；所述重相煤沥青为生产针状焦过程中剩余的软化点为92℃的沥青尾料，该重相煤沥青的结焦值为59％，喹啉不溶物质量百分含量为19％。
化工含碳废料由下述组分按质量百分比组成：重相沥青32％，焦粉68％。
将重相沥青、焦粉分别进行破碎、研磨，然后均匀混合得到混合原料，向混合原料中外加质量分数为18％的焦油和质量分数为2％的水作为粘结剂，将混合原料及粘结剂混合均匀，经捏合成型、造粒压条、炭化、活化、烘干等工序，制得活性焦产品。
制得的活性焦技术指标：碘吸附值450mg/g，脱硫值20mg/g，着火点在434℃，堆比重510g/L。
【实施例4】
本实施例中，所述含碳化工废料为焦粉和重相煤沥青的混合物；所述焦粉为炼焦煤经1030℃高温干馏得到的焦炭再经筛分后的筛下料，焦粉的粒度小于10mm，焦粉中的固定碳质量分数为76％，灰分的质量分数为17％，挥发分的质量分数为1.3％，全硫的质量分数为1.1％；所述重相煤沥青为生产针状焦过程中剩余的软化点为86℃的沥青尾料，该重相煤沥青的结焦值为54％，喹啉不溶物质量百分含量为14％。
化工含碳废料由下述组分按质量百分比组成：重相沥青45％，焦粉55％。
将重相沥青、焦粉分别进行破碎、研磨，然后均匀混合得到混合原料，向混合原料中外加质量分数为20％的焦油和质量分数为1％的水为粘结剂，将混合原料及粘结剂混合均匀，经捏合成型、造粒压条、炭化、活化、烘干等工序，制得活性焦产品。
制得的活性焦技术指标：碘吸附值550mg/g，脱硫值20mg/g，着火点在430℃，堆比重500g/L。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种利用化工含碳废料制备活性焦的方法，其特征在于，所述含碳化工废料为焦粉和重相煤沥青的混合物；所述焦粉为粒度小于10mm的焦炭筛下物和/或焦化除尘灰，焦粉中固定碳的质量分数为75％～80％，灰分的质量分数为10％～18％，挥发分的质量分数为0.3％～1.5％，全硫的质量分数为0.5％～1.2％；所述重相煤沥青为软化点为70℃～95℃的沥青尾料，该重相煤沥青的结焦值为50％～60％，喹啉不溶物的质量百分含量为10％～20％；含碳化工废料的组成按质量百分比为重相沥青25％～45％、焦粉55％～75％；具体制备过程包括：
步骤1，将重相煤沥青、焦粉分别粉碎至180～200目通过率达90％，然后按配比均匀混合得到混合原料；
步骤2，向混合原料中加入粘结剂，然后混捏成型，得到成型物料；
步骤3，对成型物料进行炭化和活化处理，得到活性焦。
2.如权利要求1所述的一种利用化工含碳废料制备活性焦的方法，其特征在于，所述粘结剂由焦油和水组成，按混合原料质量分数的5％～20％外加焦油，按混合原料质量分数的1％～10％外加水。
3.如权利要求1所述的一种利用化工含碳废料制备活性焦的方法，其特征在于，对活化处理后的活性焦进行筛分，得到直径为8～12mm的成型活性焦。
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