太西无烟煤制备蜂窝状活性炭及其用于烟气脱硝的研究

摘要

燃煤烟气污染已成为制约我国社会经济可持续发展的重要因素，烟气脱硝是解决其中氮氧化物污染问题的重要技术手段。活性炭烟气脱硝技术可在锅炉排烟温度下操作，烟气无需再热，是适合我国国情的烟气脱硝新技术。目前在烟气脱硝技术中应用较多的活性炭材料是颗粒状活性炭，这种炭材料在实际操作中最突出的问题是床层压力大、抗粉尘堵塞能力弱。因此开发新型活性炭对解决现行炭法烟气脱硝技术中存在的问题具有重大的意义。蜂窝状活性炭是一种新型的活性炭，其最大的优点是流体力学性能好，在烟气脱硝领域中具有广阔的应用前景。 本文创造性地开发了以煤为主要原料，添加煤焦油兼作为低温和高温黏结剂，不加其他任何添加剂，通过物料混合、真空练泥、整体挤出成型、干燥、炭化、水蒸汽活化等工序制备蜂窝状活性炭的新工艺，采用变形度测试、N2吸附、抗压强度测试等表征手段，研究了煤泥制备、挤出成型工艺参数、炭化和活化条件对最终蜂窝状活性炭外形结构的变化、孔隙结构以及机械强度的影响规律，并探讨了煤基蜂窝状活性炭作为催化剂载体在催化还原烟气中氮氧化物（NOx）的可行性，为实现蜂窝状活性炭在烟气脱硝中的工业化提供了理论基础。 有关实验及主要结果如下： 1．煤焦油与煤粉通过整体挤出成型法能够得到蜂窝坯体。文献认为，水溶性有机粘合剂能够提高煤粉泥料的可塑性，可避免煤基蜂窝坯体在干燥过程中开裂现象的发生；润滑剂的加入能够减少煤粉泥料与模具之间的摩擦阻力，两者被认为是煤基蜂窝挤出成型必不可少的成分。事实上，流动性良好的低温煤焦油具有上述两者的功能，采取合适的工艺可以与煤制备出性能优异的蜂窝状活性炭。 2．微波干燥是保持蜂窝坯体结构完整性的重要手段。 3．在相同炭化温度不同炭化升温速率下得到的蜂窝半焦收缩率无明显差异，蜂窝半焦的收缩率取决于炭化温度；而蜂窝半焦的径向弯曲率与炭化温度和炭化升温速率均无明显关联。 4．活化温度和活化时间显著影响蜂窝状活性炭的孔隙结构和机械强度。随着活化时间的增加，蜂窝状活性炭总孔容增大，机械强度降低。 5．负载V2O5后硫化处理是提高煤基蜂窝状活性炭低温脱硝活性的有效手段。当烟气中存在SO2时，反应生成的H2SO4及硫酸氨盐沉积在活性炭孔隙中，覆盖了活性点，造成有效比表面积降低，使得脱硝活性快速下降。切断SO2后，脱硝活性缓慢上升但不能完全恢复，并且之后相当长一段时间内有SO2逸出，说明脱硝活性的下降起源于SO2在载体上的吸附，由SO2吸附引起的这部分活性的降低能够恢复。

目录

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第一章文献综述

1.1活性炭脱硫脱硝技术

1.1.1活性炭脱硫技术

1.1.2活性炭脱硝技术

1.1.3活性炭同时脱硫脱硝技术

1.2蜂窝状活性炭及其应用

1.2.1蜂窝材料的结构特性

1.2.2蜂窝状活性炭的吸附性能

1.2.3蜂窝状活性炭的制备

1.2.4蜂窝状活性炭的应用

1.3蜂窝状活性炭的研究现状

1.4选题依据和研究内容

第二章实验装置及主要测试手段

2.1原料及化学试剂

2.1.1原煤

2.1.2其他材料

2.2煤基蜂窝状活性炭(ACH)制备的工艺路线

2.2.1物料混合和练泥装置

2.2.2挤出成型设备

2.2.3煤基蜂窝体的炭化和活化设备

2.3煤基蜂窝状活性炭催化剂的制备及评价

2.3.1蜂窝状活性炭催化剂的制备

2.3.2蜂窝状活性炭催化剂脱硝活性评价装置

2.4分析测试表征

2.4.1机械强度测试

2.4.2工业分析和元素分析

2.4.3比表面积及孔分布

第三章蜂窝状活性炭挤出成型研究

3.1引言

3.2挤出成型工艺对煤基蜂窝状活性炭性能的影响

3.3实验部分

3.3.1煤粉和辅助原料

3.3.2仪器和设备

3.3.3煤基蜂窝坯体的制备

3.4结果与讨论

3.4.1挤出成型工艺对蜂窝状活性炭性能的影响

3.4.2泥料性能对蜂窝状活性炭挤出成型工艺的影响

3.4.3煤粉泥料组成对煤基蜂窝坯体成型性能的影响

3.4.4干燥方式对煤基蜂窝坯体结构完整性的影响

3.5小结

第四章炭化参数对成型蜂窝状活性炭性能的影响

4.1引言

4.2实验部分

4.2.1样品制备

4.2.2样品测试表征

4.3结果与讨论

4.3.1预氧化及炭化温度对蜂窝状活性炭性能的影响

4.3.2炭化升温速率对蜂窝状活性炭性能的影响

4.4小结

第五章活化参数对蜂窝状活性炭性能的影响

5.1引言

5.2实验部分

5.2.1样品制备

5.2.2样品表征

5.3结果与讨论

5.3.1蜂窝状活性炭的烧失行为

5.3.2蜂窝状活性炭的比表面积

5.3.3蜂窝状活性炭的孔径分布

5.3.4蜂窝状活性炭的抗压强度测试

5.3.5蜂窝状活性炭的孔分析

5.4小结

第六章太西煤基蜂窝状活性炭烟气脱硝活性研究

6.1引言

6.2实验部分

6.2.1煤基蜂窝状活性炭催化剂的制备

6.2.2催化剂活性评价

6.3结果与讨论

6.3.1煤基蜂窝状活性炭催化剂的SCR活性

6.3.2预硫化对SCR活性的影响

6.3.3 SO2对SCR活性的影响

6.3.4钒预加入对蜂窝状活性炭催化剂脱硝活性的影响

6.3.5蜂窝状活性炭原料配比对SCR活性的影响

6.3.6催化剂的SCR活性稳定性测试

6.4小结

第七章总结与展望

7.1论文总结

7.2进一步工作的建议

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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