脱硫脱硝炭原料煤煤质特性研究

2015-01-12方娜

同煤科技 2015年3期

方娜

（太原理工大学，山西太原 030024）

0 引言

脱硫脱硝炭是一种具有吸附剂和催化剂双重性能的特殊活性炭。它具有活性炭的特点，吸附和催化性能良好，化学性能稳定，能够再生，可重复利用；同时，又克服了活性炭价格高、机械强度低、易粉碎的缺点。由于脱硫脱硝炭具有较低的价格，较高的机械强度，较好的吸附性能和催化活性，因此在环境水、气污染治理领域，尤其能够对烟气中含有的SO2、NOx 及重金属进行联合脱除。随着环保要求的日益提高，脱硫脱硝炭烟气脱硫技术受到越来越多国家的重视。

大同侏罗纪煤属于弱黏煤，丝炭含量可达14%～35%，低灰、低硫，储量丰富，是生产煤基活性炭的优质煤种；同时，侏罗纪煤的价格比石炭纪煤的价格便宜。由于前些年的过度开采，大同侏罗纪煤留存状况令人堪忧。本研究针对大同侏罗纪煤炭资源赋存现状，研究用于制备性能优良的脱硫脱硝活性焦产品的优质原料煤特征，确定用于制备活性炭的优质原料煤煤种，选定煤源地后以便于保护性开采。

本研究选取大同煤矿集团公司忻州窑、晋华宫、杏儿沟、云冈矿和煤峪口矿2#煤样作为小试煤样。

1 脱硫脱硝炭小试实验装置

脱硫脱硝炭小试实验装置主要包括脱硫脱硝炭制备装置及产品分析检测装置两部分。

1.1 脱硫脱硝炭制备装置

脱硫脱硝炭制备工艺主要实验设备包括破碎机、磨粉机、捏合机、成型机、实验室用外热式回转炉。

1.2 脱硫脱硝炭分析检测装置

脱硫脱硝炭主要考察的指标有碘值、硫容、堆积重和强度，其作用见表1。

表1 脱硫脱硝炭主要考察指标

2 脱硫脱硝炭小试实验过程

根据选定的工艺路线，脱硫脱硝炭小试实验过程主要包括磨粉、捏合、成型、干燥、炭化、活化6 个工序(见图1）。由小试试验得出的脱硫脱硝炭性能指标见表2。

图1 大同煤制备脱硫脱硝炭工艺流程

表2 脱硫脱硝炭性能指标

3 脱硫脱硝炭原料煤煤质特性

本研究对同煤集团忻州窑、晋华宫、杏儿沟、云冈矿和煤峪口矿2#共5 个煤样的煤质进行分析。

从表3 中可以看出，5 个小试煤样的灰分与能否制备出性能良好的活性焦之间没有明显的关系，没有制备出合格活性焦的杏儿沟煤样的灰分为6.75%，比其他3 个制备出合格活性焦的煤样（忻州窑、云冈矿和煤峪口矿2#）的灰分略高，比晋华宫矿煤样的灰分10.23%要低很多。但是原料煤的灰分还是影响活性炭性能的一个重要指标，一般要求用于活性炭生产的原料煤灰分要小于10%。从表3 中还可以看出，没有制备出合格活性焦的杏儿沟矿煤样的水分含量为5.58%，远远高于其他4 个制备出合格活性焦的煤样，因此原料煤的水分是一个影响活性焦性能的重要指标。同时，没有制备出合格活性焦的杏儿沟矿煤样的挥发分为26.90%，虽然比忻州窑、云冈、晋华宫矿3 个煤样的挥发分高，但却比煤峪口矿2#煤样的挥发分29.65%要低，因此原料煤的挥发分也无法作为影响活性焦性能的指标。

表3 小试5 个煤样工业分析数据与脱硫脱硝炭性能指标

从表4 中可以看出，5 个小试煤样的碳含量、氢含量、氮含量与能否制备出合格活性焦之间没有明显关系，没有制备出合格活性焦的杏儿沟矿煤样的碳含量77.96%，比制备出合格活性焦的忻州窑矿（碳含量为81.77%）、云冈矿（碳含量为80.45%）、煤峪口矿2#（碳含量为81.36%）煤样的碳含量要低，却比晋华宫矿煤样（碳含量为75.13%）的碳含量要高；没有制备出合格活性焦的杏儿沟矿煤样的氢含量为3.64%，比能制备出合格压块炭的忻州窑矿（氢含量为4.05%）、云冈矿（氢含量为4.15%）、煤峪口矿2#煤样（氢含量为4.90%）的氢含量要低，但却比晋华宫矿煤样（氢含量为3.63%）的氢含量略高；没有制备出合格活性焦的杏儿沟矿煤样的氮含量为0.68%，比能制备出合格活性焦的晋华宫矿（氮含量为0.71%）、云冈矿（氮含量为0.72%）、煤峪口矿2#煤样（氮含量为0.83%）的氮含量要低，但却比忻州窑矿煤样（氮含量为0.64%）的氮含量高。没有制备出合格活性焦的杏儿沟矿煤样的硫含量为0.25%，均低于其他4 个制备出合格活性焦煤样的硫含量。硫在活性炭生产中是有害元素，作为生产活性焦的原料煤，硫含量应该是越低越好。从表4 中还可以看出，没有制备出合格活性焦的杏儿沟矿煤样的氧含量为10.72%，比能制备出合格活性焦的忻州窑矿（氧含量为6.05%）、晋华宫矿（氧含量为9.80%）、云冈矿（氧含量为8.60%）、煤峪口矿2# 煤样（氧含量为7.49%）的氧含量都高，因此原料煤的氧含量是一个影响活性焦性能的重要指标。

表4 小试5 个煤样元素分析数据与脱硫脱硝炭性能指标

此外，虽然没有制备出合格活性焦的杏儿沟煤样的硫含量在5 个小试煤样中硫含量最低，但由于硫在活性炭生产中属于有害物质，污染环境，腐蚀设备，影响产品质量，因此原料煤的硫含量也应该作为一个影响活性焦性能的重要指标，应该越低越好。

从表4 中可以看出，在煤样中（Fe2O3+CaO +MgO+K2O +Na2O）总含量依次为：晋华宫矿50.07%、忻州窑矿46.10%、煤峪口矿2#11.04%、云冈矿8.35%，杏儿沟矿最低、为7.35%。因此，原料煤灰成分中（Fe2O3+CaO+MgO+K2O +Na2O）总含量可以作为能否制备出合格活性焦的一个指标。

从第15 页表5 中可以看出，原料煤中Al2O3、SiO2、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O 等对活化过程都有一定影响，其中Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O等碱金属对水蒸汽活化过程有一定的催化作用，可以催化煤中碳与水蒸汽的反应，加快反应速率，提高活化炉的产量。

表5 小试5 个煤样灰成分分析数据与脱硫脱硝炭性能指标

从表6 中可以看出，在850℃条件下，没有制备出合格活性焦的杏儿沟矿煤样的α 平均值为9.4%，仅低于制备出合格活性焦的忻州窑矿煤样（α 平均值为11.75%），而远远高于其他3 个制备出合格活性焦煤样的α 平均值，依次为：煤峪口矿2#5.0，云冈矿4.3，晋华宫矿2.4。因此，原料煤CO2反应活性与能否制备出合格活性焦之间没有明显关系。

从表7 中可以看出，原料煤的可磨性、精煤回收率、黏结指数、焦渣特征与能否制备出合格活性焦之间没有明显关系。没有制备出合格活性焦的杏儿沟矿煤样的可磨性为62，比制备出合格活性焦的忻州窑矿煤样（可磨性为64）的略低，但高于晋华宫矿煤样（可磨性为61）、云冈矿煤样（可磨性为55）、煤峪口矿2#煤样（可磨性为44）；没有制备出合格活性焦的杏儿沟矿煤样的精煤回收率为83%，低于煤峪口矿2#煤样，与晋华宫矿煤样相当，高于忻州窑和云冈矿煤样；没有制备出合格活性焦的杏儿沟矿煤样的黏结指数为0，与忻州窑、晋华宫、云冈矿煤样的相当，低于煤峪口矿2#煤样；没有制备出合格活性焦的杏儿沟矿煤样的焦渣特征为4，与其他制备出合格活性焦的4 个煤样相当。