褐煤基活性焦制备工艺研究_张旭辉

煤炭燃烧《洁净煤技术》2011年第17卷第2期褐煤基活性焦制备工艺研究张旭辉1,2,白中华1,2,张恒1,2,王娟1,2(1.中国电力科学研究院,北京100192;2.北京国电富通科技发展有限责任公司,北京100070)摘要:利用管式炉对内蒙古褐煤进行了活性焦制备工艺研究,研究了活化时间、活化温度以及蒸汽量对活性焦吸附性能的影响,并以某厂焦化废水为对象进行吸附试验。结果表明活化温度为850℃,活化时间为90min,蒸汽通入量为450g/h条件下制得的活性焦对焦化废水的吸附性能较好。关键词:回转管式炉;褐煤;活性焦;吸附剂;焦化废水中图分类号:TQ536;TD7文献标识码:A文章编号:1006-6772(2011)02-0054-03收稿日期:2010-11-11作者简介:张旭辉(1976—),男,河北衡水人,博士,从事褐煤综合利用研究工作。E-mail:zhangxh@epri.sgcc.com.cn活性焦是以褐煤为主要原料制备的一种具有吸附和催化双重性能的粒状物质。活性焦具有活性炭的特点,同时又克服了活性炭价格高、机械强度低、易粉碎的缺点。焦化废水是工业废水中较难处理的一类废水。由于污染物浓度相对较高,在采用传统的生物方法处理之前,常需要对原水进行稀释处理,这样既浪费水资源,同时也增加了废水处理量。因此采用合适的方法对废水进行预处理,使其污染物浓度满足生化处理系统的进水要求,在水处理工艺中十分重要。吸附法具有高效快速、操作简单、无二次污染等优点[1-2],常用的吸附材料活性炭因再生程序繁杂、处理成本高等缺点仅在焦化废水的深度处理中应用;而褐煤基活性焦的原料充足,制备工艺简单,生产成本低廉,且具有较为发达的中孔结构和比表面积,是废水吸附预处理最理想的材料。因此研究活性焦制备工艺参数对焦化废水主要污染物吸附性能的影响,能较好地解决目前焦化废水处理过程中的瓶颈问题。1活性焦制备目前褐煤活性焦的用途主要集中在脱硫、脱氮等方面[3-4],而在焦化废水处理行业的应用则少见报道。笔者以内蒙褐煤为原料,采用水蒸汽活化法制备能够吸附大分子物质的活性焦,使其应用于焦化废水处理。1.1原料特性中国褐煤资源储量丰富,尤其是内蒙古地区,集中了中国褐煤资源的78%以上。实验以内蒙古某地褐煤为原料制备活性焦。首先对原煤样品进行工业分析和元素分析,主要数据见表1。由表1可看出,该地褐煤具有较高的挥发分和氢氧含量,比较适合制作大分子吸附剂。表1原煤样品的工业分析和元素分析%工业分析元素分析MadVdafAdFCdω(Cdaf)ω(Hdaf)ω(Odaf)ω(Ndaf)ω(St,ad)ω(St,d)Qb,ad/(MJ·kg-1)Qnet,v,daf/(MJ·kg-1)16.6240.1211.9830.8379.934.4214.520.910.210.4522.4321.1254DOI:10.13226/j.issn.1006-6772.2011.02.010煤炭燃烧张旭辉等:褐煤基活性焦制备工艺研究1.2活性焦制备实验利用回转管式炉按照备煤—炭化—活化—冷却的步骤制备活性焦,具体工艺流程如图1所示。图1活性焦制备流程为了摸索最佳工艺条件,分别进行了不同活化温度、活化时间以及蒸汽量的试验,每次试验均对入炉原料和出炉产品进行准确称量。重点考察活化温度,活化时间和蒸汽量对产品性质的影响,进行三因素三水平正交试验。为了对不同条件下制得的样品进行对比,实验以活性焦对某化工厂产生的化工废水中COD的一次吸附值为指标,经优化后的试验参数见表2。表2实验结果直观分析表实验号因素A(活化温度)B(活化时间)C(蒸汽量)一级吸附量13(850)2(60)1(300)2967.221(750)1(30)11120.6313(90)3(600)2956.842(800)232863.753133096.56122(450)2974.172122784.483323215.592313210.3T12350.52333.82432.7T22952.82935.02991.3T33093.13127.52972.3R742.6793.7558.63个因素对一级吸附量影响的趋势如图2所示。活化温度越高越好,活化时间越长越好,蒸汽量应该适中。3个因素对一级吸附量的影响程度为:活化时间>活化温度>蒸汽量。在所取的3个水平中,最优方案为A3B3C2,即活化温度850℃,活化时间90min,蒸汽通入量450g/h。实验结果的方差分析见表3。由表3可知,3个因素的P值均大于0.05,表明3个因素对一级吸附量的影响均不显著,其影响的显著性排序为:活化时间>活化温度>蒸汽量。图2因数水平趋势55煤炭燃烧《洁净煤技术》2011年第17卷第2期表3方差分析表参数活化温度活化时间蒸汽量总和误差平方和933