[发明专利]一种制备改性石油焦基脱汞吸附剂的方法

说明书

技术领域

本发明属于石油焦的资源化利用和燃煤烟气脱汞领域，涉及一种利用SO₂气体高温改性石油焦制备脱汞吸附剂的方法。

背景技术

重金属汞作为燃煤烟气中的第四大污染物，由于其剧毒性、大气迁移性、生物累积性和高隐蔽潜伏性，对自然环境和人类健康的严峻危害已受到广泛关注。目前，部分国家已经制定了针对燃煤电站汞排放限制的法律法规和行业标准。烟道活性炭喷射技术被认为是目前最具前景的燃煤汞脱除技术，但其高昂的运行成本使得该项技术在工业应用上受到极大限制。显然，开发廉价高效的替代吸附剂，尤其是利用工业副产物作为脱汞吸附剂，是发展我国燃煤工业高效低成本脱汞应用技术的重要研究方向。

石油焦是炼油工业中产生的如石油沥青和渣油等碳氢化合物经延迟焦化后得到的副产物。随着进口高硫原油和重质劣质油产量的不断增加，目前我国石油焦正处于资源过剩的阶段。石油焦作为燃料会加重锅炉脱硫负荷并影响粉煤灰制造水泥的产品质量，生产阳极技术和固体气化技术对石油焦原料的质量要求则较高。因此，石油焦的高效、清洁利用已成为能源科学领域迫切需要解决的关键问题。石油焦碳含量高、价格低廉，通过活化改性等方法能够成为制备脱汞吸附剂的优质原料。

发明内容

发明目的：本发明针对现有活性炭脱汞吸附剂存在的不足，提供了一种利用工业副产物石油焦，提高了针对脱除燃煤烟气中汞的物理和化学吸附能力的制备改性石油焦基脱汞吸附剂的方法。

技术方案：本发明的制备改性石油焦基脱汞吸附剂的方法，包括以下步骤：

(1)利用玛瑙研钵将原始石油焦破碎研磨，并使用标准筛筛分获得56～106μm粒径范围内的待处理样品；

(2)将所述步骤(1)得到的待处理样品放入镍舟，置于烘箱中40～120℃烘干；

(3)将所述步骤(2)烘干后的待处理样品放入反应管中，用石英棉固定样品以保证其在改性过程中处于管式炉有效加热恒温区内；

(4)将反应管放置在管式炉中，在高纯N₂气氛下，管式炉以5～25℃·min^-1的升温速率升至600～700℃后，立即通入SO₂，并调节流量使反应管中SO₂的体积分数为总气量的20％～50％，恒温活化改性1～4h后将SO₂切断，停止加热，在N₂气氛的保护下冷却至室温后取出，制得改性石油焦基脱汞吸附剂。

进一步的，本发明方法中，步骤(1)中的原始石油焦为炼油工业延迟焦化所得，固定碳含量在80％以上，为含硫量＜2％的低硫焦、含硫量2％～4％的中硫焦和含硫量＞4％的高硫焦中的任意一种，其中碳和硫元素含量均以质量百分含量计。

进一步的，本发明方法中，步骤(3)中反应管的材质为石英或刚玉。

本发明的机理在于一方面石油焦在600℃以上时能够进行剧烈的热分解反应，内部组分受热分解并向外析出CO₂、CH₄、SO₂、水蒸气等气体产物，从而在其表面形成一定数量的微小气孔；另一方面石油焦碳含量高，SO₂在600～750℃高温时会与石油焦内部活性的C原子发生碳热还原反应，消耗C原子，生成的CO₂气体以及S₂蒸气均会从石油焦内部析出，从而形成丰富的孔隙结构。这两方面的共同作用使得改性石油焦基脱汞吸附剂的比表面积、微孔容积等微观物理参数均得到显著提升，具备高效物理汞吸附能力。在石油焦高温处理的过程中，SO₂分子会与碳表面不饱和活性位结合，并迅速被还原形成C-S/C＝S等化合物，从而在其表面担载大量的含硫官能团，进一步提高石油焦基脱汞吸附剂的化学吸附能力。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有如下优点：

(1)以石油焦代替高成本活性炭作为燃煤烟气喷射脱汞吸附剂，实现了这一工业废弃物的高附加值资源化利用，符合可持续发展理念，同时能够节约生产成本，利于吸附剂喷射脱汞技术的工业化应用，缓解我国大气汞污染治理压力。

(2)基于成熟的碳热还原SO₂工艺，对结构紧致的石油焦进行活化扩孔，相比传统的强碱活化法，其方法简便且不会对设备造成腐蚀等问题，易于实现产业化。